18.E: Metais, metalóides e não metais representativos (exercícios)

18.1: Periodicidade

Como os metais alcalinos diferem dos metais alcalino-terrosos na estrutura atômica e nas propriedades gerais?

Todos os metais alcalinos têm um único elétron s em sua camada mais externa. Em contraste, os metais alcalino-terrosos têm uma subcamada s completa em sua camada mais externa. Em geral, os metais alcalinos reagem mais rapidamente e são mais reativos do que os metais alcalino-terrosos correspondentes no mesmo período.

Por que a reatividade dos metais alcalinos diminui do césio para o lítio?

Preveja as fórmulas para os nove compostos que podem se formar quando cada espécie na coluna 1 da Tabela reage com cada espécie na coluna 2.

1	2
Na	EU
Sr	Se
Al	O

\ [\ ce {Na + I2 ⟶ 2NAi\\
2Na + Se ⟶ Na2Se\\
2Na + O2 ⟶ Na2O2}\]

\ [\ ce {Sr + I2SrI2\\
Sr + SeSese\\
2Sr + O22Sro}\]

\ [\ ce {2Al + 3I22Ali3\\
2Al + 3SeAl2Se3\\
4Al + 3O22Al2O3}\]

Preveja a melhor opção em cada uma das opções a seguir. Talvez você queira revisar o capítulo sobre estrutura eletrônica para obter exemplos relevantes.

1. (a) o mais metálico dos elementos Al, Be e Ba
2. (b) o mais covalente dos compostos NaCl, CaCl ₂ e BeCl ₂
3. (c) a menor energia de primeira ionização entre os elementos Rb, K e Li
4. (d) o menor entre Al, Al ⁺ e Al ³⁺
5. (e) o maior entre Cs ⁺, Ba ²⁺ e Xe

O cloreto de sódio e o cloreto de estrôncio são ambos sólidos brancos. Como você pode distinguir um do outro?

As formas possíveis de distinguir entre os dois incluem espectroscopia de infravermelho por comparação de compostos conhecidos, um teste de chama que fornece a cor amarela característica do sódio (o estrôncio tem uma chama vermelha) ou a comparação de suas solubilidades em água. A 20° C, o NaCl se dissolve na medida\(\mathrm{\dfrac{35.7\: g}{100\: mL}}\) em comparação com\(\mathrm{\dfrac{53.8\: g}{100\: mL}}\) o SrCl ₂. O aquecimento a 100° C fornece um teste fácil, já que a solubilidade do NaCl é\(\mathrm{\dfrac{39.12\: g}{100\: mL}}\), mas a do SrCl ₂ é\(\mathrm{\dfrac{100.8\: g}{100\: mL}}\). A determinação da densidade em um sólido às vezes é difícil, mas há diferença suficiente (2,165 g/mL de NaCl e 3,052 g/mL de SrCl ₂) para que esse método seja viável e talvez o teste mais fácil e mais barato de realizar.

A reação da cal viva, CaO, com a água produz cal apagada, Ca (OH) ₂, que é amplamente utilizada na indústria da construção para fazer argamassa e gesso. A reação da cal viva e da água é altamente exotérmica:

\[\ce{CaO}(s)+\ce{H2O}(l)⟶\ce{Ca(OH)2}(s) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{−350\: kJ\:mol^{−1}}\]

1. (a) Qual é a entalpia da reação por grama de cal viva que reage?
2. (b) Quanto calor, em quilojoules, está associado à produção de 1 tonelada de cal apagada?

Escreva uma equação balanceada para a reação do estrôncio elementar com cada um dos seguintes:

1. (a) oxigênio
2. (b) brometo de hidrogênio
3. (c) hidrogênio
4. (d) fósforo
5. (e) água

(a)\(\ce{2Sr}(s)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2SrO}(s)\); (b)\(\ce{Sr}(s)+\ce{2HBr}(g)⟶\ce{SrBr2}(s)+\ce{H2}(g)\); (c)\(\ce{Sr}(s)+\ce{H2}(g)⟶\ce{SrH2}(s)\); (d)\(\ce{6Sr}(s)+\ce{P4}(s)⟶\ce{2Sr3P2}(s)\); (e)\(\ce{Sr}(s)+\ce{2H2O}(l)⟶\ce{Sr(OH)2}(aq)+\ce{H2}(g)\)

Quantos moles de espécies iônicas estão presentes em 1,0 L de uma solução marcada com 1,0 M de nitrato de mercúrio (I)?

Qual é a massa de peixe, em quilogramas, que seria necessário consumir para obter uma dose fatal de mercúrio, se o peixe contivesse 30 partes por milhão de mercúrio em peso? (Suponha que todo o mercúrio dos peixes acabe como cloreto de mercúrio (II) no corpo e que uma dose fatal seja 0,20 g de HgCl ₂.) Quantos quilos de peixe são esses?

11 libras

Os elementos sódio, alumínio e cloro estão no mesmo período.

1. (a) Qual tem a maior eletronegatividade?
2. (b) Qual dos átomos é o menor?
3. (c) Escreva a estrutura de Lewis para o composto covalente mais simples que pode se formar entre alumínio e cloro.
4. (d) O óxido de cada elemento será ácido, básico ou anfotérico?

O estanho metálico reage com HCl?

Sim, o estanho reage com o ácido clorídrico para produzir gás hidrogênio.

O que é praga do estanho, também conhecida como doença do estanho?

Compare a natureza das ligações no PbCl ₂ com a das ligações no PbCl ₄.

No PbCl ₂, a ligação é iônica, conforme indicado pelo seu ponto de fusão de 501 °C. No PbCl ₄, a ligação é covalente, como evidenciado por ser um líquido instável à temperatura ambiente.

A reação do rubídio com a água é mais ou menos vigorosa do que a do sódio? Como a taxa de reação do magnésio se compara?

18.2: Ocorrência e preparação dos metais representativos

Escreva uma equação para a redução do cloreto de césio pelo cálcio elementar em alta temperatura.

\[\ce{2CsCl}(l)+\ce{Ca}(g)\:\mathrm{\overset{countercurrent \\ fractionating \\ tower}{\xrightarrow{\hspace{40px}}}}\:\ce{2Cs}(g)+\ce{CaCl2}(l)\]

Por que é necessário manter o cloro e o sódio, resultantes da eletrólise do cloreto de sódio, separados durante a produção do metal sódico?

Forneça equações balanceadas para a reação geral na eletrólise do cloreto de lítio fundido e para as reações que ocorrem nos eletrodos. Talvez você queira revisar o capítulo sobre eletroquímica para obter exemplos relevantes.

Cátodo (redução):\(\ce{2Li+} + \ce{2e-}⟶\ce{2Li}(l)\); Ânodo (oxidação):\(\ce{2Cl-}⟶\ce{Cl2}(g)+\ce{2e-}\); Reação geral:\(\ce{2Li+}+\ce{2Cl-}⟶\ce{2Li}(l)+\ce{Cl2}(g)\)

A eletrólise do cloreto de sódio fundido ou do cloreto de sódio aquoso produz cloro.

Calcule a massa de cloro produzida a partir de 3,00 kg de cloreto de sódio em cada caso. Talvez você queira revisar o capítulo sobre eletroquímica para obter exemplos relevantes.

Qual massa, em gramas, do gás hidrogênio se forma durante a reação completa de 10,01 g de cálcio com a água?

0,5035 g H ₂

Quantos gramas de gás oxigênio são necessários para reagir completamente com 3,01 × 10 ²¹ átomos de magnésio para produzir óxido de magnésio?

O magnésio é um metal ativo; ele queima na forma de pó, fitas e filamentos para fornecer flashes de luz brilhante. Por que é possível usar magnésio na construção?

Apesar de sua reatividade, o magnésio pode ser usado na construção civil mesmo quando o magnésio vai entrar em contato com uma chama, porque uma camada protetora de óxido é formada, evitando a oxidação grossa. Somente se o metal estiver finamente subdividido ou presente em uma folha fina, uma chama de alta intensidade causará sua queima rápida.

Por que é possível que um metal ativo como o alumínio seja útil como metal estrutural?

Descreva a produção de alumínio metálico por redução eletrolítica.

Extrato do minério:\(\ce{AlO(OH)}(s)+\ce{NaOH}(aq)+\ce{H2O}(l)⟶\ce{Na[Al(OH)4]}(aq)\)

Recuperar:\(\ce{2Na[Al(OH)4]}(s)+\ce{H2SO4}(aq)⟶\ce{2Al(OH)3}(s)+\ce{Na2SO4}(aq)+\ce{2H2O}(l)\)

Sinterização:\(\ce{2Al(OH)3}(s)⟶\ce{Al2O3}(s)+\ce{3H2O}(g)\)

Dissolva em Na ₃ AlF ₆ (l) e eletrolisar:\(\ce{Al^3+}+\ce{3e-}⟶\ce{Al}(s)\)

O que é o minério comum de estanho e como o estanho é separado dele?

Um químico dissolve uma amostra de 1.497 g de um tipo de metal (uma liga de Sn, Pb, Sb e Cu) em ácido nítrico, e o ácido metastânico, H ₂ SnO ₃, é precipitado. Ela aquece o precipitado para expulsar a água, que deixa 0,4909 g de óxido de estanho (IV). Qual foi a porcentagem de estanho na amostra original?

25,83%

Considere a produção de 100 kg de metal sódico usando uma corrente de 50.000 A, assumindo um rendimento de 100%.

(a) Quanto tempo será necessário para produzir os 100 kg de metal sódico?

(b) Que volume de cloro se forma a 25 °C e 1,00 atm?

Que massa de magnésio se forma quando 100.000 A passa por uma fusão de MgCl ₂ por 1,00 h se o rendimento de magnésio for 85% do rendimento teórico?

39 kg

18.3: Estrutura e propriedades gerais dos metalóides

Dê a hibridização do metalóide e a geometria molecular para cada um dos seguintes compostos ou íons. Talvez você queira revisar os capítulos sobre ligação química e ligação covalente avançada para obter exemplos relevantes.

1. (a) GeH ₄
2. (b) SbF ₃
3. (c) Te (OH) ₆
4. (d) H ₂ Te
5. (e) GeF ₂
6. (f) TecL ₄
7. (g)\(\ce{SiF6^2-}\)
8. (h) SBCl ₅
9. (i) TeF ₆

Escreva uma estrutura de Lewis para cada uma das seguintes moléculas ou íons. Você pode querer revisar o capítulo sobre ligação química.

1. (a) H ₃ BPH ₃
2. (b)\(\ce{BF4-}\)
3. (c) BBr ₃
4. (d) B (CH ₃₃)
5. (e) B (OH) ₃

(a) H ₃ BPH ₃:

;

(b)\(\ce{BF4-}\):

;

(c) Bbr ₃:

;

(d) B (CH ₃₃):

;

(e) B (OH) ₃:

Descreva a hibridização do boro e a estrutura molecular do boro em cada um dos seguintes itens:

1. (a) H ₃ BPH ₃
2. (b)\(\ce{BF4-}\)
3. (c) BBr₃
4. (d) B(CH₃)₃
5. (e) B(OH)₃

Using only the periodic table, write the complete electron configuration for silicon, including any empty orbitals in the valence shell. You may wish to review the chapter on electronic structure.

1s²2s²2p⁶3s²3p²3d⁰.

Write a Lewis structure for each of the following molecules and ions:

1. (a) (CH₃)₃SiH
2. (b) \(\ce{SiO4^4-}\)
3. (c) Si₂H₆
4. (d) Si(OH)₄
5. (e) \(\ce{SiF6^2-}\)

Describe the hybridization of silicon and the molecular structure of the following molecules and ions:

1. (a) (CH₃)₃SiH
2. (b) \(\ce{SiO4^4-}\)
3. (c) Si₂H₆
4. (d) Si(OH)₄
5. (e) \(\ce{SiF6^2-}\)

(a) (CH₃)₃SiH: sp³ bonding about Si; the structure is tetrahedral; (b) \(\ce{SiO4^4-}\): sp³ bonding about Si; the structure is tetrahedral; (c) Si₂H₆: sp³ bonding about each Si; the structure is linear along the Si-Si bond; (d) Si(OH)₄: sp³ bonding about Si; the structure is tetrahedral; (e) \(\ce{SiF6^2-}\): sp³d² bonding about Si; the structure is octahedral

Describe the hybridization and the bonding of a silicon atom in elemental silicon.

Classify each of the following molecules as polar or nonpolar. You may wish to review the chapter on chemical bonding.

(a) SiH₄

(b) Si₂H₆

(c) SiCl₃H

(d) SiF₄

(e) SiCl₂F₂

(a) nonpolar; (b) nonpolar; (c) polar; (d) nonpolar; (e) polar

Silicon reacts with sulfur at elevated temperatures. If 0.0923 g of silicon reacts with sulfur to give 0.3030 g of silicon sulfide, determine the empirical formula of silicon sulfide.

Name each of the following compounds:

1. (a) TeO₂
2. (b) Sb₂S₃
3. (c) GeF₄
4. (d) SiH₄
5. (e) GeH₄

(a) tellurium dioxide or tellurium(IV) oxide; (b) antimony(III) sulfide; (c) germanium(IV) fluoride; (d) silane or silicon(IV) hydride; (e) germanium(IV) hydride

Write a balanced equation for the reaction of elemental boron with each of the following (most of these reactions require high temperature):

1. (a) F₂
2. (b) O₂
3. (c) S
4. (d) Se
5. (e) Br₂

Why is boron limited to a maximum coordination number of four in its compounds?

Boron has only s and p orbitals available, which can accommodate a maximum of four electron pairs. Unlike silicon, no d orbitals are available in boron.

Write a formula for each of the following compounds:

1. (a) silicon dioxide
2. (b) silicon tetraiodide
3. (c) silane
4. (d) silicon carbide
5. (e) magnesium silicide

From the data given in Appendix I , determine the standard enthalpy change and the standard free energy change for each of the following reactions:

1. (a) \(\ce{BF3}(g)+\ce{3H2O}(l)⟶\ce{B(OH)3}(s)+\ce{3HF}(g)\)
2. (b) \(\ce{BCl3}(g)+\ce{3H2O}(l)⟶\ce{B(OH)3}(s)+\ce{3HCl}(g)\)
3. (c) \(\ce{B2H6}(g)+\ce{6H2O}(l)⟶\ce{2B(OH)3}(s)+\ce{6H2}(g)\)

(a) ΔH° = 87 kJ; ΔG° = 44 kJ; (b) ΔH° = −109.9 kJ; ΔG° = −154.7 kJ; (c) ΔH° = −510 kJ; ΔG° = −601.5 kJ

A hydride of silicon prepared by the reaction of Mg₂Si with acid exerted a pressure of 306 torr at 26 °C in a bulb with a volume of 57.0 mL. If the mass of the hydride was 0.0861 g, what is its molecular mass? What is the molecular formula for the hydride?

Suppose you discovered a diamond completely encased in a silicate rock. How would you chemically free the diamond without harming it?

A mild solution of hydrofluoric acid would dissolve the silicate and would not harm the diamond.

18.4: Structure and General Properties of the Nonmetals

Carbon forms a number of allotropes, two of which are graphite and diamond. Silicon has a diamond structure. Why is there no allotrope of silicon with a graphite structure?

Nitrogen in the atmosphere exists as very stable diatomic molecules. Why does phosphorus form less stable P₄ molecules instead of P₂ molecules?

In the N₂ molecule, the nitrogen atoms have an σ bond and two π bonds holding the two atoms together. The presence of three strong bonds makes N₂ a very stable molecule. Phosphorus is a third-period element, and as such, does not form π bonds efficiently; therefore, it must fulfill its bonding requirement by forming three σ bonds.

Write balanced chemical equations for the reaction of the following acid anhydrides with water:

1. (a) SO₃
2. (b) N₂O₃
3. (c) Cl₂O₇
4. (d) P₄O₁₀
5. (e) NO₂

Determine the oxidation number of each element in each of the following compounds:

1. (a) HCN
2. (b) OF₂
3. (c) AsCl₃

(a) H = 1+, C = 2+, and N = 3−; (b) O = 2+ and F = 1−; (c) As = 3+ and Cl = 1−

Determine the oxidation state of sulfur in each of the following:

1. (a) SO₃
2. (b) SO₂
3. (c) \(\ce{SO3^2-}\)

Arrange the following in order of increasing electronegativity: F; Cl; O; and S.

S < Cl < O < F

Why does white phosphorus consist of tetrahedral P₄ molecules while nitrogen consists of diatomic N₂ molecules?

18.5: Occurrence, Preparation, and Compounds of Hydrogen

Why does hydrogen not exhibit an oxidation state of 1− when bonded to nonmetals?

The electronegativity of the nonmetals is greater than that of hydrogen. Thus, the negative charge is better represented on the nonmetal, which has the greater tendency to attract electrons in the bond to itself.

The reaction of calcium hydride, CaH₂, with water can be characterized as a Lewis acid-base reaction:

\[\ce{CaH2}(s)+\ce{2H2O}(l)⟶\ce{Ca(OH)2}(aq)+\ce{2H2}(g)\]

Identify the Lewis acid and the Lewis base among the reactants. The reaction is also an oxidation-reduction reaction. Identify the oxidizing agent, the reducing agent, and the changes in oxidation number that occur in the reaction.

In drawing Lewis structures, we learn that a hydrogen atom forms only one bond in a covalent compound. Why?

Hydrogen has only one orbital with which to bond to other atoms. Consequently, only one two-electron bond can form.

What mass of CaH₂ is necessary to react with water to provide enough hydrogen gas to fill a balloon at 20 °C and 0.8 atm pressure with a volume of 4.5 L? The balanced equation is:

\[\ce{CaH2}(s)+\ce{2H2O}(l)⟶\ce{Ca(OH)2}(aq)+\ce{2H2}(g)\]

What mass of hydrogen gas results from the reaction of 8.5 g of KH with water?

\[\ce{KH + H2O ⟶ KOH + H2}\]

0.43 g H₂

18.6: Occurrence, Preparation, and Properties of Carbonates

Carbon forms the \(\ce{CO3^2-}\) ion, yet silicon does not form an analogous \(\ce{SiO3^2-}\) ion. Why?

Complete and balance the following chemical equations:

(a) hardening of plaster containing slaked lime

\[\ce{Ca(OH)2 + CO2 ⟶}\]

(b) removal of sulfur dioxide from the flue gas of power plants

\[\ce{CaO + SO2 ⟶}\]

(c) the reaction of baking powder that produces carbon dioxide gas and causes bread to rise

\[\ce{NaHCO3 + NaH2PO4 ⟶}\]

(a) \(\ce{Ca(OH)2}(aq)+\ce{CO2}(g)⟶\ce{CaCO3}(s)+\ce{H2O}(l)\); (b) \(\ce{CaO}(s)+\ce{SO2}(g)⟶\ce{CaSO3}(s)\);

(c) \(\ce{2NaHCO3}(s)+\ce{NaH2PO4}(aq)⟶\ce{Na3PO4}(aq)+\ce{2CO2}(g)+\ce{2H2O}(l)\)

Heating a sample of Na₂CO₃⋅xH₂O weighing 4.640 g until the removal of the water of hydration leaves 1.720 g of anhydrous Na₂CO₃. What is the formula of the hydrated compound?

18.7: Occurrence, Preparation, and Properties of Nitrogen

Write the Lewis structures for each of the following:

1. (a) NH²⁻
2. (b) N₂F₄
3. (c) \(\ce{NH2-}\)
4. (d) NF₃
5. (e) \(\ce{N3-}\)

(a) NH²⁻:

; (b) N₂F₄: ; (c) \(\ce{NH2-}\): ; (d) NF ₃: ; (e)\(\ce{N3-}\):

Para cada um dos itens a seguir, indique a hibridização do átomo de nitrogênio (para\(\ce{N3-}\), o nitrogênio central).

1. (a) N ₂ F ₄
2. (b)\(\ce{NH2-}\)
3. (c) NF ₃
4. (d)\(\ce{N3-}\)

Explique como a amônia pode funcionar tanto como uma base de Brønsted quanto como uma base de Lewis.

A amônia atua como uma base de Brønsted porque aceita prontamente prótons e como uma base de Lewis, pois tem um par de elétrons para doar.

Base brønsted: base\(\ce{NH3 + H3O+ ⟶ NH4+ + H2O}\) Lewis:\(\ce{2NH3 + Ag+ ⟶ [H3N−Ag−NH3]+}\)

Determine o estado de oxidação do nitrogênio em cada um dos seguintes. Você pode consultar o capítulo sobre ligação química para obter exemplos relevantes.

1. (a) NCl ₃
2. (b) ClNO
3. (c) N ₂ O ₅
4. (d) N ₂ O ₃
5. (e)\(\ce{NO2-}\)
6. (f) N ₂ O ₄
7. (g) N ₂ O
8. (h)\(\ce{NO3-}\)
9. (i) HNO ₂
10. (j) HNO ₃

Para cada um dos itens a seguir, desenhe a estrutura de Lewis, preveja o ângulo de ligação ONO e forneça a hibridização do nitrogênio. Você pode revisar os capítulos sobre ligação química e teorias avançadas de ligação covalente para obter exemplos relevantes.

(a) Nº ₂

(b)\(\ce{NO2-}\)

(c)\(\ce{NO2+}\)

(a) Nº ₂:

O nitrogênio é hibridizado sp ². A molécula tem uma geometria curvada com um ângulo de ligação ONO de aproximadamente 120°. (b) O\(\ce{NO2-}\): nitrogênio é hibridizado sp ². A molécula tem uma geometria curvada com um ângulo de ligação ONO ligeiramente inferior a 120°. (c)\(\ce{NO2+}\):

O nitrogênio é tão hibridizado. A molécula tem uma geometria linear com um ângulo de ligação ONO de 180°.

Quantos gramas de amônia gasosa a reação de 3,0 g de gás hidrogênio e 3,0 g de gás nitrogênio produzirá?

Embora o PF ₅ e o AsF ₅ sejam estáveis, o nitrogênio não forma moléculas de NF ₅. Explique essa diferença entre os membros do mesmo grupo.

O nitrogênio não pode formar uma molécula de NF ₅ porque não tem orbitais d para se ligar aos dois átomos adicionais de flúor.

O ponto de equivalência para a titulação de uma amostra de 25,00 mL de solução de CsOH com 0,1062 M HNO ₃ é de 35,27 mL. Qual é a concentração da solução de CsOH?

18.8: Ocorrência, preparação e propriedades do fósforo

Escreva a estrutura de Lewis para cada um dos itens a seguir. Talvez você queira revisar o capítulo sobre ligação química e geometria molecular.

1. (a) PH ₃
2. (b)\(\ce{PH4+}\)
3. (c) P₂H₄
4. (d) \(\ce{PO4^3-}\)
5. (e) PF₅

(a)

;

(b)

;

(c)

;

(d)

;

(e)

Descreva a estrutura molecular de cada uma das seguintes moléculas ou íons listados. Talvez você queira revisar o capítulo sobre ligação química e geometria molecular.

1. (a) PH ₃
2. (b)\(\ce{PH4+}\)
3. (c) P₂H₄
4. (d) \(\ce{PO4^3-}\)

Complete and balance each of the following chemical equations. (In some cases, there may be more than one correct answer.)

1. (a) \(\ce{P4 + Al⟶}\)
2. (b) \(\ce{P4 + Na⟶}\)
3. (c) \(\ce{P4 + F2⟶}\)
4. (d) \(\ce{P4 + Cl2⟶}\)
5. (e) \(\ce{P4 + O2⟶}\)
6. (f) \(\ce{P4O6 + O2⟶}\)

(a) \(\ce{P4}(s)+\ce{4Al}(s)⟶\ce{4AlP}(s)\); (b) \(\ce{P4}(s)+\ce{12Na}(s)⟶\ce{4Na3P}(s)\); (c) \(\ce{P4}(s)+\ce{10F2}(g)⟶\ce{4PF5}(l)\); (d) \(\ce{P4}(s)+\ce{6Cl2}(g)⟶\ce{4PCl3}(l)\) or \(\ce{P4}(s)+\ce{10Cl2}(g)⟶\ce{4PCl5}(l)\); (e) \(\ce{P4}(s)+\ce{3O2}(g)⟶\ce{P4O6}(s)\) or \(\ce{P4}(s)+\ce{5O2}(g)⟶\ce{P4O10}(s)\); (f) \(\ce{P4O6}(s)+\ce{2O2}(g)⟶\ce{P4O10}(s)\)

Describe the hybridization of phosphorus in each of the following compounds: P₄O₁₀, P₄O₆, PH₄I (an ionic compound), PBr₃, H₃PO₄, H₃PO₃, PH₃, and P₂H₄. You may wish to review the chapter on advanced theories of covalent bonding.

What volume of 0.200 M NaOH is necessary to neutralize the solution produced by dissolving 2.00 g of PCl₃ is an excess of water? Note that when H₃PO₃ is titrated under these conditions, only one proton of the acid molecule reacts.

291 mL

How much POCl₃ can form from 25.0 g of PCl₅ and the appropriate amount of H₂O?

How many tons of Ca₃(PO₄)₂ are necessary to prepare 5.0 tons of phosphorus if the yield is 90%?

28 tons

Write equations showing the stepwise ionization of phosphorous acid.

Draw the Lewis structures and describe the geometry for the following:

1. (a) \(\ce{PF4+}\)
2. (b) PF₅
3. (c) \(\ce{PF6-}\)
4. (d) POF₃

(a)

;

(b)

;

(c)

;

(d)

Por que o ácido fosforoso forma apenas duas séries de sais, mesmo que a molécula contenha três átomos de hidrogênio?

Atribua um estado de oxidação ao fósforo em cada uma das seguintes opções:

1. (a) NaH ₂ PO ₃
2. (b) PDF ₅
3. (c) P ₄ O ₆
4. (dK) ₃ PO ₄
5. (e) Na ₃ P
6. (f) Na ₄ P ₂ O ₇

(a) P = 3+; (b) P = 5+; (c) P = 3+; (d) P = 5+; (e) P = 3−; (f) P = 5+

O ácido fosfórico, um dos ácidos usados em algumas bebidas à base de cola, é produzido pela reação do óxido de fósforo (V), um óxido ácido, com a água. O óxido de fósforo (V) é preparado pela combustão do fósforo.

1. (a) Escreva a fórmula empírica do óxido de fósforo (V).
2. (b) Qual é a fórmula molecular do óxido de fósforo (V) se a massa molar for de cerca de 280.
3. (c) Escreva equações balanceadas para a produção de óxido de fósforo (V) e ácido fosfórico.
4. (d) Determine a massa de fósforo necessária para produzir 1,00 × 10 ⁴ kg de ácido fosfórico, assumindo um rendimento de 98,85%.

18.9: Ocorrência, preparação e compostos de oxigênio

Preveja o produto da queima do frâncio no ar.

Para ₂

Usando equações, descreva a reação da água com o potássio e com o óxido de potássio.

Escreva equações químicas balanceadas para as seguintes reações:

1. (a) metal de zinco aquecido em um fluxo de gás oxigênio
2. (b) carbonato de zinco aquecido até que a perda de massa pare
3. (c) carbonato de zinco adicionado a uma solução de ácido acético, CH ₃ CO ₂ H
4. (d) zinco adicionado a uma solução de ácido bromídrico

(a)\(\ce{2Zn}(s)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2ZnO}(s)\); (b)\(\ce{ZnCO3}(s)⟶\ce{ZnO}(s)+\ce{CO2}(g)\); (c)\(\ce{ZnCO3}(s)+\ce{2CH3COOH}(aq)⟶\ce{Zn(CH3COO)2}(aq)+\ce{CO2}(g)+\ce{H2O}(l)\); (d)\(\ce{Zn}(s)+\ce{2HBr}(aq)⟶\ce{ZnBr2}(aq)+\ce{H2}(g)\)

Escreva equações químicas balanceadas para as seguintes reações:

1. (a) cádmio queimado no ar
2. (b) cádmio elementar adicionado a uma solução de ácido clorídrico
3. (c) hidróxido de cádmio adicionado a uma solução de ácido acético, CH ₃ CO ₂ H

Ilustre a natureza anfotérica do hidróxido de alumínio citando equações adequadas.

\(\ce{Al(OH)3}(s)+\ce{3H+}(aq)⟶\ce{Al^3+}+\ce{3H2O}(l)\);\(\ce{Al(OH)3}(s)+\ce{OH-}⟶\ce{[Al(OH)4]-}(aq)\)

Escreva equações químicas balanceadas para as seguintes reações:

1. (a) alumínio metálico queimado no ar
2. (b) alumínio elementar aquecido em uma atmosfera de cloro
3. (c) alumínio aquecido em gás brometo de hidrogênio
4. (d) hidróxido de alumínio adicionado a uma solução de ácido nítrico

Escreva equações químicas balanceadas para as seguintes reações:

1. (a) óxido de sódio adicionado à água
2. (b) carbonato de césio adicionado a um excesso de uma solução aquosa de HF
3. (c) óxido de alumínio adicionado a uma solução aquosa de HClO ₄
4. d) Uma solução de carbonato de sódio adicionada à solução de nitrato de bário
5. (e) titânio metálico produzido a partir da reação do tetracloreto de titânio com o sódio elementar

(a)\(\ce{Na2O}(s)+\ce{H2O}(l)⟶\ce{2NaOH}(aq)\); (b)\(\ce{Cs2CO3}(s)+\ce{2HF}(aq)⟶\ce{2CsF}(aq)+\ce{CO2}(g)+\ce{H2O}(l)\); (c)\(\ce{Al2O3}(s)+\ce{6HClO4}(aq)⟶\ce{2Al(ClO4)3}(aq)+\ce{3H2O}(l)\); (d)\(\ce{Na2CO3}(aq)+\ce{Ba(NO3)2}(aq)⟶\ce{2NaNO3}(aq)+\ce{BaCO3}(s)\); (e)\(\ce{TiCl4}(l)+\ce{4Na}(s)⟶\ce{Ti}(s)+\ce{4NaCl}(s)\)

Qual volume de solução 0,250 M H ₂ SO ₄ é necessário para neutralizar uma solução que contém 5,00 g de CaCO ₃?

Qual é o ácido mais forte, HClO ₄ ou HBrO ₄? Por quê?

O HClO ₄ é o ácido mais forte porque, em uma série de oxiácidos com fórmulas semelhantes, quanto maior a eletronegatividade do átomo central, mais forte é a atração do átomo central pelos elétrons do (s) oxigênio (s). A atração mais forte do elétron de oxigênio resulta em uma atração mais forte de oxigênio pelos elétrons na ligação O-H, tornando o hidrogênio mais facilmente liberado. Quanto mais fraca essa ligação, mais forte é o ácido.

Escreva uma equação química balanceada para a reação de um excesso de oxigênio com cada uma das seguintes opções. Lembre-se de que o oxigênio é um agente oxidante forte e tende a oxidar um elemento até seu estado máximo de oxidação.

1. (a) Mg
2. (b) Esfregue
3. (c) Gás
4. (d) C ₂ H ₂
5. (e) CO

Qual é o ácido mais forte, H ₂ SO ₄ ou H ₂ SeO ₄? Por quê? Você pode querer revisar o capítulo sobre o equilíbrio ácido-base.

Como H ₂ SO ₄ e H ₂ SeO ₄ são ambos oxiácidos e seus átomos centrais têm o mesmo número de oxidação, a força do ácido depende da eletronegatividade relativa do átomo central. Como o enxofre é mais eletronegativo que o selênio, o H ₂ SO ₄ é o ácido mais forte.

18.10: Ocorrência, preparação e propriedades do enxofre

Explique por que o sulfeto de hidrogênio é um gás à temperatura ambiente, enquanto a água, que tem uma massa molecular menor, é um líquido.

Dê o estado de hibridização e oxidação do enxofre em SO ₂, em SO ₃ e em H ₂ SO ₄.

SO ₂, sp ² 4+; SO ₃, sp ², 6+; H ₂ SO ₄, sp ³, 6+

Qual é o ácido mais forte, NaHSO ₃ ou NaHSO ₄?

Determine o estado de oxidação do enxofre em SF ₆, SO _{2 F 2} e KHS.

SF ₆: S = 6+; ENTÃO ₂ F ₂: S = 6+; KHS: S = 2−

Qual é um ácido mais forte, ácido sulfuroso ou ácido sulfúrico? Por quê?

O oxigênio forma ligações duplas em O ₂, mas o enxofre forma ligações simples em S ₈. Por quê?

O enxofre é capaz de formar ligações duplas somente em altas temperaturas (condições substancialmente endotérmicas), o que não é o caso do oxigênio.

Dê a estrutura de Lewis de cada um dos seguintes:

1. (a) SF ₄
2. (b) K ₂ OS ₄
3. (c) SO ₂ Cl ₂
4. (d) H ₂ OS ₃
5. (e) ISO ₃

Escreva duas equações químicas balanceadas nas quais o ácido sulfúrico atua como um agente oxidante.

Há muitas respostas possíveis, incluindo:

\[\ce{Cu}(s)+\ce{2H2SO4}(l)⟶\ce{CuSO4}(aq)+\ce{SO2}(g)+\ce{2H2O}(l)\]

\[\ce{C}(s)+\ce{2H2SO4}(l)⟶\ce{CO2}(g)+\ce{2SO2}(g)+\ce{2H2O}(l)\]

Explique por que o ácido sulfúrico, H ₂ SO ₄, que é uma molécula covalente, se dissolve na água e produz uma solução que contém íons.

Quantos gramas de sais de Epsom (MgSO ₄ ⋅7H ₂ O) se formarão a partir de 5,0 kg de magnésio?

5,1 × 10 ⁴ g

18.11: Ocorrência, preparação e propriedades de halogênios

O que significa dizer que os haletos de mercúrio (II) são eletrólitos fracos?

Por que o SnCl4 não é classificado como sal?

O SnCl4 não é um sal porque está ligado covalentemente. Um sal deve ter ligações iônicas.

As reações a seguir são todas semelhantes às dos produtos químicos industriais. Complete e equilibre as equações para essas reações:

(a) reação de uma base fraca e um ácido forte

\[\ce{NH3 + HClO4⟶}\]

(b) preparação de um sal de prata solúvel para revestimento de prata

\[\ce{Ag2CO3 + HNO3⟶}\]

(c) preparação de hidróxido de estrôncio por eletrólise de uma solução de cloreto de estrôncio

\[\ce{SrCl2}(aq)+\ce{H2O}(l)\xrightarrow{\ce{electrolysis}}\]

Qual é o ácido mais forte, HClO3 ou HBrO3? Por quê?

Em oxiácidos com fórmulas similares, a força do ácido aumenta à medida que a eletronegatividade do átomo central aumenta. HClO3 é mais forte que HBrO3; Cl é mais eletronegativo que Br.

Qual é a hibridização do iodo no IF3 e no IF5?

Preveja as geometrias moleculares e desenhe estruturas de Lewis para cada uma das seguintes opções. Talvez você queira revisar o capítulo sobre ligação química e geometria molecular.

(a) IF ₅

(b)\(\ce{I3-}\)

(c) PCl ₅

(d) SeF ₄

(e) ClF ₃

(uma)

;

(b)

;

(c)

;

(d)

;

(e)

Qual halogênio tem a maior energia de ionização? É isso que você preveria com base no que aprendeu sobre propriedades periódicas?

Nomeie cada um dos seguintes compostos:

(a) BrF ₃

(b) Anbro ₃

(c) PBr ₅

(d) NaClO ₄

(e) KClo

(a) trifluoreto de bromo; (b) bromato de sódio; (c) pentabrometo de fósforo; (d) perclorato de sódio; (e) hipoclorito de potássio

Explique por que, à temperatura ambiente, o flúor e o cloro são gases, o bromo é um líquido e o iodo é um sólido.

Qual é o estado de oxidação do halogênio em cada um dos seguintes?

(a) H ₅ IO ₆

(b)\(\ce{IO4-}\)

(c) ClO₂

(d) ICl₃

(e) F₂

(a) I: 7+; (b) I: 7+; (c) Cl: 4+; (d) I: 3+; Cl: 1−; (e) F: 0

Physiological saline concentration—that is, the sodium chloride concentration in our bodies—is approximately 0.16 M. A saline solution for contact lenses is prepared to match the physiological concentration. If you purchase 25 mL of contact lens saline solution, how many grams of sodium chloride have you bought?

18.12: Occurrence, Preparation, and Properties of the Noble Gases

Give the hybridization of xenon in each of the following. You may wish to review the chapter on the advanced theories of covalent bonding.

1. (a) XeF₂
2. (b) XeF₄
3. (c) XeO₃
4. (d) XeO₄
5. (e) XeOF₄

(a) sp³d hybridized; (b) sp³d² hybridized; (c) sp³ hybridized; (d) sp³ hybridized; (e) sp³d² hybridized;

What is the molecular structure of each of the following molecules? You may wish to review the chapter on chemical bonding and molecular geometry.

1. (a) XeF₂
2. (b) XeF₄
3. (c) XeO₃
4. (d) XeO₄
5. (e) XeOF₄

Indicate whether each of the following molecules is polar or nonpolar. You may wish to review the chapter on chemical bonding and molecular geometry.

1. (a) XeF₂
2. (b) XeF₄
3. (c) XeO₃
4. (d) XeO₄
5. (e) XeOF₄

(a) nonpolar; (b) nonpolar; (c) polar; (d) nonpolar; (e) polar

What is the oxidation state of the noble gas in each of the following? You may wish to review the chapter on chemical bonding and molecular geometry.

1. (a) XeO₂F₂
2. (b) KrF₂
3. (c) \(\ce{XeF3+}\)
4. (d) \(\ce{XeO6^4-}\)
5. (e) XeO₃

A mixture of xenon and fluorine was heated. A sample of the white solid that formed reacted with hydrogen to yield 81 mL of xenon (at STP) and hydrogen fluoride, which was collected in water, giving a solution of hydrofluoric acid. The hydrofluoric acid solution was titrated, and 68.43 mL of 0.3172 M sodium hydroxide was required to reach the equivalence point. Determine the empirical formula for the white solid and write balanced chemical equations for the reactions involving xenon.

The empirical formula is XeF₆, and the balanced reactions are:

\[\ce{Xe}(g)+\ce{3F2}(g)\xrightarrow{Δ}\ce{XeF6}(s)\]
\[\ce{XeF6}(s)+\ce{3H2}(g)⟶\ce{6HF}(g)+\ce{Xe}(g)\]

Basic solutions of Na₄XeO₆ are powerful oxidants. What mass of Mn(NO₃)₂•6H₂O reacts with 125.0 mL of a 0.1717 M basic solution of Na₄XeO₆ that contains an excess of sodium hydroxide if the products include Xe and solution of sodium permanganate?