Ejercicio resuelto de Solubilidad · Química · Galicia · 2025

PREGUNTA 3. REACCIONES QUÍMICAS / QUÍMICA ORGÁNICA (2,5 puntos)

Responda uno de estos dos apartados 3.1. o 3.2:

3.1. Se disuelve hidróxido de cobalto(II) en agua a 25 °C hasta obtener una disolución saturada en la que la concentración de $[{\text{OH}}^{-}]$ es de $3\cdot {10}^{-5}\mathrm{M}$.

3.1.1. Determine la constante del producto de solubilidad del ${\text{Co(OH)}}_2$ a esa temperatura. (1 punto)

3.1.2. Determine el pH de la disolución saturada. (0,5 puntos)

3.1.3. Discuta razonadamente si el ${\text{Co(OH)}}_2$ será más o menos soluble en agua si añadimos a la disolución ${\text{CoCl}}_2$, sal muy soluble en agua a 25 °C. (1 punto)

3.2. Responda los tres subapartados siguientes:

3.2.1. Escriba las fórmulas semidesarrolladas de los siguientes compuestos, identificando y nombrando el grupo funcional principal en cada uno de ellos: propanal, etanoato de propilo, dimetiléter y but-2-eno. (1 punto)

3.2.2. Escriba la reacción que tiene lugar cuando el but-2-eno reacciona con HBr indicando qué tipo de reacción es, y justifique si el compuesto obtenido presenta isomería óptica o geométrica. (1 punto)

3.2.3. Justifique empleando la reacción correspondiente la veracidad de la siguiente afirmación: “El etanol reacciona con ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ dando un alquino” (0,5 puntos)

Datos: $K_w=\mathrm{1,0}\cdot {10}^{-14}$.

${\mathbf{\text{3.1.1.}}\mathbf{\text{Determine}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{constante}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{producto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{solubilidad}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{Co(OH)}}}_2\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{esa}}\mathbf{\text{temperatura.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Se plantea el equilibrio de solubilidad, llamando $s$ a la solubilidad molar del hidróxido:

$\mathrm{C}\mathrm{o}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2(\mathrm{s})\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

$$	$\mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}$	$\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ Inicial (mol/L)	0	0 Equilibrio (mol/L)	$s$	$2s$

El dato del enunciado es la concentración de hidroxilo, que según la tabla es el doble de la solubilidad:

$[\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}]=2s=3\cdot {10}^{-5}\mathrm{M}\Rightarrow s=\mathrm{1,5}\cdot {10}^{-5}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

Con esos valores en la expresión de la constante:

$K_{ps}=[\mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}]\cdot [\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}{]}^2=s(2s{)}^2=4s^3$

$K_{ps}=4\cdot (\mathrm{1,5}\cdot {10}^{-5}{)}^3=4\cdot \mathrm{3,375}\cdot {10}^{-15}$

$K_{ps}=\mathrm{1,35}\cdot {10}^{-14}$

$\mathbf{\text{3.1.2.}}\mathbf{\text{Determine}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{saturada.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La disolución es básica, porque al disolverse el hidróxido libera iones $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$. Se calcula primero el pOH y de ahí el pH:

$\mathrm{p}\mathrm{O}\mathrm{H}=-\log [\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}]=-\log (3\cdot {10}^{-5})=\mathrm{4,52}$

$\mathrm{p}\mathrm{H}=14-\mathrm{p}\mathrm{O}\mathrm{H}=14-\mathrm{4,52}$

$\mathrm{p}\mathrm{H}=\mathrm{9,48}$

El valor es coherente con lo esperado: mayor que 7, pero no mucho, porque el hidróxido de cobalto(II) es muy poco soluble y apenas aporta hidroxilos.

${\mathbf{\text{3.1.3.}}\mathbf{\text{Discuta}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{Co(OH)}}}_2{\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{menos}}\mathbf{\text{soluble}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{a}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{adimos}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{CoCl}}}_2\mathbf{\text{,}}\mathbf{\text{sal}}\mathbf{\text{muy}}\mathbf{\text{soluble}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{25}}\mathbf{\text{°C.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

El cloruro de cobalto(II) es muy soluble, así que se disocia por completo y aporta iones cobalto(II) a la disolución:

$\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{s})\to \mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

Ese $\mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}$ es $\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{ion}}\mathbf{\text{com}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}$ con el equilibrio de solubilidad del hidróxido:

$\mathrm{C}\mathrm{o}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2(\mathrm{s})\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

Al aumentar la concentración de uno de los productos, el principio de Le Chatelier dice que el sistema se desplaza en el sentido que lo consume, es decir, $\mathbf{\text{hacia}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{izquierda}}$: parte del cobalto y del hidroxilo que estaban disueltos precipitan como $\mathrm{C}\mathrm{o}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2$ sólido.

Por tanto, el hidróxido de cobalto(II) será $\mathbf{\text{menos}}\mathbf{\text{soluble}}$.

Se ve igual de bien con la constante. Si $c$ es la concentración de $\mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}$ que aporta la sal, mucho mayor que la que aporta el hidróxido, la nueva solubilidad $s^{\mathrm{\prime }}$ cumple:

$K_{ps}=(c+s^{\mathrm{\prime }})(2s^{\mathrm{\prime }}{)}^2\approx c\cdot 4s^{\mathrm{\prime }2}\Rightarrow s^{\mathrm{\prime }}=\sqrt{{\displaystyle \frac{K_{ps}}{4c}}}$

Cuanto mayor es $c$, menor es $s^{\mathrm{\prime }}$. Lo que no cambia en absoluto es $K_{ps}$, que solo depende de la temperatura.

$\mathbf{\text{3.2.1.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmulas}}\mathbf{\text{semidesarrolladas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{compuestos,}}\mathbf{\text{identificando}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{nombrando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{funcional}}\mathbf{\text{principal}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos:}}\mathbf{\text{propanal,}}\mathbf{\text{etanoato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{propilo,}}\mathbf{\text{dimetil}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ter}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{but-2-eno.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{Propanal}}$:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

Grupo funcional $-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$, el grupo $\mathbf{\text{carbonilo}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{posici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{terminal}}$, llamado formilo: es un $\mathbf{\text{aldeh}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{do}}$.

$\mathbf{\text{Etanoato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{propilo}}$:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

Grupo funcional $-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}-$, grupo $\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ster}}$. Procede formalmente del ácido etanoico (los dos carbonos de la izquierda) y del propan-1-ol (los tres de la derecha).

$\mathbf{\text{Dimetil}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ter}}$:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{O}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

Grupo funcional $-\mathrm{O}-$, grupo $\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ter}}$, con el oxígeno intercalado entre dos cadenas carbonadas. Su nombre sistemático es metoximetano.

$\mathbf{\text{But-2-eno}}$:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

Grupo funcional $\mathrm{C}=\mathrm{C}$, el $\mathbf{\text{doble}}\mathbf{\text{enlace}}$ carbono-carbono: es un $\mathbf{\text{alqueno}}$.

$\mathbf{\text{3.2.2.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{but-2-eno}}\mathbf{\text{reacciona}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{HBr}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{es,}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{justifique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{obtenido}}\mathbf{\text{presenta}}\mathbf{\text{isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptica}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{geom}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{trica.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

El HBr se adiciona al doble enlace: el hidrógeno se une a uno de los carbonos y el bromo al otro, y el doble enlace pasa a simple.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3+\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\to \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

El producto es el $\mathbf{\text{2-bromobutano}}$ y se trata de una reacción de $\mathbf{\text{adici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$ electrófila.

Aquí no hace falta invocar la regla de Markovnikov: el but-2-eno es simétrico respecto del doble enlace, así que los dos carbonos son equivalentes y da igual a cuál se una el bromo. El producto es el mismo.

$\mathbf{\text{Isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{geom}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{trica}}$: no la presenta. Ha desaparecido el doble enlace, y con él la restricción al giro que es la causa de este tipo de isomería. En el producto todos los enlaces son simples y la molécula gira libremente.

$\mathbf{\text{Isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptica}}$: sí la presenta. Hay que buscar un carbono asimétrico, unido a cuatro grupos distintos, y el C-2 lo es:

$\mathrm{C}\text{-}2:-\mathrm{H},-\mathrm{B}\mathrm{r},-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3,-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

Los cuatro sustituyentes son diferentes, luego ese carbono es un centro quiral y el 2-bromobutano existe como dos enantiómeros, imágenes especulares no superponibles.

${\mathbf{\text{3.2.3.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{empleando}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{correspondiente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{veracidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{afirmaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n:}}\mathbf{\text{“El}}\mathbf{\text{etanol}}\mathbf{\text{reacciona}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{H}}}_2{\mathbf{\text{SO}}}_4\mathbf{\text{dando}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{alquino”.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La afirmación es $\mathbf{\text{falsa}}$.

El ácido sulfúrico concentrado y en caliente actúa como agente deshidratante sobre los alcoholes: retira una molécula de agua, con el $-\mathrm{O}\mathrm{H}$ de un carbono y un hidrógeno del carbono contiguo, y entre esos dos carbonos aparece un doble enlace.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4,\text{ calor }}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

El producto es el $\mathbf{\text{eteno}}$, que es un $\mathbf{\text{alqueno}}$, no un alquino: solo se ha perdido una molécula de agua, y de ella salen dos electrones para un enlace $\pi$, no cuatro. Se trata de una reacción de eliminación (deshidratación).

Para llegar a un alquino habría que eliminar $\mathbf{\text{dos}}$ moléculas de agua, y el etanol solo tiene un grupo hidroxilo; el ácido sulfúrico no puede formar un triple enlace a partir de un alcohol monohidroxílico.

Conviene añadir que el producto depende de la temperatura: en torno a 170 °C se obtiene eteno, como se ha escrito, mientras que hacia 140 °C predomina la condensación de dos moléculas de etanol para dar etoxietano. En ninguno de los dos casos aparece un alquino.