Física y Química 4º ESO: guía interactiva para la resolución de ejercicios

1. Física y Química 4º ESO: guía interactiva para la resolución de ejercicios I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

2. Ejercicio 1 Ejercicio 2 Ejercicio 3 Ejercicio 4 Ejercicio 5 Ejercicio 6 Ejercicio 7 Ejercicio 8 Ejercicio 9 Ejercicio 10 Ejercicio 11 Ejercicio 12 Ejercicio 13 Ejercicio 14 Ejercicio 15 Ejercicio 16 Ejercicio 17 Ejercicio 18 Ejercicio 19 Índice • ¿Por qué son útiles los metales y las aleaciones? • Las reacciones químicas de los metales • Obtención de los metales I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

3. Ayuda Los metales son tan necesarios hoy día que nos resultaría casi imposible imaginar el mundo sin ellos. La utilidad de los metales radica en que poseen las siguientes propiedades: todos son brillantes, son deformables, hay metales resistentes a las tensiones, algunos metales son duros, todos son buenos conductores de la electricidad y del calor, la mayoría tiene puntos de fusión altos y normalmente son muy densos. Una aleación es una disolución sólida de dos o más metales y, excepcionalmente, carbono. Se obtienen cuando se mezclan metales fundidos y, después, se dejan solidificar. Las aleaciones mejoran las propiedades de los metales puros. La tabla siguiente muestra algunas aleaciones importantes. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

4. Ayuda I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

5. Ayuda más reactivo sodio magnesio aluminio cinc cromo hierro plomo estaño cobre plata oro menos reactivo I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

6. Ayuda Los metales nobles, como el oro, el platino, etc, por el hecho de no ser reactivos, se encuentran en la naturaleza en forma de elementos libres. Para obtenerlos sólo se tiene que llevar a cabo el proceso de separación. La mayoría de los metales, como son muy reactivos, se encuentran en la naturaleza en forma de compuestos. Estos compuestos reciben el nombre de menas. El proceso de obtención de un metal a partir de su compuesto se denomina metalurgia. Como las menas están mezcladas con otros minerales (ganga), lo primero que hay que hacer es eliminarlos. Esta operación recibe el nombre de concentración de la mena. Las menas suelen ser óxidos. La obtención de un metal a partir de su óxido es el proceso inverso de la oxidación y se denomina reducción. Si las menas son sulfuros, se someten a un proceso de tostación para convertirlas en óxidos. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

7. Se dispone de láminas de varios metales y se desea comparar su dureza. Para ello, se intenta que cada uno de ellos raye a todos los demás. Más abajo se muestra una tabla con los resultados experimentales obtenidos.Teniendo en cuenta que el metal más duro raya al metal más blando, ordena los metales según su dureza. 1 # Puedes comenzar buscando los metales de los extremos: el más duro y el más blando. Vemos que el níquel raya a todos los demás: es el más duro. Observamos que el plomo es rayado por todos los demás: es el más blando. # Completa la lista. De mayor a menor dureza: níquel, hierro, cobre, cinc, aluminio, estaño y plomo. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

8. Indica de qué metal o aleación se fabrican los siguiente objetos y señala las propiedades que los hacen adecuados para la elaboración del objeto. 2 duro, conductor del calor, alto punto de fusión acero, hierro, aluminio acero, hierro duro, elástico acero, hierro duro duro, conductor del calor, alto punto de fusión el aluminio, además, es menos denso hierro aluminio bronce duro, elástico I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

9. Con la ayuda de la tabla mostrada en la ayuda, contesta a las siguientes preguntas:a) ¿Por qué los candados se hacen de hierro y no de aluminio?b) ¿Por qué los palos de las tiendas de campaña están hechos de aluminio?c) ¿Por qué la cabeza de los martillos es de hierro? 3 # Contesta al apartado a). Se hacen de hierro porque este metal tiene más resistencia a la tensión que el aluminio. # Contesta al apartado b). Porque el aluminio tiene una densidad baja y hace que los palos sean fáciles de transportar. # Contesta al apartado c). Porque el hierro, además de ser duro, tiene una densidad alta y una elevada resistencia a la tensión. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

10. Indica una ventaja y un inconveniente de estos usos de los metales:a) plata para monedas;b) plomo para tuberías de desagüe;c) hierro para puentes. 4 blanda cara blando contaminante resistente a la tensión se oxida I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

11. Los siguientes diagramas representan las estructuras de un metal puro y de una aleación. A partir de los mismos intenta explicar por qué las aleaciones suelen ser más resistentes y duras que los metales puros. 5 Metal puro Aleación # ¿Qué pasa en las capas de átomos cuando se aplica fuerzas? Que las aleaciones son más resistentes y duras porque, al tener átomos de diferentes tamaños, se entorpece el deslizamiento de unas capas de átomos sobre otras. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

12. Explica el uso de las aleaciones siguientes teniendo en cuenta las propiedades:a) los aviones están hechos de duraluminio en vez de aluminio puro;b) para soldar, se usa metal de soldar en lugar de estaño o plomo puros;c) los puentes se hace de hierro templado en lugar de hierro puro. 6 # Contesta al apartado a). El duraluminio es más duro que el aluminio puro. # Contesta al apartado b). El metal de soldar tiene un punto de fusión inferior a los del estaño y plomo. # Contesta al apartado c). Porque el hierro templado es más duro y resistente. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

13. óxido de vanadio + aluminio  vanadio + óxido de aluminio ya que el aluminio es más reactivo y “roba” el oxígeno. El vanadio es un metal que se usa en la fabricación de aceros especiales. En la serie de reactividad, el vanadio se encuentra entre el aluminio y el cinc. Predice cómo crees que reacciona el vanadio en los casos indicados en la tabla siguiente. Indica, además, el nombre de los productos de cada una de las reacciones que se produzcan. 7 Reacciona lentamente aunque se caliente. Con el agua fría no reacciona. Con el vapor de agua reacciona lentamente. Con el ácido clorhídrico reacciona rápidamente. No existe reacción porque el vanadio es menos reactivo que el magnesio. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

14. a) ¿Por qué el tejado de muchas catedrales está hecho de plomo o de cobre en lugar de hierro?b) ¿Por qué el sodio se guarda sumergido en éter de petróleo? 8 # Contesta al apartado a). # Contesta al apartado b). Los tejados de las catedrales están hechos de plomo o de cobre en vez de hierro por- que éste se oxida fácilmente. El cobre y el plomo se oxidan más lentamente y, ade- más, los óxidos quedan adheridos al me- tal y lo aíslan del aire. El color verde de los tejados de cobre se debe a que el óxido se convierte en carbonato al reaccionar con el dióxido de carbono del aire. Sabemos que el sodio se oxida muy fácilmente; por eso se guarda sumergido en éter de petróleo: para que no reac- cione con el aire. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

15. El potasio se encuentra por encima del sodio en la serie de reactividad. Predice cómo reaccionará el potasio en cada uno de los casos siguientes y nombra los productos que crees que se formarán. Además, escribe las correspondientes ecuaciones químicas igualadas.I. El potasio se calienta en el aire.II. Se introduce el potasio en el agua.III. Se coloca potasio en ácido clorhídrico diluido. 9 # Antes de contestar, consulta la serie de reactividad. Puesto que el potasio es más reactivo que el sodio, reaccionará violentamente en los tres casos. I. 4 K(s) + O2(g)  2 K2O(s) óxido de potasio II. 2 K(s) + 2 H2O(l)  2 KOH(aq) + H2(g) hidróxido de potasio hidrógeno III. 2 K(s) + 2 HCl(aq)  2 KCl(aq) + H2(g) cloruro de potasio hidrógeno I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

16. Teniendo en cuenta la serie de reactividad, predice cuáles de las siguientes reacciones se producirán. Completa e iguala la ecuación química en los casos en que proceda, añadiendo los nombres de los productos. 10 # Discute con tus compañeros el criterio general que vais a emplear para hacer la predicción. Se producirán las reacciones cuando el metal libre sea más reactivo que el metal que está oxidado. I. Mg(s) + CuO(s)  II. Cu(s) + MgO(s)  III. Fe(s) + Na2O(s)  II. Na(s) + Fe2O3(s)  MgO(s) + Cu(s) óxido de magnesio cobre LA REACCIÓN NO SE PRODUCE LA REACCIÓN NO SE PRODUCE 6 2 3 Na2O(s) + Fe(s) óxido de sodio hierro I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

17. El hierro, que es el metal más usado, tiene el inconveniente de que se oxida con facilidad. A veces, se usa un metal muy reactivo para proteger el hierro. Es el caso del magnesio que se utiliza para preservar el casco de hierro de los barcos. a) ¿Cuál es el fundamento químico de este uso del magnesio?b) ¿Por qué el magnesio se utiliza para proteger el casco de los barcos y no se emplea en los cubos, los pilares, las canales de las casas, etc? 11 # Contesta al apartado a). Puesto que el magnesio es más reactivo que el hierro, el magnesio se oxida antes que el hierro; podríamos decir que el magnesio se sacrifica por el hierro. # Contesta al apartado b). No se emplea en estos menesteres porque el magnesio es un metal caro. Cuando se emplea un metal muy reactivo, no es necesario que se cubra todo el objeto que se quiere proteger. En el caso del barco, las barras de magnesio se deben cambiar cada cierto tiempo, pero resulta más barato que tener que renovar todo el casco del barco. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

18. El cinc es uno de los metales más utilizados para proteger el hierro. El cinc reacciona con el oxígeno en lugar del hierro; se dice que el cinc se sacrifica por el hierro. El proceso por el cual el hierro es protegido por el cinc se llama galvanización. De manera similar, el cromo se suele emplear para proteger al hierro.Los objetos metálicos que se muestran más abajo están cubiertos de una fina capa metálica que, además de protegerlos, los hace más atractivos. ¿Qué metal se usa en cada caso? 12 cinc cromo cinc I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

19. El aluminio es un metal que, a pesar de ser muy reactivo, no necesita protección, porque su propio óxido lo protege e impide el contacto con el aire. ¿Por qué no le sucede lo mismo al hierro? Recuerda que el hierro se oxida de acuerdo con la siguiente reacción: 4 Fe(s) + 3 O2(g)  2 Fe2O3(s). 13 # La oxidación del hierro se llama enmohecimiento. El óxido de hierro reacciona con el agua del ambiente y forma un hidrato (combinación química del óxido con el agua) que se desprende fácilmente del metal. La superficie del hierro queda de nuevo expuesta al aire y al agua y el enmohecimiento continúa. Si el agua contiene sal, el proceso es aún más rápido. # ¿Conoces algún procedimiento para proteger el hierro? Para evitar el enmohecimiento del hierro, esto es, para evitar que entre en contacto con el aire y el agua, hay que utilizar otros metales: estañado, galvanización, cromado, etc. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

20. ¿Por qué crees que el tubo de escape es la parte del automóvil que se oxida antes? 14 El tubo de escape se oxida antes porque, al estar sometido el hierro a altas temperaturas, es más reactivo. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

21. a) Si se calienta óxido de hierro (III) con aluminio, obtenemos hierro y óxido de aluminio: 2 Al(s) + Fe2O3(s)  Al2O3(s) + 2 Fe(s)¿Qué sustancia es el agente reductor y cuál se reduce?b) En la práctica, el hierro no se obtiene mediante el aluminio, porque es más caro; se utiliza como agente reductor el carbono en forma de carbón de coque. Escribe, igualada, la ecuación química asociada al proceso descrito sabiendo que se obtiene también monóxido de carbono gaseoso. 15 # Contesta al apartado a). Puesto que el aluminio es más reactivo que el hierro, el aluminio es el agente reductor: se oxida a óxido de aluminio, mientras que el óxido de hierro (III) se reduce a hierro. # Para contestar al apartado b) escribe primero la ecuación química con palabras. carbono + óxido de hierro (III)  hierro + monóxido de carbono 2 C(s) + Fe2O3(s)  Fe(s) + CO(g) 3 3 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

22. El cromo es un metal que se obtiene calentando óxido de cromo (III) con aluminio. En la reacción se obtiene también óxido de aluminio.a) Escribe, ajustada, la ecuación química asociada al proceso descrito.b) ¿Qué sustancia se oxida y cuál se reduce en esta reacción química?c) En la serie de reactividad ¿el cromo está por encima o por debajo del aluminio?d) ¿Conoces alguna aplicación del cromo? 16 # Contesta al apartado a). Cr2O3(s) + 2 Al(s)  Al2O3(s) + 2 Cr(s) # Contesta al apartado b). El óxido de cromo se reduce y el aluminio se oxida. # Contesta al apartado c). Puesto que el aluminio reduce al óxido de cromo, el aluminio se encuentra por encima del cromo en la serie de reactividad. # Contesta al apartado d). El cromo se emplea para cubrir metales, para protegerlos. También se emplea en la fabricación de aceros especiales y de acero inoxidable. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

23. a) ¿Se puede utilizar el hidrógeno como agente reductor? ¿Qué datos deberías conocer para contestar a esta pregunta?b) ¿Por qué el carbón es más útil que el magnesio en la metalurgia? 17 # Contesta al apartado a). Se debería conocer la posición del hidrógeno en la serie de reactividad. El hidrógeno se puede utilizar como agente reductor del óxido de un metal determinado si éste es menos reactivo que el hidrógeno. # Contesta al apartado b). Tanto el carbón, que contiene carbono, como el magnesio se pueden emplear como agentes reductores. Se emplea el primero porque es más barato. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

24. a) Da dos razones que expliquen por qué el hierro es el metal más barato.b) El oro se encuentra en la naturaleza en forma elemental y, por lo tanto, es fácil de obtener. ¿Por qué es un metal caro?c) El oro que usamos es totalmente reciclado; en cambio, sólo la mitad del hierro tiene esta procedencia. ¿Por qué? 18 # Contesta al apartado a). Las menas de hierro son abundantes y la obtención de este metal es fácil. # Contesta al apartado b). El oro es un metal caro porque es muy preciado y escaso. # Contesta al apartado c). El oro no se oxida y el hierro sí; por ello, el reciclaje del hierro no es rentable. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

25. Indica el método más adecuado para obtener magnesio, oro y plomo. Ten en cuenta la situación de estos metales en la serie de reactividad. 19 # Antes de contestar, ordena los metales de más reactivo a menos reactivo. El más reactivo es el magnesio y el menos reactivo el oro. # ¿Cómo se obtiene el magnesio? El magnesio se obtiene por electrólisis de la mena fundida porque es muy reactivo. # ¿Cómo se obtiene el oro? El oro se encuentra libre en la naturaleza, por lo que se obtiene mediante una simple separación –proceso físico-. # ¿Cómo se obtiene el plomo? El plomo se obtiene del mineral llamado galena -sulfuro de plomo (II), PbS-. Primero se tuesta la galena para convertir el sulfuro en óxido y después el óxido de plomo se reduce con carbón –que contiene carbono- para obtener el plomo. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química