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

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

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

$\mathrm{Co(OH)_2(s)} \rightleftharpoons \mathrm{Co^{2+}(ac)} + 2\,\mathrm{OH^-(ac)}$

$$	$\mathrm{Co^{2+}}$	$\mathrm{OH^-}$ 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:

$[\mathrm{OH^-}] = 2s = 3 \cdot 10^{-5}\ \mathrm{M} \quad \Rightarrow \quad s = 1{,}5 \cdot 10^{-5}\ \mathrm{mol/L}$

Con esos valores en la expresión de la constante:

$K_{ps} = [\mathrm{Co^{2+}}] \cdot [\mathrm{OH^-}]^2 = s\,(2s)^2 = 4\,s^3$

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

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

$\textbf{3.1.2. Determine el pH de la disolución saturada. (0,5 puntos)}$

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

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

$\mathrm{pH} = 14 - \mathrm{pOH} = 14 - 4{,}52$

$\mathrm{pH} = 9{,}48$

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.

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

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

$\mathrm{CoCl_2(s)} \rightarrow \mathrm{Co^{2+}(ac)} + 2\,\mathrm{Cl^-(ac)}$

Ese $\mathrm{Co^{2+}}$ es $\textbf{un ion común}$ con el equilibrio de solubilidad del hidróxido:

$\mathrm{Co(OH)_2(s)} \rightleftharpoons \mathrm{Co^{2+}(ac)} + 2\,\mathrm{OH^-(ac)}$

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, $\textbf{hacia la izquierda}$: parte del cobalto y del hidroxilo que estaban disueltos precipitan como $\mathrm{Co(OH)_2}$ sólido.

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

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

$K_{ps} = (c + s')\,(2s')^2 \approx c \cdot 4\,s'^2 \quad \Rightarrow \quad s' = \sqrt{\dfrac{K_{ps}}{4\,c}}$

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

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

$\textbf{Propanal}$:

$\mathrm{CH_3-CH_2-CHO}$

Grupo funcional $\mathrm{-CHO}$, el grupo $\textbf{carbonilo en posición terminal}$, llamado formilo: es un $\textbf{aldehído}$.

$\textbf{Etanoato de propilo}$:

$\mathrm{CH_3-COO-CH_2-CH_2-CH_3}$

Grupo funcional $\mathrm{-COO-}$, grupo $\textbf{éster}$. Procede formalmente del ácido etanoico (los dos carbonos de la izquierda) y del propan-1-ol (los tres de la derecha).

$\textbf{Dimetiléter}$:

$\mathrm{CH_3-O-CH_3}$

Grupo funcional $\mathrm{-O-}$, grupo $\textbf{éter}$, con el oxígeno intercalado entre dos cadenas carbonadas. Su nombre sistemático es metoximetano.

$\textbf{But-2-eno}$:

$\mathrm{CH_3-CH{=}CH-CH_3}$

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

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

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.

$\mathrm{CH_3-CH{=}CH-CH_3} + \mathrm{HBr} \rightarrow \mathrm{CH_3-CHBr-CH_2-CH_3}$

El producto es el $\textbf{2-bromobutano}$ y se trata de una reacción de $\textbf{adición}$ 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.

$\textbf{Isomería geométrica}$: 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.

$\textbf{Isomería óptica}$: sí la presenta. Hay que buscar un carbono asimétrico, unido a cuatro grupos distintos, y el C-2 lo es:

$\mathrm{C\text{-}2}: \quad -\mathrm{H}, \quad -\mathrm{Br}, \quad -\mathrm{CH_3}, \quad -\mathrm{CH_2-CH_3}$

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

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

La afirmación es $\textbf{falsa}$.

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

$\mathrm{CH_3-CH_2OH} \xrightarrow{\ \mathrm{H_2SO_4},\ \text{calor}\ } \mathrm{CH_2{=}CH_2} + \mathrm{H_2O}$

El producto es el $\textbf{eteno}$, que es un $\textbf{alqueno}$, 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 $\textbf{dos}$ 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.