ejercicios de quimica IV resueltos-37

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EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA II 109 SEPTIEMBRE 2007 
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CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) 
 
El óxido de calcio, oxida las impurezas que contiene el hierro, sobre todo 
sílice (SiO2) y alúmina (Al2O3); en la parte inferior del horno: 
CaO(s) + SiO2(s) → CaSiO3(l) 
CaO(s) + Al2O3(s) → Ca(AlO2)2(l) 
 
De esta forma, estos productos de las dos últimas reacciones forman la 
llamada escoria de menor densidad que el hierro fundido (denominado 
arrabio) y que por tanto, que flota sobre el mismo. La escoria se extrae del 
alto horno en su nivel de flotación y el arrabio por la parte inferior. 
En la parte superior del horno se recoge el gas de alto horno. Sus 
componentes mayoritarios son inertes: dióxido de carbono y nitrógeno. Su 
calor puede aprovecharse para precalentar el aire que se introduce por la 
parte inferior del alto horno. 
En la Figura 2.2 se muestra un esquema del alto horno, en el que la carga 
sólida desciende y los gases calientes suben. 
 
 
Figura 2.2. Esquema y temperaturas de un alto horno para la obtención de 
hierro 
 
c) La dureza es la cantidad de sales inorgánicas del agua, debida sobre todo 
a aquellas que contienen calcio o magnesio. La dureza temporal y la dureza 
110 EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA BÁSICACAPÍTULO 2 
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permanente se diferencian en los aniones que se encuentran unidos a los 
cationes Ca2+ y Mg2+: 
La dureza temporal se debe a las sales de calcio o magnesio que 
contienen los aniones carbonato ( 2-3CO ) o bicarbonato (
-
3HCO ). Para 
eliminar la dureza temporal es suficiente con hervir el agua, de manera que 
el carbonato cálcico o magnésico precipita, y puede separarse por 
filtración: 
Ca2+(ac) + 2 -3HCO (ac) → CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(g) 
La dureza permanente se debe a las sales de calcio o magnesio que 
contienen aniones diferentes al carbonato o bicarbonato, por ejemplo 
cloruro (Cl-) o sulfato ( 2-4SO ). Para eliminar la dureza permanente se 
utilizan dos tipos de resinas de intercambio iónico: 
• Resinas de intercambio catiónico, en las que los cationes se 
intercambian por iones hidrógeno: 
2 R-H+ + Ca2+ ⎯⎯→←⎯⎯ R2- 2+4SO + 2 H
+ 
Estas resinas se regeneran haciendo pasar una disolución ácida. 
 
• Resinas de intercambio aniónico, en las que los aniones se intercambian 
por iones hidroxilo: 
2 R-OH- + 2-4SO ⎯⎯→←⎯⎯ R2-
2-
4SO + 2 OH
- 
Estas resinas se regeneran haciendo pasar una disolución básica. 
Para eliminar la dureza permanente, suelen utilizarse estos dos tipos de 
resinas, de manera que al combinarse los iones H+ y OH- dan una molécula 
de agua. 
Las resinas de intercambio iónico pueden utilizarse también para eliminar 
la dureza temporal. 
 
 
3.- a) Diferencias fundamentales entre metales y no metales, tanto en lo 
referente a propiedades físicas como químicas. 
b) Propiedades y aplicaciones del CO y CO2. Efecto invernadero. 
c) Explicar el proceso Ostwald de producción de ácido nítrico. 
 
 EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA II 111 SEPTIEMBRE 2007 
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Resolución 
a) La mayor parte de los elementos metálicos exhibe el lustre brillante, 
conduce el calor y la electricidad, es maleable (se puede golpear para 
formar láminas delgadas) y dúctil (se puede estirar para formar alambres). 
Todos son sólidos a temperatura ambiente con excepción del mercurio 
(punto de fusión = - 39 ºC), que es líquido. 
Los no metales varían mucho en su apariencia pero ninguno presenta brillo 
metálico, ni reflejan la luz y, por lo general, son malos conductores del 
calor y la electricidad. Sus puntos de fusión son más bajos que los de los 
metales (aunque el diamante, una forma alotrópica del carbono, se funde a 
3.570 ºC). Al contrario que los metales, son muy frágiles y no pueden 
estirarse en hilos ni en láminas. Se encuentran en los tres estados de la 
materia a temperatura ambiente: son gases (como el oxígeno), líquidos 
(bromo) y sólidos (como el carbono). 
 
b) Véase el apartado c) del ejercicio 3 del examen de Junio de 2007. 
 
c) La producción industrial de ácido nítrico suele llevarse a cabo mediante 
el proceso Ostwald, según las tres fases que se describen a continuación: 
1) Oxidación de amoniaco con aire enriquecido en oxígeno, para dar 
monóxido de nitrógeno: 
 
4 NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(g) 
 
La reacción se da a una temperatura aproximada de 800 ºC (no demasiado 
elevada porque la reacción es exotérmica). La presión es de 5 atm (no 
demasiado elevada, ya que en la reacción se incrementa el número de 
moles en estado gaseoso). Como catalizador se utiliza una aleación de 
platino que contiene rodio. 
2) Oxidación del monóxido de nitrógeno, con aire enriquecido en oxígeno, 
para dar dióxido de nitrógeno: 
 
2 NO(g) +O2 (g) → 2 NO2(g) 
 
3) Hidratación del dióxido de nitrógeno, para dar ácido nítrico y monóxido 
de nitrógeno, que se recircula al proceso: 
 
3 NO2(g)+ H2O(l)→ 2 HNO3(ac)+ NO(g)