Universidad de El Salvador Facultad de Ingeniería y Arquitectura Escuela de Ingeniería química Química Inorgánica I Integrantes:
-Dubon Guevara, Guevara, Ernesto Alexander DG14002 -Lima Salinas, Francisco Javier
LS15011
-Luna Cedillos, Hugo Orlando
LC15001
-Pérez Castillo, Antonia Elizabeth
PC15001
Capítulo 16 “Los elementos del grupo 17: los halógenos” 16.1- Escriba ecuaciones químicas balanceadas para las siguientes reacciones químicas: (a) óxido de uranio (IV) con fluoruro de hidrogeno (b) fluoruro de calcio con ácido sulfúrico concentrado (c) tetracloruro de azufre liquido con agua (d) dicloro acuoso y solución caliente de hidróxido de sodio (e) diyodo con difluor en una proporción molar 1:5 (f) fosforo y monocloruro de yodo.
(a) () 4 () → () 2 () (b) ( ) () → 2( 2() ) () ()) 4 4( ()) (c) () 2 () → (
(d) 3 () 6( 6() ) → () 3() () 3 () (e) () 5 () → 2 (g) 2 ( ) → 3 3( () )
16.2- Escriba ecuaciones químicas balanceadas para las siguientes reacciones químicas: (a) plomo metálico con exceso de dicloro (b) magnesio metálico con ácido clorhídrico diluido (c) ion hipoclorito con dióxido de azufre gaseoso (d) calentamiento moderado de clorato de potasio (e) monobromuro de yodo solido con agua (f) fosforo y monocloruro de yodo
(a) () 2 () → () (b) () 2() → () () (c) − () () () → − () − () 2+ () (d) 4 () → () 3 () (e) () () → () () (f) () 3() → ( ) () 16.3- Resuma las características singulares de la química del flúor.
El flúor tiene un enlace flúor-flúor muy débil; por lo general se limita a uno o dos enlaces covalentes; Sus compuestos con metales son a menudo iónicos Cuando los de los cloruros comparables son covalentes; Tiene una Alta electronegatividad y forma los enlaces de hidrógeno más fuertes conocidos; eso tiende a estabilizar estados de oxidación altos; la solubilidad de su metal compuestos para un metal en particular es a menudo bastante diferente de los otros haluros. 16.4- Sugiera una explicación para la elevada reactividad del difluor ante otros no metales.
La reacción con los no metales está fuertemente impulsada por la entalpía porque la debilidad Flúor-flúor se rompen y se forman enlaces fuertes entre Flúor y otros no metales.
16.5- Utilice la formación de heptafluoruro de yodo sólido para indicar por que la entropía no puede ser una fuerza impulsadora de la reactividad del flúor .
La ecuación química es () 7 () → 2
Así, hay una disminución de siete moles de gas en este espontáneo reacción. Por lo tanto, la disminución de entalpía debe ser la fuerza impulsora de la Reacción. 16.6- ¿Por qué, no puede producirse difluor electrolíticamente a partir de una solución acuosa de fluoruro de sodio, por un proceso similar al que se usa para producir dicloro a partir de una solución de cloruro de sodio?
La difluorina no puede producirse electrolíticamente a partir de una solución acuosa porque el potencial necesario para la oxidación del agua es menor que el necesarios para la oxidación del ion fluoruro. Así, el dioxígeno sería producido en su lugar: 2 () → () 4+ () 4 − 16.7- En el diagrama de Frost para el cloro, las líneas /− son idénticas para soluciones acidas y básicas. Explique por qué.
La media ecuación es: 1 ()
− → − ()
Debido a que el ión hidrógeno no aparece en la media ecuación, la reducción El potencial no será sensible al pH. 16.8- ¿Por qué, en el diagrama de Frost (figura 16.1) la especie acida del ácido clórico se escribe cómo − , mientras que la del acido cloroso se escribe ?
El ácido cloro es un ácido débil; Por lo tanto en solución ácida, el equilibrio está a la izquierda: ( ) → + () − ()
Como resultado, es la especie ácida predominante. 16.9- Sugiera una razón por la que el ácido fluorhídrico es un ácido débil, mientras que los ácidos binarios de los demás halógenos son ácidos fuertes.
La relativa debilidad del ácido fluorhídrico puede achacarse al hecho de que el enlace hidrogeno-flúor es mucho fuerte que los otros enlaces hidrogeno-halógeno, por ello, la disociación en iones es menos favorable desde el punto de vista energético.
16.10- Explique por qué el ácido fluorhídrico se ioniza en mayor grado a medida que la solución se vuelve mas concentrada.
En el ácido fluorhídrico concentrado, el ion fluoruro reacciona con los ácidos no ionizados Ácido fluorhídrico para dar la − Ion, lo que resulta en una mayor ionización: − () () → − () 16.11- Si la producción anual de fluoruro de hidrogeno es de 1.2x10^6 toneladas, calcule la masa de sulfato de calcio que se produce cada año por este proceso.
Ecuación química: () () → () 2()
Masa de fluoruro de hidrógeno = 1,2 1012 g Moles de fluoruro de hidrógeno = 6,0 1010 moles Moles de sulfato de calcio = 3,0 1010 moles Masa de sulfato de calcio = 4,1 1012 g = 4,1 106 toneladas
16.12 ¿Por qué esperaría usted que el ion hidrógeno difluoruro formase un compuesto sólido con el ion potasio?
Porque los cationes de baja densidad de carga estabilizan los aniones de baja carga, el ion grande de potasio de baja carga es probable formar un compuesto sólido estable con el ion del difluoruro del hidrógeno 16.13 Deduzca el número de oxidación del oxígeno en el ácido hipofluoroso, HOF.
El oxígeno tiene el número de oxidación inusual de cero en este compuesto
16.14 ¿Por qué se usa el ácido clorhídrico como ácido de laboratorio común de preferencia al ácido nítrico?
A diferencia del ácido nítrico, el ácido clorhídrico no se oxida. 16.15 Sugiera cómo prepararía (a) cloruro de cromo (III), CrCI 3, a partir de cromo metálico; y (b) cloruro de cromo (II), CrCI 2, a partir de cromo metálico.
a) Para formar el estado más alto de la oxidación de un metal, el dicloro debe ser utilizado: 2 Cr(s) + 3 Cl2(g)→ 2 CrCl3(s)
b) para formar el estado de oxidación inferior de un metal, debe usarse monocloruro de yodo: Cr (s) + 2 ICL(l) →CrCl2(s) + I2(s) 16.16 Sugiera cómo prepararía (a) tetracloruro de selenio, SeCI 4, a partir de selenio; y (b) dicloruro de diselenio, Se 2Cl2, a partir de selenio.
a) para formar el compuesto más alto del estado de la oxidación de un no metal, el exceso de dicloro debe usarse: se (s) + 2 Cl2(g) →SeCl4(s) b) para formar el estado de oxidación inferior de un no metal, se debe usar un exceso de ese elemento: 2 se (s) + Cl2(g) →Se2Cl2(s) 16.17 Explique por qué el yoduro de hierro III) no es un compuesto estable.
El yoduro del hierro (III) no será estable porque el ion del yoduro es un agente de reducción, por lo tanto reducirá el hierro (III) al hierro (II):
16.18 Describa las pruebas que se usan para identificar cada uno de los iones halogenuro.
La prueba común para distinguir cloruro, bromuro, y los iones del yoduro implica la adición de ion de plata para dar los precipitados: Ag + aq) + X-(aq) →AgX(s) El cloruro de plata es blanco y reacciona con la solución diluida del anmmonia: AgCl(s) + 2 NH3(aq) →[Ag (NH3)2]+(aq) +Cl-(aq) El bromuro de plata reacciona con amoníaco concentrado de una manera similar; mientras que el yoduro de plata no reacciona incluso con amoníaco concentrado. (Las descripciones de las pruebas de desplazamiento del halógeno también serían aceptables). 16.19 Calcule la entalpía de reacción del perclorato de amonio con aluminio metálico. Además del hecho de que la reacción es exotérmica, ¿qué otros factores lo convertirían en una buena mezcla propulsora?
La ecuación química es 6 NH 4ClO4(s) + 8 Al(s) → 4 Al2O3(s) + 3 N2(g) + 3 Cl2(g) + 12 H2O(g) ∆H = 12[ ∆Hf(H2O(g))] + 4[ ∆Hf(Al 2O3(s)] -6[ ∆Hf(NH4ClO4(s))] (debido a que las otras
especies son elementos en sus fases estándar)
H = 12[ -242 kJ] + 4[ -1676 kJ] -6[+295 kJ] = -7838 kJ También sería un buen propulsor porque produce un gran número de pequeñas moléculas de gas; así tendría un colmo empuje por la masa de la unidad. 16.20 Dibuje una fórmula puntual para el ion triyoduro. De ahí, deduzca la forma del ion.
El ion de I3 será lineal como resultado de los tres pares solitarios ecuatoriales.
16.21 La concentración de sulfuro de hidrógeno en un yacimiento de gas se puede medir haciendo pasar una cantidad medida de gas sobre pentóxido de diyodo sólido. El sulfuro de hidrógeno reacciona con el pentóxido de yodo para dar dióxido de azufre, diyodo y agua. Luego, el diyodo se puede titular con ion tiosulfato y así calcularse la concentración de sulfuro de hidrógeno. Escriba ecuaciones químicas que correspondan a las dos reacciones.
Las medias ecuaciones para la primera reacción H2S(g) + 2 H2O(l) → SO2(g) + 6 H+(aq) + 6 eI2O5(s) + 10 H+(aq) + 10 e- → I2(s) + 5 H2O(l) Dan una ecuación total de : 10 H2S(g) + 6 I2O5(s) → 10 SO2(g) + 6 I2(s) + 10 H2O(l) Para la segunda reacción: I2(s) + 2 S2O32-(aq) → 2 I-(aq) + S4O62-(aq)
16.22 El tetracloruro de carbono tiene un punto de fusión de -23°C; el tetrabromuro de carbono, +92°C; y el tetrayoduro de carbono,+171°C. Explique esa tendencia y estime el punto de fusión del tetrafluoruro de carbono.
Solamente las fuerzas intermoleculares actúan como fuerzas dispersoras en moléculas no polares. Esto dependerá del número de electrones en las moléculas. Básicamente por gráficos y cálculos el punto de fusión del tetrafluoruro de carbono debería estar cerca de los -90°C y de hecho podría llegar a estar cerca de los -187°C
16.23 El fluoruro de azufre más alto es el hexafluoruro de azufre. Sugiera por que no existe el hexayoduro de azufre.
Hay tres argumentos por los cuales no puede existir el hexayoduro de azufre. Primero, los átomos de azufre son demasiado pequeños para acomodar seis iones alrededor de él. Segundo, los iones se reducen debido a la alta oxidación que no puede ser estabilizada y tercero ya que la energía del ion sulfuro no es muy buena para crear un enlace y proveer de energía exotérmica balanceada ya que su entropía se reduciría haciendo que los seis moles del gas se consuman por mol del compuesto formado. 16.24 dibuje estructuras puntuales del dióxido de cloro que tengan cero, uno y dos dobles enlaces (una para cada caso) y decida cual se preferiría con bases en asignaciones de carga formal.
Escogemos las dos primeras estructuras que poseen los dos dobles enlaces.
16.25 Otro compuesto de cloro y oxígeno, , se representa de forma más exacta como perclorato de cloro, . Dibuje la estructura puntual de este compuesto y determine el número de oxidación de cada cloro en el compuesto.
El átomo central del cloro posee un número de oxidación de +7 y el átomo del final de cloro posee un número de oxidación de +1. Ambos números de oxidación del cloro son comunes. 16.26 Describa los usos del hipoclorito de sodio, dióxido de cloro, perclorato de amonio y monocloruro de yodo.
El hipoclorito de sodio se usa más que todo en las textilerias como blanqueador de pulpa y en uso doméstico como blanqueador de piso y desinfectante. El dióxido de cloro se usa más que todo para blanquear la pulpa. El monocloruro de yodo se usa para medir los grados en las instauraciones del aceite y sus derivados. 16.27 Prediga algunas propiedades físicas y químicas del ástato como elemento.
Como ion puede ser casi de clase como los semimetales, podemos además predecir que empezara a mostrar propiedades metálicas; mientras que como elemento diatomico podría ser un conductor de electricidad significativo. Podría llegar a formar compuestos insolubles si se mezclara con el átomo de plata. 16.28 Explique por qué el ion cianuro a menudo se considera un pseudohalogeno.
El ion cianuro se considera un pseudohalogen por las siguientes razones: el ion cianuro es la base conjugada de un ácido débil, ácido cianhídrico, que es análogo al ácido fluorhídrico formador de iones fluoruro; Se puede oxidar a (), que es análogo a un halógeno elemental; El anión forma precipitados blancos con ion plata, ion plomo (II) y ion mercurio (I), como el ion cloruro; El tiocianato de plata reacciona con una solución de amoníaco diluida, como el cloruro de plata; Forma compuestos
pseudointerhalogenados, tales como BrCN; Y forma complejos con iones metálicos que tienen fórmulas análogas a las de los complejos de cloruro 16.29 El ion tiocianato, − , es lineal. Dibuje representaciones puntuales razonables de este ion asignando cargas formales. Se sabe que la longitud del enlace carbono-nitrógeno es cercana a la de un triple enlace. ¿Qué le dice esto acerca de la importancia relativa de cada representación.
Escogemos la estructura c debido a que el átomo del sulfuro con carga debe ser de mayor contribución con las pequeñas estructuras posibles. 16.30 ¿Cómo afecta la composición de los dientes el ion fluoruro?
El ion de fluoruro remplaza el ion hidroxilo en la estructura del hidróxido para dar en unión el compuesto ( ) . 16.31 Escriba ecuaciones químicas balanceadas que correspondan a cada transformación de los “Diagramas de flujo de reacciones de los elementos.”
Flúor:
Cloro:
Iodo:
16.32. El pentafluoruro de yodo se autoioniza. Deduzca las fórmulas del catión y el anión que se forman en el equilibrio y escriba una ecuación balanceada para el equilibrio. Dibuje diagramas puntuales de la molécula y de los dos iones. ¿Cuál ion es el ácido de Lewis y cuál es la base de Lewis? Explique su razonamiento.
La reacción de autoionización debería ser: 2 () → + ( ) − ( )
La molécula es piramidal trigonal, el ion + en forma de balancín y el ion − es de forma piramidal cuadrada. Luego el ion + es un ácido de Lewis y el ion − es una base de Lewis. En la reacción reversible el ion + acepta un ion fluoruro y un par de electrones mientras que el − dona un ion fluoruro, es decir dona un par de electrones. 16.33. El punto de fusión del hidrógeno difluoruro de amonio, ( )+ ( )− es de sólo 126°C. Esta temperatura es mucho menor que la que uno esperaría para una red iónica. Sugiera qué podría estar sucediendo.
El hidrógeno difluoruro de amonio se está descomponiendo y disolviendo en el fluoruro de hidrógeno producido como se puede plantear a continuación: ( )+ ( )− () → ( )+ () − () 16.34. Calcule la entalpía de formación del ion molecular cloro, + , dado que la energía de enlace es de 240Kj/mol, en tanto que la energía de primera ionización del átomo de cloro es de 1250Kj/mol, y la de la molécula de cloro es de 1085 KJ/mol. Comente acerca de la fortaleza del enlace del ion molecular en comparación con el de la molécula neutra.
Para resolver esto, se puede utilizar la energía del ciclo que muestra que la energía de enlace del ion dicloro es 405Kj, comparada con 240kJ de la molécula. Esto indica, como esperaríamos de la comparación del diagrama del fluoruro molecular, que el electrón ionizado se perdió del orbital antienlazante, resultado del incremento del orden de enlace de 1.5. 16.35. Construya un diagrama de niveles de energía de orbitales moleculares aproximado para representar los enlaces del monofluoruro de cloro.
El orden de enlace será: OE= Pares de electrones enlazados – pares de electrones no enlazados OE= 3-2 OE=1
16.36. Utilice el principio de carga formal para determinar el orden de enlace promedio del ion fosfato y del ion perclorato. Emplee estos dos resultados para sugerir el orden de enlace promedio del ion sulfato.
Ya que la estructura de carga formal preferente del ion fosfato contiene un doble enlace y el perclorato contiene 3, luego el sulfato contiene dos enlaces. Esto daría un promedio de orden de enlace del S-O de 1.5. 16.37. En la fría atmósfera de la Antártida, la primera etapa de la destrucción catalizada del ozono es la formación del dióxido de dicloro a partir de monóxido de cloro. Dibuje una estructura probable de la molécula de dióxido de dicloro. ¿Es totalmente lineal o es angular? Si es angular sugiera un ángulo de enlace aproximado.
Ambos átomos de cloro serán aproximadamente de coordinación tetraédrica, un cloro con un par solitario y el otro cloro con dos. Esto daría ángulos de enlace de aproximadamente 109.5°. Por lo que la estructura de puntos de electrones representa los oxígenos unidos individualmente, con un cierto carácter de enlace múltiple.
16.38. Como ya hemos señalado, existen fuertes paralelismos entre la química de los pseudohalógenos y la de los halógenos. Con base en este supuesto, escriba ecuaciones químicas balanceadas de las reacciones entre: a) cianógeno, (), y solución fría de hidróxido de sodio.
() () 2 − () → () () b) ion tiacianato, − , y solución acidificada de ion permanganato. − () → () () 2 −
− 8 + () 5 − → + () 4 () () 16.39. ¿Por qué el perclorato de amonio presenta riesgo de explosión, mientras que el perclorato de sodio es mucho menos peligroso? Utilice una ecuación balanceada para ilustrar su argumento e identifique los elementos que experimentan un cambio en su estado de oxidación.
El perclorato de amonio es un fuerte agente oxidante, ero necesita ser mezclado con un componente o elemento oxidable para que presente propiedades explosivas. El perclorato de amonio, el ion amonio fácilmente oxidable es una parte fundamental del componente. Por lo tanto, no se requiere ningún componente adicional para provocar una reacción redox vigorosa. 2 () → () () 2 () 4 ()
El nitrógeno es oxidado de -3 a 0, cloro es reducido de +7 a 0, y el oxígeno es oxidado de -2 a 0. 16.40. El diyodo reacciona con un exceso de cloro para formar un compuesto de fórmula reacciona con un exceso de ion yoduro para producir cloro gaseoso y dos moles de diyodo. ¿Cuál es la fórmula empírica del ?
+ 3 − 3 − → 2 ()
De lo anterior la x debe ser 3, por lo tanto la formula debe ser .
16.41. El flúor, el cloro y el oxígeno forman una serie de iones poli atómicos:
()− , ()− , ( )+ ( )+ . Deduzca la forma molecular de cada uno de estos iones.
Se tiene las estructuras siguientes donde los enlaces Cl-O son igualmente aceptados.
