Ejercicios resueltos de Química Tema 2 PDF

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Ejercicios con su solución de química ...

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TEMA 2. ENLACE QUIMICO 2.1.- Si las energías de ionización de una serie de elementos consecutivos valen 1090, 1400, 1310, 1660, 2080 y 494 kJ/mol (primeras energías de ionización) ¿Cuál de todos ellos es más probable que sea un gas noble y cuál un metal alcalino? Razone la respuesta. Resolución: el de menor energía (494kJ/mol) es el metal alcalino y el de mayor energía (2080 kJ/mol) es el gas noble, ya que el potencial de ionización es una propiedad periódica que aumenta en el período porque aumenta la carga de protones del núcleo. *2.2.- Ordene las siguientes especies isoelectrónicas según su radio iónico o atómico ( caso del Ne) creciente: N3-, O2-, F-, Ne, Na+, Mg2+. Datos: Z N=7; O=8; F=9; Ne=10; Na=11; Mg=12. Resolución: Mg2+< Na+< Ne< F-< O2-< N3- todos tienen la capa de valencia igual 2s2p6 pero al aumentar la carga del núcleo (número atómico) la atracción es mayor y el radio disminuye. *2.3.- Indique el tipo de enlace para las siguientes especies: LiF(s), O2 (g), Na(s), Ar(g). Resolución: LiF(s) iónico, O2 (g) covalente, Na(s) metálico, Ar(g) no tiene enlace es un gas noble. 2.4.- ¿Qué podría deducir de un átomo que ocupa el décimo lugar en el sistema periódico?: a) ¿Es metal o no metal? ¿Por qué? b) ¿Formará compuestos iónicos? ¿Por qué? c) ¿Se encontrará libre en la naturaleza? ¿Por qué? Resolución: tiene la configuración de octeto 1s2 2s2p6 es un gas noble que no se combina y se encuentra libre en la naturaleza 2.5.- En cual de estos dos compuestos iónicos será mayor el valor de la Energía de red: NaF, CsF. De los compuestos iónicos: CaO, BaO ¿Cual presenta mayor punto de fusión? Considere que los valores de la constante de Madelung (M) y el coeficiente de Born (n) son iguales para la pareja de compuestos. Resolución: NaF y CsF tienen suma de radios iónicos diferentes NaF menor que CsF, como esta suma divide en la fórmula de la energía reticular, esta energía será mayor (en valor absoluto) en el NaF que en el CsF. En el caso de CaO y BaO la suma es mayor en el BaO que en el CaO, el CaO tendrá mayor energía reticular y por ello tendrá mayor punto de fusión. *2.6.- Ordene de mayor a menor valor de energía reticular (considerando el mismo valor de la constante de Madelung y del coeficiente de Born) las siguientes parejas de compuestos: CaO y CaS. KF y KI. Resolución: para la pareja CaO y CaS, el CaO tiene menor suma de radios y por lo tanto mayor energía reticular que el CaS. En el caso de la pareja KF y KI, para el KF es menor la suma de radios y tiene mayor energía reticular que el KI *2.7.- Dibuje el ciclo de Born-Haber e indique la expresión para la entalpía de formación para los siguientes compuestos: LiCl, CaBr2, AlI3 Resolución: para el LiCl, el Li es sólido metálico y el Cl 2 es gas por tanto el ciclo de Born-Haber es: ∆Hf = ∆Hs (Li) +1/2 ∆HD (Cl2)+ ILi + Ae (Cl) + E R (U)

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Para el CaBr2, el Ca es sólido metálico y el Br2 es líquido por tanto el ciclo de Born-Haber es ∆H f = ∆Hs(Ca) + ∆Hv (Br2) + ∆HD(Br2) + I1Ca + I2Ca +2Ae(Br) +ER Para el AlI3, el Al es sólido metálico y el I2 es también sólido que se sublima a vapor por tanto el ciclo de Born-Haber es ∆Hf = ∆Hs(Al) +3/2 ∆Hs(I2) + 3/2 ∆HD(I2) + I 1(Al) +I2(Al) +I3(Al) +3Ae(I)+ ER 2.8.- Calcule la energía reticular del sulfuro de magnesio si se sabe que su estructura es del tipo del NaCl y que su distancia entre iones en el cristal es 2,59 Å. Número de Avogadro 6.023x1023; Constante de Madelung 1.74756; e = 4,803x10-10 uee; Coeficiente de Born para S2-=7 y para Mg2+=9. (s= -3,28 x 103 kJ/mol). En este problema faltan los siguientes datos: 1Å = 10-8cm; 1ergio=10-7 julios: 1julio=10-3kJ Resolución: llevando los datos a la fórmula de la energía reticular, Z c=2 y Za=2, cambiando de Amstrong (Å) a centímetro y poniendo el valor del coeficiente de Born como la media aritmética de los dos valores 7+9/2 =8 resulta: 1.74756 x2x2 (4,803x10-10)2 ER = - -------------------------------------- [1- 1/8] x 6.023x1023 = - 328,18 x 1011 ergios/mol 2,59 Å x 10-8 cm/1Å = - 3281,8 kJ/mol = -3,28 x103kJ/mol 2.9.- Calcule la afinidad electrónica del cloro a partir de los siguientes datos: Hf (CaCl2) = -190 kcal/mol, I1 (Ca)= 140.9 kcal/mol, I2 (Ca)= 274 kcal/mol, Hd (Cl2)= 58 kcal/mol, Hs (Ca)= 40.8 kcal/mol, U (CaCl2) = -535.7 kcal/mol. (s= - 84 kcal/mol) Nota: en este problema faltan los datos de los estados físicos del Calcio y del Cloro a 25ºC y 1 atm que son: sólido metálico y gas diatómico, la energía reticular se representa por ER o por U Resolución: de acuerdo con su ciclo de Born-Haber: ∆Hf = ∆H s(Ca) + ∆HD(Cl2) + I1Ca + I2Ca +2Ae(Cl) +ER sustituyendo los valores -190=40,8 + 58 + 140,9 + 274 + 2Ae(Cl) + (-535,7) 2Ae(Cl) = -168 kcal/mol y la afinidad electrónica será Ae(Cl)= -84 kcal/mol 2.10.- La distancia entre núcleos del FNa es aproximadamente igual a la del MgO. ¿Cuál de estos compuestos iónicos presenta mayor punto de fusión suponiendo que la constante de Madelung y el coeficiente de Born sean iguales para los dos compuestos? Resolución: Como la suma de radios iónicos es igual en ambos compuestos sus energías reticulares sólo varían por el valor de las carga de anión y de catión. En el caso del FNa estas son 1 (positivo y negativo) y para el MgO son 2 (positivo o negativo). Por tanto la energía reticular del MgO es mayor en valor absoluto a la del FNa y tiene mayor punto de fusión. *2.11.- ¿Qué compuesto iónico será más soluble en agua el NaCl o el MgCl2? ¿Cuál tendrá mayor punto de fusión Número de Avogadro (N) = 6.023x1023; Constante de Madelung (A) ClNa=1.7475; e2 = 2.306x10-19 uee2; Radio del ion cloruro = 1.81 A; radio del ion sodio = 0.97 A; Coeficiente de Born (n) del ClNa = 8; Hf(MgCl2) = - 683.5 kcal/mol; Hs(Mg) = 33.7 kcal/mol; Hd(Cl2) = 58 kcal/mol; I(Mg+)=176.3 kcal/mol; I(Mg2+) = 347 kcal/mol; E(Cl-) = -84 kcal/mol; 1 ergio=2.39 x 10-11 kcal; uee2/cm=ergio; 1A=10-8 cm.(S:U ClNa= -182.58 kcal/mol; UMgCl2= -1130.5 kcal/mol, por lo tanto es más soluble el ClNa y tiene mayor punto de fusión el Cl2Mg

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Resolución: En este problema nos dan ya el valor de la carga eléctrica al cuadrado (e 2) Se calcula la energía reticular del NaCl por la fórmula 1,7475x1x1x2,306 x10-19 U(NaCl) = - ---------------------------------- [1-1/8] x 6,023x 1023 = - 7,639 x 1012 ergios/mol (1,81+0,97) x 10-8 cm/1Å = - 7,639 x 1012 ergios/mol x 2,39 x10-11kcal/mol/1 ergios = - 182,58 kcal/mol y la del MgCl2 por el ciclo de Born-Haber U(MgCl2) = -683,5- 33,7- 58-176,3-347 + 2x84= - 1.130,5 kcal/mol y se comparan los dos valores. El NaCl tiene menor valor absoluto de energía reticular por ello se disuelve más fácilmente en agua, el MaCl2 tiene mayor valor absoluto de energía reticular por ello tiene mayor punto de fusión. *2.12.- Escriba, según CLOA, la configuración electrónica y calcule el orden de enlace y el carácter para o diamagnético de las siguientes moléculas: B2, He2 , O2, C2, O2=, N2, Li2+. Nota: los datos de números atómicos son: Z(B)=5; Z(He)=2; Z(O)=8; Z(C)=6; Z(N)=7; Z(Li)=3 Resolución el orden de enlace se calcula restando a los electrones que están en orbitales moleculares de enlace los que están en orbitales moleculares de antienlace (con asterisco) y dividiendo por dos B2 σ1s < σ*1s< σ2s< σ*2s...