DURACIÓN DEL EXAMEN: 90 MINUTOS
BAREMO: 2 PUNTOS CADA PROBLEMA O CUESTIÓN
INSTRUCCIONES PARA LA RESOLUCIÓN: EL ALUMNO DEBE RESOLVER ÚNICAMENTE UN PROBLEMA O UNA CUESTIÓN DE CADA BLOQUE.
BLOQUE 1
CUESTIÓN 1A
Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) Considere los siguientes elementos químicos: Ne, F, Na, Mg y O, ordene los elementos químicos por orden creciente de su primera energía de ionización (0,7 puntos).
b) Indique el ión más probable que formarían los elementos anteriormente citados (0,7 puntos). c) Ordene las especies iónicas del apartado anterior por orden creciente de sus correspondientes radios iónicos (0,6 puntos).
Datos: números atómicos (Z): O (Z = 8); F (Z = 9); Ne (Z = 10); Na (Z = 11); Mg (Z = 12).
CUESTIÓN 1B
Considere las moléculas CCl4, PCl3, OCl2, y responda razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) Dibuje la estructura electrónica de Lewis de cada una de las moléculas (0,5 puntos).
b) Indique la disposición espacial de los pares electrónicos que rodean al átomo central (0,5 puntos). c) Indique la geometría de cada una de las moléculas (0,5 puntos).
d) Discuta la polaridad de cada una de las moléculas anteriores (0,5 puntos). Datos: números atómicos (Z): C (Z = 6); O (Z = 8); P (Z = 15); Cl (Z = 17).
BLOQUE 2
PROBLEMA 2A
El análisis químico del agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) se realiza disolviendo la muestra en ácido sulfúrico diluido y valorando con una disolución de permanganato potásico, según la siguiente reacción no ajustada:
H2SO4 (ac.) + KMnO4 (ac.) + H2O2 (ac.) MnSO4 (ac.) + O2 (g) + K2SO4 (ac.) + H2O (l)
A una muestra de 25 mL de agua oxigenada se le añaden 10 mL de ácido sulfúrico diluido y se valora con permanganato potásico 0,02 M, gastándose 25 mL de esta disolución.
a) Escriba la ecuación ajustada de esta reacción (0,6 puntos).
b) Calcule la molaridad de la disolución de agua oxigenada (0,6 puntos).
c) ¿Qué volumen de oxígeno, medido a 0 ºC y 1 atm de presión, produce la reacción? (0,8 puntos). Datos: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1.
PROBLEMA 2B
El octano, C8H18(l), es un hidrocarburo líquido de densidad 0,79 kg·L–1 y es el componente
mayoritario de la gasolina. Teniendo en cuenta las entalpías de formación estándar que se dan al final del enunciado, calcule:
b) Si 1 L de octano cuesta 0,97 €, ¿cuál será el coste de combustible (octano) necesario para producir 106 J de energía en forma de calor? (0,8 puntos).
c) ¿Cuál será el volumen de octano que debe quemarse para fundir 1 kg de hielo si la entalpía de fusión del hielo es +6,01 kJ·mol–1? (0,6 puntos)
DATOS: Masas atómicas.- H: 1 ; C: 12 ; O: 16.
Entalpías de formación estándar: Hfº[C8H18(l)] = –249,9 kJ·mol–1; Hfº[CO2(g)] = –395,5 kJ·mol–1; Hfº[H2O(l)] = –285,8 kJ·mol–1.
BLOQUE 3
CUESTIÓN 3A
a) Deduzca razonadamente si se forma un precipitado de sulfato de bario, BaSO4, al mezclar
100 mL de sulfato de sodio, Na2SO4, 7,5·10–4 M y 50 mL de cloruro de bario, BaCl2 , 0,015 M (1,1
puntos).
b) Indique cómo evolucionará el equilibrio anterior en cada uno de los 3 supuestos siguientes: b1) Se añade Ba2+ en forma de Ba(NO3)2 (0,3 puntos).
b2) Se añade SO24en forma de K2SO4 (0,3 puntos).
b3) Se aumenta el volumen añadiendo agua hasta 1 L (0,3 puntos). Datos: Kps(BaSO4) = 1,1·10–10.
CUESTIÓN 3B
Los potenciales estándar de reducción de los electrodos Zn2+/Zn y Cd2+/Cd son, respectivamente, –0,76 V y –040 V. Conteste razonadamente a las siguientes cuestiones (0,5 puntos cada apartado):
a) ¿Qué reacción se produce si una disolución acuosa 1M de Cd2+ se añade a cinc metálico?
b) ¿Cuál es la fuerza electromotriz de la pila formada con estos dos electrodos en condiciones estándar?
c) ¿Qué reacciones se producen en los electrodos de esta pila? d) ¿Cuál es el ánodo y cuál el cátodo de esta pila?
BLOQUE 4
PROBLEMA 4A
El yodo reacciona con el hidrógeno según la siguiente ecuación:
2 2
I (g)H (g) 2HI(g)
El análisis de una mezcla gaseosa de I2 (g), H2 (g), HI (g), contenida en un recipiente de 1 L a 227 ºC,
donde se ha alcanzado el equilibrio, dio el siguiente resultado: 2,21·10–3 moles de HI; 1,46·10–3 moles de I2 y 2,09·10–3 moles de H2.
a) ¿Cuál es la presión de cada uno de los gases en el equilibrio a 227 ºC, y la presión total en el interior del recipiente? (0,5 puntos).
b) Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kp para la reacción indicada y calcule su valor numérico (0,5 puntos).
Datos: masas atómicas: H: 1; I: 126,9; R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1.
PROBLEMA 4B
Una disolución de ácido nitroso, HNO2, tiene un pH de 2,5. Calcule (0,5 puntos cada apartado):
a) La concentración de ácido nitroso inicial.
b) La concentración de ácido nitroso en el equilibrio.
c) El grado de disociación del ácido nitroso en estas condiciones, expresado en porcentaje.
d) Si a 10 mL de la disolución anterior se le añaden 5 mL de una disolución de hidróxido de sodio 0,10 M, razone si la disolución resultante será ácida, neutra o básica.
Dato: constante de acidez del ácido nitroso, Ka = 4,5·10–4.
BLOQUE 5
CUESTIÓN 5A
a) Formule cada uno de los productos orgánicos que aparecen en las siguientes reacciones:
a1) 2 2
medioácido H O Br
3 2 2
CH CH CH OH A B
a2) 2 3
NH
H O HBr
CH3CH(OH) CH 3 C D E
a3) 2
HBr Br
CHCH F G (1,4 puntos; 0,2 por producto identificado)
b) Nombre los compuestos orgánicos: A, B, C, E, F y G del esquema anterior.
(0,6 puntos; 0,1 por compuesto)
CUESTIÓN 5B
Formule o nombre, según corresponda (0,2 puntos por compuesto):
a) Propanona; b) 1,2,3 propanotriol; c) Ácido butanoico;
d) Trióxido de azufre; e) Pentaóxido de dinitrógeno;
f) CH3-CH(OH)-CC-CH3; g) CH3-CH(CH3)-CH3;
SOLUCIONES BLOQUE 1 CUESTIÓN 1B. Apartado a)
Estructura de Lewis del CCl4:
: Cl :
: Cl
C
Cl :
: Cl :
La molécula de PCl3 posee la estructura de Lewis:
: Cl
P
Cl :
: Cl :
Estructura de Lewis del OCl2:
: Cl O Cl :
Apartado b)
En los tres casos, el átomo central está rodeado por cuatro pares electrónicos (total de los pares enlazantes más los solitarios). La disposición espacial de estos 4 pares es, en todos los casos, tetraédrica alrededor del átomo central.
Apartado c)
CCl4 es una molécula de tipo AB4 para la teoría de Repulsión de los Pares Electrónicos de la Capa de
Valencia (teoría RPECV), y su geometría es, pues, tetraédrica, con el carbono en el centro del tetraedro y cada cloro en un vértice del tetraedro. El ángulo de enlace aproximado de 109,29º.
PCl3 es una molécula de tipo AB3E para la teoría de Repulsión de los Pares Electrónicos de la Capa de
Valencia (teoría RPECV), y su geometría es, pues, piramidal de base triangular. El fósforo se encuentra en la cima de la pirámide y los tres cloros en la base, cada uno en un vértice del triángulo.
OCl2: es una molécula de tipo AB2E2 para la teoría de Repulsión de los Pares Electrónicos de la Capa de
Apartado d)
CCl4: sus enlaces C–Cl son polares, ya que el cloro es más electronegativo que el carbono:
C Cl
Sin embargo, la molécula es apolar, ya que por su geometría tetraédrica, los 4 dipolos de los enlaces se anulan entre sí.
PCl3: sus enlaces P–Cl son polares, ya que el cloro es más electronegativo que el fósforo:
P Cl
En este caso la molécula es polar, ya que por su geometría piramidal de base triangular, los 3 dipolos de los enlaces no se anulan entre sí. La molécula posee una densidad de carga negativa en la zona de los cloros (base de la pirámide) y una densidad de carga positiva en la zona del fósforo (cima de la pirámide).
OCl2: sus enlaces O–Cl son polares, ya que el oxígeno es más electronegativo que el cloro:
O Cl
En este caso la molécula es polar, ya que por su geometría angular, los 2 dipolos de los enlaces no se anulan entre sí. La molécula posee una densidad de carga negativa en la zona del oxígeno (vértice central del ángulo) y una densidad de carga positiva en la zona de los cloros (línea que une los dos cloros).
BLOQUE 2 PROBLEMA 2B Apartado a)
La reacción de combustión del octano, ajustada, es:
8 18 2 2 2
25
C H (l) O (g) 8CO (g) 9H O(l) 2
º º º º
Re acción f 2 f 2 f 8 18
1
H 8 H (CO (g)) 9 H (H O(l)) H (C H (l)) 8 ( 395,5) 9 ( 285,8) ( 249,9) 5486,3kJ mol
Apartado b)
Calculamos los moles de octano que se necesitan para producir 106 J de energía:
8 18
8 18
1molC H (l) x 5486,3kJproducidos 1000kJ x 0,1823molesC H (l)
Calculamos los gramos necesarios de
C H (l)
8 18 :gramos
C H (l)
8 18 = 0,1823 moles (8·12+18·1) g/mol = 20,782 g Volumen deC H (l)
8 18 necesario:m 20,782g
V 0,0263L
g d 790
L
Coste del octano necesario: €
0,0263L 0,97 0,0255€ L
Apartado c)
moles hielo (H2O(s)) =
1000g
55,56moles g
18 mol
kJ necesarios para fundir el hielo = 6,01 kJ 55,56moles 333,916kJ
mol
Moles de octano necesarias:
8 18
8 18
1molC H (l) x 5486,3kJproducidos 333,916kJ x 0,0609molesC H (l)
gramos
C H (l)
8 18 = 0,0609 moles (8·12+18·1) g/mol = 6,9426 gVolumen de
C H (l)
8 18 necesario: m 6,9426gV 0,08788L 87,88mL
g d 790
L
BLOQUE 3 CUESTIÓN 3A Apartado a)
En primer lugar recalculamos las concentraciones de Na2SO4 y de BaCl2 resultantes en la nueva mezcla de
150 mL (100 mL de Na2SO4 y 50 mL de BaCl2). Para ello podemos aplicar, ya que simplemente se trata
de una dilución, la relación: M1V1=M2V2.
Na2SO4:
7,5 10 4
100 10 3
M2150 10 3 M2 5 104mol/LBaCl2: 0'015 50 10 3M2150 10 3 M20'005mol/L
Disociamos las dos sales totalmente (ya que no poseen valor de Kps) y calculamos así, la concentración inicial de todos los iones presentes en la mezcla:
Na2SO4 (aq) 2Na +
(aq) + SO4 2–
Conc. Iniciales (mol/L) 5·10–4 0 0 Conc. finales (mol/L) 0 2·5·10–4 5·10–4
BaCl2 (aq) Ba 2+
(aq) + 2Cl– Conc. Iniciales (mol/L) 0,005 0 0 Conc. finales (mol/L) 0 0,005 2·0,005
Para estudiar si se forma o no precipitado, calculamos el valor de Q asociada al equilibrio de disociación del BaSO4:
BaSO4 (s) Ba 2+
(ac) + SO4
2-(ac)
2 2 4 6
4
o o
QBa SO 0,005 5 10 2,5 10
Comparamos el valor de Q con el de Kps(BaSO4) = 1,1·10–10
Apartado b)
b1): al añadir Ba2+ a la disolución el equilibrio tenderá, según el principio de Le Chatelier, a contrarrestar esta acción externa haciendo disminuir la concentración de Ba2+ desplazándose hacia reactivos. Se formará por tanto más precipitado de BaSO4.
b2): al añadir SO4 2–
a la disolución el equilibrio tenderá, según el principio de Le Chatelier, a contrarrestar esta acción externa haciendo disminuir la concentración de SO42- desplazándose hacia reactivos. Se
formará por tanto más precipitado de BaSO4.
b3): al diluir hasta 1 L las concentraciones de los iones en equilibrio disminuyen, por lo tanto, según el principio de Le Chatelier, el equilibrio se desplazará en el sentido que haga aumentar dichas concentraciones, en este caso, hacia productos. Es decir, se disolverá más BaSO4 sólido.
BLOQUE 4 PROBLEMA 4B Apartado a)
Establecemos la ecuación del equilibrio de acidez del HNO2, y la tabla que nos permite relacionar las
concentraciones iniciales y las concentraciones una vez alcanzado el estado de equilibrio:
HNO2 (aq) + H2O (aq) NO2
(aq) + H3O(aq)
Conc. Iniciales (mol/L) y _______ 0 0
Conc. en el equilibrio
(mol/L) y – x _______ x x
(llamamos x a la concentración de ácido nitroso que se consume hasta que se alcanza el estado de equilibrio).
Nos dan como dato el pH de la disolución. A partir de su valor podemos calcular la concentración de protones en la disolución, y por tanto el valor de x:
pH 2,5 3
eq
H O 10 10 0,003162M
= x
Aplicamos ahora la ecuación de la constante de acidez del HNO2, que es la constante que corresponde al
equilibrio planteado:
3 eq 2 eq
a 2
2 eq
H O NO
K (HNO )
HNO
Sustituyendo en (1) el valor de Ka (enunciado) y el de las concentraciones en el equilibrio (tabla de
equilibrio), obtenemos una ecuación que nos permite calcular el valor de y:
2 2
4 x x x (0,003162)
4,5 10
y x y x y 0,003162
de donde:
4 2
2
4
4,5 10 (y 0,003162) (0,003162) (0,003162)
y 0,003162
4,5 10 y 0,003162 0,0222
y 0,0222 0,003162 0,02536M
Así pues, la concentración de ácido nitroso inicial es 0,02536M.
Apartado b)
HNO2 eq
y x 0,02536 0,003162 0,0222MApartado c)
concentraciónconsumida 0,003162
100 100 12, 47% concentracióninicial 0,02536
Apartado d)
En primer lugar calculamos las concentraciones de HNO2 y NaOH en la mezcla de 15 mL (10 mL de
HNO2 y 5 mL de NaOH). Para ello podemos aplicar, ya que simplemente se trata de una dilución, la
relación: M1V1=M2V2.
HNO2 : 0'02536 10 10 3M2 15 103 M2 0'01691mol/L
NaOH: 0'1 10 10 3M2 15 103 M2 0'0667mol/L
Establecemos la ecuación de la reacción de neutralización entre el HNO2 y el NaOH, y la tabla que nos
permite relacionar las concentraciones iniciales y las concentraciones una vez finalizada la reacción, que no es un equilibrio:
HNO2 (aq) + NaOH (aq) NaNO2 (aq) + H2O
Conc. Iniciales (mol/L) 0,01691 0,0667 0 0 Conc. finales (mol/L) 0 0,0667 – 0,01691 =
0,04979 0,01691 0,01691
Todo el HNO2 se consume al estar en menor concentración que el NaOH. Las sustancias resultantes que
proporcionan pH son el NaOH sobrante, que es una base fuerte, y el NO2 que procederá de la disociación del NaNO2 formado, y que es una base débil (conjugada del HNO2).
Por tanto el pH de esta mezcla será BÁSICO.
BLOQUE 5 CUESTIÓN 5A Apartado a)
a1) A: CH3–CH=CH2 B: CH3–CHBr–CH2Br NH2
a2) C: CH3–CH=CH2 D: CH3–CHBr–CH3 E: CH3–CH–CH3
(regla de Markovnikoff)
a3) F: CH2=CHBr G: CH2Br–CHBr2 Apartado b)
A: propeno
B: 1,2-dibromopropano C: propeno
D: 2-bromopropano ó bromuro de isopropilo E: isopropilamina
F: bromoeteno
