Química · Cataluña 2014

El peróxido de hidrógeno ($\ce{H2O2}$), llamado también agua oxigenada, se descompone muy lentamente en solución acuosa en oxígeno y agua. La reacción de descomposición se facilita cuando se añaden iones yoduro, y sigue el mecanismo siguiente: Etapa 1: $\ce{H2O2(aq) + I^-(aq) -> H2O(l) + IO^-(aq)}$ Etapa 2: $\ce{H2O2(aq) + IO^-(aq) -> H2O(l) + O2(g) + I^-(aq)}$ Cuando estudiamos experimentalmente este mecanismo encontramos que la etapa 1 es la más lenta, y, por tanto, la reacción global sigue una cinética de orden 1 respecto del peróxido de hidrógeno y de orden 1 respecto del ion yoduro.

El ácido fluorhídrico es una solución de fluoruro de hidrógeno en agua. Es una sustancia irritante, tóxica y corrosiva. Una de las propiedades del ácido fluorhídrico es que puede atacar el vidrio, y por eso se utiliza para hacer grafías en los llamados vidrios esmerilados. La constante de acidez de este ácido, a $25\,^{\circ}\text{C}$, es $6{,}6 \cdot 10^{-4}$.

Las aguas duras, debido a la presencia de iones calcio y otros iones metálicos, son un problema en los hogares porque pueden formar fácilmente compuestos insolubles como el $\ce{CaCO3}$ que provocan averías en las conducciones y en los electrodomésticos.

Las soluciones acuosas de los ácidos reaccionan con muchos metales y producen hidrógeno. Así, por ejemplo, cuando dejamos caer unas cuantas gotas de una solución acuosa de $\ce{HCl}$ sobre una lámina delgada de aluminio, esta se agujerea debido a la reacción siguiente: $$\ce{2Al(s) + 6HCl(aq) -> 2AlCl3(aq) + 3H2(g)}$$

El diamante y el grafito son dos sustancias sólidas formadas solo por átomos de carbono que reciben la denominación de variedades alotrópicas del carbono. La diferencia fundamental en sus propiedades se debe a la disposición espacial de los átomos de carbono.

Las energías reticulares de los compuestos iónicos son útiles para predecir los puntos de fusión y las solubilidades en agua de este tipo de compuestos. Para poder calcular el valor de la energía reticular de un compuesto iónico se utiliza el ciclo de Born-Haber. A partir de la figura siguiente:

Dada la escasez y el precio tan alto de los derivados del petróleo, se piensa en el hidrógeno como combustible que los puede sustituir, ya que también reacciona con el oxígeno y produce energía en este proceso. $$\ce{2H2(g) + O2(g) -> 2H2O(l)} \quad \Delta H < 0$$

El estaño es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y, por ello, se utiliza en muchas aleaciones para recubrir otros metales y protegerlos de la corrosión. Se puede obtener a partir del óxido de estaño(IV) mediante dos reacciones diferentes: Reacción A: $\ce{SnO2(s) + 2H2(g) -> Sn(s) + 2H2O(g)} \quad \Delta G^\circ (\text{a } 298\,\text{K}) = 62{,}7\,\text{kJ}$ Reacción B: $\ce{SnO2(s) + C(s) -> Sn(s) + CO2(g)} \quad \Delta G^\circ (\text{a } 298\,\text{K}) = 125{,}5\,\text{kJ}$

El ácido tartárico, $\ce{HOOC-CHOH-CHOH-COOH}$, es un ácido orgánico diprótico ya que tiene en la fórmula química dos grupos carboxílicos ($-\ce{COOH}$). En la industria alimentaria se utiliza como acidificante y conservante natural, y las bebidas refrescantes de frutas lo contienen. En un laboratorio de análisis hemos valorado $25{,}0\,\text{mL}$ de una bebida refrescante que contiene ácido tartárico con hidróxido de sodio $0{,}150\,\text{M}$ y hemos necesitado $18{,}6\,\text{mL}$ de esta base para que reaccionen los dos grupos carboxílicos.

La molécula de $\alpha$-D-glucopiranosa se transforma en su isómero $\beta$-D-glucopiranosa, en disolución acuosa y a $20\,^{\circ}\text{C}$. Este proceso se conoce con el nombre de mutarrotación.

El mecanismo de inflado de un airbag de automóvil se basa en la descomposición de la azida de sodio ($\ce{NaN3}$) que, en menos de $50\,\text{milisegundos}$, libera una gran cantidad de nitrógeno gaseoso según la reacción en fase heterogénea siguiente: $$\ce{2NaN3(s) <=> 2Na(s) + 3N2(g)} \quad \Delta H (\text{a } 600\,\text{K}) > 0$$ En un reactor de $1{,}0\,\text{L}$ de capacidad se introducen $71{,}5\,\text{g}$ de azida de sodio y se calienta a $600\,\text{K}$ para provocar su descomposición. Cuando se alcanza el equilibrio encontramos en el reactor $6{,}5\,\text{g}$ de azida de sodio sin reaccionar.

Las soluciones fertilizantes a base de sulfato de zinc provocan problemas a las plantas cuando se aplican por vía foliar. Para evitar estos efectos tóxicos se recomienda modificar el pH de la solución de sulfato de zinc hasta que empiece a precipitar $\ce{Zn(OH)2}$.

En la electrólisis de una solución acuosa de yoduro de potasio ($\ce{KI}$) se obtiene $\ce{I2}$ y $\ce{H2}$. Para llevar a cabo este proceso de electrólisis en el laboratorio, un estudiante hace el montaje representado en la figura adjunta. El estudiante ha introducido una solución acuosa de yoduro de potasio $0{,}5\,\text{M}$ en el tubo en forma de U, y ha añadido unas gotas de fenolftaleína al lado del tubo donde está el electrodo que hace de cátodo. A medida que avanza el proceso electrolítico, aparecen una coloración rosada en la zona del cátodo y una coloración marronosa en la zona del ánodo.

La descomposición del ozono en la estratosfera ocurre mediante una cadena de reacciones. La primera consiste en la rotura de una molécula de oxígeno en dos átomos de oxígeno: $$\ce{O2(g) -> 2O(g)} \quad \Delta H^\circ = 495\,\text{kJ mol}^{-1}$$