I.E.S.

1
Física y Química 4º ESO guía interactiva para la
resolución de ejercicios

• I.E.S. Élaios
• Departamento de Física y Química

2
Índice

• Por qué son útiles los metales y las
  aleaciones?
• Las reacciones químicas de los metales
• Obtención de los metales

• 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

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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.
Nombre de la aleación Composición típica en Propiedades esenciales
latón 70 cobre 30 cinc más duro que el cobre
bronce 90 cobre 10 estaño más duro que el cobre
acero templado 99,7 hierro 0,3 carbono más fuerte y duro que el hierro puro
acero inoxidable 70 hierro 20 cromo 10 níquel más duro que el hierro y no se oxida
acero al manganeso 86 hierro 13 manganeso 1 carbono muy duro y resistente al desgaste
duraluminio 96 aluminio 4 cobre más duro que el aluminio puro
metal de soldar 50 estaño 50 plomo bajo punto de fusión
4
Ayuda
Propiedades de los metales más usados Propiedades de los metales más usados Propiedades de los metales más usados Propiedades de los metales más usados Propiedades de los metales más usados
Metal Densidad (g/cm3) Punto de fusión (ºC) Resistencia a la tensión Conductividad eléctrica
aluminio 2,7 659
cinc 7,1 420
cobre 9,0 1083
estaño 7,3 232
hierro 7,9 1540
magnesio 1,8 651
mercurio 13,5 -39
plomo 11,3 328
plata 10,5 961
sodio 0,95 97,9
wolframio 19,3 3380
grado máximo grado máximo grado mínimo grado mínimo grado mínimo
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Ayuda
Comportamiento de algunos metales con el oxígeno, el agua y el ácido clorhídrico Comportamiento de algunos metales con el oxígeno, el agua y el ácido clorhídrico Comportamiento de algunos metales con el oxígeno, el agua y el ácido clorhídrico Comportamiento de algunos metales con el oxígeno, el agua y el ácido clorhídrico
Metales Reacción con el oxígeno del aire Reacción con el agua Reacción con el ácido clorhídrico
sodio muy rápidamente violentamente con agua fría violentamente
magnesio rápidamente si se calienta con vapor reacciona y da un residuo blanco rápidamente
aluminio lentamente aunque se caliente con vapor reacciona lentamente rápidamente
cinc lentamente aunque se caliente con vapor reacciona lentamente rápidamente
hierro sólo reacciona en forma de polvo o de lana con vapor reacciona muy lentamente lentamente
plomo lentamente no reacciona lentamente si se calienta
cobre muy lentamente cuando se calienta no reacciona no reacciona
plata no reacciona no reacciona no reacciona
oro no reacciona no reacciona no reacciona
más reactivo
sodio magnesio aluminio cinc cromo hierro plomo es
taño cobre plata oro
menos reactivo
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.
Nombre y composición de las menas más importantes Nombre y composición de las menas más importantes Nombre y composición de las menas más importantes
aluminio bauxita óxido de aluminio (AlaO3)
cinc blenda sulfuro de cinc (ZnS)
cobre pirita de cobre sulfuro de hierro y cobre (CuFeS2)
estaño casiterita óxido de estaño (IV) (SnO2)
hierro hematites óxido de hierro (III) (Fe2O3)
sodio sal gema cloruro de sodio (NaCl)
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.
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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
Metales que rayan Metales que rayan Metales que rayan Metales que rayan Metales que rayan Metales que rayan Metales que rayan
  aluminio cinc cobre estaño hierro níquel plomo
Metales que son rayados aluminio   ü ü   ü ü  
Metales que son rayados cinc     ü   ü ü  
Metales que son rayados cobre         ü ü  
Metales que son rayados estaño ü ü ü   ü ü  
Metales que son rayados hierro           ü  
Metales que son rayados níquel              
Metales que son rayados plomo ü ü ü ü ü ü  
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.
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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
ollas de cocina
muelles
tijeras de podar
motores de coche
campanas
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
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Con la ayuda de la tabla mostrada en la ayuda,
contesta a las siguientes preguntasa) 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.
10
Indica una ventaja y un inconveniente de estos
usos de los metalesa) plata para monedasb)
plomo para tuberías de desagüec) hierro para
puentes.
4
Ventaja Inconveniente
plata para monedas
plomo para tuberías de desagüe
hierro para puentes
blanda
cara
blando
contaminante
resistente a la tensión
se oxida
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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.
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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.
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Explica el uso de las aleaciones siguientes
teniendo en cuenta las propiedadesa) los
aviones están hechos de duraluminio en vez de
aluminio purob) para soldar, se usa metal de
soldar en lugar de estaño o plomo purosc) 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.
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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
En el aire el vanadio se calienta.
Ponemos un trozo de vanadio en agua fría.
Pasamos vapor de agua por encima del vanadio caliente.
Introducimos un trozo de vanadio en ácido clorhídrico diluido.
Calentamos una mezcla de óxido de vanadio y aluminio.
Calentamos una mezcla de vanadio y óxido de magnesio.
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.
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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.
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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

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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.
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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
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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?
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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.
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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
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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).
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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.
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Por qué crees que el tubo de escape es la parte
del automóvil que se oxida antes?
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El tubo de escape se oxida antes porque, al estar
sometido el hierro a altas temperaturas, es más
reactivo.
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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
C(s) Fe2O3(s) ? Fe(s) CO(g)

3
2
3
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?
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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.
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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?
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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.
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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?
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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.
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Indica el método más adecuado para obtener
magnesio, oro y plomo. Ten en cuenta la situación
de estos metales en la serie de reactividad.
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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.