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INSTRUCCIONES PARA LA RESOLUCIÓN DEL EXAMEN

Duración del examen: 90 minutos.

El examen consta de 2 bloques:

BLOQUE A: contiene 5 problemas, de los cuales el alumno debe elegir y resolver únicamente 2. Si se elige el problema 1A (plan 1994) no se puede elegir el problema 1B (plan 2002) y viceversa. Cada problema vale 2 puntos.

BLOQUE B: contiene 7 cuestiones, de las cuales el alumno debe elegir y resolver únicamente 3. Si se elige la cuestión 1A (plan 1994) no se puede elegir la cuestión 1B (plan 2002) y viceversa. Cada cuestión vale 2 puntos.

BLOQUE A

PROBLEMA 1A

En el laboratorio se tienen dos recipientes diferentes, uno de ellos contiene 150 mL de HCl 0,25 M y el otro 150 mL de ácido acético (CH3-COOH) 0,25 M.

a) Razone cuál de las dos disoluciones es más ácida (0,6 puntos). b) Calcule el pH de cada una de las disoluciones (0,8 puntos).

c) Calcule el volumen de agua que debe añadirse a la disolución más ácida para que el pH de las dos sea el mismo (0,6 puntos).

Datos: Ka (CH3-COOH): 1,8. 10–5.

PROBLEMA 1B

Teniendo en cuenta que los productos de solubilidad, Kps, a 25 ºC del sulfato de bario, BaSO4, e

hidróxido de magnesio, Mg(OH)2, son 1,1·10–10 y 1,8·10–11 respectivamente:

a) Calcule la solubilidad de cada uno de estos compuestos en agua pura (1 punto). b) Calcule el pH de una disolución saturada de Mg(OH)2 (1 punto).

Datos: Kw: 1. 10–14.

PROBLEMA 2

Bajo ciertas condiciones el cloruro amónico, NH4Cl(s), se disocia completamente en amoníaco,

NH3(g), y cloruro de hidrógeno, HCl(g). Calcule:

a) La variación de entalpía de la reacción de descomposición del cloruro amónico en condiciones estándar, indicando si la reacción absorbe o cede energía en forma de calor (0,7 puntos).

b) ¿Qué cantidad de energía en forma de calor absorberá o cederá la descomposición de una muestra de 87 g de NH4Cl(s) de una pureza del 79%? (0,7 puntos).

c) Si la reacción del apartado anterior se lleva a cabo a 1 000 K en un horno eléctrico de 25 litros de volumen, ¿cuál será la presión en su interior al finalizar la reacción? (0,6 puntos).

Datos: masas atómicas: H: 1, N: 14, Cl: 35,5.

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PROBLEMA 3

En medio ácido, la reacción entre los iones dicromato, Cr2O7 2–

, y los iones yoduro, I–, origina iones Cr3+ y yodo molecular, I2, y agua.

a) Identifique la especie que se reduce y la que se oxida indicando los números de oxidación de los átomos que se oxidan o se reducen (0,5 puntos).

b) Ajuste la reacción iónica global (0,8 puntos).

c) Calcule los gramos de yodo molecular, I2, que produciría la reacción de 25 mL de una disolución

0,145 M de dicromato potásico, K2Cr2O7, con un exceso de yoduro, I– (0,7 puntos).

Datos: masas atómicas: I: 127.

PROBLEMA 4

Cierto hidrocarburo gaseoso tiene un 81,82% de carbono y el resto es hidrógeno. Sabiendo que un litro de este gas a 0 ºC y 1 atmósfera de presión tiene una masa de 1,966 g. Determine:

a) Su fórmula empírica (0,8 puntos). b) Su masa molecular (0,6 puntos).

c) La fórmula molecular de este compuesto (0,6 puntos). Datos: masas atómicas: H: 1; C: 12. R = 0,082 atm L mol–1 K–1.

BLOQUE B

CUESTIÓN 1ª

a) Justifique mediante cálculo la afirmación de que el aumento en la temperatura de la estratosfera está relacionado con la formación del ozono de acuerdo a la reacción (no ajustada): O2(g) + O(g) →

O3(g) (1 punto).

Datos: ΔHfº [O3(g)]: 142,3 kJ.mol–1 ΔHfº [O(g)]: 247,3 kJ.mol–1.

b) Indique al menos un contaminante atmosférico que destruya el ozono y explique su forma de actuación. Sugiera una forma para evitar dicho efecto destructivo (1 punto).

CUESTIÓN 1B

a) ¿Qué es el orden de una reacción? (1 punto).

b) ¿Cómo varía la velocidad de una reacción química con la temperatura? (1 punto).

CUESTIÓN 2

La configuración electrónica de un elemento A es: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5. Explique razonadamente cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas.

1. El Sb (Z = 51) tiene una energía de ionización menor que el átomo A. 2. El Sn (Z = 50) tiene un radio atómico mayor que el átomo A.

3. La energía de ionización del Cl (Z = 17) es mayor que la del átomo A.

4. De la combinación del elemento A con el elemento de Z = 35 se obtienen compuestos fundamentalmente iónicos.

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CUESTIÓN 3

Dadas las especies químicas: OCl2, BeH2, BF4–, PCl3, responda razonadamente las siguientes

cuestiones:

a) Represente su estructura de Lewis (0,8 puntos). b) Prediga su geometría molecular (0,8 puntos).

c) Explique si cada una de estas moléculas tiene o no momento dipolar (0,4 puntos).

CUESTIÓN 4

Se prepara una pila voltaica formada por electrodos de Cu2+/Cu y Ag+/Ag en condiciones estándar. a) Escriba la semirreacción que ocurre en cada electrodo, así como la reacción global ajustada (1 punto).

b) Indique cuál actúa de ánodo y cuál de cátodo y calcule la diferencia de potencial que proporcionará la pila en condiciones estándar (1 punto).

Datos: Eº(Cu2+/Cu) = 0,34 V; Eº(Ag+/Ag) = 0,80 V.

CUESTIÓN 5

Explique qué tipo de enlace (o fuerza atractiva) se rompe en cada uno de los siguientes procesos: a) Disolver cloruro de sodio en agua.

b) Sublimar CO2(s) a CO2(g).

c) Fusión del hielo. d) Fusión del diamante. (0,5 puntos cada apartado.)

CUESTIÓN 6

Considere el compuesto de fórmula molecular C3H6O:

a) Indique cuatro posibles fórmulas estructurales compatibles con la fórmula molecular dada y nombre solo dos de los compuestos (1 punto).

(4)

SOLUCIONES

PROBLEMA 1B

Apartado a)

Solubilidad del BaSO4

Establecemos la ecuación del equilibrio de solubilidad del sulfato de bario en agua, y la tabla que nos permite relacionar las concentraciones iniciales y las concentraciones una vez alcanzado el estado de equilibrio:

BaSO4(s)  Ba 2+

(aq) + SO4 2–

(aq)

Conc. Iniciales (mol/L) _______ 0 0

Conc. en el equilibrio (mol/L) _______ s s

eq

2 4 eq 2

4

ps(BaSO ) Ba (aq) SO (aq)

K      1'11010sss2 

L mol

s 1,11010 1,0488105 / es la solubilidad del sulfato de bario en agua a 25 ºC.

Solubilidad del Mg(OH)2

Procediendo de la misma manera que para el BaSO4:

Mg(OH)2(s)  Mg 2+

(aq) + 2OH– (aq)

Conc. Iniciales (mol/L) _______ 0 0

Conc. en el equilibrio (mol/L) _______ s 2s

 

2

eq eq

2 2

ps(Mg(OH) ) Mg (aq) OH (aq)

K     

1

,

8

10

11

s

(

2

s

)

2

4

s

3

12 11

3

10

5

,

4

4

10

8

,

1

s

L

mol

s

3

4

,

5

10

12

1

,

65

10

4

/

(5)

Apartado b)

pH= –log[H3O +

]eq

[H3O +

]eq

 

mol

L

s

OH

K

eq

w

36

10

/

10

65

,

1

2

10

2

10

10

4 14 14

 

 

pH = –log 3,3·10–10 = 9,48 (pH básico, >7, como era de esperar).

PROBLEMA 3

Apartado a)

2 3 2

7

2O I Cr I

Cr     

La especie que se reduce es el anión dicromato (Cr2O72). En esta especie, el Cr posee un estado de oxidación +6, y al reaccionar con el anión yoduro se convierte en catión Cr3+, cuyo estado de oxidación es de +3. Por tanto el número de oxidación del cromo en este proceso ha disminuido, y por ello el dicromato es la especie que se ha reducido.

La especie que se oxida es el anión yoduro (I–). En el I–, el yodo posee un estado de oxidación –1. Al reaccionar con el dicromato, el I– se convierte en I2. El estado de oxidación del yodo en el I2 es de 0. Por

ello, ha aumentado el número de oxidación del yodo en el proceso, y la especie que se ha oxidado es el yoduro.

Apartado b)

La reacción transcurre en medio ácido. Realizamos el ajuste teniendo en cuenta este aspecto.

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

REDUCCIÓN: Cr2O72 2Cr3

OXIDACIÓN: 2I I2

 Ajuste de los oxígenos utilizando H2O:

REDUCCIÓN: Cr O 2Cr 7H2O

3 2

7

2  

 

OXIDACIÓN: 2I I2

 Ajuste de los hidrógenos utilizando H+:

(6)

 Ajuste de la carga eléctrica en ambas semirreacciones utilizando electrones: REDUCCIÓN: 6 : atotal arg C 2 3 12 : atotal arg C 2 7

2O 14H 2Cr 7H O

Cr     

Es necesario sumar 6e– en el miembro de los reactivos, que es el que la tiene más elevada, para conseguir así rebajarla e igualarla con la carga del miembro de los productos.

O H 7 Cr 2 e 6 H 14 O

Cr2 72     3  2

OXIDACIÓN: 0 : atotal arg C 2 2 : atotal arg C I I 2   

Es necesario sumar 2e– en el miembro de los productos, que es el que la tiene más elevada, para conseguir así rebajarla e igualarla con la carga del miembro de los reactivos.

  e 2 I I 2 2

 Ajuste de los electrones intercambiados en ambas semirreacciones (deben ser el mismo número):

REDUCCIÓN: Cr O 14H 6e 2Cr 7H2O

3 2

7

2    

 

 

OXIDACIÓN (multiplicada por 3): 6I 3I2 6e

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

         O H 7 Cr 2 I 6 H 14 O

Cr2 72 3 2 3I2

(Los electrones desaparecen ya que se compensan en ambos miembros.)

Apartado c)

Calculamos los moles de dicromato:

V n M

025

,

0

145

,

0

n

;

n

0

,

145

0

,

025

3

,

625

10

3moles de Cr2O72

Calculamos ahora los moles de I2 a partir de estos moles de dicromato y de la estequiometría de la

reacción: x molesI O molesCr 3 2 2 7

2 3,625·10

3

2 

;

x

5

,

4375

·

10

3

moles

de I2

Por último, calculamos la masa de yodo molecular formado:

254 127 2 ) I (

(7)

381

,

1

254

·

10

·

4375

,

5

I

de

masa

2

3

gramos de I2

CUESTIÓN 2

El elemento A posee 53 electrones. Al ser átomo neutro, su número atómico, z, también vale 53.

Su situación en la tabla periódica es: periodo 5 (ya que el nivel más alto ocupado por electrones es el 5), grupo 17 (ya que su configuración electrónica final es p3, que corresponde a este grupo).

Afirmación 1:

El Sb (z = 51) posee la configuración electrónica siguiente: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p3. En la tabla periódica se encuentra en el periodo 5 y en el grupo 15.

Es decir, el Sb se encuentra en el mismo periodo que el elemento A pero el Sb se encuentra más a la izquierda (dos grupos antes).

Teniendo en cuenta que la energía de ionización para los elementos neutros varía en el sistema periódico de la siguiente manera: dentro de un mismo periodo aumenta hacia la derecha y dentro de un mismo grupo aumenta hacia arriba, concluimos que la afirmación es verdadera.

Afirmación 2:

El Sn (z = 50) posee la configuración electrónica siguiente: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2. En la tabla periódica se encuentra situado en el periodo 5 y en el grupo 14.

Es decir, el Sn se encuentra en el mismo periodo que el elemento A pero el Sn se encuentra más a la izquierda (tres grupos antes).

El radio atómico varía en el sistema periódico de la siguiente manera: dentro de un mismo periodo disminuye hacia la derecha y dentro de un mismo grupo disminuye hacia arriba.

Por lo tanto, podemos concluir que la afirmación es verdadera.

Afirmación 3:

El Cl (z = 17) posee la configuración electrónica siguiente: 1s22s22p63s23p5. Está situado en la tabla periódica en el periodo 3 y en el grupo 17. Por tanto, el Cl se encuentra en el mismo grupo que el elemento A y 2 periodos por encima del elemento A.

Teniendo en cuenta que la energía de ionización para los elementos neutros varía en el sistema periódico de la siguiente manera: dentro de un mismo periodo aumenta hacia la derecha y dentro de un mismo grupo aumenta hacia arriba, concluimos que la afirmación es verdadera.

(8)

El elemento A, por su posición en el sistema periódico comentada anteriormente, también es un no metal.

Por ello el elemento A y el elemento z = 35, al combinarse formarán compuestos covalentes, y no iónicos (que son los que resultan de la combinación de átomos de metal y no metal).

Por tanto, esta afirmación es falsa.

Afirmación 5:

Las posiciones en el sistema periódico de A y del elemento z = 17 ya las hemos comparado al analizar la afirmación 3.

La electronegatividad varía en el sistema periódico de la misma forma que la energía de ionización: dentro de un mismo periodo aumenta hacia la derecha y dentro de un mismo grupo aumenta hacia arriba.

Por tanto, podemos concluir que esta afirmación es verdadera.

CUESTIÓN 5

Apartado a)

Disolver cloruro de sódio en agua.

Para el Na Cl se trata de un compuesto iónico. Las moléculas dipolares del agua se interponene entre iones y cationes solvatándolos y permitiendo que el cloruro de sódio se disuelva en el agua.

Apartado b)

Sublimar CO2(s) a CO2(g).

El CO2 es un compuesto covalente (ya que está formado por átomos de no metal), de tipo molecular. Para

sublimarlo basta con romper las fuerzas intermoleculares de atracción entre las moléculas de CO2. (No es

necesario romper los enlaces covalentes C = O presentes en la molécula.)

Concretamente las fuerzas intermoleculares que habrá que romper son de tipo dipolo instantáneo-dipolo inducido instantáneo o fuerzas de London, que son las que se dan entre moléculas apolares, como es el caso de las moléculas de CO2.

Apartado c)

Fusión del hielo

El hielo es agua en estado sólido. El H2O es un compuesto covalente (ya que está formado por átomos de

no metal), de tipo molecular. Para fundirlo hay que romper las fuerzas intermoleculares de atracción entre las moléculas de agua. (No es necesario romper los enlaces covalentes H-O presentes en la molécula.)

(9)

Apartado d)

Fusión del diamante.

El diamante es un compuesto covalente (formado por átomos de carbono (no metal) unidos entre sí), de tipo atómico, es decir, no forma moléculas. En los compuestos covalentes de tipo atómico (también llamados sólidos covalentes, redes covalentes o cristales covalentes), para fundir es necesario romper el enlace covalente existente entre los átomos de no metal (en este caso, los enlaces covalentes C-C), enlace muy intenso.

CUESTIÓN 6

Apartado a)

Compuesto: C3H6O

Cuatro posibles fórmulas estructurales compatibles con la fórmula molecular dada:

CH3COCH3 Nombre: Dimetilcetona o Propanona

CH2=CH-CH2OH Nombre: 2-propen-1-ol

CH3-O-CH=CH2 Nombre: etenilmetiléter

CH2=C-CH3 Nombre: 2-propen-2-ol

| OH

NOTA: Aquí los hemos nombrado todos para que nadie tenga dudas sobre los nombres, pero en la respuesta del examen solo se deben nombrar dos tal y como pide expresamente el enunciado.

Apartado b)

El compuesto al que se refiere el apartado podría ser un aldehído o una cetona, ya que ambos por reducción dan alcoholes y por oxidación ácidos carboxílicos.

Entre los cuatro compuestos propuestos en el apartado a), no hay ningún aldehído y sí una cetona.

Por tanto, el compuesto reaccionante será:

CH3COCH3 Nombre: Dimetilcetona o Propanona

Y los compuestos formados serán:

 Por reducción: CH3CHOHCH3 Nombre: 2-propanol

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