MATERIALES Y SUSTANCIAS
Metales
Física y Química 4º ESO: guía interactiva
para la resolución de ejercicios
I.E.S. Élaios
Departamento de Física y Química
 ¿Por qué son útiles los metales y las aleaciones?
 Las reacciones químicas de los metales
 Obtención de los metales
Índice












Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
Ejercicio
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
 Ejercicio 13
 Ejercicio 14
 Ejercicio 15
 Ejercicio 16
 Ejercicio 17
 Ejercicio 18
 Ejercicio 19
I.E.S. Élaios
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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
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Ayuda
Propiedades de los metales más usados
Densidad
(g/cm3)
Punto de
fusión (ºC)
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
****
*
Metal
**** grado máximo
Resistencia
a la tensión
Conductividad
eléctrica
***
* grado mínimo
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Ayuda
más
reactivo
sodio
magnesio
aluminio
cinc
cromo
hierro
plomo
estaño
cobre
plata
oro
menos
reactivo
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
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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
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.
I.E.S. Élaios
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1
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.
Metales que rayan
aluminio
aluminio
cinc
cobre

cinc
Metales
que son
rayados
estaño
hierro
níquel










cobre
estaño



plomo

hierro
níquel
plomo






# 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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2
Indica de qué metal o aleación se fabrican los siguiente objetos y señala las propiedades
que los hacen adecuados para la elaboración del objeto.
ollas de cocina
acero, hierro, aluminio
muelles
acero, hierro
tijeras de podar
acero, hierro
motores de coche
hierro
aluminio
campanas
bronce
I.E.S. Élaios
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duro, conductor del calor,
alto punto de fusión
duro, elástico
duro
duro, conductor del calor,
alto punto de fusión
el aluminio, además, es
menos denso
duro, elástico
3
Con la ayuda de la tabla mostrada en la ayuda, contesta a las siguientes preguntas:
a) ¿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?
# 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.
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4
Indica una ventaja y un inconveniente de estos usos de los metales:
a) plata para monedas;
b) plomo para tuberías de desagüe;
c) hierro para puentes.
Ventaja
Inconveniente
plata para monedas
blanda
plomo para tuberías de
desagüe
blando
contaminante
hierro para puentes
resistente a la
tensión
se oxida
I.E.S. Élaios
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cara
5
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.
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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6
Explica el uso de las aleaciones siguientes teniendo en cuenta las propiedades:
a) los aviones están hechos de duraluminio en vez de aluminio puro;
b) para soldar, se usa metal de soldar en lugar de estaño o plomo puros;
c) los puentes se hace de hierro templado en lugar de hierro puro.
# 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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7
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.
En el aire el vanadio se
calienta.
Reacciona lentamente aunque se caliente.
Ponemos un trozo de
vanadio en agua fría.
Con el agua fría no reacciona.
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.
Con el vapor de agua reacciona lentamente.
Con el ácido clorhídrico reacciona rápidamente.
óxido de vanadio + aluminio  vanadio + óxido de aluminio
ya que el aluminio es más reactivo y “roba”
el oxígeno.
No existe reacción porque el vanadio es menos
reactivo que el magnesio.
I.E.S. Élaios
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8
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?
# Contesta al apartado a).
Los tejados de las catedrales están hechos
de plomo o de cobre en vez de hierro porque éste se oxida fácilmente. El cobre y el
plomo se oxidan más lentamente y, además, los óxidos quedan adheridos al metal 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.
# Contesta al apartado b).
Sabemos que el sodio se oxida muy
fácilmente; por eso se guarda sumergido
en éter de petróleo: para que no reaccione con el aire.
I.E.S. Élaios
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9
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.
# 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
III.
hidrógeno
2 K(s) + 2 HCl(aq)  2 KCl(aq) + H2(g)
cloruro de potasio
I.E.S. Élaios
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hidrógeno
10
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.
# 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)

MgO(s)
+
óxido de magnesio
Cu(s)
cobre
II.
Cu(s)
+
MgO(s)
 LA REACCIÓN NO SE PRODUCE
III.
Fe(s)
+
Na2O(s)

6 Na(s)
+
Fe2O3(s)
II.

LA REACCIÓN NO SE PRODUCE
3 Na2O(s)
óxido de sodio
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+ 2 Fe(s)
hierro
11
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?
# 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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12
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?
cinc
cromo
cinc
I.E.S. Élaios
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13
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).
# 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.
I.E.S. Élaios
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14
¿Por qué crees que el tubo de escape es la parte del automóvil que se oxida antes?
El tubo de escape se oxida antes porque, al estar sometido
el hierro a altas temperaturas, es más reactivo.
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15
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.
# 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
3 C(s) + Fe2O3(s)  2 Fe(s) + 3 CO(g)
I.E.S. Élaios
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16
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?
# 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.
I.E.S. Élaios
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17
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?
# 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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18
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?
# 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.
I.E.S. Élaios
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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.
# 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.
I.E.S. Élaios
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