Q17-QuimicaElementosRepresentativosyTransicion

Química General e Inorgánica (UAX).

Preparador: Paco Martínez

Resumen de Química Descriptiva. Elementos de los grupos principales

Características de los elementos representativos

Sustancias de interés industrial y social

Química y medio ambiente

Obtención de Ácido Sulfúrico: Camaras de Plomo

Método de Contacto

53



Criterio de evaluación: “Analizar la reactividad de los distintos elementos y sus compuestos más importantes y describir los procesos de obtención de los mismos. Conocer los principales procesos industriales que llevan a la obtención del amoníaco y del ácido nítrico, y la importancia de los mismos en la sociedad actual y realizar cálculos estequiométricos con las reacciones más importantes de ambos. Conocer los principales procesos industriales que llevan a la obtención del ácido sulfúrico, la importancia de este en la sociedad actual y realizar cálculos estequiométricos con las reacciones más importantes del mismo.”

Indicador de evaluación 1: " Analiza la reactividad de los distintos elementos y sus compuestos más importantes." 1.1. Explica químicamente los cambios de color y escribe las reacciones químicas en los siguientes casos: a) El dicromato de potasio de color naranja pasa a color verdoso al tratarlo con etanol en medio ácido. ¿Para qué se utiliza este proceso? b) El tratamiento de una disolución incolora de yoduro con una corriente de cloro proporciona un sólido v ioleta. c) El cobre, al tratarlo con ácido nítrico, da una disolución azulada. 1.2. ¿Por qué los alcalinos y alcalinotérreos son agentes reductores tan fuertes? Razona tu respuesta en base a sus propiedades periódicas. *1.3. ¿Puede existir la molécula de F2O3? ¿Y la de Cl 2O3? 0 0 -1 *1.5. Para la conversión alotrópica: P (blanco) → P (rojo), ∆ H es -17,6 kJ y ∆S es -18,3 J K . a) ¿A qué temperatura están los dos alótropos en equilibrio a 1 atm? b) ¿Cuál es la forma estable a temperatura ambiente? c) ¿A partir de que Tª es espontaneo el proceso indicado? [ Solución: a) Equilibrio a T= 690 ºC;b) P (rojo); c) Espontánea a T<690 ºC)]

Indicador de evaluación 2: " Describe los procesos de obtención de diversos elementos y compuestos." 2.1. Indica cómo se pueden obtener los metales alcalinos. ¿Por qué no se encuentran en estada nativo? 2.2. ¿Cómo se podría obtener ácido clorhídrico a partir de ácido sulfúrico? ¿Qué propiedad de ambos ácidos se estaría utilizando para ello? 2.4. Calcula el volumen de cloro, medido a 30 ºC y 1 atm, obtenido según el siguiente proceso: MnO2 + 4 HCl → MnCl 2 + 2 H2O + Cl2. Si se emplearon 750 g de óxido de manganeso (IV) y el rendimiento del proceso es del 82%. Datos. M -1 -1 -1 -1 [Solución: V= 176,4 L ] (Mn) = 55 g mol y M (O) = 16 g mol ; R = 0,082 atm L mol K . *2.5. Una industria química obtiene ácido sulfúrico y cinc a partir de blenda, ZnS. La fábrica trata diariamente 100 t de mineral, que posee un 60% de sulfuro de cinc. Si el 1% del azufre se pierde como dióxido de azufre, calcula los litros de este gas expulsados diariamente al exterior, 5 [Solución: V=1,52·10 L] suponiendo que salen a 27 ºC y 1 atm. 2.6. El PbS (galena) se emplea como materia prima en la obtención de ácido sulfúrico y plomo. Calcula la cantidad máxima por hora obtenida -1 -1 de ambos, si en la fábrica se tratan diariamente 150 t de dicho mineral. Datos. M (S) = 32 g mol y M (Pb) = 207,2 g mol . 6

6

[Solución: mPb= 5,41·10 g; mH2SO4= 2,56·10 g]

Indicador de evaluación 3: " Conoce los principales procesos industriales que llevan a la obtención del amoniaco y del ácido nítrico, y la importancia de los mismos en la sociedad actual." 3.1. Describe las características más importantes del Método de Haber para la obtención del amoniaco . *3.2. El ácido nítrico es una de las sustancias más importantes en la industria química. a) ¿Qué proceso industrial se sigue para sintetizar este ácido? b) Escribe las reacciones que tienen lugar. c) ¿En qué etapa hay que utilizar platino y por qué? d) En los procesos industriales como el anterior, se manipulan las condiciones de presión y temperatura, y también se abren válvulas que retiran el producto y lo van llevando a otra cámara (donde se lava, etc.). ¿Cómo afecta al rendimiento el hecho de ir retirando el producto?

Indicador de evaluación 4: " Realiza cálculos estequiométricos con las reacciones más importantes del amoníaco y del ácido nítrico." 4.1. El dióxido de nitrógeno (NO 2) puede obtenerse por acción del ácido nítrico sobre ciertos metales, por ejemplo: 5

4 HNO3 (aq) + Cu (s) → Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O(l) + 2NO 2 (g). Determina el volumen de NO2 que puede obtenerse, medido a 10 Pa y a 0 ºC, al tratar 20 g de cobre (Cu) con un exceso de ácido nítrico. Masas atómicas relativas. Cu: 63,5; N = 14,0; y O: 16,0. [Solución: a) ; b)] *4.2. El ácido nítrico es emplea como agente nitrante en reacciones orgánicas. En la reacción: C6H6 + HNO3 → C6H5NO2 + H2O -1 a) calcula el volumen de este ácido de concentración 1,5 mol L necesario para transformar 9 kg de benceno en nitrobenceno. [Solución: V= 76,9 L de HNO 3 )] b) ¿Y si el rendimiento fuese del 82%? 4.5. El ácido nítrico concentrado es un a disolución al 70% en peso. Es incoloro, pero a menudo presenta una coloración amarillenta si se expone a la luz solar. a) ¿A qué se debe el cambio de color? b) Escribe la reacción que tiene lugar. c) ¿En qué recipientes debes guardar el HNO3?

Indicador de evaluación 5: " Conoce los principales procesos industriales que llevan a la obtención del ácido sulfúrico y la importancia de este en la sociedad actual." 5.1. Describe las características más importantes del método de las cámaras de plomo y compararlo con el de contacto. ¿Cuál es la riqueza media del H2SO4 obtenido? *5.3. El ácido sulfúrico es, con diferencia, la sustancia química más demandada en la sociedad industrial. a) Indica tres propiedades que hagan peculiar al ácido sulfúrico. b) Indica tres reacciones que pongan d e manifiesto estas propiedades. 5.4. Si tengo un anillo que le ha caído mercurio, ¿debemos tirarlo? ¿Se puede limpiar? Razona la respuesta. *5.5. Para obtener ácido sulfúrico por el método de contacto se produce la combustión de 1500 kg de un mineral que posee un 30% de ganga. El dióxido de azufre obtenido se transforma en trióxido por el empleo de pentaóxido de divanadio como catalizador. La reacción con el agua proporciona el ácido. 2 S + 2 O2 → 2 SO2; 2 SO2 + O2  2 SO3 (se desplaza a la derecha por el uso de V2O5) 2 SO3 + 2 H2O → 2 H2SO4. Calcula la masa de ácido obtenida suponiendo un rendimiento en todos los procesos -1 -1 -1 del 100%. Datos. M (H) = 1 g mol ; M (S) = 32 g mol ; y M (O) = 16 g mol .

Indicador de evaluación 6 : “Realiza cálculos estequiométricos con las reacciones más importantes del ácido sulfúrico” 6.1. a) ¿Se podría obtener ácido nítrico a partir de ácido sulfúrico? ¿Qué propiedad de ambos ácidos se estaría utilizando para ello? b) Calcula los moles de ácido nítrico que se obtendrían a partir de 200 mol de ácido sulfúrico. *6.2. En una planta de síntesis de ácido sulfúrico por el método de las cámaras de plomo se desea obtener dicho ácido partiendo de la pirita. a) Escribe las ecuaciones de las reacciones correspondientes a las tres etapas del proceso. b) ¿Qué cantidad de pirita al 75% de riqueza se necesita para preparar una tonelada de ácido sulfúrico al 80% en peso si el rendimiento global de la planta es del 70%? [Solución: b) 1,73 toneladas] 54



Tema 14.- Química de los metales de transición. Compuestos de coordinación. 14.1 Propiedades de los metales de transición. Compuestos relevantes. 14.2 Teoría de la Coordinación de Werner. Visión actual de los compuestos de coordinación. 14.3 Introducción a la nomenclatura y estructura de los compuestos de coordinación. 14.4 Equilibrios con iones complejos. Aplicaciones de los compuestos de coordinación. Se conocen como elementos de transición las series de los elementos de la tabla periódica en los que se llenan gradualmente las subcapas d y f . Existen cerca de 50 elementos de transición, y sus propiedades son diversas y fascinantes. Aquí solo analizaremos los elementos de transición que tienen incompletas las subcapas d y una de sus propiedades más comunes: la tendencia a formar sustancias paramagnéticas, iones complejos o compuestos de coordinación

Los metales de transición de la primera serie (del escandio al cobre), los del cuarto periodo del sistema periódico, son los metales de transición más comunes; sus propiedades químicas son cara cterísticas, en muchos aspectos, de todo el grupo. Aunque los metales de transición son menos electropositivos (o mas electronegativos) que los metales alcalinos y alcalinotérreos, sus potenciales estándares de reducción sugieren que, a excepción del cobre, todos deberían reaccionar con ácidos fuertes (como el acido clorhídrico) para formar gas hidrogeno. Sin embargo, casi todos los metales de transición son Inertes a los ácidos o reaccionan lentamente con ellos debido a la capa de oxido que los protege. El cromo es un buen ejemplo. A pesar de que su potencial estándar de reducción es más bien negativo, químicamente es casi inerte gracias al oxido de cromo(III), Cr2O3, que se forma La mayor parte de los metales de transición tienen una estructura de empaquetamiento compacto, donde cada átomo tiene un número de coordinación de 12. Además, estos elementos tienen un radio atómico relativamente pequeño. Como resultado de la combinación de estas dos propiedades, dichos elementos forman enlaces metálicos fuertes y, en consecuencia, sus densidades, puntos de fusión y ebullición, calores de fusión y de vaporización son mayores que los de los metales de los grupos 1, 2 y 12. Veamos las configuraciones electrónicas de los metales de transición de la primera serie (periodo 4). El calcio tiene la configuración 2. electrónica [Ar] 4s Del escandio al cobre, los electrones se suman a los orbitales 3 d . Así, la configuración electrónica externa del 2 1 2 2 escandio es 4s 3d ; la del titanio, 4 s 3d , y así sucesivamente. Las dos excepciones son el cromo y el cobre, cuyas configuraciones electrónicas externas son 4s13d 5 y 4s13d 10, respectivamente. Estas diferencias se deben a que hay mayor estabilidad cuando las subcapas 3d se llenan a la mitad o por completo. Cuando los metales de transición de la primera serie forman cationes, los electrones salen primero de los orbitales 4s y después de los orbitales 3d (contrario al orden en el que se llenan los orbitales en los átomos neutros). Por ejemplo, la configuración electrónica 6 2 4 2+ externa de Fe es 3d , no 4s 3d . Los metales de transición presentan diversos estados de oxidación en sus compuestos. El estado de oxidación máximo para un metal 2 5 de transición es +7, que es el caso del manganeso (4s 3d ). Los números de oxidación para los elementos que están a su derecha (Fe a Cu) son menores. Los metales de transición casi siempre presentan sus máximos estados de oxidación en los compuestos con elementos muy electronegativos, como oxigeno y flúor, por ejemplo, V2O5, CrO3 y Mn2O7.

Los iones complejos se componen de un ion metálico rodeado por ligandos. Cada uno de los átomos donadores de los ligandos contribuye con un par de electrones para el ion metálico central en el complejo. Los compuestos de coordinación pueden mostrar isomería óptica, geométrica o ambas. La teoría de campo cristalino explica la formación de enlaces en los complejos en términos de interacciones electrostáticas. 2 3 De acuerdo con esta teoría, en un complejo octaédrico (hibridación d sp ) los orbitales d se desdoblan en dos orbitales de alta energía y tres orbitales d de baja energía. La diferencia de energía entre estos dos conjuntos de orbitales d es el desdoblamiento del campo cristalino. Los ligandos de campo fuerte inducen un gran desdoblamiento del campo cristalino, en tanto que los ligandos de campo débil provocan un desdoblamiento menor. Los espines electrónicos tienden a ser paralelos con ligandos de campo débil, y apareados con los ligandos de campo fuerte, donde se invierte mas energía para promover los electrones a orbitales d superiores. Los iones complejos experimentan reacciones de intercambio de ligandos en disolución: + 3+ + 3+ [Co(NH3)6] + 6H + 6H2O  [Co(H2O)6] + 6NH4 Los compuestos de coordinación tienen muchas aplicaciones en distintas áreas, por ejemplo, como antídotos en el envenenamiento por metales y en el análisis químico.

Teoría de la coordinación de Werner Los químicos del siglo XIX estaban desconcertados por cierto tipo de reacciones que parecían contravenir la teoría de la valencia. Por ejemplo, las valencias de los elementos en el cloruro de cobalto(III) y en el amoniaco parecían estar satisfechas. Sin embargo, estas dos sustancias reaccionan y forman un compuesto estable que tiene la formula CoCl 3 ·6NH3. Para explicar este comportamiento, Werner postulo que la mayoría de los elementos presenta dos tipos de valencia: una valencia primaria y una valencia secundaria . El término actual para la valencia primaria corresponde al número de oxidación y la valencia secundaria equivale ahora al número de coordinación del elemento. De acuerdo con Werner, el cobalto tiene una valencia primaria de 3 y una valencia secundaria de 6 en el CoCl3 · 6NH3. En la actualidad se utiliza la formula [Co(NH 3)6]Cl3 (Cloruro de hexamin cobalto (III))para indicar que el átomo de cobalto y las moléculas de amoniaco forman un ion complejo; los iones cloruro no forman parte del complejo, pero se unen a el por fuerzas de tipo iónico. La mayor parte de los metales que hay en los compuestos de coordinación son metales de transición. Las moléculas o iones que rodean el metal en un ion complejo se denominan ligandos. Las interacciones que existen entre el átomo de un metal y los ligandos se pueden ver como reacciones acido-base de Lewis. Los enlaces son co valentes coordinados. 55



Nomenclatura de los compuestos de coordinación Los ligandos son bases de Lewis, sustancias capac es de donar uno o más parres de electrones. El átomo de un metal de transición (en su estado neutro o con carga positiva) actúa como acido de Lewis al aceptar (y compartir) pares de electrones de las bases de Lewis. De esta manera, los enlaces metal-ligando casi siempre son enlaces covalentes coordinados.

Algunos ligandos comunes

Ejemplos de Formulación y nomenclatura [Co(NH3)4Cl2]Cl Cloruro de tetraminodiclorocobalto (III) K4[Ni(CN)4]

Tetracianonicolato(0) de potasio +

[Cr(NH3)4Cl2] 4 – [Fe(CN)6] [Ru(NH3)5(H2O)]Cl2 [Cr(NH3)6](NO3)3 [Fe(CO)5]

Ion tetraminodiclorocromo (III) Ion hexacianoferrato (II) Cloruro de acuopentaminrutenio(II) Nitrato de hexamincromo (III) Pentacarbonilhierro(0) (pentacarbonilo de hierro)

[Cr(H2O)4Cl2]Cl

Cloruro de tetraacuodiclorocromo(III)

K[Au(OH)4]

Tetrahidroxoaurato(III) de potasio +

[Pt(NH3)2Cl] [Pt(NH3)2Cl2] [Co(NH3)4Cl2]+ [Co(en)2Cl2]+ 2+ [Cr(en)3]

Ion diaminocloroplatino(II) diaminodicloroplatino(II). ion tetraaminodiclorocobalto(III),

[Co(en)2(H2O)(CN)]Cl2

cloruro de acuacianobis(etilendiamino) cobalto(III)

ion diclorobis(etilendiamino)cobalto(III) Ion tri(etilendiamin)cromo(II)

Na[Al(OH)4]

Tetrahidroxoaluminato (III) de sodio Formular y nombrar compuestos de coordinación Ni(CO)4 Tetracarbonilníquel(0) (Tetracarbonilo de níquel) NaAuF4 Tetrafluoaurato (III) de sodio K4[Fe(CN)6] Hexacianoferrato (II) de potasio.(Ferrocianuro de potasio) K3[Fe(CN)6] Hexacianoferrato (III) de potasio. (Ferricianuro de potasio) [Cr(en)3]Cl3 Cloruro de tris(etilendiamino)cromo(III) [Cr(H2O)4Cl2]Cl Cloruro de Tetraacuodiclorocromo(III) 3+ [Co(H2O)6] Ion hexacuocobalto (III) 2 – [Ni(CN)4] Ion tetracianoniquelato(II)

Número de coordinación

Como Nombrar compuestos de coordinación Para nombrar los compuestos de coordinación se nombra primero el anión y después el catión. Los ligandos se nombran por orden alfabético sin tener encuentra para ello su prefijo numeral. Cloruro de pentaaminoclorocobalto(III)

Na2[MoOCl4]

Tetraclorooxomolibdato(IV) de sodio

K3[Co(CN)6]

Hexacianocobaltato (VI) de potasio

Formular compuestos de coordinación Co(NH3)5Cl]Cl2 Tetracloroaurato (III) de amonio

Nitrato de diclorobis(etilendiamino)platino(IV) Hexanitrocobaltato(III) de sodio

[Pt(en)2Cl2](NO3)2

Sulfato de pentaacuobromomanganeso(III)

Na3[Co(NO2)6]

Bromuro de tetraacuooxalatocromo (III)

Sulfato de tris(etilendiamino)cobalto(III) Tris(oxalato)cromato(III) de hexaaminoníquel(II)

[Co(en)3]2 (SO4)3 [Ni(NH3)2]3 [Cr(C2O4)3]2

Hexaclorotitanato (IV) de potasio Tetrabromo(etilendiamino)cobaltato (III) de sodio

Estructura de los compuestos de coordinación 2 4 6

Estructura Lineal Tetraédrica o cuadrada plana Octaédrica 56

NH4[AuCl4] [Mn(H2O)5Br] SO4 [Cr(C2O4)(H2O)4]Br K2[TiCl6] Na [Co(en)Br4]



Actividades sobre metales de transición y compuestos de coordinación 1. ¿Qué diferencia hay entre un metal de transición y uno representativo? 2. ¿Por qué el zinc no se clasifica como un metal de transición? 3. Explique por qué el radio atómico disminuye de manera gradual del escandio al cobre. 4. Escriba las configuraciones electrónicas del estado fundamental de los metales de transición de la primera serie. Explique las anomalías5. Escriba las configuraciones electrónicas de los siguientes iones: V5+, Cr3+, Mn2+, Fe3+, Cu2+, Sc3+, Ti4+. 6. .Por qué los metales de transición tienen más estados e oxidación que los demás elementos? 7. Indique los estados de oxidación máximos del escandio al cobre. 8. ¿Por qué el cromo parece ser menos reactivo que lo que sugiere su potencial estándar de reducción? Compuestos de coordinación 9. Cuál es la diferencia entre estos dos compuestos?: CrCl3⋅ 6H2O y [Cr(H2O)6]Cl3. 10. Determine el número de oxidación del átomo metálico central en cada uno de los compuestos complejos siguientes: a) [Ru(NH3)5(H2O)]Cl2, b) [Cr(NH3)6](NO3)3, c) [Fe(CO)5], d ) K4[Fe(CN)6 e) K[Au(OH)4]] y nombrarlos 11. Defina los siguientes términos: compuesto de coordinación: ligando, átomo donador, numero de coordinación, agente quelante. 12. Describa la interacción entre un átomo donador y uno metálico en función de una reacción acido-base de Lewis. 13. Complete los siguientes enunciados para el ion complejo [Co(en)2(H2O)CN]2+. a) en es la abreviatura de_______. b) El número de oxidación del Co es ____. c) El número de coordinación del Co es ____. d ) _____ es un ligando bidentado. –

14. Complete los siguientes enunciados para el ion complejo [Cr(C2O4)2(H2O)2] . a) El numero de oxidación del Cr es ____. b) El número de coordinación del Cr es ___. c) ___ es un ligando bidentado. 15.1. De los números de oxidación de los metales en las siguientes especies: a) K3[Fe(CN)6], b) K3[Cr(C2O4)3], c) [Ni(CN)4]2 –. 15.2. De los números de oxidación de los metales en las siguientes especies: a) Na2MoO4, b) MgWO4, c) Fe(CO)5. 16. Mencione los nombres sistemáticos de los siguientes iones y compuestos: + a) [Co(NH3)4Cl2] b) [Cr(NH3)3]Cl3 + c) [Co(en)2Br2] d ) [Co(NH3)6]Cl3 17. Mencione los nombres sistemáticos de los siguientes iones y compuestos: + a) [cis-Co(en)2Cl2] b) [Pt(NH3)5Cl]Cl3 18. Escriba las formulas de cada uno de los siguientes iones y compuestos: a) tetrahidroxozincato(II), b) cloruro depentaacuoclorocromo(III), c) tetrabromocuprato(II), d ) etilendiaminotetraacetatoferrato(II). 19. Escriba las formulas de cada uno de los siguientes iones y compuestos: a) bis(etilendiamino)diclorocromo(III), b) pentacarbonilhierro(0), c) tetracianocuprato(II) de potasio, d ) cloruro de tetraaminoacuoclorocobalto(III).

Estructura de los compuestos de coordinación 20.1. Defina los siguientes términos: estereoisómeros, isómeros geométricos, isómeros ópticos, luz polarizada en un plano. 20.2. Indique cual de las estructuras siguientes puede mostrar isomería geométrica: a) lineal, b) plana cuadrada, c) tetraédrica, d ) octaédrica. 21. Que determina que un a molécula sea quiral? .Como se mide la quiralidad de una molécula con el polarímetro? 22. Explique los siguientes términos: a) enantiomeros, b) mezclas racémicas. 23. El ion complejo [Ni(CN)2Br2] 2 – tiene una geometría plana cuadrada. Dibuje las estructuras de los isómeros geométricos de este complejo. b) [Co(NH3)3Cl3]. 24. Cuantos isómeros geométricos hay en las siguientes especies?: a) [Co(NH3)2Cl4] – 25. Dibuje las estructuras de todos los isómeros geométricos y ópticos de cada uno de los siguientes complejos de cobalto: 3+ 2+ 3 – a) [Co(NH3)6] b) [Co(NH3)5Cl] c) [Co(C2O4)3] 26. Dibuje las estructuras de todos los isómeros geométricos y ópticos de cada uno de los siguientes complejos de cobalto: + 3+ a) [Co(NH3)4Cl2] , b) [Co(en)3]

Enlace en los compuestos de coordinación 27 Escriba de manera breve la teoría de campo cristalino. 28 Defina los siguientes términos: desdoblamiento del campo cristalino, complejo d e alto espín, complejo de bajo espín, serie espectroquímica. 29. A que se debe el color en un compuesto de coordinación? 30 Los compuestos que contienen el ion Sc3+ son incoloros, en tanto que los que contienen el ion Ti3+ si tienen color. Explique esto. 31. Qué factores determinan q ue un complejo sea diamagnético o paramagnético? 32. Para el mismo tipo de ligantes, explique por qué el desdoblamiento del campo cristalino para un complejo octaédrico siempre es superior al desdoblamiento para un complejo tetraédrico. 33. l ion [Ni(CN) 4]2 –, que tiene una geometría plana cuadrada, es diamagnético, en tanto que el ion [NiCl 4]2 –, que tiene una geometría tetraédrica, es paramagnético. Dibuje los diagramas del desdoblamiento del campo cristalino para estos dos complejos. 34 Los complejos de los metales de transición que contienen ligantes de CN – a menudo son de color amarillo, mientras que los que contienen ligantes de H2O casi siempre son azules o verdes. Explique esto. 4 – 2+ 35 Prediga cuantos electrones no apareados existen en los siguientes iones complejos: a) [Cr(CN)6] , b) [Cr(H2O)6] . 3+ 36 La absorción máxima para el ion complejo [Co(NH 3)6] se encuentra a 470 nm. a) Prediga el color del complejo y b) calcule el desdoblamiento del campo cristalino en kJ/mol. 37. De cada uno de los pares siguientes, elija el complejo que absorbe luz a una mayor longitud de onda: a) [Co(NH3)6]2+, [Co(H2O)6]2+ ; 3 – 3 – 2+ 2 – b) [FeF6] , [Fe(CN)6] ; c) [Cu(NH3)4] , [CuCl4] . 38. Se prepara una disolución disolviendo 0,875 g de Co(NH 3)4Cl3 en 25,0 g de agua y se congela a – 0,56°C. Calcule el numero de moles de iones producidos cuando se disuelve 1 mol de Co(NH 3)4Cl3 en agua, y sugiera una estructura para el ion complejo presente en este -1 compuesto. [Kf (H2O)=1,86 ºC·kg·mol ] 57



Solubilidad de precipitados. Formación de complejos Uno de los efectos de la formación del ion complejo por lo general es incrementar la solubilidad de una sustancia,

1. Se agregan 0,20 moles de CuSO4 a un litro de disolución de NH3 1,20 M. ¿Cuál es la concentración de iones Cu 2+ en el 2+

13

[Solución: [Cu2+]=1,6·10-13 M]

equilibrio? Kf [Cu(NH3)4 ]=5,0·10 .

2. Si se disuelven 2,50 gramos de CuSO 4 en 9,0·102 mL de NH 3 0,30 M, ¿cuáles serán las concentraciones de Cu 2+, Cu(NH3)42+ y NH3 en el equilibrio?

3. Calcular la solubilidad molar de AgCl a) en agua; b) en una disolución de NH3 1,0 M; c) ¿Cuántas veces es más soluble en agua que en -10

+

7

[Solución: a) [AgCl]=1,27·10-5 M; b) [AgCl]=0,045 M; c) 3543 veces ]

amoniaco? KPS (AgCl)=1,6·10 ; Kf (Ag(NH3)2 =1,5·10

4. Calcule la solubilidad molar de AgBr a) en agua; b) en una disolución de NH 3 10 M. c) ¿Cuántas veces es mas soluble en amoniaco que ene agua?

5. Si 2,50 g de CuSO4 se disuelven en 9,0·102 mL de NH 3 0,30 M, ¿cuáles son las concentraciones de Cu 2+, Cu(NH3)42+ y NH 3 en el equilibrio? 2+ 2 2 6. Calcule las concentraciones en el equilibrio de Cd , Cd(CN)4 – y CN – cuando se disuelven 0,50 g de Cd(NO3)2 en 5,0·10 mL de 2+ -18 2-3 NaCN 0,50 M. [Solución: [Cd ]=1,1· 10 M, [Cd(CN)4] =4,2·10 M; [CN ]=0,48 M ] 3+ 7. Si se añade NaOH a una disolución de Al 0,010 M, ¿cuál será la especie predominante en el equilibrio: Al(OH) 3 o Al(OH)4 –? El – -33 33 pH de la disolución es 14,00. [KPS (Al(OH)3=1,8·10 ; K f de Al(OH)4 = 2,0 × 10 ] -5 8. Calcule la solubilidad molar de AgI en una disolución de NH 3 1.0 M. [Solución: 3,5·10 M] 9. Tanto Ag+ como Zn2+ forman iones complejos con NH 3. Escriba las ecuaciones balanceadas para estas reacciones. Sin embargo, el Zn(OH) 2 es soluble en NaOH 6 M, pero no el AgOH. Explique esto. 10. Explique, por medio de ecuaciones iónicas balanceadas, por qué: a) CuI2 se disuelve en una disolución de amoniaco, b) AgBr se disuelve en una disolución de NaCN, c) HgCl2 se disuelve en una disolución de KCl. 2+ 2+ + 2+ 2[Solución: a) Cu + 4NH3  Cu(NH3)4 ; b) Ag + 2CN  Ag(CN) 2 ; c) Hg + 4Cl  HgCl4 ] 11. La constante de formación de la reacción Ag+ + 2NH3  [Ag(NH3)2]+ es 1,5·107 y la de la reacción Ag+ + 2CN –  [Ag(CN)2] – es – – 21 + 1,0 × 10 a 25°C. Calcule la constante de equilibrio y el ΔG° a 25°C de la reacción: Ag(NH3)2] + 2CN  [Ag(CN)2] + 2NH3 + 12. Se preparó un litro de disolución que contenía 0,00100 mol de ion plata (Ag ) y 1.00 mol de NH3. ¿Cuál es la concentración −8 + + + -11 de Ag libre en la disolución, en el equilibrio? Para [Ag(NH3)2] , K d = 6,0·10 . [Soluc: [Ag ]= 6,0·10 M]

13. . ¿Cuánto NH3 debe agregarse a una disolución de Cu(NO 3)2 0,00100 M para reducir [Cu2+] a 10−13? Para el [Cu(NH3)4]2+, − 13

Kd = 4,35·10

. Suponga que el único complejo de cobre se forma con cuatro moléculas de amoniaco. [Soluc: [NH3]= 0,26 M]

14.¿Cuánto NH3 se debe adicionar a una disolución de Ag + 0,0040 M para evitar la precipitación de AgCl cuando [Cl−] llega a −10

0,0010? Para AgCl, Kps = 1.8·10

+

−8

, y para [Ag(NH3)2] es 6,0·10 . [Soluc: [NH3]= 0,044 mol·L-1] 12

+

8

15. ¿Cuál es la solubilidad de AgSCN en NH3 0,0030 M? Para el AgSCN, Kps = 1,1·10− , y para [Ag(NH3)2] , Kd = 6.0·10− . -5

-1

[Soluc: [AgSCN]= 1,3·10 mol·L ] 2+

16. ¿Cuál es [Cd ] en 1 L de disolución preparada disolviendo 0,0010 mol de Cd(NO 3)2 y 1,5 mol de NH3? El valor de Kd para la 2+

2+

disociación de [Cd(NH3)4] en Cd y 4NH3 es 3,6·10−8. No tome en cuenta la cantidad de cadmio en complejos que contengan −12 2+ menos que 4 grupos NH 3. [Soluc: [Cd ] 7·10 ]

17. El ion plata forma [Ag(CN)2]− en presencia de exceso de CN −. ¿Cuántos moles de KCN se deben agregar a 1 L de una +

+

− 19

disolución de Ag 0,0005 M para disminuir [Ag ] a 1,0 × 10

−

−21

? Para la disociación completa de [Ag(CN)2] , Kd = 3,3·10

.

[Soluc: 0,005 mol]

18.¿Cuánto AgBr podría disolverse en 1 L de NH3 0.40 M? Para AgBr, Kps = 5.0·10−13, y para [Ag(NH3)2]+, K d = 6,0 ·10−8.

−3

[Soluc: 1,2·10 mol

19. En una disolución diluida de acido nítrico, el Fe3+ reacciona con el ion tiocianato (SCN –) y forma un complejo rojo oscuro: +

–

2+

[Fe(H2O)6]3 + SCN  H2 O + [Fe(H2O)5NCS] 2+ La concentración de equilibrio del complejo [Fe(H 2O)5NCS] se puede determinar al medir la intensidad del color de la –3 disolución (con un espectrofotómetro). En un experimento se mezclo 1,0 mL de Fe(NO3)3 0,20 M con 1.0 mL de KSCN 1,0·10 M y 8,0 mL de HNO3 diluido. El color de la disolución, medido de manera cuantitativa, indico que la concentración del complejo – 5 2+ 2+ [Fe(H2O)5NCS] era 7,3·10 M. Calcule la constante de formación del complejo [Fe(H2O)5NCS] .

20. La unión del monóxido de carbono con el Fe de la hemoglobina es unas 200 veces más fuerte que la del oxigeno. A esto se debe la toxicidad del CO. El enlace sigma metal-ligando se forma cuando el átomo donador cede un par de electrones no 3 2 compartidos a un orbital vacio sp d del Fe. a) Tomando en cuenta las electronegatividades, ¿cabría esperar que el átomo de C o el de O formen un enlace con el Fe? b) Dibuje un diagrama que muestre e traslado de los orbitales que participan en el enlace.

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Q17-QuimicaElementosRepresentativosyTransicion

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