Exercicis de formulació i nomenclatura química (repàs PAU) — Química 2n Batxillerat

a) Na₂O: dos ions Na⁺ compensen la càrrega de l'ió $O^{2-}$.
b) CaO: Ca²⁺ i $O^{2-}$ es compensen 1 a 1.
c) Fe₂O₃: el ferro(III) és Fe³⁺; es creuen les càrregues (2 Fe³⁺ = +6 i 3 $O^{2-}$ = -6).
d) SO₃: el prefix «tri» indica tres àtoms d'oxigen.
e) H₂O₂: conté l'ió peròxid, O₂^2-, compensat per dos $H^{+}$.
Error típic: simplificar H₂O₂ a HO; en els peròxids el grup O₂ no es pot partir.

a) Òxid d'alumini (l'alumini només té nombre d'oxidació +3).
b) Diòxid de carboni.
c) Òxid de coure(I): els dos Cu compensen la càrrega de l'$O^{2-}$, així que cada Cu és +1.
d) Pentaòxid de difòsfor.
e) Heptaòxid de diclor.
Regla: en els òxids dels metalls s'escriu el nombre d'oxidació en xifres romanes quan cal (nomenclatura de Stock); en els òxids dels no-metalls s'usen sobretot prefixos (di-, tri-, penta-, hepta-...).

a) NaH (Na⁺ i $H^{-}$).
b) CaH₂ (Ca²⁺ i dos $H^{-}$); també s'anomena dihidrur de calci.
c) NH₃: és el nom tradicional acceptat del trihidrur de nitrogen.
d) HCl; en dissolució aquosa s'anomena àcid clorhídric.
e) H₂S; en dissolució aquosa s'anomena àcid sulfhídric.
En els hidrurs metàl·lics (NaH, CaH₂) l'hidrogen actua amb nombre d'oxidació -1; en el HCl i el H₂S actua amb +1.

a) Hidròxid de sodi.
b) Hidròxid de calci (també, dihidròxid de calci).
c) Hidròxid de ferro(III) (també, trihidròxid de ferro): tres ions OH^- compensen un Fe³⁺.
d) Hidròxid de coure(I): un OH^- per cada Cu⁺.
e) Hidròxid de zinc.
El nombre romà només s'escriu quan el metall pot tenir més d'un nombre d'oxidació (Fe, Cu...); el Na, el Ca i el Zn només en tenen un. Els parèntesis de la fórmula indiquen que el grup OH es repeteix.

a) H₂SO₄ (S amb +6).
b) HNO₃ (N amb +5).
c) H₂CO₃ (C amb +4).
d) H₃PO₄ (P amb +5).
e) HClO (Cl amb +1): el prefix hipo- i el sufix -ós indiquen el nombre d'oxidació més baix del clor.
Comprovació: en cada fórmula la suma dels nombres d'oxidació és zero (H +1, O -2); per exemple, en H₂SO₄: 2·(+1) + 6 + 4·(-2) = 0.

a) Na⁺.
b) Cl^-.
c) NH₄⁺ (un catió poliatòmic: el nitrogen i els quatre hidrògens formen un sol ió).
d) SO₄^2-.
e) NO₃^-.
f) Cu²⁺.
Els cations d'un metall porten el nom de l'element (ió sodi, ió coure(II)); els anions monoatòmics acaben en -ur, i els oxoanions, en -at o en -it.

a) Clorur de sodi.
b) Fluorur de calci.
c) Clorur de ferro(III) (també, triclorur de ferro).
d) Sulfur de potassi.
e) Bromur de plata.
f) Sulfur d'alumini.
Les sals binàries porten el nom de l'anió acabat en -ur, seguit de «de» i el nom del metall. En c), tres Cl^- compensen la càrrega +3 del ferro: per això és ferro(III).

a) CH₂=CH₂.
b) CH₂=CH-CH₃.
c) CH₂=CH-CH₂-CH₃.
d) CH≡CH.
e) CH≡C-CH₃.
El sufix -è indica un doble enllaç (alquè) i -í un triple enllaç (alquí). El localitzador (1 en but-1-è) diu on comença l'enllaç múltiple; en l'etè, el propè, l'etí i el propí no cal, perquè només hi ha una posició possible.

a) Etanol (alcohol, grup -OH).
b) Etanal (aldehid, grup -CHO).
c) Propanona (cetona, grup -CO-).
d) Àcid etanoic (àcid carboxílic, grup -COOH).
e) Metoximetà (èter, grup -O-); també s'anomena dimetil èter.
Els sufixos -ol, -al, -ona i àcid -oic identifiquen la família.

a) Amina (grup -NH₂): etanamina.
b) Èster (grup -COO-): etanoat de metil.
c) Amida (grup -CO-NH₂): etanamida.
d) Derivat halogenat (halogenur d'alquil): cloroetà.
e) Fenol (grup -OH unit a un anell aromàtic): fenol (nom sistemàtic: benzenol).
Error típic: confondre l'èster (-COO-) amb l'èter (-O-) o amb l'àcid (-COOH).

Primer es calcula el nombre d'oxidació de l'element central (H +1, O -2):
a) H₂SO₃: S +4 → àcid sulfurós.
b) HNO₂: N +3 → àcid nitrós.
c) HClO₃: Cl +5 → àcid clòric.
d) HBrO: Br +1 → àcid hipobromós (el nombre d'oxidació més baix de la sèrie del brom).
e) H₂CrO₄: Cr +6 → àcid cròmic.
Regla: -ic correspon a un nombre d'oxidació alt i -ós a un de més baix; hipo-...-ós és encara més baix i per-...-ic encara més alt (HClO₄, àcid perclòric).

Es combina el catió amb l'oxoanió i es creuen les càrregues:
a) Cu²⁺ i SO₄^2- → CuSO₄.
b) Ag⁺ i NO₃^- → AgNO₃.
c) Ca²⁺ i CO₃^2- → CaCO₃.
d) $K^{+}$ i PO₄^3- → K₃PO₄.
e) $K^{+}$ i MnO₄^- → KMnO₄.
f) Na⁺ i ClO₃^- → NaClO₃.
Només s'escriuen parèntesis si l'oxoanió es repeteix, com en Ca₃(PO₄)₂.

a) Sulfit de sodi (SO₃^2- prové de l'àcid sulfurós).
b) Nitrit de potassi (de l'àcid nitrós).
c) Sulfat de ferro(III): tres SO₄^2- donen -6, i els dos Fe han de sumar +6, de manera que cada Fe és +3.
d) Fosfat de calci.
e) Dicromat de potassi (anió Cr₂O₇^2-).
f) Hipoclorit de sodi (ClO^-, de l'àcid hipoclorós).
Regla: els àcids acabats en -ós donen anions acabats en -it, i els acabats en -ic, anions acabats en -at.

a) Na⁺ i HCO₃^- → NaHCO₃.
b) $K^{+}$ i HSO₄^- → KHSO₄.
c) Ca²⁺ i H₂PO₄^- → Ca(H₂PO₄)₂ (l'anió, amb parèntesis, es repeteix dues vegades).
d) NaHS: hidrogensulfur de sodi.
e) Mg(HCO₃)₂: hidrogencarbonat de magnesi.
Les sals àcides conserven hidrògens àcids a l'anió: el prefix hidrogen- (o dihidrogen-, si en conserva dos) ho indica.

La fórmula ha de ser elèctricament neutra: es creuen les càrregues.
a) 2 Al³⁺ (+6) i 3 SO₄^2- (-6): Al₂(SO₄)₃, sulfat d'alumini.
b) 3 NH₄⁺ (+3) i 1 PO₄^3- (-3): (NH₄)₃PO₄, fosfat d'amoni.
c) 2 Fe³⁺ (+6) i 3 CO₃^2- (-6): Fe₂(CO₃)₃, carbonat de ferro(III).
d) 1 Mg²⁺ (+2) i 2 NO₃^- (-2): Mg(NO₃)₂, nitrat de magnesi.
Els parèntesis només es posen si un ió poliatòmic es repeteix més d'una vegada; en b), el PO₄ no en porta perquè només hi és una vegada.

a) Òxid (metall + $O^{2-}$): òxid de liti.
b) Hidrur metàl·lic (metall + $H^{-}$): hidrur de calci (també, dihidrur de calci).
c) Hidròxid (metall + OH^-): hidròxid de potassi.
d) Oxoàcid (H + anió amb oxigen): àcid nitrós.
e) Oxosal (metall + oxoanió): sulfat de magnesi.
Truc per classificar: si comença per H i té oxigen, és un oxoàcid; si porta el grup OH, és un hidròxid; si té un metall i un oxoanió, és una oxosal.

Es busca la cadena contínua més llarga i es numera pel costat que doni els localitzadors més baixos als substituents.
a) Cadena de 5 C (pentà) amb un metil al C-2: 2-metilpentà.
b) Cadena de 6 C (hexà) amb un metil al C-3: 3-metilhexà (numerant des de l'altre extrem seria el C-4, un localitzador més alt).
c) Cadena de 4 C (butà) amb dos metils al C-2: 2,2-dimetilbutà.
d) Cadena de 4 C (butà) amb metils als C-2 i C-3: 2,3-dimetilbutà.
Quan un substituent es repeteix, s'usa el prefix di- i es repeteix el localitzador de cadascun (2,2-).

La cadena principal és la més llarga que conté l'enllaç múltiple, i es numera perquè aquest tingui el localitzador més baix.
a) But-2-è.
b) 2-metilprop-1-è (cadena de 3 C, doble enllaç al C-1 i metil al C-2).
c) Pent-1-è (no pent-4-è: el doble enllaç ha de portar el localitzador més baix).
d) But-2-í.
e) Buta-1,3-diè: dos dobles enllaços, al C-1 i al C-3; el sufix és -diè i la cadena conserva la «a» (buta-).

a) CH₃-CHOH-CH₃ (l'-OH al carboni central).
b) CH₃-CH₂-CH₂-CHO (aldehid de 4 C; el grup -CHO és sempre al C-1).
c) CH₃-CO-CH₂-CH₂-CH₃ (el C=O al C-2 d'una cadena de 5 C).
d) CH₃-CH(CH₃)-COOH (cadena de 3 C, començant pel carboni del -COOH, amb un metil al C-2).
e) CH₂OH-CH₂OH (un -OH a cada carboni de l'età).
Comprovació: cada carboni ha de tenir quatre enllaços.

a) Etanoat d'etil: la part de l'àcid (CH₃-COO-, de 2 C) dona «etanoat» i el radical de l'alcohol (CH₂-CH₃) dona «d'etil».
b) Metanoat de metil.
c) Propan-1-amina (amina primària de 3 C).
d) N-metilmetanamina (amina secundària; el N- indica que el segon metil està unit al nitrogen); també s'anomena dimetilamina.
e) Propanamida (amida de 3 C, comptant el carboni del grup -CO-).

Hi ha dos esquelets carbonats (cadena lineal o ramificada) i, en cadascun, diferents posicions possibles per a l'-OH:
CH₃-CH₂-CH₂-CH₂OH: butan-1-ol.
CH₃-CH₂-CHOH-CH₃: butan-2-ol.
CH₃-CH(CH₃)-CH₂OH: 2-metilpropan-1-ol.
CH₃-C(CH₃)(OH)-CH₃: 2-metilpropan-2-ol.
Comprovació: tots tenen 4 C, 10 H i 1 O. Els èters metoxipropà, 2-metoxipropà i etoxietà també són C₄H₁₀O, però no són alcohols (són isòmers de funció).

El grup de més prioritat dona el sufix i els altres es nomenen com a prefixos (hidroxi-, amino-, oxo-).
a) Àcid 2-hidroxipropanoic (el -COOH és el C-1; l'-OH és al C-2).
b) Àcid 2-aminoetanoic (àcid aminoetanoic).
c) 3-oxobutanal: l'aldehid mana (C-1) i el grup C=O de la cetona, com a prefix «oxo», és al C-3.
d) Prop-2-en-1-ol: l'alcohol té prioritat sobre el doble enllaç i rep el localitzador més baix (1).
e) Àcid 2-hidroxibutanodioic: cadena de 4 C amb dos grups -COOH (C-1 i C-4) i un -OH al C-2.

a) Cadena de 5 C amb dos metils al C-2 i un etil al C-3: CH₃-C(CH₃)₂-CH(CH₂-CH₃)-CH₂-CH₃ (C₉H₂₀).
b) Cadena de 5 C, doble enllaç entre C-2 i C-3 i metil al C-4: CH₃-CH=CH-CH(CH₃)-CH₃ (C₆H₁₂).
c) Cadena de 4 C, -OH al C-1, Cl al C-2 i metil al C-3: CH₂OH-CHCl-CH(CH₃)-CH₃ (C₅H₁₁ClO).
d) Cadena de 4 C amb el -COOH al C-1 i un metil al C-3: HOOC-CH₂-CH(CH₃)-CH₃ (C₅H₁₀O₂).
e) Propanamida (CH₃-CH₂-CO-NH₂) amb un etil unit al nitrogen: CH₃-CH₂-CO-NH-CH₂-CH₃ (C₅H₁₁NO).
Comprovació: a) té 9 C (5 + 2 + 2) i, com que és un alcà, 2·9 + 2 = 20 H.

a) 1,3-dinitrobenzè (els dos grups -NO₂ es nomenen amb el prefix nitro-).
b) 1-cloro-4-metilbenzè: els substituents s'ordenen alfabèticament (cloro abans que metil) i el primer rep el localitzador més baix.
c) Àcid 2-hidroxibenzoic: el -COOH és el grup principal (C-1) i l'-OH és un substituent al C-2.
d) Àcid 4-aminobenzoic: -COOH al C-1 i -NH₂ al C-4.
e) Fenilmetanol: l'-OH està unit al CH₂ i no a l'anell, així que no és un fenol sinó un alcohol que té el grup fenil, C₆H₅-, com a substituent.

a) 3-metilbutà: numerant des de l'altre extrem, el metil queda al C-2. Nom correcte: 2-metilbutà.
b) 2-etilbutà: la cadena contínua més llarga no és la de 4 C, sinó la de 5 C que passa per l'etil, CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₃. Nom correcte: 3-metilpentà.
c) Pent-4-è: el doble enllaç ha de tenir el localitzador més baix possible. Nom correcte: pent-1-è.
d) Butan-3-ol: l'-OH ha de tenir el localitzador més baix. Nom correcte: butan-2-ol.
e) 1,3-dimetilbutà: un metil al C-1 allarga la cadena, de manera que la cadena principal té 5 C, CH₃-CH₂-CH₂-CH(CH₃)-CH₃. Nom correcte: 2-metilpentà.
Pista: un metil al C-1 o un etil al C-2 mai no poden ser correctes, perquè en aquest cas la cadena principal es podria allargar.

Amb K +1, O -2 i sabent que l'ió SO₄^2- és 2-, es planteja que la suma sigui zero:
KMnO₄: +1 + x + 4·(-2) = 0 → x = +7. Permanganat de potassi.
K₂MnO₄: 2·(+1) + x - 8 = 0 → x = +6. Manganat de potassi.
MnO₂: x - 4 = 0 → x = +4. Òxid de manganès(IV) (també, diòxid de manganès).
MnSO₄: x - 2 = 0 → x = +2. Sulfat de manganès(II).
Mn₂O₃: 2x - 6 = 0 → x = +3. Òxid de manganès(III).
Ordre creixent: MnSO₄ (+2) < Mn₂O₃ (+3) < MnO₂ (+4) < K₂MnO₄ (+6) < KMnO₄ (+7). El +7 és el màxim possible (grup 7).

a) Ca(OH)₂ + 2 HCl → CaCl₂ + 2 H₂O (neutralització).
b) CaCO₃ + 2 HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O (un àcid ataca un carbonat i es desprèn CO₂).
c) BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + 2 NaCl (precipitació del sulfat de bari, insoluble).
Primer es formulen tots els compostos i després s'ajusten els coeficients, sense tocar mai els subíndexs de les fórmules.
Comprovació de b): 1 Ca, 1 C, 2 H, 2 N i 9 O a cada banda.

a) CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ + $\tfrac{13}{2}$ O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O; amb coeficients enters: 2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O (combustió).
b) CH₃-COOH + CH₃-CH₂-OH ⇌ CH₃-COO-CH₂-CH₃ + H₂O (esterificació, reversible).
c) CH₃-COOH + NaOH → CH₃-COONa + H₂O (neutralització); l'etanoat de sodi és la sal de l'àcid etanoic.
Comprovació de la combustió: 8 C, 20 H i 26 O a cada banda.

Amb la fórmula C_nH_2n hi ha un doble enllaç o un anell.
Cadena oberta amb doble enllaç:
CH₂=CH-CH₂-CH₃: but-1-è.
CH₃-CH=CH-CH₃: cis-but-2-è (els dos CH₃ al mateix costat del doble enllaç) i trans-but-2-è (a costats oposats).
CH₂=C(CH₃)-CH₃: 2-metilprop-1-è.
Cíclics: ciclobutà (anell de 4 CH₂) i metilciclopropà (anell de 3 carbonis amb un CH₃).
Comprovació: tots tenen 4 C i 8 H.

a) Ca(HCO₃)₂: Ca²⁺ i dos HCO₃^-.
b) HClO₄: Cl amb +7 (el prefix per- i el sufix -ic indiquen el nombre d'oxidació més alt).
c) CH₃-CO-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃: cetona de 6 C amb el C=O al C-2.
d) CH₃-CH=CH-COOH: el C-1 és el del -COOH i el doble enllaç és entre C-2 i C-3.
e) Hidròxid de magnesi.
f) Permanganat de potassi.
g) N-metilpropanamida: amida de 3 C amb un metil unit al nitrogen.
h) 3-metilpentan-2-ol: cadena de 5 C, -OH al C-2 (localitzador més baix) i metil al C-3.

a) n(Fe) = 46,5/55,85 = 0,8326 mol; n(S) = 53,5/32,07 = 1,6682 mol; relació S/Fe = 2,00 ≈ 2 → FeS₂ (% teòric de Fe: 46,55 %). Noms: disulfur de ferro (prefixos) o disulfur de ferro(II) (Stock). El sofre és a l'ió disulfur, S₂^2-: cada S té nombre d'oxidació −1 (el Fe és +2).
b) Fe₂O₃: triòxid de diferro (òxid de ferro(III)); SO₂: diòxid de sofre (òxid de sofre(IV)). Reacció: 4 FeS₂ + 11 O₂ → 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂. Nombres d'oxidació: Fe +2 → +3 (cedeix 1 e^-), S −1 → +4 (cedeix 5 e^-): per FeS₂ 1 + 2·5 = 11 e^-; per 4 FeS₂, 44 e^-. L'oxigen passa de 0 a −2: 11 O₂ capten 11·4 = 44 e^-. Coincideixen.
c) m(pirita) = 850 kg → n(FeS₂) = 850 000/119,99 = 7084 mol. n(SO₂) = 2·7084 = 14 168 mol → m = 908 kg; V = nRT/P = 14 168·0,082·298,15/1,00 = 3,46·10⁵ L = 346 m³. n(Fe₂O₃) = 7084/2 = 3542 mol → 566 kg.
d) 2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃ (triòxid de sofre); SO₃ + H₂O → H₂SO₄ (àcid sulfúric). n(H₂SO₄) = n(SO₂) = 14 168 mol → 1390 kg.
e) CaCO₃: carbonat de calci; CaSO₄: sulfat de calci; CO₂: diòxid de carboni. n(CaCO₃) = n(SO₂) = 14 168 mol → 1418 kg de CaCO₃; CaSO₄: 1929 kg (guix, aprofitable en construcció).

Errors típics

• Dir que el sofre és −2 al FeS₂ (seria FeS amb Fe(II)): a la pirita hi ha l'ió S₂^2-, amb S a −1.
• Oblidar que cada mol de FeS₂ dona 2 mol de SO₂, no 1.
• Calcular el volum de gas amb 22,4 L/mol quan el gas és a 25 °C i 1,00 atm.

Conceptes treballats: formulació i nomenclatura d'òxids, sulfurs, oxoàcids i oxosals, nombre d'oxidació, fórmula empírica, ajust de reaccions, estequiometria amb puresa, gasos, pluja àcida i desulfuració.

a) N₂O monòxid de dinitrogen (+1); NO monòxid de nitrogen (+2); N₂O₃ triòxid de dinitrogen (+3); NO₂ diòxid de nitrogen (+4); N₂O₄ tetraòxid de dinitrogen (+4); N₂O₅ pentaòxid de dinitrogen (+5). Són òxids àcids (de no-metall): els que tenen el N als estats d'oxidació +3 i +5 (i el NO₂) reaccionen amb l'aigua per donar oxoàcids. N₂O₃ + H₂O → 2 HNO₂ (àcid nitrós); N₂O₅ + H₂O → 2 HNO₃ (àcid nítric).
b) 2·14,01/92,02 = 30,4 %, i 2·N + 4·O: M = 92 → N₂O₄, tetraòxid de dinitrogen (el dímer del NO₂). Tenen la mateixa composició centesimal (% N igual) però diferent massa molar: la fórmula empírica és NO₂ i la molecular de l'òxid de 92 g/mol és N₂O₄.
c) NO₂ (N +4) → HNO₃ (N +5, cedeix 1 e^-) i NO₂ (N +4) → NO (N +2, capta 2 e^-). Cal 2 N que cedeixin 1 e^- per cada N que en capta 2: 3 NO₂ + H₂O → 2 HNO₃ + NO. És una dismutació (el mateix element s'oxida i es redueix).
d) Reacció (c) ×2: 6 NO₂ + 2 H₂O → 4 HNO₃ + 2 NO. Hi sumem 2 NO + O₂ → 2 NO₂: 6 NO₂ + 2 H₂O + 2 NO + O₂ → 4 HNO₃ + 2 NO + 2 NO₂. Simplificant: 4 NO₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 HNO₃ (tot el nitrogen acaba com a àcid nítric).
e) n(NO₂) = 10,0·10³/46,01 = 217,3 mol. Un sol pas: 2/3 → 144,9 mol → 9,13 kg d'HNO₃. Cicle complet: 217,3 mol → 13,70 kg. CaCO₃ = 217,3/2 = 108,7 mol → 10,88 kg; Ca(NO₃)₂: 108,7 mol → 17,83 kg (nitrat de calci, un fertilitzant).

Errors típics

• Calcular el nombre d'oxidació del nitrogen al N₂O₃ com a +6 en lloc de +3 (cal dividir per 2 àtoms de N).
• Pensar que en la dismutació del NO₂ es forma un sol producte nitrogenat.
• Considerar només el primer pas (2/3 de HNO₃) i oblidar que el NO es torna a oxidar: al final tot el N acaba com a HNO₃.

Conceptes treballats: nomenclatura d'òxids amb prefixos, nombre d'oxidació, òxids àcids i oxoàcids, dismutació, ajust redox, estequiometria en cadena i neutralització d'àcids amb carbonats.

a) Nitrat d'amoni: NH₄NO₃; sulfat de diamoni: (NH₄)₂SO₄; hidrogenfosfat de diamoni: (NH₄)₂HPO₄; nitrat de calci: Ca(NO₃)₂; nitrat de potassi: KNO₃; urea (carbamida): CO(NH₂)₂. Nombres d'oxidació del N: a NH₄⁺, −3; a NO₃^-, +5; a la urea, −3 (cada N es lliga a 2 H i 1 C, amb N més electronegatiu).
b) % N: urea 46,7 %; nitrat d'amoni 35,0 %; hidrogenfosfat de diamoni 21,2 %; sulfat de diamoni 21,2 %; nitrat de calci 17,1 %; nitrat de potassi 13,9 %. Ordre: urea > nitrat d'amoni > hidrogenfosfat de diamoni ≈ sulfat de diamoni > nitrat de calci > nitrat de potassi. La urea és la més rica en N.
c) N total = 150·4,0 = 600 kg. Urea: $\tfrac{600}{0{,}4665}$ = 1286 kg; nitrat d'amoni: $\tfrac{600}{0{,}3500}$ = 1714 kg; sulfat de diamoni: $\tfrac{600}{0{,}2120}$ = 2830 kg. El fertilitzant més ric en N exigeix menys massa (menys transport i emmagatzematge).
d) N perdut = 0,20·600 = 120 kg → com a NO₃^-: 120·$\tfrac{62{,}00}{14{,}01} = 531$ kg = 5,31·$10^{8}$ mg. Concentració = 5,31·$10^{8}$ mg/(8000 $m^{3}$·1 000 $\text{L/m}^{3}$) = 66 mg/L, superior al límit de 50 mg/L. Un excés de fertilització o unes pèrdues d'aquest ordre poden contaminar l'aigua subterrània: cal ajustar la dosi, fraccionar-la i no aplicar abans de pluges fortes.
e) n(urea) = 1000·$\tfrac{10^{3}}{60{,}06} = 16$ 649 mol → n(NH₃) = 2·16 649 = 33 299 mol → 567 kg d'NH₃; CO₂: 16 649 mol → 733 kg.

Errors típics

• Comptar un sol N al (NH₄)₂SO₄ o al Ca(NO₃)₂: cada fórmula en té 2 (el parèntesi multiplica).
• Considerar que tot el N de la bossa és «disponible» sense mirar el % de N: cal convertir per massa de fertilitzant.
• Passar de N a NO₃^- sense multiplicar per $\tfrac{62{,}00}{14{,}01}$ (la massa de nitrat és molt més gran que la de nitrogen).

Conceptes treballats: formulació de sals amoniacals i nitrats, nombre d'oxidació, composició centesimal, estequiometria amb massa d'un element, concentració d'un contaminant i síntesi de la urea.

a) Etanoat de 3-metilbutil: CH₃COO–CH₂CH₂CH(CH₃)₂ (C₇H₁₄O₂, M = 130,18 g/mol), de l'àcid etanoic i del 3-metilbutan-1-ol. Butanoat d'etil: CH₃CH₂CH₂COO–CH₂CH₃ (C₆H₁₂O₂, M = 116,16 g/mol), de l'àcid butanoic i de l'etanol. Propanoat de metil: CH₃CH₂COO–CH₃. Formació: CH₃COOH + HOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ ⇌ CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ + H₂O (catalitzador: H₂SO₄).
b) Àcids: CH₃CH₂CH₂COOH (àcid butanoic) i (CH₃)₂CHCOOH (àcid 2-metilpropanoic). Èsters: HCOO–CH₂CH₂CH₃ (metanoat de propil), HCOO–CH(CH₃)₂ (metanoat de 1-metiletil o d'isopropil), CH₃COO–CH₂CH₃ (etanoat d'etil), CH₃CH₂COO–CH₃ (propanoat de metil). Isomeria de cadena: àcid butanoic / àcid 2-metilpropanoic; metanoat de propil / metanoat de 1-metiletil. Isomeria de funció: qualsevol àcid amb qualsevol èster. Entre èsters, com etanoat d'etil / propanoat de metil o metanoat de propil / etanoat d'etil: el grup –COO– es troba en una posició diferent de la cadena (isomeria de posició del grup funcional).
c) Els àcids carboxílics formen dímers amb dos ponts d'hidrogen (O–H···O=C) i tenen el punt d'ebullició més alt (164 °C). El butan-1-ol forma ponts d'hidrogen (117 °C), tot i la seva massa molar menor (74,12 g/mol). L'èster té el mateix nombre d'electrons que l'àcid (M = 88,10 g/mol) però no té cap O–H: només forces dipol–dipol i de London, de manera que bull a 77 °C.
d) n(àcid) = 20,0/88,10 = 0,227 mol. Amb 1 : 1: x/(1 − x) = √4,0 = 2 → x = 0,667 (convertit el 66,7 %). m(èster) = 0,227·0,667·116,16 = 17,6 g (rendiment 66,7 %). Etanol necessari: 10,5 g (13,3 mL).
e) Amb 3 mol d'etanol per mol d'àcid: x² = 4,0(1 − x)(3 − x) → 3,0x² − 16,0x + 12,0 = 0 → x = 0,903: rendiment 90,3 %, m(èster) = 0,227·0,903·116,16 = 23,8 g. Principi de Le Châtelier: un excés de reactiu desplaça l'equilibri cap als productes. També es pot eliminar l'aigua del medi (amb un agent deshidratant o destil·lant-la) o l'èster a mesura que es forma.

Errors típics

• Posar el nom de l'èster en l'ordre contrari («d'etil butanoat» o «butanoat de etanol»): primer el radical de l'àcid acabat en «-oat» i després el de l'alcohol.
• Oblidar la funció àcid carboxílic entre els isòmers de C₄H₈O₂: també són isòmers (de funció) dels èsters.
• Aplicar K_c amb les quantitats inicials o amb masses en lloc de les quantitats a l'equilibri de cada espècie (1 − x, 1 − x, x, x).

Conceptes treballats: nomenclatura i formulació d'èsters i àcids carboxílics, isomeria de cadena, de posició i de funció, forces intermoleculars i punts d'ebullició, equilibri d'esterificació, Le Châtelier.

a) Alcohols: CH₃CH₂CH₂CH₂OH (butan-1-ol); CH₃CH₂CH(OH)CH₃ (butan-2-ol); (CH₃)₂CHCH₂OH (2-metilpropan-1-ol); (CH₃)₃COH (2-metilpropan-2-ol). Èters: CH₃CH₂OCH₂CH₃ (etoxietà); CH₃OCH₂CH₂CH₃ (1-metoxipropà); CH₃OCH(CH₃)₂ (2-metoxipropà). Isomeria de cadena: butan-1-ol / 2-metilpropan-1-ol. De posició: butan-1-ol / butan-2-ol. De funció: butan-1-ol / etoxietà (alcohol / èter).
b) X = butan-2-ol: alcohol secundari (dona cetona, butanona) i únic dels set amb un carboni asimètric (el C2 té –H, –OH, –CH₃ i –CH₂CH₃). Y = etoxietà: èter (sense O–H), simètric (dos grups etil iguals: triplet de 6 H dels CH₃, quartet de 4 H dels CH₂). Z = 2-metilpropan-2-ol: alcohol terciari (no s'oxida); tres CH₃ equivalents donen el singlet de 9 H i l'OH el singlet d'1 H.
c) 2 CH₃CH₂CH(OH)CH₃ + 2 Na → 2 CH₃CH₂CH(ONa)CH₃ + H₂. n(X) = 7,41/74,12 = 0,100 mol → n(H₂) = 0,0500 mol → V = nRT/P = 0,0500·0,082·298,15 = 1,22 L. Amb Y: 0 L, l'èter no té H unit a l'oxigen i no reacciona amb sodi.
d) Els alcohols tenen ponts d'hidrogen (O–H···O) i bullen més alt que l'èter (etoxietà, 35 °C), que no pot fer-ne com a donador. Entre els alcohols, com més ramificat és el compost, més compacta és la molècula, menys superfície de contacte i menys forces de London: butan-1-ol (lineal, 117) > 2-metilpropan-1-ol (108) > butan-2-ol (99) > 2-metilpropan-2-ol (82, el més compacte i amb l'OH més impedit).
e) Butan-1-ol → butanal → àcid butanoic; 2-metilpropan-1-ol → 2-metilpropanal → àcid 2-metilpropanoic (alcohols primaris). El 2-metilpropan-2-ol és terciari: el carboni que porta l'OH no té cap H i, per oxidar-lo, caldria trencar enllaços C–C; en les condicions habituals no reacciona.

Errors típics

• Oblidar que els èters també són isòmers dels alcohols (isomeria de funció) i comptar només quatre isòmers.
• Pensar que els èters reaccionen amb sodi: no tenen H àcid unit a l'oxigen.
• Dir que el butan-2-ol s'oxida a àcid: un alcohol secundari s'oxida a cetona (no pot continuar sense trencar C–C).

Conceptes treballats: isomeria constitucional (cadena, posició, funció), nomenclatura d'alcohols i èters, oxidació segons el tipus d'alcohol, carboni asimètric, espectroscòpia, reaccions amb sodi, gasos i punts d'ebullició.

a) CuSO₄·5H₂O (36,1 % d'aigua); MgSO₄·7H₂O (51,2 %); Na₂CO₃·10H₂O (63,0 %); CaSO₄·2H₂O (20,9 %); CaSO₄·½H₂O o 2CaSO₄·H₂O (6,2 %). El carbonat de sodi decahidrat és gairebé 2/3 aigua.
b) n(MgSO₄) = 1,465/120,38 = 0,01217 mol. m(H₂O) = 3,000 − 1,465 = 1,535 g → 0,08520 mol. x = 0,08520/0,01217 = 7,00 ≈ 7: MgSO₄·7H₂O, sulfat de magnesi heptahidrat.
c) M(CaSO₄·2H₂O) = 172,18 g/mol; M(CaSO₄·½H₂O) = 145,16 g/mol. Per cada mol de dihidrat s'obté 1 mol d'hemihidrat: 1,00 t de guix de París necessita 1,186 t de guix natural, i s'allibera 0,186 t = 186 kg d'aigua.
d) m(aigua) = 25,0·(3/2·18,02)/145,16 = 4,65 kg (18,6 % de la massa del guix). En la pràctica s'afegeix més aigua per obtenir una pasta treballable; l'excés s'evapora en assecar-se i deixa porus (per això el guix és lleuger i aïllant).
e) CuSO₄·5H₂O (blau) ⇌ CuSO₄ (blanc) + 5 H₂O. Com que l'anhidre blanc es torna blau en absorbir aigua, serveix per detectar la presència d'aigua (humitat) en un líquid o per assecar.

Errors típics

• Posar x = 5 per a qualsevol hidrat de sulfat sense calcular-lo.
• Oblidar que el guix de París té 1/2 molècula d'aigua per CaSO₄ i fer servir 1.
• Restar només una part de l'aigua: en passar de dihidrat a hemihidrat se'n perden 3/2 mol, no 2.

Conceptes treballats: formulació i nomenclatura de sals hidratades, composició centesimal, determinació de la fórmula d'un hidrat, estequiometria en processos industrials (guix) i reaccions de deshidratació.

a) (1) CaCO₃ → CaO + CO₂ (carbonat de calci → òxid de calci + diòxid de carboni); (2) CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (hidròxid de calci); (3) Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.
b) n(CaO) = 1,00·$10^{6}$ $\tfrac{g}{56{,}08} = 17$ 832 mol = n(CaCO₃) → m = 1,785 t de CaCO₃ pur; amb una pedra del 92,0 %: $\tfrac{1{,}785}{0{,}920}$ = 1,940 t. n(CO₂) = 17 832 mol → 0,785 t de CO₂ per cada tona de calç viva.
c) n(Ca(OH)₂) = 17 832 mol → 1,321 t; aigua combinada: 17 832·18,02 = 0,321 t.
d) n(CO₂) = 17 832 mol → 0,785 t: exactament el mateix CO₂ que es va emetre en la calcinació. El cicle del carboni del carbonat es «tanca» químicament (el CO₂ torna a quedar fixat); però en la pràctica la carbonatació és molt lenta (anys) i parcial, i el combustible del forn i el transport sí que afegeixen CO₂ net.
e) s = (5,5·$\tfrac{10^{-6}}{4}$)^{$\tfrac{1}{3}$} = 0,0111 M → [OH^-] = 0,0222 M → pH = 12,35. En bufar-hi CO₂: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O (s'enterboleix). Cal 0,0111 mol per litre → V = nRT/P = 0,0111·0,082·298,15 = 0,27 L de CO₂. Amb excés de CO₂ el precipitat es redissol: CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ (hidrogencarbonat de calci, soluble); calen 0,27 L més. En sentit invers, aquesta reacció explica la formació d'estalactites i estalagmites.

Errors típics

• Pensar que el morter «absorbeix» CO₂ sense que es produeixi una reacció química: és una reacció àcid-base entre l'òxid àcid CO₂ i la base Ca(OH)₂.
• Oblidar la puresa de la pedra: la massa total és superior a la teòrica.
• Anomenar el Ca(HCO₃)₂ «carbonat de calci»: és l'hidrogencarbonat de calci, una sal soluble diferent del CaCO₃.

Conceptes treballats: formulació i nomenclatura de compostos del calci, reaccions d'òxids àcids i bàsics, estequiometria industrial amb puresa, balanç de CO₂, pH d'una dissolució saturada, gasos i hidrogencarbonats.

a) HClO: àcid hipoclorós (+1) → NaClO, hipoclorit de sodi. HClO₂: àcid clorós (+3) → NaClO₂, clorit de sodi. HClO₃: àcid clòric (+5) → NaClO₃, clorat de sodi. HClO₄: àcid perclòric (+7) → NaClO₄, perclorat de sodi. L'anhídrid de l'àcid perclòric és el Cl₂O₇ (heptaòxid de diclor, Cl +7): Cl₂O₇ + H₂O → 2 HClO₄. El monòxid de diclor, Cl₂O (Cl +1), és l'anhídrid de l'àcid hipoclorós: Cl₂O + H₂O → 2 HClO.
b) 2 ClO^- (Cl +1 → −1, guanyen 2 e^- cada un: 4 e^-) i 1 ClO^- (Cl +1 → +5, perd 4 e^-): 3 ClO^- → 2 Cl^- + ClO₃^-. n(ClO^-) = 0,100·0,500 = 0,0500 mol → n(ClO₃^-) = 0,0500/3 = 0,01667 mol → m(NaClO₃) = 1,77 g; n(Cl^-) = 0,03333 mol → m(NaCl) = 1,95 g. Per això un lleixiu vell o guardat a la calor perd poder desinfectant: el clorat no és l'oxidant desitjat.
c) 2 KClO₃ → 2 KCl + 3 O₂ (clorat de potassi → clorur de potassi + oxigen). n(KClO₃) = 10,0/122,55 = 0,0816 mol → n(O₂) = 3/2·0,0816 = 0,1224 mol → V = nRT/P = 0,1224·0,082·298,15/1,00 = 2,99 L.
d) Força àcida: HClO₄ (−10) > HClO₃ (−1) > HClO₂ (1,96) > HClO (7,5). Com més oxígens terminals (=O) té l'àcid, més electronegatiu és l'entorn del Cl, més feble és l'enllaç O–H i més estable (per deslocalització de la càrrega) és l'anió. HClO₄ és fort: pH = −log(0,0100) = 2,00. HClO és feble: [H⁺] = √(3,0·10^-8·0,0100) = 1,73·10^-5 M (≪ 0,0100: l'aproximació és vàlida) → pH = 4,76.

Errors típics

• Confondre els sufixos: «-ós/-it» són per al nombre d'oxidació menor i «-ic/-at» per al major.
• Fer la dismutació amb coeficients 1 : 1 (un ClO^- dona Cl^- i un altre ClO₃^-): no s'igualen els electrons.
• Pensar que els oxoàcids amb més oxígens són més febles: és al revés, com més oxígens terminals i com més oxidat és el clor, més fort és l'àcid.

Conceptes treballats: formulació i nomenclatura d'oxoàcids, oxosals i òxids del clor, nombre d'oxidació, anhídrids, ajust de dismutacions, estequiometria amb gasos, força àcida i càlcul de pH.

a) Glicina: àcid aminoetanoic (amina primària + àcid carboxílic). Alanina: àcid 2-aminopropanoic (amina + àcid). Àcid làctic: àcid 2-hidroxipropanoic (alcohol + àcid). Àcid pirúvic: àcid 2-oxopropanoic (cetona + àcid).
b) El C2 de l'alanina (–H, –NH₂, –CH₃, –COOH) i el de l'àcid làctic (–H, –OH, –CH₃, –COOH) són asimètrics; la glicina (dos H) i l'àcid pirúvic (carboni sp²) no. Els enantiòmers de l'alanina (L i D) tenen la mateixa fórmula, el mateix punt de fusió i les mateixes propietats químiques en entorns no quirals; es diferencien en el sentit en què fan girar la llum polaritzada i, sobretot, en la manera com interactuen amb molècules quirals (enzims i receptors): als éssers vius s'incorpora gairebé només la L-alanina.
c) H₂N–CH₂–COOH + H₂N–CH(CH₃)–COOH → H₂N–CH₂–CO–NH–CH(CH₃)–COOH + H₂O. M(Gly-Ala, C₅H₁₀N₂O₃) = 75,07 + 89,10 − 18,02 = 146,15 g/mol.
d) Poden formar-se 4 dipèptids: Gly-Gly, Ala-Ala, Gly-Ala i Ala-Gly (cada molècula pot ser donadora o receptora del –COOH). Si fossin equiprobables, el Gly-Ala seria el 25 %. n = 0,100 mol de cada aminoàcid → fins a 0,100 mol de dipèptid en total; Gly-Ala: 0,25·0,100·146,15 = 3,65 g (en lloc dels 14,61 g que s'obtindrien si tots els aminoàcids s'unissin com Gly-Ala). Per fer un dipèptid determinat s'han de protegir els grups que no han de reaccionar (el –NH₂ de la glicina i el –COOH de l'alanina) i activar-ne el que sí.
e) Àcid pirúvic, carboni central: =O (+2, doble enllaç), enllaços a C (0, 0) → +2. Àcid làctic, carboni central: –OH (+1), –H (−1), enllaços a C (0, 0) → 0. El nombre d'oxidació passa de +2 a 0: es redueix (la cetona es redueix a alcohol secundari, amb ajuda del coenzim NADH).

Errors típics

• Posar el grup –NH₂ com a prioritari: en un àcid, el nom és el de l'àcid carboxílic i els altres grups són substituents.
• Dir que el glicil-alanina i l'alanil-glicina són el mateix dipèptid: l'ordre importa perquè un té el –NH₂ lliure a la glicina i l'altre a l'alanina.
• Comptar el doble enllaç C=O com un sol enllaç en el càlcul del nombre d'oxidació.

Conceptes treballats: nomenclatura IUPAC de compostos polifuncionals, grups funcionals, carboni asimètric i enantiòmers, enllaç amida (peptídic), condensació amb pèrdua d'aigua, massa molar d'un dipèptid, nombre d'oxidació en orgànica, vincle amb bioquímica.

a) Correctes: 4 (Ca(OH)₂, hidròxid de calci) i 8 (CH₃–CO–CH₃, propanona). Errònies: 1) NaHCO₃ és el hidrogencarbonat de sodi (conté l'anió HCO₃^-; el carbonat de sodi és Na₂CO₃). 2) En Fe₂O₃ el ferro és +3 → òxid de ferro(III) (triòxid de diferro). 3) Na₂SO₄ conté l'anió sulfat SO₄^2-, no sulfur (S^2-, el del Na₂S): sulfat de sodi. 5) En CuSO₄ el coure és +2 (sulfat SO₄^2- és 2−): sulfat de coure(II) pentahidrat. 6) L'ió NH₄⁺ és l'amoni; l'amoníac és NH₃: clorur d'amoni. 7) HNO₂ conté N(+3): àcid nitrós (l'àcid nítric és HNO₃, N +5).
b) Pèrdua esperada: Na₂CO₃ 0 %; Na₂CO₃·H₂O 14,5 %; Na₂CO₃·10H₂O 63,0 %; NaHCO₃: (18,02 + 44,01)/(2·84,01) = 62,03/168,02 = 36,9 %. El valor mesurat (36,9 %), a més del despreniment de CO₂, coincideix només amb el NaHCO₃: el sòlid és hidrogencarbonat de sodi (bicarbonat), no carbonat.
c) 2 NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂. n(NaHCO₃) = 5,00/84,01 = 0,0595 mol → n(CO₂) = 0,0298 mol → V = nRT/P = 0,0298·0,082·298,15 = 0,73 L.
d) NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂: 1 mol de CO₂ per mol de NaHCO₃ → 0,0595 mol → 1,46 L (el doble que per escalfament, ja que ara es descompon tot el carboni). Si fos Na₂CO₃: 0,0472 mol → 1,15 L. Les dues xifres són diferents (1,46 L davant de 1,15 L), però la prova de l'escalfament és molt més concloent: el carbonat de sodi no perd massa ni desprèn gas a 300 °C.

Errors típics

• Confondre sulfur i sulfat, o carbonat i hidrogencarbonat: cal comprovar l'anió complet i la càrrega.
• Dir «clorur d'amoníac»: amoni (NH₄⁺) és el catió; amoníac (NH₃) és la molècula neutra.
• Creure que, en escalfar el NaHCO₃, es perd tot el carboni com a CO₂: només s'allibera la meitat (l'altra meitat queda al Na₂CO₃).

Conceptes treballats: formulació i nomenclatura d'oxosals, òxids, oxoàcids, hidrats i compostos orgànics, nombre d'oxidació, identificació d'una substància per pèrdua de massa, estequiometria amb gasos i anàlisi de resultats.