PAU 2015 QUÍMICA EXTREMADURA JUNIO
OPCIÓN A 1.
a) Para construir las estructuras de Lewis, vamos a determinar primero los electrones que forman enlaces y los pares solitarios que tiene la molécula:
Estableciendo como átomo central aquel menos electronegativo y que no sea el hidrógeno, las estructuras de Lewis son:
b) Para determinar cuáles presentan polaridad, primeramente tenemos que construir su disposición espacial. Para ello emplearemos la Teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (TRPECV), la cual establece que los átomos enlazados al átomo central y sus pares de electrones libres se van a disponer lo más alejados espacialmente para que las repulsiones entre ellos sea la mínima posible.
Elemento Estructura capa valencia Capacidad capa C 1s22s22p2 4 8 H 1s1 1 2 F 1s22s22p5 7 8 valencia disponibles: A=4·1+1·3+7·1=14 Capacidad total capa valencia: N=2·3+8·2=22
compartidos: S=N-A=22-14=8 (4 enlaces) solitarios: A-S=14-8=6 (3 pares)
Elemento Estructura capa valencia
Capacidad capa C 1s22s22p2 4 8 O 1s22s22p4 6 8 valencia disponibles: A=4·1+6·2=16
Capacidad total capa valencia: N=8·3=24 compartidos: S=N-A=24-16=8 (4 enlaces) solitarios: A-S=16-8=8 (4 pares)
Elemento Estructura capa valencia
Capacidad capa
N 1s22s22p3 5 8
H 1s1 1 2
valencia disponibles: A=5·1+1·3=8
Capacidad total capa valencia: N=8·1+2·3=14 compartidos: S=N-A=14-8=6 (3 enlaces) solitarios: A-S=8-6=2 (1 par)
Elemento Estructura capa valencia
Capacidad capa B 1s22s22p1 3 6* Cl [Ne]3s23p5 7 8 valencia disponibles: A=3·1+7·3=24 Capacidad total capa valencia: N=6·1+8·3=30
compartidos: S=N-A=30-24=6 (3 enlaces) solitarios: A-S=24-6=18 (9 pares)
Debido a ello, las disposiciones espaciales tanto del como del van a ser tetraédricas, en el primer caso todos los vértices del tetraedro están ocupados por átomos y en el segundo un vértice está ocupado por el par de electrones sin compartir del nitrógeno.
En el la disposición espacial que hace que los átomos de cloro estén lo más alejados posible es la triangular plana, y para el la lineal.
La estructura tridimensional de las moléculas se puede ver a continuación:
Para determinar la polaridad, podemos establecer como regla: “serán apolares aquellas moléculas cuyos átomos unidos al central sean todos iguales siempre que dicho átomo no tenga pares de electrones libres sobre él”. Esto es debido a que los momentos dipolares de enlace, originados por la distinta polaridad de los átomos que lo forman, se van a anular unos con otros. Por lo tanto, el tricloruro de boro y el dióxido de carbono son apolares.
El fluoruro de metano y el amoniaco son polares:
: el orden de polaridad es , por lo que los enlaces tendrán un momento dipolar dirigido hacia el carbono y los enlaces hacia el flúor. Si combinamos todos ellos, se obtiene una molécula polar con momento dipolar hacia el átomo de .
: Los momentos dipolares del enlace están dirigidos hacia el nitrógeno, de tal manera que la resultante de los 3 origina un momento dipolar dirigido hacia “arriba” en la molécula (el orbital que ocupan los electrones que no forman enlace del nitrógeno), responsable de la polaridad de la misma.
2.
a) Como tenemos una base, lo primero será transformar el en :
14 → 14 → 14 10 4
A partir de éste valor podemos determinar la concentración de sosa: como es una base fuerte, en disolución acuosa está completamente disociada, por lo que la relación entre la concentración de iones y la concentración de
se deduce de la disociación:
→ →
La concentración de iones hidroxilo se calcula a partir de la fórmula del
log → log 10 → 10
Por lo tanto, la concentración del hidróxido sódico es también:
10
Usando la fórmula de la molaridad y empleando el dato de volumen que nos da el problema:
ó → 10 0,250 → 2,5 10 Finalmente transformamos los moles en gramos:
→ 2,5 10
23 16 1 2,5 10 40 0,001
b) La reacción de neutralización será:
→
Como la estequiometría entre el ácido y la base es 1:1 necesitaremos los mismos moles de ácido como tengamos en 120 mL de la base:
ó → 10 0,120 → 1,2 10
1,2 10
Ese dato, a partir de la masa molecular, la densidad y la riqueza lo transformamos en el volumen que nos pide el problema:
1,2 10 35,5 1 1 100 36 1 1,20 1,014 10
3. La reacción con la que vamos a trabajar es:
1
2 →
a) La energía libre de Gibbs se calcula mediante la fórmula:
∆ ∆ ∆
donde: ∆ es la energía de Gibbs
∆ es la entalpía de la a reacción T es la temperatura en grados Kelvin
∆ es la entropía de la reacción
Para determinar la entalpía de la reacción, aplicamos la fórmula:
∆ ∆ ∆
donde es el coeficiente estequiométrico de cada reactivo o producto
∆ es la entalpía de formación de cada producto
∆ es la entalpía de formación de cada reactivo Con los datos del problema, la entalpía de la reacción será:
∆ 1 393,5 1 110,5 1
2 0 283,0
Para calcular la entropía emplearemos la fórmula:
∆ ∆ ∆
donde es el coeficiente estequiométrico de cada reactivo o producto
∆ es la entropía de cada producto
∆ es la entropía de cada reactivo
∆ 1 213,6 1 197,9 1
2 205,0 86,8
Finalmente aplicamos la ecuación de Gibbs pero empleando el mismo criterio de unidades para la entalpía y la entropía (es decir, pasamos los de la entropía a ):
∆ ∆ ∆ 283,0 273 25 86,8 10 ∆ 257,13
b) Un proceso es espontáneo cuando las condiciones de entalpía y entropía son tales que la reacción ocurre sin la necesidad de ningún factor externo.
Para determinar cuál es esa relación se emplea la ecuación de la energía libre de Gibbs; de tal manera que si el valor de la energía obtenido es negativo la reacción va a ser espontánea.
En el caso de la combustión del monóxido de carbono para formar dióxido de carbono, como hemos obtenido un valor de ∆ 0 el proceso va a ser espontáneo.
4.
a) Para determinar el sentido de la reacción, calcularemos primeramente el cociente de reacción ( ) para posteriormente compararlo con la .
Si: el sistema se desplaza hacia la formación de productos. el sistema se desplaza hacia la formación de reactivos. el sistema está en equilibrio
Para la reacción: ↔ 2 el cálculo del cociente de reacción se realiza de la misma manera que la pero con la diferencia que las concentraciones de las especies no están en el equilibrio, tal y como ocurre con la constante de equilibrio.
Como nos dan los gramos de cada especie y el problema dice que el volumen del recipiente donde se introducen son 10 litros, podemos determinar las concentraciones mediante las relaciones conocidas:
ó → 12,69 126,9 2 ⁄ 0,05 → 0,05 10 0,005 → 0,100 1 2 ⁄ 0,05 → 0,05 10 0,005 → 25,58 126,9 1 ⁄ 0,2 → 0,2 10 0,02
A partir de esas concentraciones, podemos determinar el valor de .
0,02
0,005 0,005 16
Como → 16 54,8 el sistema no está en equilibrio, desplazándose para alcanzarlo hacia la derecha, la formación del .
b) Para determinar las concentraciones de las 3 especies en el equilibrio, tomamos como iniciales las del apartado a) y teniendo en cuenta el sentido de evolución, mediante la planteamos la ecuación por la que determinaremos las concentraciones en el equilibrio:
→ inicialmente 0,005 0,005 0,02 reacciona x - Se forma - - equilibrio 0,005 0,005-x 0,02 0,02 0,005 0,005 0,02 0,005 54,8 0,02 0,005 → 54,8 0,02 0,005 → 54,8 0,02 0,005 → 7,40 0,005 0,02 0,037 7,40 0,02 → 0,037 0,02 1 7,40 0,002
Por lo que la concentración de cada especie en el equilibrio es:
0,005 0,005 0,002 0,003 0,005 0,005 0,002 0,003 0,02 0,02 0,002 0,022
c) Para determinar el valor de la emplearemos la relación existente entre ésta y la constante de las concentraciones: ∆
donde: es la constante de equilibrio empleando para su cálculo presiones parciales en el equilibrio.
es la constante de equilibrio empleando para su cálculo las concentraciones en el equilibrio.
la constante de los gases ideales, que en esta situación toma el valor de 8,314
la temperatura en Kelvin.
∆ el incremento de moles estequiométricos (los de la reacción) Sustituyendo en la ecuación:
∆ → →
5.
a) Para determinar los números de oxidación del nitrógeno, tenemos que tener en cuenta que el oxígeno actúa siempre con estado de oxidación -2, menos cuando lo hace como peróxido que entonces es -1.
Además, como todo son moléculas neutras, la suma de los números de oxidación de cada elemento multiplicado por el número de ellos que tenga la molécula (el subíndice), tiene que ser 0.
A tenor de esto, los números de oxidación del en las distintas moléculas son:
→ 0 porque por definición, los elementos en su estado fundamental tiene un número de oxidación de 0.
→ 2 2 0 → 2
→ 2 2 2 0 → 4
→ 2 → 2 2 0 → 1
→ 2 → 2 2 4 0 → 4
b) La semirreacción de reducción para el ácido nítrico es:
1º Construimos la semirreacción iónica: →
2º Ajustamos los oxígenos: → 2
3º Ajustamos los hidrógenos: 4 → 2 4º Finalmente ajustamos la carga: 4 3 → 2 Obviamente el ajuste se ha realizado en medio ácido, y la reacción es:
4 3 → 2
La masa equivalente en gramos del ácido nítrico en función de la masa molar es la masa molecular dividida entre el número de electrones:
OPCIÓN B 1.
a) Verdadero. Porque las sales sufren hidrólisis cuando se disuelven, de tal manera que es posible que alguno de sus iones reaccionen con el agua.
Para que se genere un pH ácido es necesario que la sal tenga un ión conjugado de una base débil. Este ion al reaccionar con el agua regenera la base liberando al medio iones hidronios , lo que origina que la disolución final sea ácida. Por ejemplo la sal
La reacción de hidrólisis es:
→ ↔
b) Verdadero.
Para que se genere un pH básico es necesario que la sal tenga un ión conjugado de un ácido débil. Este ion al reaccionar con el agua regenera el ácido liberando al medio iones hidroxilo , lo que origina que la disolución final sea básica. Por ejemplo la sal .
La reacción de hidrólisis es:
→ ↔
c) Falso. La mezcla de esta disolución tampón da un pH de valor igual al del del ácido débil, porque:
→ → ; :
log log →
El enunciado expresado de forma correcta sería: “La mezcla en equilibrio de igual número de moles de un ácido débil y su sal conjugada siempre da lugar a una
disolución cuyo coincide con el del ácido”.
d) Falso. El se calcula por la relación: 14 El de la disolución de 10 es:
→ 10
log 10 2
Por lo que su será:
14 2 → 12
2.
a) Para calcular la masa de un átomo de cloro sabemos que un mol de cloro atómico pesa 35,5 gramos y que en un mol de cloro atómico hay 6,022
10 átomos. Relacionando las dos cantidades, obtenemos la masa de un átomo de cloro:
35,5 1
1
6,022 10 á 5,9 10 ⁄á
b) El oxígeno molecular es por lo que en cada molécula de oxígeno hay 2 átomos de oxígeno. Como el problema nos da 3,25 moles de oxígeno molecular, tendremos 3,25 2 6,5 moles de átomos de oxígeno.
c) Para calcular los átomos de plata contenidos en 5 gramos, primero pasamos los gramos a moles y posteriormente mediante el número de Avogadro determinamos los átomos:
5 1
107,8
6,022 10 á
1 2,79 10 á
d) En condiciones normales (0ºC y 1 atmósfera de presión), 1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de:
→ 1 0,082 273 0
1 22,4
Si el volumen de ese gas ideal es de 2,24 litros, el número de moles serán:
1
22,4 2,24 →
2,24
22,4 0,1
3. Como la masa total de los óxidos es de 1 gramo, vamos a relacionar las cantidades de cada uno con ésta.
De tal manera tendremos que de partimos de gramos y de de 1 gramos.
Conociendo las masas atómicas de los elementos que forman los óxidos, se puede conocer el contenido en tanto por ciento en cobre de cada uno:
→ % ó 100 63,5 63,5 16,0 79,9 % → % ó 100 63,5 2 63,5 2 16,0 88,8 %
A partir de estos datos se puede determinar la cantidad en gramos de cobre que hay en cada óxido:
→ 0,799 0,799
1 0,888 0,888 0,888
Como el problema nos da la cantidad de gramos de cobre que se han obtenido en la reducción, a partir de ese dato y los valores que acabamos de obtener calculamos cuánto vale .
0,799 0,888 0,888 0,839
0,888 0,799 0,888 0,839 → 0,089 0,049 → 0,551
Por lo tanto inicialmente había:
→ 0,551
→ 1 0,551 0,449
Y en porcentaje, que es como debemos expresar la relación acorde con lo que nos pide el problema:
→0,551
1 100 55,1 %
Aunque no lo piden, el porcentaje del dióxido de cobre es:
→0,449
1 100 44,9 %
4.
a) Para determinar si se forma o no precipitado trabajamos con el coeficiente de reacción para el producto de solubilidad.
Como el equilibrio de solubilidad es:
↔ 2
La expresión de la constante de solubilidad es:
Y por lo tanto, la del coeficiente de reacción es:
Para determinar si precipita o no el ioduro de plomo (II), calcularemos la concentración de cada ion y posteriormente las sustituiremos en la expresión. Como el producto de solubilidad representa la relación máxima que pueden tener las concentraciones de los iones de la sal para que ésta forme una disolución saturada y no precipite, compararemos y para ver si se forma precipitado, de tal manera que:
Si se produce precipitado no precipita la sal
tendremos una disolución saturada, sin formación de precipitado. Para calcular las concentraciones primeramente determinamos los moles de las sales iniciales ( ); mediante el equilibrio de disociación los moles de los iones y, finalmente, con el volumen total, las concentraciones que nos interesan (
ó ): → 2 0,331 207 2 14 3 16 1,23 10 1,23 10 0,05 0,05 1,23 10 → 0,332 39,0 126,9 2,00 10 2,00 10 0,05 0,05 2,00 10
Conocidas las concentraciones de los iones, determinamos el cociente de reacción:
1,23 10 2,00 10 4,92 10
Como sí se produce precipitado.
b) Para calcular la solubilidad del ioduro de plomo, establecemos la reacción de precipitación y a partir de ahí determinamos la solubilidad:
↔
equilibrio s 2
Como las concentraciones de cada especie en el equilibrio son: 2
Podemos determinar el valor de la solubilidad mediante el producto de solubilidad:
2 4 →
10
4 1,36 10
Pasamos los moles a gramos y obtenemos el valor que nos pide el problema:
1,36 10 207 2 126,9
1 0,625
5.
a) Todos los compuestos indicados tienen 4 átomos de carbono y 2 de oxígeno, por lo tanto, lo que nos va a indicar cuál de los 4 tiene como fórmula molecular es el número de átomos de hidrógeno. La forma más sencilla de verlo es construyendo las fórmulas semidesarrolladas que nos piden en el apartado b).
A tenor de ellas, podemos decir que los compuestos solicitados son los dos ácidos.
b) Las fórmulas semidesarrolladas de los 4 compuestos orgánicos son: b.1) Ácido butanóico:
b.2) Butanodial: b.3) Butano-1,4-diol:
b.4) Ácido 2-metilpropanóico: |
