CRITERIOS GENERALES DE EVALUACIÓN Tiempo: 1 h 30 min.
El alumno deberá contestar a uno de los dos bloques A o B con sus problemas y cuestiones. Cada bloque consta de cinco preguntas.
Cada una de las preguntas puntuará como máximo dos puntos.
La calificación máxima (entre paréntesis al final de cada pregunta) la alcanzarán aquellos ejercicios que, además de bien resueltos, estén bien explicados y argumentados, cuidando la sintaxis y la ortografía y utilizando correctamente el lenguaje científico, las relaciones entre las cantidades físicas, símbolos, unidades, etc.
DATOS GENERALES
Los valores de las constantes de equilibrio que aparecen en los problemas deben entenderse que hacen referencia a presiones expresadas en atmósferas y concentraciones expresadas en mol L–1.
Constantes universales:
NA = 6,0221 × 1023 mol–1 F = 96 485 C mol–1 u = 1,6605 × 10–27 kg–1 atm = 1,0133 × 105 N m–2
R = 8,3145 J K–1 mol–1 = 0,082 atm L K–1 mol–1 e = 1,602 × 10–19 C
Masas atómicas: H = 1,008; C = 12,01; O = 16,00; Al = 26,98; S= 32,07; Ca = 40,08
Números atómicos: Li = 3; Na = 11; Mg = 12; Cl = 17; Ar = 18; K = 19; Ca = 20; Br = 35; I = 53
BLOQUE A
1.- El carburo cálcico CaC2 es un compuesto sólido que reacciona con el agua líquida para dar el gas inflamable (acetileno) y el sólido hidróxido cálcico. Calcule:
a) El volumen de gas medido en condiciones normales que se obtendrá cuando 80 g de CaC2 reaccionan con 80 g de agua (hasta 1,5 puntos).
b) La cantidad de reactivo que queda sin reaccionar (hasta 0,5 puntos). 2.- En relación con la energía libre estándar de reacción:
a) Defina dicho concepto (hasta 0,6 puntos).
b) Defina las condiciones estándar para los estados de la materia: gas, líquido, elementos químicos sólidos y disoluciones (hasta 0,8 puntos).
c) Calcule los cambios de energía libre estándar para la reacción de combustión del metano (CH4).
Datos: ΔGfº(CH4) = –50,8 kJ/mol; ΔGfº(H2O) = –237,2 kJ/mol; ΔGfº(CO2) = –394,4 kJ/mol (hasta 0,6 puntos).
3.- El SO3 se obtiene por reacción de SO2 y O2. Una mezcla de 0,80 moles de SO2 y 0,80 moles de O2 se introducen en un recipiente vacío de 4 L a la temperatura de 727 ºC. Una vez alcanzado el equilibrio un análisis de la mezcla indica que la concentración de SO3 es 0,17 M. Calcule Kc y Kp a la temperatura de 727 ºC (hasta 1,5 y 0,5 puntos).
4.- El ácido monocloroacético (ClCH2COOH) es un ácido de fuerza media con un valor de su constante de disociación Ka=1,4·10–3.Calcule:
5.- Escriba la reacción química que tiene lugar, formulando todos los compuestos que intervienen cuando:
a) El etino reacciona con una molécula de cloro (hasta 0,6 puntos).
b) El propeno reacciona con una molécula de bromuro de hidrógeno (hasta 0,7 puntos). c) El 2-buteno reacciona con una molécula de cloruro de hidrógeno (hasta 0,7 puntos). BLOQUE B
1.- Calcule la masa de cada uno de los elementos presentes en: a) 2,5 moles de Ca (hasta 0,6 puntos).
b) 2,0·1023 átomos de Al (hasta 0,7 puntos). c) 6,022·1023 moléculas de H2 (hasta 0,7 puntos). 2.- Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) De los siguientes elementos: Na, K, Ca y Mg ¿cuál es el que presenta una mayor energía de ionización? (hasta 0,6 puntos).
b) ¿Cuál de los siguientes elementos, Ar, I, Li, Cl y Br presenta un valor más elevado en su segunda energía de ionización? (hasta 0,6 puntos).
c) Coloque las siguientes especies en orden creciente de sus radios iónicos: Cl–; K+; Ca2+ y Mg2+ (hasta 0,8 puntos).
3.- El yodo sólido sublima por debajo de 114 ºC. Un trozo de yodo sólido se encuentra en un recipiente cerrado en equilibrio con su vapor a una temperatura para la que su presión de vapor es de 30 mmHg. De forma repentina y a temperatura constante, el volumen del recipiente se duplica:
a) Cuál es la presión en el interior del recipiente una vez producida la variación de volumen (hasta 0,6 puntos).
b) Qué cambio ha de ocurrir para que se reestablezca el equilibrio. (hasta 0,7 puntos) c) Si la temperatura permanece constante durante todo el proceso, cuál será la presión en el interior del recipiente una vez restablecido el equilibrio (hasta 0,7 puntos).
4.- Una disolución 0,650 M de ácido sulfúrico en agua tiene una densidad de 1,036 g/ml a 20 ºC. Calcule la concentración de esta disolución expresada en:
a) Fracción molar (hasta 0,7 puntos).
b) Tanto por ciento en peso (hasta 0,6 puntos). c) Molalidad (hasta 0,7 puntos).
5.- Prediga lo que ocurrirá cuando:
a) Una punta de hierro se sumerge en una disolución acuosa de CuSO4 (hasta 0,6 puntos). b) Una moneda de níquel se sumerge en una disolución de HCl (hasta 0,7 puntos).
c) Un trozo de potasio sólido se sumerge en agua (hasta 0,7 puntos). Datos: ε(Cu2+/Cu) = +0,34 V; ε(Fe2+
Pregunta 1
La reacción propuesta es, ajustada:
2 2 2 2 2
CaC (s)2H O(l)C H (g)Ca(OH) (s)
Apartado a)
Calculamos los moles que introducimos de CaC2 y agua para que se lleve a cabo la reacción:
2
2
80 80
n(CaC ) 1, 248moles
40,08 2 12,01 64,1
80 80
n(H O) 4, 4405moles
2 1,008 16,00 18,016
En primer lugar, calculamos cuál es el reactivo limitante (que se consume totalmente) y cuál el reactivo en exceso. Para ello, calculamos cuántos moles de agua serían necesarios, según la estequiometría de la reacción, para que todo el CaC2 reaccionase:
2 2
2
2
1molCaC 1, 248molesCaC
2molesH O x
x 2, 496molesH O
Se necesitarían 2,496 moles de agua para que los 80 gramos de carburo de calcio se consumieran totalmente.
Como se han utilizado 4,4405 moles de agua en la reacción, sobrará agua. Por tanto, el reactivo en exceso es el agua, y el reactivo limitante es el CaC2.
Calculamos ahora, utilizando el reactivo limitante, los moles de gas acetileno que se formarán:
2 2
2 2
2 2
1molCaC 1, 248molesCaC
1molC H x
x 1, 248molesC H
Por último, calculamos ya el volumen de acetileno formado: P V n R T
1 V 1, 248 0,082 273 V 27,94L
Apartado b)
Los moles de agua sobrantes son:
4,4405(moles introducidos) –2,496 (moles necesarios) = 1,9445 moles
La masa de agua sobrante será:
g
1,9445moles 18,016 35,03gramos mol
Pregunta 2
La energía libre estándar de reacción, que se denota GoReacción, es el cambio de energía libre de una reacción química en condiciones estándares.
aAbBcC dD
o o
o
reaccion f (C) f(D) of (A) of (B)
G (c G d G ) (a G b G )
Donde A y B son los reactivos en estado estándar y C y D son los productos en su estado estándar. Además a, b, c y d son sus respectivos coeficientes estequiométricos.
En general:
o o o
reaccion f (productos) f (reactivos)
G n G m G
donde m y n son los coeficientes estequiométricos.
Según el valor de Goreaccion, se tienen las siguientes posibilidades para la reacción:
1 Goreaccion< 0: la reacción tiene lugar espontáneamente en el sentido en el que está escrita. 2 Goreaccion= 0: la reacción se encuentra en estado de equilibrio.
3
o reaccion G
> 0: la reacción no es espontánea en el sentido en el que está escrita. Sí lo es en
sentido opuesto.
Apartado b)
Como condiciones estándar entendemos las siguientes: En el caso de los gases, la presión estándar será 1 atm.
En el caso de líquidos y sólidos, se cumplirán las condiciones estándar cuando estos líquidos y sólidos se encuentren en estado puro.
Un elemento químico sólido se dirá que está en condiciones estándar cuando se presenta en su forma halotrópica más estable, a presión de 1 atm y temperatura de 25 oC.
Apartado c)
La reacción de combustión del metano, ajustada, es: CH42O2CO22H O2 Calculamos la variación de energía libre estándar mediante la expresión:
º º º º º º º
Reacción i i i i f 2 f 2 f 2 f 4
1
G c G (productos) c G (reactivos) 2 G (H O) G (CO ) 2 G (O ) G (CH ) 2 ( 237,2) ( 394,4) ( 50,8) 818kJ mol
Pregunta 3
Apartado a)
Escribimos la ecuación del equilibrio de formación del SO3 y la tabla que permite relacionar las
moles presentes inicialmente y las moles presentes cuando se ha alcanzado el estado de equilibrio:
SO2 (g) +
1 2 O2 (g)
SO3 (g)
Moles iniciales 0,80 0,80 0
Moles en el equilibrio 0,80 – x
0,80 – 1
2 x x
Calculamos el valor de x. Para ello utilizaremos el dato sobre la concentración de SO3 en el
equilibrio, que nos dicen que es 0,17 M.
Según la tabla:
3 3 eq
molesSO eq x SO (g)
V 4
Según el enunciado:
SO (g)3
eq0,17Igualando: x
0,17 4
x 0,17 4 0,68moles
Conociendo ya el valor de x, calculamos las concentraciones de SO2 y de O2 en el equilibrio:
22 eq
molesSO eq 0,80 x 0,80 0,68 0,12
SO (g) 0,03M
V 4 4 4
22 eq
1 1
0,80 x 0,80 0,68
molesO eq 2 2
O (g) 0,115M
V 4 4
Planteamos la ecuación de la constante de este equilibrio, Kc y sustituimos los datos que poseemos:
1
12 2
3 eq
c
2 eq 2 eq
SO (g) 0,17
K 49, 275
0,03 0,115 SO (g) O (g)
1 1 (1 )
n(g) 2 0,5
p c
K K (RT) 49, 275 (0,082 (727 273)) 49, 275 (0,082 (1000)) 5, 4415
Pregunta 4
Apartado a)
Establecemos la ecuación del equilibrio de acidez del ClCH2COOH y la tabla que nos permite
relacionar las concentraciones iniciales y las concentraciones una vez alcanzado el estado de equilibrio:
ClCH2COOH (aq) + H2O (aq) ClCH2COO– (aq) +
O H3 (aq)
Conc. Iniciales (mol/L) 0,05 _______ 0 0
Conc. en el equilibrio
(mol/L) 0,05 – x _______ x x
(llamamos x a la concentración de ácido monocloroacético que se consume hasta que se alcanza el estado de equilibrio).
Aplicamos ahora la ecuación de la constante de acidez del ácido monocloroacético, que es la constante que corresponde al equilibrio planteado:
3 2
eq eq
a 2
2 eq
H O ClCH COO K (ClCH COOH)
ClCH COOH
(1)
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 x: 2
3 x x x
1, 4 10
0´05 x 0´05 x
La ecuación para resolver es: x20,0014x0,000070
Conocido ya el valor de x, podemos calcular el valor de la concentración de las especies presentes en el estado de equilibrio:
2
eq2
eq
3 eq
ClCH COOH 0,05 x 0,05 0,0091 0,0409M ClCH COO x 0,0091M
H O x 0,0091M
El valor del pH de la disolución será: 3
eq
pH log H O log 0,0091 2,041
, que es un pH ácido (<7) como era de esperar.
Apartado b)
La concentración de iones monocloroacetato y de ácido sin disociar en el equilibrio son tal y como se ha calculado en el apartado a):
2
eq
2 eq
ClCH COO x 0,0091M
ClCH COOH 0,05 x 0,05 0,0091 0,0409M
Pregunta 5
Apartado a)
2
CHCHCl CHClCHCl
Cada átomo de cloro se adiciona a un carbono del triple enlace. El triple enlace pasa a ser doble enlace. El producto formado es el 1,2-dicloroeteno.
Apartado b)
2 3 3 3 2 2 3
Mayoritario Minoritario CH CH CH HBrCH CHBrCH CH BrCH CH
El HBr se adiciona al doble enlace, transformándose este en enlace simple. Según la regla de Markovnikoff, el H se adiciona mayoritariamente al carbono del doble enlace que más hidrógenos posee enlazados, y el bromo al carbono que menos hidrógenos posee enlazados, obteniéndose el 2-bromopropano. La opción alternativa (1-bromopropano) es minoritaria.
Apartado c)
3 3 3 2 3
CH CHCH CH HClCH CH CHCl CH
