Química. La ciencia central

Theodore E. Brown, Bruce E. Bursten, H. Eugene H. LeMay, Julia R. Burdge

Chapter 23

Metales y metalurgia - all with Video Answers

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Chapter Questions

Problem 1

Dos de los metales que se utilizan en mayor cantidad son el aluminio y el hierro. ¿Cuáles son las fuentes naturales más importantes de estos elementos? ¿En qué estado de oxidación se encuentra cada metal en la naturaleza?

Aadit Sharma

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 2

(a) La pirolusita $\left(\mathrm{MnO}_2\right)$ es un mineral de manganeso de importancia comercial. ¿Cuál es el estado de oxidación del Mn en este mineral? (b) Nombre algunos reactivos que podrian servir para reducir esta mena a metal.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 3

Explique con sus propias palabras el significado de la aseveración "esta mena consiste en una pequeña concentración de calcopirita junto con una cantidad considerable de ganga".

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 4

Explique el significado de los términos siguientes: (a) calcinaciôn; (b) lixiviación; (c) fundición; (d) escoria.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 5

Complete y balancee las ecuaciones siguientes:
(a) $\mathrm{PbS}(\mathrm{s})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) \xrightarrow{\Delta}$
(b) $\mathrm{PbCO}_3(\mathrm{~s}) \xrightarrow{\Delta}$
(c) $\mathrm{WO}_3(\mathrm{~s})+\mathrm{H}_2(\mathrm{~g}) \xrightarrow{\Delta}$
(d) $\mathrm{ZnO}(\mathrm{s})+\mathrm{CO}(\mathrm{g}) \xrightarrow{\Delta}$

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 6

Complete y balancee las ecuaciones siguientes:
(a) $\mathrm{CdS}(\mathrm{s})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) \xrightarrow{\Delta}$
(b) $\mathrm{CoCO}_3(\mathrm{~s}) \xrightarrow{\Delta}$
(c) $\mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_3(\mathrm{~s})+\mathrm{Na}(\mathrm{l}) \longrightarrow$
(d) $\mathrm{VCI}_3(\mathrm{~g})+\mathrm{K}(l) \longrightarrow$
(e) $\mathrm{BaO}(\mathrm{s})+\mathrm{P}_2 \mathrm{O}_5(l) \longrightarrow$

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Problem 7

Una muestra que contiene $\mathrm{PbSO}_4$ se va a refinar a $\mathrm{Pb}$ metálico por calcinación seguida de tostación. (a) ¿Qué producto volátil es de esperar que produzca la calcinación?
(b) Proponga una atmósfera idónea para llevar a cabo la tostación. (c) Escriba las ecuaciones químicas balanceadas de las dos etapas.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 8

Suponga que un minero se propone usar carbonato de cobalto(II) como fuente de cobalto metálico. (a) ¿Qué productos son de esperar de la calcinación de esta sustancia? (b) ¿Con qué reactivo se podría tratar el producto de la calcinación en un proceso de tostación para formar $\mathrm{Co}$ metálico? (c) Escriba las ecuaciones quimicas balanceadas de los procesos expuestos en los incisos (a) y (b).

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Problem 9

Escriba ecuaciones químicas balanceadas de la reducción de $\mathrm{FeO}$ y de $\mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3$ con $\mathrm{H}_2$ y con $\mathrm{CO}$.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 10

¿Cuál es el agente reductor principal utilizado en la reducción de la mena de hierro en un alto horno? Escriba una ecuación química balanceada del proceso de reducción.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 11

¿Qué papel desempeña cada uno de los materiales siguientes en los procesos químicos que se llevan a cabo en un alto horno? (a) aire; (b) piedra caliza; (c) coque; (d) agua. Escriba las ecuaciones químicas balanceadas para ilustrar sus respuestas.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 12

(a) En el proceso básico que usa oxígeno para la formación de acero, ¿qué reacciones elevan la temperatura del convertidor? (b) Escriba las ecuaciones químicas balanceadas de la oxidación del carbono, azufre y silicio en el convertidor.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 13

(a) ¿Por qué es el proceso Bayer una etapa necesaria de la producción de aluminio metálico? (b) ¿Qué diferencia de propiedades quimicas se aprovecha en el proceso Bayer para separar el $\mathrm{Al}_2 \mathrm{O}_3$ del $\mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3$ ?

Shahina -

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Problem 14

¿Cuál es la función del $\mathrm{O}_2$ y del $\mathrm{CN}^{-}$en la lixiviación de oro de menas de baja calidad?

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Problem 15

Describa cómo se podría emplear la electrometalurgia para purificar cobalto metálico crudo. Describa la composiciôn de los electrodos y del electrólito, y escriba las reacciones que ocurren en el electrodo.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 16

El elemento estaño se recupera generalmente de depósitos del mineral casiterita $\left(\mathrm{SnO}_2\right)$. El óxido se reduce con carbono, y el metal crudo se purifica por electrólisis. Es criba las ecuaciones quimicas balanceadas del proceso de reducción y de las reacciones de electrodo durante la electrólisis. (Suponga que se emplea una disolución ácida de $\mathrm{SnSO}_4$ como electrólito en la electrólisis.)

Noah Barguez-Arias

Noah Barguez-Arias

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Problem 17

El sodio es una sustancia muy maleable; en cambio, el cloruro de sodio no lo es. Explique esta diferencia de propiedades.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 18

El silicio tiene la misma estructura cristalina que el diamante (Figura 11.41). Con base en este hecho, ¿considera usted probable que el silicio presente propiedades metálicas? Explique su respuesta.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 19

La plata tiene las conductividades eléctrica y térmica más grandes de todos los metales. ¿Cómo explica estas conductividades el modelo de mar de electrones?

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Problem 20

(a) Compare las estructuras electrónicas del cromo y del selenio. ¿En qué aspectos se asemejan, y en cuáles difieren? (b) El cromo es un metal y el selenio es un no metal. ¿Qué factores son importantes para determinar esta diferencia de propiedades?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 21

La densidad de los elementos $\mathrm{K}, \mathrm{Ca}$, Sc y Ti es de 0.86, $1.5,3.2 \mathrm{y} 4.5 \mathrm{~g} / \mathrm{cm}^3$, respectivamente. ¿Qué factores son probablemente los más importantes que inciden en esta variación?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 22

El calor de atomización, que es el cambio de entalpía del proceso $\mathrm{M}(\mathrm{s}) \longrightarrow \mathrm{M}(\mathrm{g})$, donde $\mathrm{M}(\mathrm{g})$ es la forma atómica del metal, varía en la primera fila de transición como sigue:
$$
\begin{array}{lllll}
\hline \text { Elemento } & \mathrm{Ca} & \mathrm{Sc} & \mathrm{Ti} & \mathrm{V} \\
\hline \Delta H_{\text {atom }}(\mathrm{kJ} / \mathrm{mol}) & 178 & 378 & 471 & 515 \\
\hline
\end{array}
$$
Explique esta variación con base en un modelo del enlace metálico.

Susan Hallstrom

Susan Hallstrom

Numerade Educator

Problem 23

De acuerdo con la teoría de bandas, ¿en qué difieren los aisladores de los conductores? ¿En qué difieren los semiconductores de los conductores?

David Collins

Numerade Educator

Problem 24

¿Qué material esperaría usted que fuese mejor conductor de la electricidad: el germanio o el germanio impurificado (dopado) con arsénico? Explique su respuesta con ayuda del modelo de orbitales moleculares.

Jorge Villanueva

Jorge Villanueva

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Problem 25

El estaño existe en dos formas alotrópicas: el estaño gris que tiene una estructura de diamante, y el estaño blanco, con una estructura de empaque compacto. ¿De cuál de estas formas alotrópicas es de esperar un carácter más metálico? Explique por qué la conductividad eléctrica del estaño blanco es mucho mayor que la del estaño gris. ¿De cuál forma es de esperar que presente la distancia de enlace $\mathrm{Sn}-\mathrm{Sn}$ más larga?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 26

Como se vio en el capítulo 11, el grafito es un buen conductor de la electricidad según la estructura de capas [Figura 11.41(b)]. Explique la conductividad del grafito con base en el modelo de orbitales moleculares de los metales.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 27

Defina el término aleación. Explique la diferencia entre las aleaciones en disolución, las aleaciones heterogéneas y los compuestos intermetálicos.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 28

Explique la diferencia entre las aleaciones de sustitución y las intersticiales. ¿Qué condiciones favorecen la formación de aleaciones de sustitución?

Kristopher Keyes

Kristopher Keyes

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Problem 29

¿Cuáles de las propiedades siguientes es más correcto considerar como características de los átomos aislados, y cuáles como características del metal en masa? (a) conductividad eléctrica; (b) energía de la primera ionización; (c) radio atómico; (d) punto de fusión; (e) calor de vaporización; (f) afinidad electrónica.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 30

Indique de cuáles de las especies siguientes es de esperar que tengan propiedades metálicas: (a) $\mathrm{TiCl}_4$; (b) aleación $\mathrm{NiCo}$; (c) W; (d) $\mathrm{Ge}$; (e) $\mathrm{Hg}_2{ }^{2+}$. Explique cada caso.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 31

¿Qué significa el término contracción lantánida? ¿En qué propiedades de los elementos de transición influye la contracción lantánida?

Aadit Sharma

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Problem 32

El circonio y el hafnio son los elementos del grupo 4B en la segunda y tercera series de transición. Los radios atómicos de estos elementos son prácticamente iguales (Figura 23.22). Explique esta semejanza en cuanto a radio atómico.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 33

Escriba la fórmula del fluoruro que corresponde al estado de oxidación más alto esperado de cada uno de los elementos siguientes: (a) $\mathrm{Sc}$; (b) $\mathrm{Co}$; (c) $\mathrm{Zn}$.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 34

Escriba la fórmula del fluoruro que corresponde al estado de oxidación más alto esperado de cada uno de los elementos siguientes: (a) $\mathrm{Cd}$; (b) $\mathrm{W}$; (c) $\mathrm{Nb}$.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 35

¿Por qué presenta el cromo varios estados de oxidación en sus compuestos, en tanto que el aluminio presenta sólo el estado de oxidación +3 ?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 36

El elemento vanadio presenta muchos estados de oxidaciốn en sus compuestos, entre ellos el de +2 . Se conoce el compuesto $\mathrm{VCl}_2$; en cambio, el $\mathrm{ScCl}_2$ es desconocido. Explique esta diferencia de comportamiento con base en configuraciones electrónicas y cargas nucleares efectivas.

Susan Hallstrom

Susan Hallstrom

Numerade Educator

Problem 37

Escriba la configuración electrónica esperada de cada uno de los iones siguientes: (a) $\mathrm{Cr}^{3+}$; (b) $\mathrm{Au}^{3+}$; (c) $\mathrm{Ru}^{2+}$; (d) $\mathrm{Cu}^{+}$; (e) $\mathrm{Mn}^{4+}$; (f) $\mathrm{Ir}^{+}$.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 38

¿Cuál es la configuración electrónica esperada de cada uno de los iones siguientes? (a) $\mathrm{Ti}^{2+}$; (b) $\mathrm{Co}^{3+}$; (c) $\mathrm{Pd}^{2+}$; (d) $\mathrm{Mo}^{3+}$; (e) $\mathrm{Ru}^{3+}$; (f) $\mathrm{Ni}^{4+}$.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 39

¿Cuál especie es de esperar que se oxide con más facilidad: $\mathrm{Ti}^{2+}$ o Ni${ }^{2+}$ ?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 40

¿De cuál especie es de esperar que sea el agente reductor más fuerte: $\mathrm{Cr}^{2+}$ o $\mathrm{Fe}^{2+}$ ?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 41

¿Cómo influye la presencia de aire en la estabilidad relativa de los iones ferroso y férrico?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 42

Indique la fórmula química y el color de los iones cromato y dicromato. ¿Cuál de ellos es más estable en disoluciôn ácida?

Ronald Prasad

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Problem 43

Escriba las ecuaciones químicas balanceadas de la reacción entre el hierro y el (a) ácido clorhídrico; (b) ácido nitrico.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 44

$\mathrm{El} \mathrm{MnO}{ }_2$ reacciona con $\mathrm{HCl}$ acuoso para formar $\mathrm{MnCl}_2(a c)$ y cloro gaseoso. (a) Escriba una ecuación química balanceada de la reacción; (b) ¿Es ésta una reacción de oxidación-reducción? En caso afirmativo, identifique el agente oxidante y el reductor.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 45

En el nivel atómico, ¿qué es lo que distingue a un material paramagnético de uno diamagnético? ¿Cómo se comporta cada uno en un campo magnético?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 46

(a) ¿Qué características de un material ferromagnético lo distinguen de uno paramagnético? (b) ¿Qué tipo de interacción debe tener lugar en el sólido para dar origen a un comportamiento ferromagnético? (c) ¿Debe contener hierro una sustancia para ser ferromagnética? Explique su respuesta.

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Problem 47

Escriba una ecuación química de la reacción que se lleva a cabo al tostar $\mathrm{PbS}$ en aire. ¿Por qué podría ser conveniente situar una fábrica de ácido sulfúrico cerca de las instalaciones donde se tuestan menas de sulfuro?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 48

Explique por qué el aluminio, el magnesio y el sodio metálicos se obtienen por electrólisis y no por reducción con agentes reductores químicos.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 49

Elabore una lista de los agentes reductores químicos que se emplean en la producción de metales, según se describe en este capítulo. En cada caso, identifique un metal que se pueda obtener usando ese agente reductor.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 50

Escriba ecuaciones químicas balanceadas que correspondan a las descripciones verbales siguientes: (a) La reacción del cloruro de vanadio(III) con oxígeno forma oxitricloruro de vanadio $\left(\mathrm{VOCl}_3\right)$. (b) $\mathrm{El}$ óxido de niobio(V) se reduce a metal utilizando hidrógeno gaseoso. (c) El ion hierro(III) en disolución acuosa se reduce a ion hierro(II) en presencia de zinc pulverizado. (d) El cloruro de niobio(V) reacciona con agua para formar cristales de ácido nióbico $\left(\mathrm{HNbO}_3\right)$.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 51

Escriba las ecuaciones químicas balanceadas que correspondan a las descripciones verbales siguientes: (a) El $\mathrm{NiO}(s)$ se solubiliza lixiviándolo con ácido sulfúrico acuoso. (b) Después de concentrarla, una mena que contiene el mineral carrolita $\left(\mathrm{CuCo}_2 \mathrm{~S}_4\right)$ se lixivia con ácido sulfúrico acuoso para obtener una disolución que contiene iones de cobre e iones de cobalto. (c) Se trata dióxido de titanio con cloro en presencia de carbono como agente reductor para formar $\mathrm{TiCl}_4$. (d) Bajo presión de oxigeno, el $\mathrm{ZnS}(\mathrm{s})$ reacciona a $150^{\circ} \mathrm{C}$ con ácido sulfúrico acuoso para formar sulfato de zinc soluble y azufre elemental, el cual se deposita.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 52

El cobre crudo que se somete a electrorrefinación contiene selenio y telurio como impurezas. Describa el destino probable de estos elementos durante la electrorrefinacion, y relacione sus respuestas con la posición de estos elementos en la tabla periódica.

Shubham Kumar

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Problem 53

¿Por qué es común el estado de oxidación +2 entre los metales de transición? ¿Por qué son tantos los metales de transición que presentan diversos estados de oxidación?

Rikhil Makwana

Numerade Educator

Problem 54

Escriba las ecuaciones quimicas balanceadas que correspondan a las etapas de la siguiente descripción breve de la metalurgia del molibdeno: el molibdeno se encuentra principalmente en forma de sulfuro, $\mathrm{MoS}_2$. Al hervirlo con ácido nítrico concentrado, se obtiene un residuo blanco de $\mathrm{MoO}_3$. Éste es un óxido ácido; cuando se disuelve en un exceso de amoniaco concentrado caliente, al enfriar cristaliza el molibdato de amonio. Al calentar el molibdato de amonio se obtiene $\mathrm{MoO}_3$ blanco. Mediante un calentamiento posterior, a $1200^{\circ} \mathrm{C}$ en hidrógeno, se obtiene un polvo gris de molibdeno metálico.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 55

Explique la diferencia entre (a) una aleación de sustitución y un compuesto intermetálico; (b) una sustancia paramagnética y una diamagnética; (c) un semiconductor y un aislante; (d) la conducción metálica y la conducción electrolítica de la electricidad.

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Problem 56

El silicio puro es muy mal conductor de la electricidad. El titanio, que también posee cuatro electrones en la capa de valencia, es un conductor metálico. Explique la diferencia.

Susan Hallstrom

Susan Hallstrom

Numerade Educator

Problem 57

La estabilidad termodinámica de los tres complejos $\mathrm{Zn}\left(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right)_4{ }^{2+}, \mathrm{Zn}\left(\mathrm{NH}_3\right)_4{ }^{2+}$ y $\mathrm{Zn}(\mathrm{CN})_4{ }^{2-}$ aumenta del complejo de $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ al de $\mathrm{NH}_3$ y al de $\mathrm{CN}^{-}$. ¿Cómo es de esperar que sean unos en comparación con otros los potenciales de reducción de estos tres complejos?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 58

¿Por qué experimentan las sustancias paramagnéticas una atracción tan débil hacia un imán en comparación con las sustancias ferromagnéticas?

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Problem 59

Indique, con respecto a cada uno de los compuestos siguientes, si es de esperar que sea diamagnético o paramagnético, y proporcione una razón que justifique su respuesta en cada caso: (a) $\mathrm{NbCl}_5$; (b) $\mathrm{CrCl}_2$; (c) $\mathrm{CuCl}$; (d) $\mathrm{RuO}_4$; (e) $\mathrm{NiCl}_2$.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 60

A todo sólido ferromagnético se asocia una temperatura que se conoce como su temperatura Curie. Cuando se calienta por encima de su temperatura Curie, la sustancia ya no presenta ferromagnetismo, y en cambio se torna paramagnética. Explique esta observación con base en la teoría cinético-molecular de los sólidos.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 61

Escriba las ecuaciones quimicas balanceadas de las reacciones siguientes, características del manganeso elemental: (a) El Mn reacciona con $\mathrm{HNO}_3$ acuoso para formar una disolución de nitrato de manganeso(II). (b) Cuando se calienta nitrato de manganeso(II) sólido a $450 \mathrm{~K}$, se descompone en $\mathrm{MnO}_2$. (c) Cuando se calienta $\mathrm{MnO}_2$ a $700 \mathrm{~K}$, se descompone en $\mathrm{Mn}_3 \mathrm{O}_4$. (d) Cuando se hace reaccionar $\mathrm{MnCl}_2$ con $\mathrm{F}_2(\mathrm{~g})$, forma $\mathrm{MnF}_3$ (uno de los productos es $\mathrm{ClF}_3$ ).

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 62

Prediga lo que ocurre en los casos siguientes: (a) Se expone al aire $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ recién precipitado. (b) Se agrega $\mathrm{KOH}$ a una disolución acuosa de nitrato de cobre(II). (c) Se agrega hidróxido de sodio a una disolución acuosa de dicromato de potasio.

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Problem 63

Con base en la química descrita en este capítulo y en otros, proponga las ecuaciones químicas balanceadas de la siguiente serie de reacciones, en las que participa el niquel: (a) Se tuesta el mineral millerita, que contiene NiS, en atmósfera de oxigeno para producir un óxido. (b) El óxido se reduce al metal con coque. (c) Al disolver el metal en ácido clorhídrico se obtiene una disolución verde. (d) La adición de un exceso de hidróxido de sodio a la disolución provoca la precipitación de un material gelatinoso verde. (e) Al calentarlo, el material verde pierde agua y se transforma en un polvo verde.

Crystal Wang

Numerade Educator

Problem 64

Con respecto a cada uno de los sólidos siguientes, indique si es probable que sea un aislante, un conductor metálico, un semiconductor de tipo n o un semiconductor de tipo p: (a) $\mathrm{TiO}_2$; (b) Ge dopado con In; (c) $\mathrm{Cu}_3 \mathrm{Al}$; (d) $\mathrm{Pd}$; (e) $\mathrm{SiC}$; (f) Bi.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 65

Si un alto horno produce $9.00 \times 10^3$ toneladas de $\mathrm{Fe}$ al dia a partir de $\mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3$ ¿cuál es la cantidad mínima de carbono que requiere el horno, suponiendo que el agente reductor es en realidad monóxido de carbono?

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Problem 66

(a) Una carga de $3.3 \times 10^6 \mathrm{~kg}$ de un material que contiene $27 \%$ de $\mathrm{Cu}_2 \mathrm{~S}$ y $13 \%$ de $\mathrm{FeS}$ se agrega a un convertidor y se oxida. ¿Qué masa de $\mathrm{SO}_2(\mathrm{~g})$ se forma? (b) ¿Cuál es la razón molar de $\mathrm{Cu}$ a Fe en la mezcla de óxidos resultante? (c) ¿Cuáles son las fórmulas probables de los óxidos que se forman en las reacciones de oxidación, suponiendo un exceso de oxigeno? (d) Escriba las ecuaciones balanceadas que representen cada una de las reacciones de oxidación.

Crystal Wang

Numerade Educator

Problem 67

Con base en los conceptos analizados en el capítulo 13, indique por qué las fases de metal fundido y de escoria que se forman en el alto horno de la figura 23.4 son inmiscibles.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 68

En cierto proceso electrolítico se oxida sulfuro de níquel en una reacción de dos etapas:
$$
\begin{aligned}
& \mathrm{Ni}_3 \mathrm{~S}_2(\mathrm{~s}) \longrightarrow \mathrm{Ni}^{2+}(a c)+2 \mathrm{NiS}(\mathrm{s})+2 \mathrm{e}^{-} \\
& \mathrm{NiS}(\mathrm{s}) \longrightarrow \mathrm{Ni}^{2+}(a c)+\mathrm{S}(\mathrm{s})+2 \mathrm{e}^{-}
\end{aligned}
$$
¿Qué masa de $\mathrm{Ni}^{2+}$ se produce en disolución al hacer pasar una corriente de 67 A durante un periodo de $11.0 \mathrm{~h}$, suponiendo que la eficiencia de la celda es de $90 \%$ ?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 69

(a) Con base en los datos del apéndice C, estime el cambio de energía libre de la reacción siguiente a $1200^{\circ} \mathrm{C}$ :
$$
\mathrm{Si}(\mathrm{s})+2 \mathrm{MnO}(\mathrm{s}) \longrightarrow \mathrm{SiO}_2(\mathrm{~s})+2 \mathrm{Mn}(\mathrm{s})
$$
(b) ¿Qué le indica a usted este valor acerca de la factibilidad de llevar a cabo esta reacción a $1200^{\circ} \mathrm{C}$ ?

Susan Hallstrom

Susan Hallstrom

Numerade Educator

Problem 70

(a) En el convertidor que se emplea para producir acero (Figura 23.6), se insufla oxigeno gaseoso a alta temperatura directamente en un recipiente que contiene hierro fundido. El hierro se transforma en herrumbre cuando se expone al aire a temperatura ambiente, pero en el convertidor el hierro no se oxida en grado considerable. Explique a qué se debe esto. (b) El oxigeno que se introduce en el convertidor reacciona con diversas impurezas, en particular con carbono, fósforo, azufre, silicio e impurezas metálicas. ¿Cuáles son los productos de estas reacciones y dónde se encuentran al final del proceso?

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 71

El cobre(I) es un estado de oxidación poco común en disolución acuosa ácida porque se desproporciona en $\mathrm{Cu}^{2+}$ y $\mathrm{Cu}$. Con base en datos del apéndice E, calcule la constante de equilibrio de la reacción $2 \mathrm{Cu}^{+}(a c) \rightleftharpoons \mathrm{Cu}^{2+}(a c)$ $+\mathrm{Cu}(\mathrm{s})$.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 72

La reducción de óxidos metálicos se suele llevar a cabo empleando monóxido de carbono como agente reductor. Por lo regular están presentes carbono (coque) y dióxido de carbono, lo que da lugar a la reacción siguiente:
$$
\mathrm{C}(\mathrm{s})+\mathrm{CO}_2(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons 2 \mathrm{CO}(\mathrm{g})
$$

Con base en datos del apéndice $C$, calcule la constante de equilibrio de esta reacción a $298 \mathrm{~K}$ y a $2000 \mathrm{~K}$, suponiendo que las entalpias y entropias no dependen de la temperatura.

Susan Hallstrom

Susan Hallstrom

Numerade Educator

Problem 73

El magnesio se obtiene por electrólisis de $\mathrm{MgCl}_2$ fundido. (a) ¿Por qué no se utiliza una disolución acuosa de $\mathrm{MgCl}_2$ en la electrólisis? (b) Se conectan varias celdas en paralelo por medio de barras colectoras de cobre muy grandes que llevan corriente a las celdas. Suponiendo que las celdas alcanzan una eficiencia del $96 \%$ en la formación de los productos deseados en la electrólisis, ¿qué masa de Mg se forma al hacer pasar una corriente de 97000 Adurante un periodo de $24 \mathrm{~h}$ ?

Shubham Kumar

Numerade Educator

Problem 74

El fluoruro de vanadio(V) es una sustancia incolora que funde a $19.5^{\circ} \mathrm{C}$ y hierve a $48.3^{\circ} \mathrm{C}$. El fluoruro de vanadio(III), en cambio, es de color verde amarillento y funde a $800^{\circ} \mathrm{C}$. (a) Sugiera una estructura y un enlace del $\mathrm{VF}_5$ que explique sus puntos de fusión y de ebullición. ¿Puede usted identificar un compuesto de un elemento no metálico que probablemente tenga la misma estructura? (b) $\mathrm{El} \mathrm{VF}_3$ se prepara por tratamiento de $\mathrm{VCl}_3$ caliente con HF. Escriba una ecuación balanceada de esta reacción. (c) $\mathrm{Si}$ bien el $\mathrm{VF}_5$ es un compuesto conocido, no se conocen otros halogenuros de vanadio(V). Sugiera por qué podrían ser inestables estos compuestos. (Pista: Las razones podrían tener que ver con factores tanto de tamaño como electrónicos.)

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 75

La galvanización de lámina de acero se lleva a cabo electrolíticamente en un baño que contiene una disolución de sulfato de zinc. La lámina es el cátodo, y se usa un ánodo de grafito. Calcule el costo de la electricidad necesaria para depositar una capa de $0.49 \mathrm{~mm}$ de zinc por ambos lados de una lámina de zinc de $2.0 \mathrm{~m}$ de ancho por $80 \mathrm{~m}$ de largo si la corriente es de $30 \mathrm{~A}$, el voltaje es de $3.5 \mathrm{~V}$ y la eficiencia energética del proceso es del $90 \%$. Suponga que el costo de la electricidad es de $$\$ 0.082$$ dólares por kilowatt-hora. La densidad del zinc es de $7.1 \mathrm{~g} / \mathrm{cm}^3$.

Aadit Sharma

Numerade Educator

Problem 76

La plata se encuentra como $\mathrm{Ag}_2 \mathrm{~S}$ en el mineral argentita. (a) Con ayuda de la tabla 17.2 y el apéndice D.3, determine la constante de equilibrio de la cianuración de $\mathrm{Ag}_2 \mathrm{~S}$ a $\mathrm{Ag}(\mathrm{CN})_2{ }^{-}$. (b) Con base en su respuesta al inciso (a), ¿consideraría usted la cianuración como un medio práctico para lixiviar plata del mineral argentita? (c) La plata también se encuentra como $\mathrm{AgCl}$ en el mineral cerargirita (plata córnea). ¿Sería factible usar la cianuración como proceso de lixiviación de este mineral?

Susan Hallstrom

Susan Hallstrom

Numerade Educator

Problem 77

Los calores de atomización, $\Delta H_{\text {atomr }}$ en $\mathrm{kJ} / \mathrm{mol}$, de los elementos de la primera serie de transición son los siguientes:
$$
\begin{array}{lcccccccccc}
\hline \text { Elemento } & \mathrm{Ca} & \mathrm{Sc} & \mathrm{Ti} & \mathrm{V} & \mathrm{Cr} & \mathrm{Mn} & \mathrm{Fe} & \mathrm{Co} & \mathrm{Ni} & \mathrm{Cu} \\
\hline \Delta H_{\text {atom }} & 178 & 378 & 471 & 515 & 397 & 281 & 415 & 426 & 431 & 338 \\
\hline
\end{array}
$$
(a) Escriba una ecuación del proceso que interviene en la atomización, y describa los cambios electrónicos y estructurales que se producen. (b) El $\Delta H_{\text {atom }}$ varía de modo irregular en la serie después del V. ¿Cómo se explica esto, al menos en parte, con base en la configuración electrónica de los átomos gaseosos? (Pista: recuerde las discusiones de las Secciones 6.8 y 6.9)

Susan Hallstrom

Susan Hallstrom

Numerade Educator

Problem 78

En el video Termita (Thermite, eCapitulo 23.2) se muestra la reducción exotérmica de hierro con aluminio. (a) Determine los estados de oxidación del hierro y del aluminio en los reactivos y en los productos. (b) ¿Con qué fin se agrega clorato de potasio, azúcar y ácido sulfúrico concentrado al comienzo del experimento? ¿Qué principio de la cinética ilustra esto?

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Problem 79

En el video Galvanoplastia (Electroplating, eCapítulo 23.8) se reduce cromo metálico en el cátodo de una celda electrolítica. La fuente de ion cromo por reducir es ácido crómico acuoso. (a) Con base en la información de la tabla, explique por quế no se puede obtener sodio metálico de una disolución acuosa de cloruro de sodio.
$$
\begin{array}{lc}
\hline \text { Media reacción } & E_{\text {red }}^{\circ}(V) \\
\hline \mathrm{CI}_2(g)+2 \mathrm{e}_2 \longrightarrow 2 \mathrm{Cl}^{-}(a c) & 1.359 \\
\mathrm{Na}^{+}(a c)+\mathrm{e}^{-} \longrightarrow \mathrm{Na}(\mathrm{s}) & -2.71 \\
2 \mathrm{H}^{+}(a c)+2 \mathrm{e}^{-} \longrightarrow \mathrm{H}_2(g) & 0.000 \\
2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(l)+2 \mathrm{e}^{-} \longrightarrow \mathrm{H}_2(g)+2 \mathrm{OH}^{-}(a c) & -0.83 \\
\mathrm{Ca}^{2+}(a c)+2 \mathrm{e}^{-} \longrightarrow \mathrm{Ca}(\mathrm{s}) & -2.87 \\
\hline
\end{array}
$$
La sal fundida que se electroliza para obtener sodio metálico es en realidad una mezcla de cloruro de sodio y cloruro de calcio. (b) Explique por qué se agrega otro compuesto al cloruro de sodio. (c) ¿Da lugar la presencia de $\mathrm{CaCl}_2$ en el material fundido a la producción de sodio impuro? Explique su razonamiento con base en datos de la tabla.

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Problem 80

Con base en la actividad de teoría de bandas El enlace metálico (Metallic Bonding, eCapítulo 23.5), determine el punto de fusión de dos o más metales de una misma serie de transición. (a) ¿Cuál parece ser la relación entre el punto de fusión y los números relativos de electrones en orbitales de enlace y de antienlace? (b) Explique por qué la teoría de mar de electrones del enlace metálico no predeciría la tendencia que se observa en los puntos de fusión de los metales de transición.

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Problem 81

En el vídeo Química redox del hierro y del cobre (Redox Chemistry of Iron and Copper, eCapitulo 23.8), el cobre de una disolución de sulfato de cobre se reduce y forma una capa de cobre metálico sobre un clavo de hierro. Con base en esta observación, prediga qué le ocurriría a una impureza de hierro en el cobre crudo durante la refinación electrolítica del cobre. ¿Se oxidaría el hierro y se incorporaría a la disolución de electrólitos de la celda, o se integraría a los lodos anódicos? Explique su respuesta.

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