Preguntas de exámenes de Principios de Química y Estructura | Bloque 3 de problemas | B. Energía reticular

La solución de cada pregunta puede verse pulsando sobre su enunciado

Parte 1. La entalpía de vaporización del Ca sólido es 178 kJ/mol; la primera energía de ionización del Ca(g) es 590 kJ/mol; su segunda energía de ionización, 1137 kJ/mol; la entalpía de disociación del Cl₂(g) en átomos de Cl(g) es 244 kJ/mol; la energía de afinidad electrónica del Cl(g) es –349 kJ/mol, y la energía de formación del CaCl₂(s) a partir de cloro gaseoso y de calcio sólido es –804 kJ/mol. Con esos datos, calcular la energía que se necesita para pasar un mol de calcio sólido a Ca²⁺ gaseoso.

(A). 178 kJ
(B). 768 kJ
(C). 1905 kJ
(D). 1137 kJ

Parte 2. ¿Cuánta energía se necesita para pasar un mol de cloro gaseoso a ion Cl^– gaseoso?

(A). –454 kJ
(B). –105 kJ
(C). 244 kJ
(D). –349 kJ

Parte 3. ¿Cuánto vale la energía de red del CaCl₂?

(A). 647 kJ/mol
(B). –2255 kJ/mol
(C). 996 kJ/mol
(D). –804 kJ/mol

---

Parte 1. Considérense los siguientes datos termodinámicos, todos expresados en kJ/mol: la entalpía de sublimación del K(s) es ΔH_s(K) = 89; la primera energía de ionización del K es I(K) = 418; la primera energía de ionización del Na es I(Na) = 495; la energía de formación del KCl es ΔH_f(KCl) = –437; y la energía de formación del NaCl es ΔH_f(NaCl) = –411. Además, se sabe que la diferencia de energía de red entre el KCl y el NaCl, [ΔH_red(KCl) – ΔH_red(NaCl)], es de +70 kJ/mol. ¿Se podría calcular con estos datos la energía de disociación del Cl₂?

(A). No.
(B). Sí: 70 kJ/mol
(C). Sí: 26 kJ/mol
(D). Sí: –26 kJ/mol

Parte 2. ¿Cuánto vale la entalpía de sublimación del Na?

(A). No se puede calcular, pues faltan datos.
(B). Se obtiene un valor comprendido entre 160 y 140,01 kJ/mol.
(C). Se obtiene un valor comprendido entre 140 y 120,01 kJ/mol.
(D). Se obtiene un valor comprendido entre 120 y 100 kJ/mol.

Parte 3. ¿Qué energía total se necesita para disociar medio mol de Cl₂ y posteriormente convertirlo en Cl^– sabiendo que la energía de red del NaCl es –787 kJ/mol?

(A). 281 kJ/mol
(B). –227 kJ/mol
(C). 227 kJ/mol
(D). –281 kJ/mol

---

Parte 1. Todos los valores energéticos que se dan a continuación están expresados en kJ por mol de la especie correspondiente. La entalpía de sublimación del Fe(s) es ΔHº_sub = 415; los dos primeros potenciales de ionización del Fe(g) (ΔHº_PI,1 y ΔHº_PI,2) son 759 y 1561, respectivamente; la entalpía de disociación del O₂ es 498; la energía que se libera cuando un átomo de O gana un electrón es ΔHº_AE,1 = –141, y la que se requiere para que la especie O^– gane otro electrón es ΔHº_AE,2 = 744; y la entalpía de formación del Fe₂O₃(s) es ΔHº_f = –834. Si para obtener un mol de Fe³⁺(g) hay que dar al Fe(s) 5692 kJ/mol, ¿se puede calcular a partir de los datos proporcionados cuánto vale el tercer potencial de ionización del Fe?

(A). Sí: 2735 kJ/mol
(B). Sí: 3372 kJ/mol
(C). Sí: 2957 kJ/mol
(D). No: falta un dato para calcularlo

Parte 2. ¿Qué energía se necesita para obtener a partir de sus elementos a temperatura ambiente dos moles de Fe³⁺(g) y tres moles de O^2–(g)?

(A). 13940 kJ o más.
(B). Un valor mayor o igual que 5692 y menor que 13940 kJ.
(C). Un valor mayor o igual que 1577 y menor que 5692 kJ.
(D). Un valor menor de 1577 kJ.

Parte 3. ¿Cuál es la energía de red del Fe₂O₃(s)?

(A). –834 kJ/mol
(B). –14774 kJ/mol
(C). 13940 kJ/mol
(D). –13940 kJ/mol

---

Parte 1. La primera energía de ionización (potencial de ionización) del Ca vale 590 kJ/mol; la segunda, 1145 kJ/mol. La entalpía de disociación del Cl₂ vale 243 kJ/mol y la afinidad electrónica de este elemento es –349 kJ/mol. Finalmente, el cambio de entalpía de la reacción Ca(s) + Cl₂(g) ⟶ CaCl₂ (s) es –795 kJ/mol. (Todos los valores energéticos están medidos a p = 1 atm y temperatura ambiente). ¿Cuál sería la energía de red del compuesto?

(A). –3471 kJ/mol
(B). –2424 kJ/mol
(C). –2075 kJ/mol
(D). Falta un dato para calcularla.

Parte 2. Considerando los dos primeros valores de la energía de ionización del Ca, decir cuál de los siguientes valores sería el único aceptable si tuviéramos que elegir entre ellos para responder a la pregunta: ¿cuál es la tercera energía de ionización del Ca?

(A). 4912 kJ/mol
(B). 555 kJ/mol
(C). 1735 kJ/mol
(D). 867 kJ/mol

Parte 3. Mediante cálculos teóricos se ha estimado el valor de la energía de red del compuesto hipotético CaCl. Cuando se resta este valor del valor de energía de red experimental del CaCl₂ se obtiene: U(CaCl₂) – U(CaCl) = –1876 kJ/mol. Con este dato y los que se necesiten de los que aparecen en los demás enunciados de este problema, ¿podría estimarse el calor de formación del hipotético compuesto CaCl? En ese caso, ¿qué valor se obtendría?

(A). 163,5 kJ/mol
(B). 1081 kJ/mol
(C). Se obtiene un valor muy diferente de los anteriores.
(D). No podría estimarse el valor porque falta un dato.

---

Parte 1. Considérense los siguientes datos termodinámicos, todos expresados en kJ/mol: la entalpía de sublimación del Mg(s) es ΔH_s(Mg) = 147,1; la primera energía de ionización del Mg es I₁ = 737,7; su segunda energía de ionización es I₂ = 1450,7; la entalpía de disociación del Cl₂ es 242,6; la energía de formación de la especie MgCl₂ es ΔH_f(MgCl₂) = –213, y la energía de red de dicha especie es U(MgCl₂) = –2087,7. ¿Qué energía se necesitaría para convertir 3,57 g de Mg(s) en Mg²⁺(g)? (El peso atómico del magnesio es 24,3).

(A). Se obtiene un valor comprendido entre 10 y 30 kJ.
(B). Se obtiene un valor comprendido entre 300 y 330 kJ.
(C). Se obtiene un valor comprendido entre 330 y 350 kJ.
(D). Se obtiene un valor comprendido entre 2300 y 2400 kJ.

Parte 2. ¿Qué energía se desprendería si se aproximaran desde el infinito hasta las posiciones que ocuparían en una red cristalina de MgCl₂ medio mol de iones Mg²⁺ en estado gaseoso y 1 mol de iones Cl^– también en estado gaseoso?

(A). 2087,7 kJ
(B). 1043,85 kJ
(C). 213 kJ
(D). 426 kJ

Parte 3. ¿Cuál es la afinidad electrónica del Cl en valor absoluto?

(A). 703,4 kJ/mol
(B). 351,7 kJ/mol
(C). 242,6 kJ/mol
(D). El valor que se obtiene es muy distinto a los anteriores.

---

Parte 1. La primera energía de ionización del Mg es: E_i,₁(Mg) = 738 kJ/mol; la segunda: E_i,₂(Mg) = 1451 kJ/mol; la tercera: E_i,₃(Mg) = 7733 kJ/mol; y la entalpía de sublimación de este metal es E_s(Mg) = 148 kJ/mol. Por otro lado, la energía de disociación del Cl₂ es: E_d(Cl₂) = 244 kJ/mol y la afinidad electrónica de este elemento es E_ae(Cl) = – 349 kJ/mol. Y por otra parte, se sabe que la energía de red del compuesto iónico MgCl₂ es E_r(MgCl₂) = – 2526 kJ/mol. Además, cálculos teóricos predicen los siguientes valores de energía de red para los compuestos hipotéticos MgCl y MgCl₃: E_r(MgCl) = – 753 kJ/mol; E_r(MgCl₃) = – 5440 kJ/mol. Con esos datos, decir cuál es la razón de que, de los tres compuestos citados (MgCl, MgCl₂ y MgCl₃), el único que existe en la naturaleza es el MgCl₂.

(A). La clave está en que la afinidad electrónica del cloro y su energía de disociación son muy bajas.
(B). Se debe a que el MgCl₂ es el único de los tres compuestos cuya formación no requiere la disociación previa de la molécula Cl₂ en átomos Cl, ya que la reacción de formación es Mg_(s) + Cl_2(g) ” MgCl_2(s).
(C). La explicación es que la energía de red del MgCl₂ no es ni muy alta ni demasiado baja, circunstancia que hace más favorable la formación de la red cristalina.
(D). Ninguna de las razones dadas en las otras respuestas es la que determina el hecho de que el MgCl₂ sea el único compuesto estable.

Parte 2. ¿Cuánto valdría la energía de formación del hipotético compuesto MgCl_(s)?

(A). –94 kJ/mol
(B). 28 kJ/mol
(C). 80,5 kJ/mol
(D). 202,5 kJ/mol

Parte 3. ¿Cuánto valdría la energía de formación del hipotético compuesto MgCl_3(s)?

(A). 1760 kJ/mol
(B). 2336 kJ/mol
(C). 3949 kJ/mol
(D). 4525 kJ/mol

---

Parte 1. Sobre 25 gramos de K(s) contenidos dentro de un calorímetro se hace pasar una corriente de gas flúor en exceso. Cuando ha reaccionado todo el potasio para formar fluoruro potásico se mide el calor desprendido, que resulta ser de 360 kJ. ¿Dentro de qué intervalo de los siguientes se encuentra el valor del calor de formación del fluoruro potásico, en kJ/mol? (Peso atómico del K: 39,1).

(A). [–600, –450)
(B). [–450, –300)
(C). [–300, –150)
(D). [–150, 0)

Parte 2. La energía de red de un compuesto iónico cristalino no se puede medir directamente, pero sí por vía indirecta siguiendo el ciclo termodinámico de Born-Haber, o bien se puede estimar por métodos teóricos como el de Born-Landé o el de Kapustinskii. Según este último, la energía reticular, U, de un cristal es, aproximadamente:

donde K = 1,2025·10⁻⁴ J·m·mol⁻¹, d = 3,45×10⁻¹¹ m; ν es el número total de iones contenidos en la fórmula empírica de la sustancia (por ejemplo, para el Na₂CO₃, ν = 3); z⁺ y z⁻ son los números de carga de esos iones (catión y anión) en la red cristalina (por ejemplo, para el Na₂CO₃, z⁺ = +1, z⁻ = –2) y r⁺ y r⁻ sus radios iónicos, cuya suma r⁺+r⁻ se puede sustituir por la distancia entre los iones, que en el caso del cristal de KF es 266,4 pm. Según eso, ¿qué valor estima Kapustinskii para la energía reticular del KF cristalino?

(A). Aprox. –726 kJ/mol
(B). Aprox. –756 kJ/mol
(C). Aprox. –786 kJ/mol
(D). Aprox. –816 kJ/mol

Parte 3. Sabiendo que la entalpía de sublimación del K es 89 kJ/mol, que el potencial de ionización del K es 419 kJ/mol y que la energía de disociación del flúor es 157 kJ/mol, y empleando la energía de red calculada por Kapustinskii y el valor del calor de formación que se obtuvo en el primer apartado, dar un valor estimado de la afinidad electrónica del flúor.

(A). Aprox. + 442 kJ/mol
(B). Aprox. + 78 kJ/mol
(C). Aprox. –364 kJ/mol
(D). Aprox. –442 kJ/mol

---

Parte 1. Cuando se forma un mol de red cristalina de CaI₂ a partir de sus elementos, a 25 ºC y 1 atm, se liberan 533 kJ; y al formarse la misma cantidad de red de BaI₂ en las mismas condiciones se liberan 69 kJ más. Siempre en las mismas condiciones, sublimar 1 mol de Ca requiere prácticamente la misma energía que sublimar 1 mol de Ba (unos 179 kJ), pero ionizar 1 mol de Ca(g) hasta Ca²⁺(g) requiere aportar 267 kJ más que los necesarios para ionizar 1 mol de Ba(s) hasta Ba²⁺(g). Con esos datos, calcular la diferencia de energía de red entre el CaI₂ y el BaI₂. (Dato: el calcio, el bario y el yodo son sólidos a 25 ºC y 1 atm).

(A). U(CaI₂) –  U(BaI₂) = –336 kJ/mol
(B). U(CaI₂) –  U(BaI₂) = +485 kJ/mol
(C). U(CaI₂) –  U(BaI₂) = –198 kJ/mol
(D). U(CaI₂) –  U(BaI₂) = +336 kJ/mol

Parte 2. Sabiendo que la energía de red del CaI₂ es, en valor absoluto, 2087 kJ/mol, estimar la energía que se necesita para convertir 1 mol de I₂ y 1 mol de Ca en los correspondientes iones yoduro y Ca(II) en estado gaseoso.

(A). 2620 kJ
(B). 1908 kJ
(C). 1820 kJ
(D). 1554 kJ

Parte 3. Aproximadamente, ¿qué energía se desprende cuando se forman 97,8 g de red cristalina de BaI₂ a partir de iones de Ba²⁺(g) e iones de I^–(g)  a 25 ºC y p = 1 atm? (Peso atómico del Ba: 137,3; del I₂: 126,9).

(A). 1889 kJ
(B). 150,5 kJ
(C). Aprox. 522 kJ
(D). El valor que se obtiene es muy distinto de los anteriores.

---

Parte 1. La entalpía de formación de la fluorita (CaF₂) es de –874 kJ/mol y su energía de red es de –2283 kJ/mol. Sabiendo que se desprenden 511 kJ/mol cuando se ioniza un mol de F₂ gaseoso para dar F^–, ¿qué energía se requiere para convertir 1 mol de Ca(s) en 1 mol de Ca²⁺(g)?

(A). 1920 kJ
(B). 898 kJ
(C). –2646 kJ
(D). No se puede calcular por falta de datos.

Parte 2. Sabiendo que se requieren 178 kJ para sublimar un mol de Ca(s), ¿qué energía se necesita para ionizar medio mol de Ca(g) hasta Ca²⁺(g)?

(A). –178 kJ
(B). 89 kJ
(C). 871 kJ
(D). El resultado es muy diferente a los de las demás opciones.

Parte 3. La ecuación de Born-Mayer para calcular teóricamente la energía de red de un cristal iónico es: U = k[(z₊z_–)/d][1-(d*/d)]A, siendo k = 1,392·10^-4 Jm/mol; las z_i son las cargas de los iones implicados; A es la constante de Madelung de la fluorita, cuyo valor es 2,519; d = 267 pm es la distancia entre los iones en esta sal; y d* = 34,5 pm es una constante. Con esos datos, ¿cuál es la energía de red teórica de la fluorita?

(A). 1143583 J/mol
(B). –2,287·10^-6 J/mol
(C). –874 kJ/mol
(D). Se obtiene un valor muy diferente a los de las otras respuestas.

---

Parte 1. Supóngase que el cloro puede formar con el calcio dos compuestos iónicos: el CaCl₂ y el CaCl. Con los siguientes datos termodinámicos, calcúlese la entalpía de formación del CaCl₂(s): entalpía de sublimación del Ca(s): 178 kJ/mol; entalpía de la primera ionización del Ca: 590 kJ/mol; entalpía de la segunda ionización del Ca: 1137 kJ/mol; entalpía de disociación del Cl₂(g): 244 kJ/mol; entalpía de ionización del Cl: –349 kJ/mol; entalpía de red del CaCl₂(s): –2255 kJ/mol.

(A). –2119 kJ/mol
(B). –804 kJ/mol
(C). –455 kJ/mol
(D). El resultado es muy diferente a los de las demás opciones.

Parte 2. Suponiendo que la entalpía de red del hipotético sólido CaCl sea la misma que la del KCl (–717 kJ/mol), averiguar la entalpía de formación del CaCl(s).

(A). –54 kJ/mol
(B). –176 kJ/mol
(C). –717 kJ/mol (es la misma, por la ley de Hess)
(D). El resultado es muy diferente a los de las demás opciones.

Parte 3. ¿Qué variable de las siguientes influye más en el hecho de que la formación del CaCl₂(s) es termodinámicamente más favorable que la del CaCl(s)?

(A). La primera energía de ionización del Ca
(B). El valor de la energía de red del CaCl₂(s) en comparación con la del CaCl(s)
(C). La segunda energía de disociación del Ca
(D). La energía que se necesita para disociar el Cl₂(g), que en uno de los procesos es la mitad que en el otro.