Proves d’accés a la universitat
Química
Serie 1
Convocatòria 2017
Responda a las cuestiones 1, 2 y 3. A continuación, elija UNA cuestión entre la 4 y la 5 y UNA cuestión entre la 6 y la 7, y conteste las dos que haya escogido.
Cada cuestión vale 2 puntos.
1. El trinitrotolueno (TNT) es un explosivo muy potente que, frente a la nitroglicerina, tiene la ventaja de ser más estable en caso de impacto, golpes o fricción. La descompo-sición explosiva del TNT puede representarse mediante la siguiente ecuación química:
2 C7H5(NO2)3(s) → 7 C(s) + 7 CO(g) + 3 N2(g) + 5 H2O(g) ∆H° < 0
a) Calcule el calor producido a presión constante al hacer explotar 2,27 kg de TNT en condiciones estándares y a 298 K.
[1 punto]
b) Justifique si la variación de entropía estándar de esta reacción (ΔS°) es positiva o negativa, y cómo influye la temperatura en la espontaneidad de esta reacción. Suponga que la entalpía y la entropía no varían en función de la temperatura.
[1 punto]
Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; C = 12,0; N = 14,0; O = 16,0. Entalpías estándares de formación a 298 K:
∆Hf° (TNT, s) = −364,1 kJ mol–1; ∆Hf° (CO, g) = −110,3 kJ mol–1; ∆Hf° (H2O, g) = −241,6 kJ mol–1.
2 3 2. Las reacciones redox se utilizan en muchos procesos de la química: para generar energía
eléctrica (pila), para provocar reacciones químicas que no son espontáneas (electrólisis) o para obtener sustancias de gran interés.
a) Un grupo de estudiantes quiere montar una pila en el laboratorio, en condiciones estándares y a 25 °C. La pila tiene la siguiente notación:
Ag(s) | Ag+(ac, 1 m) || Zn2+(ac, 1 m) | Zn(s)
Explique el procedimiento experimental que deberán seguir para construir esta pila y medir su fuerza electromotriz, e indique el material y los reactivos que necesitarán.
[1 punto]
b) En otro experimento, los estudiantes disponen de dos vasos de precipitados, cada uno de los cuales contiene una disolución 1,0 m de nitrato de cobre(II), a 25 °C. En el primero, introducen una lámina de zinc, y en el segundo, un hilo de plata. Justifique si habrá o no reacción en cada uno de los vasos; en caso afirmativo, escriba la reacción igualada.
[1 punto]
Datos: Potencial estándar de reducción a 25 °C:
E°(Ag+/Ag) = +0,80 V; E°(Cu2+/Cu) = +0,34 V; E°(Zn2+/Zn) = –0,76 V.
3. El ozono, una sustancia que actúa como filtro de las radiaciones solares, puede descom-ponerse en oxígeno en la estratosfera mediante un proceso exotérmico que consta de las dos etapas elementales siguientes:
hν
Etapa 1: O3⇄ O2 + O Etapa 2: O + O3→ 2 O2
A 300 K de temperatura, las energías de activación son 103,0 kJ mol–1 para la etapa 1 y 17,1 kJ mol–1 para la etapa 2.
a) Escriba la reacción global del proceso de descomposición del ozono. Haga una repre-sentación gráfica aproximada que muestre la energía en función de la coordenada de reacción, y señale en la representación las energías de activación y la variación de entalpía de la reacción.
[1 punto]
b) A partir del modelo del estado de transición (o complejo activado), explique el con-cepto energía de activación y justifique cuál de las dos etapas de la descomposición del ozono es más lenta.
2 3 4. Experimentalmente, se ha realizado el seguimiento de la siguiente reacción en fase
gaseo-sa, en un recipiente cerrado y a una temperatura de 300 K: 2 A(g) ⇄ 2 B(g) + 3 C(g)
En el siguiente gráfico pueden verse los cambios de concentración de las tres sustan-cias gaseosas A, B y C, en función del tiempo.
a) Justifique cuáles serán las concentraciones de las sustancias A, B y C en el equilibrio, y calcule la constante de equilibrio en concentraciones (Kc) y la constante de equilibrio
en presiones (Kp) de esta reacción a 300 K.
[1 punto]
b) Las sustancias A, B y C están en equilibrio a 300 K. ¿Cómo se modificarán la constante de equilibrio en concentraciones y la masa de la sustancia A si se aumenta el volumen del recipiente pero se mantiene la temperatura? Razone las respuestas.
[1 punto]
Dato: Constante universal de los gases ideales: R = 0,082 atm L K–1 mol–1.
5. El bromometano (o bromuro de metilo) se utilizó como plaguicida hasta que empezó a prohibirse en muchos países, a partir del año 2000, por generar radicales de bromo (Br) que participan en el proceso de reducción de la capa de ozono en la estratosfera. En esta capa de la atmósfera puede tener lugar la siguiente reacción de fotodisociación:
hν
CH3Br → CH3 + Br
a) Calcule la frecuencia y la longitud de onda de la radiación electromagnética capaz de romper el enlace C—Br en una molécula de bromometano.
[1 punto]
b) Defina el término orbital atómico según el modelo ondulatorio del átomo. Escriba la configuración electrónica del átomo de bromo indicando los números cuánticos del electrón más externo de este átomo.
[1 punto]
Datos: Energía del enlace C—Br: 276 kJ mol–1. Número de Avogadro: NA = 6,02 × 1023.
Velocidad de la luz en el vacío: c = 3,00 × 108 m s–1. Constante de Planck: h = 6,63 × 10–34 J s.
L’Institut d’Estudis Catalans ha tingut cura de la correcció lingüística i de l’edició d’aquesta prova d’accés
6. La salinidad de las aguas oceánicas determina las condiciones de vida de los organismos marinos y varía en función de las características de cada océano. La determinación de la salinidad se lleva a cabo midiendo un parámetro del agua de mar, como la conductividad eléctrica o la concentración de ion cloruro. Este último parámetro se mide mediante una valoración del ion cloruro con nitrato de plata (AgNO3):
Cl−(ac) + AgNO
3(ac) → AgCl(s) + NO3−(ac)
a) Cuando se han valorado 20,0 mL de agua de mar, han sido necesarios 23,5 mL de una disolución de nitrato de plata 0,265 m para poder llegar al punto final de la valoración. Calcule la salinidad del agua de mar, expresada como concentración de NaCl en g L–1.
[1 punto]
b) Escriba la ecuación del equilibrio de solubilidad del cloruro de plata y determine su solubilidad a 25 °C, expresada en mol L–1. Justifique si la solubilidad del cloruro de plata aumenta, disminuye o se mantiene en una disolución acuosa concentrada de KCl.
[1 punto]
Datos: Masa molecular relativa del NaCl = 58,5.
Constante del producto de solubilidad del AgCl a 25 °C: Kps = 1,7 × 10–10.
7. El ácido metanoico (HCOOH), llamado habitualmente ácido fórmico, puede obtenerse de las hormigas. Cuando una hormiga nos pica, nos inyecta
aproxima-damente 0,003 mL de ácido fórmico puro, y este líquido que nos ha inyectado se mezcla con 1,0 mL de agua de nuestro cuerpo.
a) Calcule la concentración de la disolución acuosa de ácido fórmi-co que se forma en nuestro cuerpo cuando nos pica una hormi-ga, expresada en mol L–1. ¿Qué pH tendrá esta disolución?
[1 punto]
b) Para neutralizar las picaduras de hormiga, puede utilizarse hidrogenocarbonato de sodio (NaHCO3). Escriba la reacción de neutralización y calcule la masa de NaHCO3 que se necesita para neutralizar el ácido fórmico que nos inyecta una hormiga cuando nos pica.
[1 punto]
Datos: Densidad del ácido fórmico puro = 1,20 g mL–1.
Masas atómicas relativas: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0; Na = 23,0. Constante de acidez del ácido fórmico: Ka = 1,8 × 10–4.
Proves d’accés a la universitat
Química
Serie 5
Convocatòria 2017
Responda a las cuestiones 1, 2 y 3. A continuación, elija UNA cuestión entre la 4 y la 5 y UNA cuestión entre la 6 y la 7, y conteste las dos que haya escogido.
Cada cuestión vale 2 puntos.
1. El hidróxido de magnesio, Mg(OH)2, es un antiácido que se usa para aliviar los sínto-mas de indigestión o acidez.
a) Escriba la reacción del equilibrio de solubilidad del hidróxido de magnesio en agua y calcule su solubilidad a 25 °C, en mg L–1, si el pH de la disolución saturada es igual a 11,4.
[1 punto]
b) ¿Qué efecto tendrá la adición de una disolución acuosa de cloruro de magne-sio (MgCl2) en la solubilidad del hidróxido de magnesio? ¿Y la adición de una disolución acuosa de ácido clorhídrico (HCl)? Justifique sus respuestas.
[1 punto]
Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; O = 16,0; Mg = 24,3.
Constante de autoionización del agua a 25 °C: Kw = 1,0 × 10–14.
2. Una de las utilidades de la electrólisis es la obtención de algunos metales. Por ejem-plo, el magnesio se obtiene industrialmente por electrólisis del cloruro de magnesio (MgCl2) procedente de salmueras o del agua de mar. En esta electrólisis, el cloruro de magnesio se encuentra en estado líquido o fundido.
a) Escriba las semirreacciones que tienen lugar en cada electrodo durante el proceso de electrólisis del cloruro de magnesio fundido, y también la reacción iónica global. Indique el nombre y la polaridad de los electrodos.
[1 punto]
b) Calcule la masa de magnesio que se obtendrá si se hace pasar una corriente eléctrica de 200 A durante 18 h.
[1 punto]
Datos: Masa atómica relativa: Mg = 24,3.
2 3 3. El cloruro de amonio (NH4Cl) es una sal de color blanco que tiene efecto expectorante.
También tiene aplicaciones como diurético y como agente acidulante.
a) Determine el pH a 25 °C de un medicamento que se prepara disolviendo 1,50 g de cloruro de amonio en 100 mL de disolución.
[1 punto]
b) Explique cómo prepararía en el laboratorio el medicamento del apartado anterior. Indique las operaciones que realizaría y el nombre de todo el material de laboratorio que utilizaría.
[1 punto]
Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; N = 14,0; Cl = 35,5.
Constante de basicidad del amoniaco (NH3) a 25 °C: Kb = 1,8 × 10–5. Constante de autoionización del agua a 25 °C: Kw = 1,0 × 10–14.
4. El bioetanol es un biocombustible que se obtiene por fermen-tación de los azúcares presentes en las especies vegetales que tienen un alto contenido en sacarosa, como la caña de azúcar o la remolacha, o bien un alto contenido en almidón, como el trigo, el maíz, la cebada o las patatas. El bioetanol se puede utilizar como combustible en vehículos de motor.
a) Escriba y ajuste la reacción de combustión del etanol, y calcule la variación de ental-pía estándar a 25 °C y la variación de energía interna estándar a 25 °C del proceso de combustión.
[1 punto]
b) Calcule el calor desprendido, a 1 atm i 25 °C, asociado a la combustión de 1 L de eta-nol, de densidad igual a 0,79 g cm–3. Razone si la variación de entropía en condiciones estándares, asociada a la combustión del etanol, es positiva o negativa.
[1 punto]
Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0.
Constante universal de los gases ideales: R = 8,31 J mol–1 K–1. Entalpías estándares de formación a 25 °C:
Compuesto ΔHf° (kJ mol–1)
H2O(l) –285,8 CO2(g) –393,5 C2H5OH(l) –277,6
2 3 5. Cuando se produce la lluvia ácida, uno de los pasos intermedios de formación de ácido
sulfúrico en la atmósfera es la reacción entre el dióxido de azufre y el oxígeno, que genera trióxido de azufre. La reacción ajustada es la siguiente:
2 SO2(g) + O2(g) ⇄ 2 SO3(g)
La reacción es exotérmica y la constante de equilibrio en presiones a 500 K es Kp = 2,5 × 1010.
a) Un recipiente cerrado de 10 L a 500 K contiene 2,0 mol de dióxido de azufre, 1,0 mol de oxígeno y 2,0 mol de trióxido de azufre. Explique justificadamente si la mezcla gaseosa se encuentra en equilibrio y cómo evolucionará con el tiempo.
[1 punto]
b) ¿Qué efectos tendrá una disminución de la temperatura en el equilibrio y en la constante de equilibrio Kp? ¿Y una disminución de la presión total?
[1 punto]
Dato: Constante universal de los gases ideales: R = 0,082 atm L mol–1 K–1.
6. El esmog fotoquímico es una mezcla de humo y niebla que produce, entre otros efectos, irritación ocular. Uno de los principales irritantes oculares del esmog es el formaldehído (CH2O), que se produce por reacción entre el etileno (C2H4) y el ozono (O3), según la siguiente ecuación química:
C2H4(g) + O3(g) → 2 CH2O(g) + O2(g) ∆H° = 22,6 kJ
Se han llevado a cabo diversos experimentos, a 25 °C, para determinar la velocidad ini-cial de reacción a diferentes concentraciones y se han obtenido los siguientes resultados:
Experimento [C2H4] (mol L–1) [O
3] (mol L–1) Velocidad (mol L–1 s–1)
1 0,5 × 10–7 1,0 × 10–8 1,0 × 10–12
2 1,5 × 10–7 1,0 × 10–8 3,0 × 10–12
3 1,0 × 10–7 2,0 × 10–8 4,0 × 10–12
a) Determine el orden de reacción de cada reactivo y el orden total.
[1 punto]
b) Calcule la constante de velocidad de la reacción a 25 °C. ¿Qué influencia tiene un aumento de la temperatura sobre la velocidad de reacción? Justifique su respuesta teniendo en cuenta la teoría de las colisiones.
L’Institut d’Estudis Catalans ha tingut cura de la correcció lingüística i de l’edició d’aquesta prova d’accés
7. Las energías de ionización nos ayudan a comprender algunas diferencias cualitativas entre estructuras electrónicas de diferentes átomos. La siguiente tabla muestra los valores de la primera energía de ionización del litio, el berilio y el boro.
Elemento Primera energía de ionización (kJ mol–1)
Li 520,3
Be 899,5
B 800,6
a) Explique justificadamente la diferencia existente entre los valores de la primera energía de ionización de los tres átomos.
[1 punto]
b) Calcule la frecuencia mínima y la longitud de onda máxima de la radiación que puede ionizar los átomos de litio gaseoso en estado fundamental.
[1 punto]
Datos: Números atómicos: Z(Li) = 3; Z(Be) = 4; Z(B) = 5. Constante de Planck: h = 6,63 × 10–34 J s.
Número de Avogadro: NA = 6,023 × 1023.
