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) Escribí el nombre de cada uno de los cuatro iones.
2. b) Clasificalos en cationes y aniones y explicá, a partir del signo de su carga, en qué se diferencian unos de otros.
3. c) Razoná 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) Nombrá las tres primeras sustancias.
2. b) Clasificá las seis en sustancias simples o compuestas y justificá el criterio que aplicaste.
3. c) El oxígeno y el ozono están formados únicamente por átomos de oxígeno y, sin embargo, son sustancias distintas: explicá qué las diferencia y escribí cómo se denominan las sustancias simples de un mismo elemento que presentan esta relación.

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

1. a) Escribí las fórmulas del monóxido de carbono y del dióxido de carbono a partir de los prefijos de sus nombres sistemáticos.
2. b) Deducí 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 un balcón se recubre con el tiempo de un óxido de fórmula $\text{FeO}$, en el que el hierro actúa con número de oxidación $+2$: nombralo 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) Nombrá los dos compuestos.
2. b) Explicá qué indica el paréntesis de la segunda fórmula y contá cuántos iones hidróxido hay en cada unidad de fórmula de los dos compuestos.
3. c) Razoná, 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 auto contiene $\text{H}_2\text{SO}_4$, en los laboratorios se utiliza $\text{HNO}_3$ y en una gaseosa abierta se forma $\text{H}_2\text{CO}_3$. Los tres son oxoácidos.

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

El mármol de una mesada 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) Nombrá las tres sales.
2. b) Indicá qué ion negativo comparten dos de ellas y escribí su fórmula con su carga.
3. c) Explicá 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 de estómago 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) Escribí el nombre del ion negativo $\text{HCO}_3^-$ y explicá qué indica la palabra «hidrogeno» delante de «carbonato».
2. b) Escribí la fórmula y el nombre del oxoácido del que procede esta sal.
3. c) Razoná 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 bolsas 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) Escribí la fórmula de cada una de las cuatro sales, aplicando que toda fórmula debe ser eléctricamente neutra.
2. b) ¿En cuál de ellas necesitaste dos iones positivos por cada ion negativo? Justificalo con las cargas.

El cloro desinfecta el agua de las piscinas y la potable porque forma oxoácidos. Según actúe con número de oxidación $+1$, $+3$, $+5$ o $+7$ forma los ácidos $\text{HClO}$, $\text{HClO}_2$, $\text{HClO}_3$ y $\text{HClO}_4$.

1. a) Nombrá los cuatro ácidos con la nomenclatura tradicional, que usa los prefijos hipo- y per- y las terminaciones -oso e -ico.
2. b) Asigná a cada ácido el número de oxidación del cloro que le corresponde.
3. c) Escribí el nombre sistemático del $\text{HClO}$ y del $\text{HClO}_4$ (pauta: prefijo + «oxo» + raíz del elemento + «ato» + «de hidrógeno»).

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) Nombrá los dos compuestos con la nomenclatura de Stock.
2. b) Nombralos con la nomenclatura tradicional (terminaciones -oso e -ico).
3. c) Justificá, 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) Deducí 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) Nombrá el compuesto con la nomenclatura tradicional.
3. c) Siguiendo la pauta de las oxisales, nombralo 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) Deducí la fórmula del hidrogenocarbonato de calcio y escribí su nombre sistemático.
2. b) Comprobá 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 $\text{HSO}_4^-$: escribí su fórmula y explicá por qué también se considera una sal ácida.

El sulfato que se espolvorea en las viñas contra los hongos es $\text{CuSO}_4 \cdot 5\ \text{H}_2\text{O}$ y el yeso de las obras es $\text{CaSO}_4 \cdot 2\ \text{H}_2\text{O}$. Ambos son hidratos: sales con moléculas de agua de cristalización. La figura representa una unidad de fórmula del sulfato de cobre hidratado.

1. a) Nombrá las dos sales sin contar el agua (el cobre actúa aquí con número de oxidación $+2$).
2. b) Explicá qué significa el punto seguido de las moléculas de agua en cada fórmula.
3. c) Nombrá los dos compuestos completos indicando el hidrato que les corresponde (penta-, di-) y decí cuántas moléculas de agua hay por cada unidad de fórmula.

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) Escribí el nombre del ion $\text{NH}_4^+$ y deducí la fórmula del nitrato de amonio.
2. b) Deducí la fórmula del sulfato de amonio, cuidando los subíndices y el uso del paréntesis.
3. c) Nombrá las dos sales y explicá, con las cargas, por qué en una basta un ion amonio y en la otra hacen falta dos.

El agua oxigenada del botiquín es una solución de $\text{H}_2\text{O}_2$, peróxido de hidrógeno. En los peróxidos el oxígeno forma el ion $\text{O}_2^{2-}$, distinto del ion óxido, $\text{O}^{2-}$. El esquema compara los dos iones.

1. a) Nombrá el $\text{H}_2\text{O}_2$ y explicá qué tienen de particular los peróxidos frente a los óxidos.
2. b) Deducí la fórmula del peróxido de sodio, sabiendo que el sodio forma el ion $\text{Na}^+$.
3. c) Con el tiempo, el agua oxigenada se descompone según la ecuación $2\ \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$: nombrá las tres sustancias que intervienen y clasificalas en simples o compuestas.

Los cohetes y los futuros autos de pila 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) Nombrá los dos hidruros.
2. b) Justificá, 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) Explicá 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 sal de frutas efervescente contiene $\text{NaHCO}_3$ mezclado con un ácido sólido; al echarlo en agua burbujea porque se libera $\text{CO}_2$.

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

La lavandina es una disolución de $\text{NaClO}$, hipoclorito de sodio, una sal que procede del ácido $\text{HClO}$.

1. a) Nombrá el $\text{HClO}$ con la nomenclatura tradicional y deducí el número de oxidación del cloro en él (el hidrógeno actúa con $+1$ y el oxígeno con $-2$).
2. b) Nombrá el $\text{NaClO}$ con la nomenclatura tradicional y con la sistemática, teniendo en cuenta el número de oxidación que dedujiste.
3. c) La etiqueta prohíbe mezclar la lavandina con amoníaco, $\text{NH}_3$, o con productos antisarro, que llevan $\text{HCl}$: nombrá estas dos sustancias (el nombre «amoníaco» está aceptado por la IUPAC y el $\text{HCl}$ es un hidrácido) y explicá por qué creés que el fabricante incluye esa advertencia.

En la etiqueta de un embutido aparecen los conservadores E-250 y E-251, que son las sales $\text{NaNO}_2$ y $\text{NaNO}_3$.

1. a) Nombrá las dos sales con la nomenclatura tradicional.
2. b) Deducí el número de oxidación del nitrógeno en cada una (el sodio actúa con $+1$ y el oxígeno con $-2$).
3. c) Nombralas con la nomenclatura de Stock.
4. d) Escribí la fórmula y el nombre tradicional de los dos oxoácidos de los que proceden, y relacioná sus terminaciones (-oso e -ico) con los números de oxidación que calculaste.

Corrigiendo un escrito, 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) Detectá el error de cada fórmula aplicando la neutralidad eléctrica y escribí las cuatro corregidas.
2. b) Nombrá los cuatro compuestos correctos (el último con la nomenclatura de Stock).
3. c) Enunciá con tus palabras la regla general que hay que aplicar para colocar los subíndices en la fórmula de un compuesto iónico.

El hierro aparece por todas partes: el pigmento ocre de las pinturas rupestres es un óxido suyo, los suplementos contra la anemia llevan un sulfato de hierro y las aguas ferruginosas contienen sus hidróxidos. El hierro actúa con números de oxidación $+2$ y $+3$; disponés de los iones $\text{O}^{2-}$, $\text{OH}^-$ y $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Escribí las fórmulas del óxido de hierro(II) y del óxido de hierro(III).
2. b) Escribí las fórmulas de los dos hidróxidos de hierro correspondientes.
3. c) Escribí las fórmulas del sulfato de hierro(II) y del sulfato de hierro(III).
4. d) Nombrá los seis compuestos con la nomenclatura tradicional (ferroso/férrico) y explicá qué criterio sigue esa nomenclatura respecto a los números de oxidación.

La piedra de alumbre que se vende como desodorante mineral es una sal doble hidratada de fórmula $\text{KAl(SO}_4)_2 \cdot 12\ \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Comprobá que la fórmula es eléctricamente neutra sumando las cargas de los iones $\text{K}^+$, $\text{Al}^{3+}$ y $\text{SO}_4^{2-}$ que contiene.
2. b) Nombrala sabiendo que en las sales dobles los dos metales se citan por orden alfabético después del ion negativo, y que el agua de cristalización se indica al final con el hidrato correspondiente.
3. c) Indicá cuántos iones de cada tipo y cuántas moléculas de agua hay en una unidad de fórmula.
4. d) Razoná por qué tiene sentido llamarla sal doble y no simplemente mezcla de dos sales.

Muchos dentífricos llevan $\text{NaF}$ y otros llevan $\text{Na}_2\text{PO}_3\text{F}$; los dos compuestos aportan flúor para prevenir las caries.

1. a) Nombrá el $\text{NaF}$.
2. b) Deducí, por neutralidad eléctrica, la carga del ion $\text{PO}_3\text{F}$ que acompaña a los dos iones $\text{Na}^+$ en la segunda fórmula.
3. c) Compará ese ion con el ion fosfato, $\text{PO}_4^{3-}$, y explicá en qué se diferencian y por qué cambia la carga.
4. d) Sabiendo que ese ion se denomina monofluorofosfato, escribí el nombre completo de la sal $\text{Na}_2\text{PO}_3\text{F}$ y explicá a qué se refiere el prefijo «mono-».

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) Nombrá 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 $\text{H}_2\text{SO}_4$: nombrá estos dos oxoácidos con la nomenclatura tradicional y escribí, 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: nombrá las dos sales y explicá 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: escribí su fórmula y deducí 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? Convertite en auditor químico doméstico analizando productos de consumo diario.

1. Búsqueda y nomenclatura: Revisá la etiqueta de un agua mineral y dos productos cotidianos (sal común y bicarbonato). Identificá y nombrá 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 balanza de cocina ($\pm 1\text{ g}$), medí la masa de cuatro volúmenes crecientes de agua de canilla: $100$, $150$, $200$ y $250\text{ mL}$.

3. Tratamiento de datos: Elaborá una tabla con tus medidas e incertidumbres ($V \pm 10\text{ mL}$; $m \pm 1\text{ g}$) y trazá el gráfico $m$ frente a $V$. A partir de la pendiente, determiná la densidad del monóxido de dihidrógeno / oxidano ($H_2O$) expresada en $\text{g/cm}^3$, aproximando con coma decimal (ej. $0,98\text{ g/cm}^3$).

4. Informe final: Entregá una propuesta razonada (1-2 páginas) con la clasificación de sustancias, la tabla, el gráfico 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 gráfico.

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