Ejercicios: Sustancias simples, iones y compuestos inorgánicos

En la etiqueta de una bebida isotónica se declaran los iones $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{Cl}^-$ y $\text{Mg}^{2+}$, que reponen las sales que se pierden con el sudor durante el ejercicio.

1. a) Escribe el nombre de cada uno de los cuatro iones.
2. b) Clasifícalos en cationes y aniones y explica, a partir del signo de su carga, en qué se diferencian unos de otros.
3. c) Razona por qué el ion sodio se nombra igual que el átomo del que procede, mientras que el ion cloruro cambia la terminación del nombre del cloro.

El aire es una mezcla de sustancias: $\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{O}_3$ (en la capa de ozono), $\text{Ar}$, $\text{CO}_2$ y vapor de agua, $\text{H}_2\text{O}$. La figura representa las partículas del oxígeno y del ozono.

1. a) Nombra las tres primeras sustancias.
2. b) Clasifica las seis en sustancias simples o compuestas y justifica el criterio que aplicaste.
3. c) El oxígeno y el ozono están formados únicamente por átomos de oxígeno y, sin embargo, son sustancias distintas: explica qué las diferencia y escribe cómo se denominan las sustancias simples de un mismo elemento que presentan esta relación.

El tubo de escape de un carro emite monóxido de carbono y dióxido de carbono, y la cal viva que se usa en construcción es óxido de calcio.

1. a) Escribe las fórmulas del monóxido de carbono y del dióxido de carbono a partir de los prefijos de sus nombres sistemáticos.
2. b) Deduce la fórmula del óxido de calcio sabiendo que el calcio forma el ion $\text{Ca}^{2+}$ y el oxígeno el ion $\text{O}^{2-}$, y que toda fórmula debe ser eléctricamente neutra.
3. c) La reja de una ventana se recubre con el tiempo de un óxido de fórmula $\text{FeO}$, en el que el hierro actúa con número de oxidación $+2$: nómbralo con la nomenclatura de Stock.

El limpiador de hornos lleva $\text{NaOH}$ y la cal apagada con la que se encalan las paredes es $\text{Ca(OH)}_2$. Los dos son hidróxidos, compuestos formados por un metal y el ion hidróxido, $\text{OH}^-$. El esquema muestra cómo se compensan las cargas de los iones en cada uno.

1. a) Nombra los dos compuestos.
2. b) Explica qué indica el paréntesis de la segunda fórmula y cuenta cuántos iones hidróxido hay en cada unidad de fórmula de los dos compuestos.
3. c) Razona, con las cargas de los iones $\text{Na}^+$ y $\text{Ca}^{2+}$, cuál de los dos metales necesita dos iones hidróxido para que la fórmula sea neutra.

La batería de un carro contiene $\text{H}_2\text{SO}_4$, en los laboratorios se utiliza $\text{HNO}_3$ y en un refresco abierto se forma $\text{H}_2\text{CO}_3$. Los tres son oxoácidos.

1. a) Nombra los tres ácidos con la nomenclatura tradicional.
2. b) Señala qué elemento no metálico da nombre a cada uno de ellos.
3. c) Indica qué dos elementos aparecen siempre en la fórmula de cualquier oxoácido, además del que le da nombre.

El mármol de una encimera es $\text{CaCO}_3$, un abono de jardín declara $\text{KNO}_3$ y el nitro de Chile, un fertilizante natural, es $\text{NaNO}_3$. Los tres son oxisales: un metal unido a un ion negativo que contiene oxígeno.

1. a) Nombra las tres sales.
2. b) Indica qué ion negativo comparten dos de ellas y escribe su fórmula con su carga.
3. c) Explica de qué oxoácidos proceden los iones carbonato y nitrato, y qué cambio experimenta la terminación del nombre del ácido (-ico) al convertirse en ion (-ato).

El bicarbonato que se toma contra la acidez estomacal es $\text{NaHCO}_3$; su nombre según la IUPAC es hidrogenocarbonato de sodio. El esquema compara el ion hidrogenocarbonato con el ion carbonato.

1. a) Escribe el nombre del ion negativo $\text{HCO}_3^-$ y explica qué indica la palabra «hidrogeno» delante de «carbonato».
2. b) Escribe la fórmula y el nombre del oxoácido del que procede esta sal.
3. c) Razona por qué se dice que es una sal ácida: ¿qué conserva su ion negativo que una sal normal, como el carbonato de sodio, $\text{Na}_2\text{CO}_3$, ya no tiene?

En la cooperativa agrícola de un pueblo hay sacos de cloruro de potasio, de nitrato de potasio, de sulfato de calcio y de sulfato de sodio. Datos: los iones $\text{K}^+$, $\text{Na}^+$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{NO}_3^-$ y $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Escribe la fórmula de cada una de las cuatro sales, aplicando que toda fórmula debe ser eléctricamente neutra.
2. b) ¿En cuál de ellas has necesitado dos iones positivos por cada ion negativo? Justifícalo con las cargas.

En el laboratorio hay dos frascos de cloruro de hierro: uno con $\text{FeCl}_2$ y otro con $\text{FeCl}_3$. El hierro puede actuar con números de oxidación $+2$ y $+3$, y el cloro forma el ion $\text{Cl}^-$.

1. a) Nombra los dos compuestos con la nomenclatura de Stock.
2. b) Nómbralos con la nomenclatura tradicional (terminaciones -oso e -ico).
3. c) Justifica, a partir de las cargas de los iones, por qué uno de los dos lleva dos cloruros y el otro tres.

El permanganato de potasio, $\text{KMnO}_4$, se utiliza muy diluido como desinfectante de la piel y para potabilizar agua.

1. a) Deduce el número de oxidación del manganeso sabiendo que el potasio actúa con $+1$ y el oxígeno con $-2$, y que el compuesto es neutro.
2. b) Nombra el compuesto con la nomenclatura tradicional.
3. c) Siguiendo la pauta de las oxisales, nómbralo con la nomenclatura de Stock (prefijo + «oxo» + raíz + «ato» + número de oxidación en romanos + «de» + metal).

En las cuevas, el agua rica en iones calcio, $\text{Ca}^{2+}$, y en iones hidrogenocarbonato, $\text{HCO}_3^-$, acaba formando las estalactitas.

1. a) Deduce la fórmula del hidrogenocarbonato de calcio y escribe su nombre sistemático.
2. b) Comprueba que en tu fórmula las cargas positivas y negativas suman cero.
3. c) Para bajar el pH de una piscina se usa hidrogenosulfato de sodio, formado por los iones $\text{Na}^+$ y $\text{HSO}_4^-$: escribe su fórmula y explica por qué también se considera una sal ácida.

Muchos fertilizantes nitrogenados llevan el ion amonio, $\text{NH}_4^+$, combinado con el ion nitrato, $\text{NO}_3^-$, o con el ion sulfato, $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Escribe el nombre del ion $\text{NH}_4^+$ y deduce la fórmula del nitrato de amonio.
2. b) Deduce la fórmula del sulfato de amonio, cuidando los subíndices y el uso del paréntesis.
3. c) Nombra las dos sales y explica, con las cargas, por qué en una basta un ion amonio y en la otra hacen falta dos.

Los cohetes y los futuros carros de celda de combustible usan hidrógeno, y almacenarlo es un problema: una solución en estudio son los hidruros metálicos, como el $\text{NaH}$ y el $\text{CaH}_2$. En ellos el hidrógeno actúa con número de oxidación $-1$, es decir, forma el ion $\text{H}^-$.

1. a) Nombra los dos hidruros.
2. b) Justifica, con las cargas de los iones $\text{Na}^+$ y $\text{Ca}^{2+}$, por qué uno lleva un solo hidrógeno y el otro dos.
3. c) Explica qué tiene de llamativo que el hidrógeno actúe aquí con número de oxidación negativo, comparándolo con el agua, $\text{H}_2\text{O}$, en la que actúa con $+1$.

Un sobre de antiácido efervescente contiene $\text{NaHCO}_3$ mezclado con un ácido sólido; al echarlo en agua burbujea porque se libera $\text{CO}_2$.

1. a) Escribe el nombre IUPAC del $\text{NaHCO}_3$ y el nombre del gas que se desprende.
2. b) Explica por qué el $\text{NaHCO}_3$ es una sal ácida: de qué oxoácido procede y qué hidrógeno conserva todavía su ion negativo.
3. c) Escribe la fórmula y el nombre de la sal que se obtendría si también el segundo hidrógeno del ácido se sustituyera por sodio, y razona si esa sal sería ácida o normal.
4. d) Cuenta los átomos de oxígeno del ácido, de la sal ácida y de la sal normal, y explica qué es lo que cambia realmente al sustituir hidrógeno por sodio.

Al corregir un examen, una profesora encuentra escritas estas fórmulas: $\text{CaCl}$, $\text{NaCO}_3$, $\text{AlOH}_3$ y $\text{Fe}_2\text{SO}_4$. Datos: los iones $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{Na}^+$, $\text{CO}_3^{2-}$, $\text{Al}^{3+}$, $\text{OH}^-$ y $\text{SO}_4^{2-}$; el hierro del último compuesto actúa con número de oxidación $+3$.

1. a) Detecta el error de cada fórmula aplicando la neutralidad eléctrica y escribe las cuatro corregidas.
2. b) Nombra los cuatro compuestos correctos (el último con la nomenclatura de Stock).
3. c) Enuncia con tus palabras la regla general que hay que aplicar para colocar los subíndices en la fórmula de un compuesto iónico.

Las emisiones de las centrales térmicas y del tráfico contienen óxidos de azufre y de nitrógeno que, con el agua de lluvia, forman oxoácidos: es la llamada lluvia ácida. El esquema resume el proceso.

1. a) Nombra los óxidos $\text{SO}_2$ y $\text{SO}_3$ con la nomenclatura sistemática.
2. b) Con el agua forman $\text{H}_2\text{SO}_3$ y $\text{H}_2\text{SO}_4$: nombra estos dos oxoácidos con la nomenclatura tradicional y escribe, con fórmulas, la ecuación de formación del segundo a partir del $\text{SO}_3$ y el agua.
3. c) El ácido cae sobre las fachadas de mármol, $\text{CaCO}_3$, y las transforma poco a poco en $\text{CaSO}_4$, una costra que se desmorona: nombra las dos sales y explica con tus palabras el deterioro que sufre un monumento expuesto a la lluvia ácida.
4. d) Los óxidos de nitrógeno del tráfico originan además ácido nítrico: escribe su fórmula y deduce en él el número de oxidación del nitrógeno (el hidrógeno actúa con $+1$ y el oxígeno con $-2$).

Reto del tema. ¿Qué sustancias químicas habitan en tu cocina? Conviértete en auditor químico doméstico analizando productos de consumo diario.

1. Búsqueda y nomenclatura: Revisa la etiqueta de un agua mineral y dos productos cotidianos (sal común y bicarbonato). Identifica y nombra mediante la IUPAC (sistemática y Stock/adición) una sustancia simple ambiental ($O_2$ o $N_2$), cuatro iones de la etiqueta ($Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Na^+$, $HCO_3^-$ o $Cl^-$) y tres compuestos inorgánicos neutros ($H_2O$, $NaCl$, $NaHCO_3$).

2. Toma de medidas: Empleando un vaso medidor ($\pm 10\text{ mL}$) y una báscula de cocina ($\pm 1\text{ g}$), mide la masa de cuatro volúmenes crecientes de agua de la llave: $100$, $150$, $200$ y $250\text{ mL}$.

3. Tratamiento de datos: Elabora una tabla con tus medidas e incertidumbres ($V \pm 10\text{ mL}$; $m \pm 1\text{ g}$) y traza la gráfica $m$ frente a $V$. A partir de la pendiente, determina la densidad del monóxido de dihidrógeno / oxidano ($H_2O$) expresada en $\text{g/cm}^3$, aproximando con punto decimal (ej. $0.98\text{ g/cm}^3$).

4. Informe final: Entrega una propuesta razonada (1-2 páginas) con la clasificación de sustancias, la tabla, la gráfica y una valoración de posibles impurezas iónicas en el agua.

Se valorará:

• Corrección y rigor en la formulación y nomenclatura IUPAC de sustancias simples, iones y compuestos.

• Rigor metrológico en el registro de datos, indicando incertidumbres en tabla y gráfica.

• Coherencia en la interpretación física de la pendiente y calidad del informe.