La Rioja resuelto junio 2005.pdf

Aclaraciones previas:

La prueba consiste en elegir UNA de las dos opciones, la A o la B, y contestar a las cinco preguntas que la componen en un tiempo máximo de una hora y treinta minutos.

–Cada cuestión, aunque se divida en varios apartados, tendrá el valor de dos puntos.

–Si en una cuestión o un problema se hace referencia a un proceso químico, el alumno tendrá que expresar este proceso con la correspondiente ecuación ajustada. Si no se escribe y ajusta la ecuación, la cuestión o el problema no podrán ser calificados con la máxima puntuación.

–Se valorará positivamente la inclusión de diagramas, esquemas, dibujos, etc.

–Tiene gran importancia la claridad y la coherencia en la exposición, así como el rigor y la precisión de los conceptos involucrados.

–Se valorará positivamente la presentación del ejercicio (orden y limpieza), la ortografía y la calidad de redacción.

–Por errores ortográficos graves, falta de orden, limpieza o mala redacción podrá bajarse la calificación.

OPCIÓN A

1.- Dados los elementos X, Y, y Z cuyos números atómicos son 19, 17 y 12, respectivamente, indique, razonando las respuestas:

a) La estructura electrónica de sus respectivos estados fundamentales y a qué grupo pertenecen.

b) Tipo de enlace cuando se unen X e Y, y cuando se unen entre sí átomos de Z. c) El elemento de menor potencial de ionización.

2.- En una cuba electrolítica se hace pasar una corriente de 0,7 amperios a través de un litro de disolución de AgNO3 0,15 M durante 3 horas.

a) ¿Cuál es el peso de plata metálica depositada en el cátodo? y ¿cuál es la concentración de ión plata que queda finalmente en la disolución?

b) Si en el ánodo se desprende oxígeno, dibuje el esquema de la cuba, el sentido de la corriente y calcule cuál es el volumen de este gas, medido en condiciones normales, que se desprende durante el proceso.

Datos: peso atómico Ag = 107,8 l F = 96 500 C R = 0,082 atm·L/mol·K

3.- En la reacción N2+ 3H2 → 2 NH3, el nitrógeno reacciona a una velocidad de 0,5 M/min:

a) Indique la expresión de la velocidad de reacción y determine cuál es la velocidad de formación de NH3 y la de desaparición de H2.

b) Sabiendo que, en un recipiente de 2 L a 500 K, tenemos 2 moles de N2, 3 moles de H2 y 2

moles de NH3, y que la constante de equilibrio para esta reacción es de 0,9 M–2. ¿Podría

indicar si el sistema está en equilibrio y, si no lo está, cuál es el sentido de la reacción en ese momento?

4.- Dada la reacción: 2 Ag2O(s) ↔ 4Ag(s) + O2(g)

a) Determine el valor de ∆Hºpara la misma.

b) Calcule el calor transferido cuando se produce la descomposición de 3,25 g de Ag2O en

condiciones normales. Razone si se desprende o se absorbe calor durante este proceso. c) ¿Cuál es el signo que tiene ∆Sºen esta reacción?

5.- El producto de solubilidad del fluoruro de magnesio es 8 × 10–8. Calcular: a) La solubilidad de dicho compuesto en agua.

b) La solubilidad en una disolución 0.5 M de NaF.

OPCIÓN B

1.- Supongamos que los sólidos cristalinos siguientes, en cada uno de los grupos, cristalizan en el mismo tipo de red:

1) NaF, KF, LiF 2) NaF, NaCl, NaBr Indique razonando sus respuestas:

a) El compuesto con mayor energía de red de cada uno de los grupos. b) El compuesto con menor punto de fusión en cada uno.

2.- En disolución acuosa, en medio ácido, el permanganato potásico reacciona con peróxido de hidrógeno para dar iones manganeso (II), oxígeno y agua.

a) ajustar la reacción por el método del ión-electrón e indicar quién es el oxidante y quién es el reductor.

b) Calcular el número de moles de permanganato potásico necesarios para obtener 2 L de oxígeno medidos en condiciones normales.

3.- a) Calcular la constante de ionización de un ácido monoprótico que se encuentra ionizado al 3,6% en disolución 2,5 M.

b) Si se quieren preparar 2 L de disolución de ácido clorhídrico que tenga el mismo pH que la anterior disolución, ¿cuál es el volumen de ácido clorhídrico de concentración 0,6 M que habrá que tomar?

4.- ¿Precipitará Mg(OH)2 a 25 °C si se mezclan 30 mL de disolución acuosa 0,015 M en NaOH con

65 mL de otra disolución acuosa 0,12M enMgCl2?

Ks(Mg(OH)2) = 1.5 × 10–4

5.- En la determinación de la concentración de una disolución de hidróxido de calcio se utilizó una disolución de ácido clorhídrico de densidad 1,032 g/mL y que contiene un 8% en peso. Se necesitan 17,6 mL de la disolución de ácido clorhídrico para neutralizar 25 mL de la disolución de hidróxido de calcio.

Calcular:

a) El número de equivalentes de ácido clorhídrico empleados. b) La molaridad de la disolución de hidróxido de calcio.

SOLUCIONES

OPCIÓN B

Pregunta 1

Apartado a)

La energía de red de un compuesto iónico depende de manera directa del producto de las cargas de los iones que forman el compuesto, y de manera inversa de la suma de los radios de dichos iones:

q q

U

r r

 

 

 



Tanto en el grupo 1) como en el grupo 2), los cationes tienen carga +1 y los aniones carga –1, con lo cual,

el producto qq = 1 en todos los compuestos. La diferencia en su energía de red vendrá dada por el

valor de rr.

Grupo 1: al tener los tres compuestos el mismo anión, F, el valor de la suma rr será mayor cuanto

mayor sea el radio del catión. En este caso, los cationes Na ,K ,Li   son de átomos del mismo grupo de la tabla periódica. Concretamente del grupo 1 (alcalinos), y su posición dentro de este grupo es:

Periodo 2 Li

Periodo 3 Na

Periodo 4 K

El radio atómico dentro de un mismo grupo del sistema periódico aumenta hacia abajo, por lo tanto, para

estos tres elementos tenemos que: r(Li) r(Na) r(K)  , y entonces para sus cationes se cumple la misma

relación: r(Li ) r(Na ) r(K )

 _  _ 

.

Así pues:













y para sus energías de red el orden será el inverso: ULiFUNaFUKF

Con lo cual, el compuesto con mayor energía de red del grupo 1 es el LiF.

Grupo 2: al tener los tres compuestos el mismo catión, Na, el valor de la suma rr será mayor cuanto

mayor sea el radio del anión. En este caso, los aniones F ,Cl ,Br   son aniones de átomos del mismo grupo de la tabla periódica. Concretamente del grupo 17 (halógenos), y su posición dentro de este grupo es:

Periodo 2 F

Periodo 3 Cl

El radio atómico dentro de un mismo grupo del sistema periódico aumenta hacia abajo, por lo tanto, para

estos tres elementos tenemos que: r(F) r(Cl) r(Br)  , y entonces para sus aniones se cumple la misma

relación: r(F ) r(Cl ) r(Br )

 _  _ 

.

Así pues:













y para sus energías de red el orden será el inverso: UNaFUNaClUNaBr

Con lo cual, el compuesto con mayor energía de red del grupo 2 es el NaF.

Apartado b)

Grupo 1: El compuesto con menor punto de fusión es el de menor U, en este caso KF. Grupo 2: El compuesto con menor punto de fusión es NaBr.

Pregunta 2

Apartado a)

La reacción que propone el enunciado es:

2

4 2 2 2 2

KMnO HH O Mn O H O

Asignamos los números de oxidación de cada elemento en cada especie que participa en la reacción:

1 2

1 7 2 1 1 0 1 2

2

2 2

4 2 ₂

K Mn O H H O Mn O H O

 

      

 

    

El Mn se reduce, ya que disminuye su número de oxidación de +7 a +2 al pasar de reactivos a productos. La sustancia que se reduce es el KMnO4, por lo tanto es también el oxidante.

El O se oxida, ya que aumenta su número de oxidación de –1 a 0. La sustancia que se oxida es el H2O2,

por lo tanto es también el reductor.

Comenzamos el proceso de ajuste por el método del ión-electrón:

1 Semirreacciones de reducción y oxidación y ajuste del átomo que se reduce u oxida:

REDUCCIÓN:

  _ 2 4 Mn

MnO

OXIDACIÓN: H2O2O2

2 Ajuste de los oxígenos utilizando H2O:

REDUCCIÓN: MnO Mn 4H2O

2 4  

 

3 Ajuste de los hidrógenos utilizando H+:

REDUCCIÓN: MnO 8H Mn 4H2O

2

4   

   OXIDACIÓN:  

O 2H

O

H2 2 2

4 Ajuste de la carga eléctrica en ambas semirreacciones utilizando electrones:

REDUCCIÓN:

C arg a total: 7 C arg a total: 2 2

4 2

MnO 8H Mn 4H O

 

 _  _ _

Es necesario sumar 5 e– en el miembro de los reactivos, que es el que tiene la carga más

elevada, para conseguir así rebajarla e igualarla con la carga del miembro de los productos.

MnO 8H 5e Mn 4H2O

2

4    

    OXIDACIÓN:

C arg a total: 2 C arg a total: 0

2 2 2

H O O 2H

 

  _{Es necesario sumar 2e}– _{en el miembro de los productos,}

que es el que tiene la carga más elevada, para conseguir así rebajarla e igualarla con la carga del miembro de los reactivos.

  _



O 2H 2e

O

H2 2 2

5 Ajuste de los electrones intercambiados en ambas semirreacciones (deben tener el mismo número):

REDUCCIÓN (multiplicada por 2): 2MnO 16H 10e 2Mn 8H2O 2

4    

 

 

OXIDACIÓN (multiplicada por 5):

  _



5O 10H 10e O

H

5 _{2 2 2}

6 Suma de las dos semirreacciones para obtener la reacción iónica global ajustada:

2 2

2 2

2

4 6H 5H O 2Mn 8H O 5O

MnO

2        

(Los electrones desaparecen ya que se compensan en ambos miembros, y 10 protones comunes en reactivos y en productos también.)

iones que aparecen en esta reacción sea la que indica el ajuste de dicha reacción iónica:

2

4 2 2 2 2

2KMnO 6H5H O 2Mn 5O 8H O

Apartado b)

Calculamos los moles de O2 que se desean obtener:

2 2

2

1 mol O (g) en C.N. x mol O (g) en C.N. 2

x 0,0893 moles O

22,4 L  2 L  22,4

Calculamos ahora los moles de KMnO4 que deben reaccionar, utilizando la estequiometría de la reacción

ajustada en el apartado a):

4 4

4

2 2

2 moles KMnO x moles KMnO

x 0,0357moles KMnO

5 moles O 0,0893 moles O  

Pregunta 3

Establecemos la ecuación del equilibrio de acidez del ácido monoprótico HA, y la tabla que nos permite relacionar las concentraciones iniciales y las concentraciones una vez alcanzado el estado de equilibrio:

HA(aq) + H2O _(aq)  A _(aq) +



O H3 _(aq)

Conc. iniciales (mol/L) 2,5 _______ 0 0

Conc. en el equilibrio

(mol/L) 2,5 – x _______ x x

(Llamamos x a la concentración de HA que se consume hasta llegar al equilibrio.)

Aplicamos ahora la ecuación de la constante de acidez del ácido, que es la constante que corresponde al equilibrio planteado:

 

2 3

eq eq

a

eq

H O A

x·x x

K (HA)

HA 2,5 x 2,5 x

 

  _ 

   

  

 

Falta conocer el valor de x.

El ácido se encuentra ionizado al 3,6%. Con este dato podemos calcular el valor de x:

3, 6

x 2,5 0, 09 mol/L

100

  

2 2

2 a

x 0,09

K (HA) 1,95 10

2,5 x 2,5 0,09



   

 

Apartado b)

El HCl es un ácido fuerte. En disolución se disocia totalmente en sus iones:

HCl  H+ + Cl–

Conc. iniciales (mol/L) y 0 0

Conc. finales (mol/L) 0 y y

Si el pH de la disolución ha de ser el mismo que el de la disolución anterior de HA, la concentración de protones en disolución debe ser la misma en ambas disoluciones.

En la disolución de HA: 3 eq

H O x 0, 09 mol/L

 _{  }

 

.

En la disolución de HCl: H f y mol/L 

 _{ }

  _.

Así pues, se deduce que: y 0,09 mol/L .

Para tener esta concentración de protones en la disolución de HCl, la disolución de HCl debe ser también

de concentración y 0,09 mol/L .

Hay que preparar 2 L de esta disolución 0,09 M por dilución a partir de una disolución de HCl más concentrada, 0,6 M. Calculamos el volumen que se necesita:

2 2

1 1 2 2 1

1

M V 0,09 2

M V (L) M V (L) V 0,3L 300mL

M 0,6

 

       

Pregunta 4

El equilibrio de solubilidad del Mg(OH)2 es:

2 2

Mg(OH) (s) Mg (aq)2OH (aq)

La constante de este equilibrio, Ks (producto de solubilidad), es:

2 2

eq eq

Ks_Mg _ _OH_

, cuyo valor proporciona el enunciado: 1,5 × 10–4

Si en una disolución, el producto

2 2

NO EQ Q_Mg _{ }  OH_ _

 

calculado con las concentraciones con las que se prepara esa disolución es mayor que Ks, entonces precipitará Mg(OH)2.

Calculamos dichas concentraciones en la mezcla preparada con 30 mL de disolución acuosa 0,015 M en NaOH con 65 mL de otra disolución acuosa 0,12M enMgCl2:





mezcla mezcla

moles NaOH mezcla moles NaOH disolución 0,015M

OH NaOH

V(L) V(L)

mol 0,015

L



  _{   }

 

 0,030 L







 







2 2 2

2 mezcla mezcla

mezcla mezcla

moles MgCl mezcla moles MgCl disolución 0,12M

Mg MgCl

V(L) V(L)

mol 0,12

L



     

 

 0,065 L









 



Calculamos Q con estos valores:





2

2 2 3 6

NO EQ

Q_Mg _{ }  OH_ _ 8,21 10   4,737 10  1,84 10 

 

Comparamos Q con Kc y vemos que:

6 4

Q 1,84 10    1,5 10  Ks_{, con lo cual en la mezcla propuesta}

NO precipitará Mg(OH)2.

Pregunta 5

La reacción entre el hidróxido de calcio y el ácido clorhídrico, ajustada, es:

 

Apartado a)

Calculamos la molaridad del HCl empleado:

g mL 1,032 densidad disolución (g/L) riqueza(%)

M

Mr(soluto) 100



 



1000 mL







2, 26M 36,5 100

  

Calculamos los moles de HCl utilizados en la neutralización, teniendo en cuenta que se han consumido 17,6 mL:

mol L

moles HCl2, 26 0, 0176 L 0, 0398 moles

Calculamos el número de equivalentes de HCl empleados:

nº equivalentes HClmoles HCl nºH 0,0398 1 0,0398 

Apartado b)

Utilizaremos la estequiometría de la reacción para establecer una proporción entre los moles de HCl y de Ca(OH)2 que reaccionan:

2 2

2 1 mol Ca(OH) x moles Ca(OH)

x 0,0199 moles Ca(OH)

2 moles HCl 0,0398 moles HCl  

Calculamos la molaridad de esta disolución, teniendo en cuenta que se han utilizado 25 mL:

disolución

moles soluto 0,0199

M 0,796 mol/L

V (L) 0,025

  

Apartado c)

Gramos de hidróxido de calcio presente en la disolución:

0,0199 moles ₂





mol 74