QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta 2/2004. Página 1 de 2
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- María Rosa Páez Ávila
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1 Pruebas de Acceso a las Universidades de Castilla y León QUÍMICA Nuevo currículo Texto para los Alumnos Nº páginas: CRITERIOS GENERALES DE EVALUACIÓN 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 esas preguntas puntuará como máximo dos puntos. La calificación máxima 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 Debe entenderse que los valores de las constantes de equilibrio que aparecen en los problemas hacen referencia a presiones expresadas en atmósferas y concentraciones expresadas en mol l -1. Constantes: N A = 6,01x10 3 mol -1 F = C mol -1 u = 1,6605x10-7 kg 1 atm = 1,0133x10 5 N m - R = 8,3145 J K -1 mol -1 = 0,08 atm dm 3 K -1 mol -1 e = 1,60x10-19 C Masas atómicas relativas: H = 1,008 C = 1,01 N = 14,01 O = 16,00 Al = 6,97 Cl = 35,45 K = 39,10 Cr = 5,00 BLOQUE A 1.- Calcule el ph de la disolución en los dos casos siguientes: a) Se disuelven 3 g de trietilamina [(C H 5 ) 3 N] en 50 ml de agua. La trietilamina se disocia en un 8,9 % dando trietilamonio e ion hidroxilo y su constante de disociación básica es K b = 1, b) Se diluyen 5 ml de HCl 10 - M hasta 1,00 L con agua destilada..- Se conocen las siguientes entalpías de formación estándar: -84,5 kj/mol para el etano, -393,5 kj/mol para el dióxido de carbono, y -85,5 kj/mol para el agua. El calor específico del agua es 4,18 J ºC -1 g -1. a) Calcule el calor de combustión molar del etano. b) Qué volumen de etano, medido a 3,0 ºC y 75 mm Hg, se necesita para calentar 855 g de agua desde 18 ºC a 90 ºC? 3.-. Conteste razonadamente las siguientes cuestiones: a) Qué entiende por velocidad de reacción? b) Qué entiende por energía de activación y por complejo activado? c) Qué entiende por orden de reacción? 4.-. Considere el elemento cuyo número atómico es Z = 36. a) Cuál es su configuración electrónica? Cuál es su posición en el sistema periódico de elementos? b) Qué tipos de enlace puede presentar en sus uniones con otros átomos? c) Cómo será su potencial de ionización en comparación con el del potasio? 5.- Se tiene una mezcla formada por dos sólidos blancos pulverizados: clorato potásico y cloruro potásico. Cuando 60 g de esta mezcla se someten a un calentamiento intenso y prolongado, se liberan 8 g de oxígeno. Se sabe que el clorato potásico se descompone por calentamiento prolongado dando cloruro potásico (sólido) y oxígeno (gas). a) Formule la ecuación química del proceso que tiene lugar durante el calentamiento. b) Calcule el tanto por ciento del cloruro potásico en la mezcla inicial. QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página 1 de
2 Pruebas de Acceso a las Universidades de Castilla y León QUÍMICA Nuevo currículo Texto para los Alumnos Nº páginas: BLOQUE B 1.- El permanganato potásico, en disolución ácida, oxida al cobalto (II) a cobalto (III), reduciéndose a ion manganeso (II). a) Ajuste la reacción de oxidación-reducción por el método del ion-electrón. b) Si se necesitan 16,4 ml de una disolución 0,133 M de permanganato potásico para oxidar 0,0 ml de la disolución de sulfato de cobalto (II) a ion cobalto (III), cuál es la concentración de la disolución de sulfato de cobalto (II)?.- El amoniaco a 537 K y presión total de 6 atmósferas está disociado en un 60%. Calcule, en primer lugar, la constante de equilibrio K p y, posteriormente, la constante K c a esta temperatura. 3.- Conteste a las siguientes cuestiones referidas a compuestos orgánicos: a) Indique dos grupos funcionales cuyos compuestos tengan la siguiente fórmula molecular C n H n+ O. Ponga un ejemplo de cada uno y nombre el compuesto. b) Escriba dos fórmulas semidesarrolladas, dando nombre a los compuestos correspondientes, por cada una de las siguientes fórmulas moleculares C 3 H 6 O y C 5 H Formule e indique los tipos de enlace y el estado físico más probable (sólido, líquido, gas) de las siguientes sustancias químicas a 5ºC y 1 atm de presión: a) Óxido de sodio. b) Cloro. c) Níquel. (Razone, en cada caso, la respuesta). 5.- a) Cuántos gramos de K Cr O 7 serán necesarios para preparar 100 ml de una disolución acuosa que contenga 50 mg de ion Cr O 7 - por ml? b) Exprese, en partes por millón (p.p.m.), la concentración del aluminio contenido en una planta cuyo análisis dio como resultado un contenido en Al de 0,005 %. QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página de
3 1.- Calcule el ph de la disolución en los dos casos siguientes: a) Se disuelven 3 g de trietilamina [(C H 5 ) 3 N] en 50 ml de agua. La trietilamina se disocia en un 8,9 % dando trietilamonio e ion hidroxilo y su constante de disociación básica es K b = 1, b) Se diluyen 5 ml de HCl 10 - M hasta 1,00 L con agua destilada. Solución: M [(C H 5 ) 3 N] = 101 g mol 1. a) En primer lugar se determina la concentración de la disolución de trietilamina, para después establecer el equilibrio de ionización, calcular la concentración del ión hidroxilo y el ph de la disolución. Los moles de sustancia que se disuelven son: 1 mol ( C H 5 ) 3 N 5 g ( C H 5 ) 3 N = 0,05 moles ( C H 5 ) 3 N, que al disolverlos en un volumen de g ( C H 5 ) 3 N ml de agua, se desprecia el volumen del sólido, presenta la concentración: 0,05 moles 1 [[(C H 5 ) 3 N] = = 0, moles L ( M ). 0,50 L Al ser el grado de disociación 0,089, las concentraciones iniciales y en el equilibrio de todas las especies son: (C H 5 ) 3 N (aq) + H O (l) (C H 5 ) 3 NH + (aq) + OH (aq) Concentraciones iniciales: 0, 0 0 Concentraciones en equilibrio: 0, (1 0,089) 0, 0,089 0, 0,089 Conocida la concentración de iones hidroxilos, OH, a partir del producto iónico del agua se calcula la concentración de iones oxonios, H 3 O +, para obtener el ph de la disolución. K w K w = [H 3 O + ] [OH ] [H 3 O + ] = [ OH ] = = 5,6 10 M, siendo el ph que le corresponde: 0, 0,089 ph = log [H 3 O + ] = log 5, = 13 0,75 = 1,5. Sustituyendo las concentraciones, en el equilibrio, en la constante de básica de la trimetilamina se obtiene su valor: + [( C H 5 ) 3 NH ] [ OH ] (0, 0,089) 4 K b = = = 3, ( C H ) N 0, (1 0,089) [ ] 5 3 b) Para conocer el ph de la disolución diluida de HCl hay que conocer su concentración, que coincide con la concentración de iones oxonios, H 3 O +, por tratarse de un ácido muy fuerte y estar, por tanto, totalmente disociado. Los moles de ácido que se diluyen son: n ( moles) 1 5 M = n = M V = 10 moles L 0,005 L = 5 10 moles HCl, que al estar disueltos en 1 L V ( L) de disolución coincide con su concentración, es decir, [HCl] = [H 3 O + ] = M, siendo el ph de la disolución: ph = log [H 3 O + ] = log = 5 0,7 = 4,3. Resultado: a) ph = 1,5; K w = 3, ; b) ph = 4,3. QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página 1 de
4 .- Se conocen las siguientes entalpías de formación estándar: -84,5 kj/mol para el etano, -393,5 kj/mol para el dióxido de carbono, y -85,5 kj/mol para el agua. El calor específico del agua es 4,18 J ºC -1 g -1. a) Calcule el calor de combustión molar del etano. b) Qué volumen de etano, medido a 3,0 ºC y 75 mm Hg, se necesita para calentar 855 g de agua desde 18 ºC a 90 ºC? a) La combustión del etano responde a la ecuación: CH 3 -CH 3 (g) + 7/O (g) 6 CO (g) + 3H O(l) Como se proporcionan los datos de las entalpías de formación a esa temperatura de las distintas especies químicas, aplicando la ley de Hess y como el entalpía de formación del O (g) es iguala cero al estar en su forma norma y teniendo en cuenta la estequiometría, se calcula la entalpía de reacción: H reacción = ΣH formación (productos) - ΣH formación (reactivos) = = 3 mol (- 85,5 kj/mol) + mol (- 393,5 kj/mol) - 1 mol (- 84,5 kj/mol) = kj/mol etano b) En primer lugar hay que calcular la energía necesaria para calentar el agua. Q = m c e T Q = 855 g 4,18 J/(g ºC) (90 ºC 18 ºC) =, J = 57 kj 1mole tano Los moles de etano que hay que quemar son: n = 57kJ = 0,165 mole tano 1559kJ Y aplicando la ecuación de los gases ideales: p V = n R T 75mmHg atm L V = 0,165mol 0,08 (73 + 3)KY V = 4,05 L de etano 760 mmhg mol K QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página 1 de
5 3.-. Conteste razonadamente las siguientes cuestiones: a) Qué entiende por velocidad de reacción? b) Qué entiende por energía de activación y por complejo activado? c) Qué entiende por orden de reacción? Solución: a) Es la rapidez con que unas sustancias, reactivos, se transforman en otras, productos. b) Es la energía que deben adquirir las moléculas de reactivos de una reacción química, para que pueda formarse el complejo activado, o para que los choques moleculares sean efectivos. El complejo activado es un agregado intermedio de alta energía formado por moléculas de reactivos, con energía igual o superior a la de activación, en el que se debilitan los enlaces primitivos y se van formando los nuevos. Debido a su inestabilidad puede progresar para formar los productos de la reacción, o descomponerse para regenerar los reactivos. c) El orden de una reacción puede ser: 1º.- Orden respecto de un reactivo.- Es el exponente al que se encuentra elevada la concentración del reactivo en su ecuación de velocidad. º.- Orden global.- Es la suma de los exponentes de las concentraciones de cada uno de los reactivos en la ecuación de velocidad. QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página 1 de
6 4.-. Considere el elemento cuyo número atómico es Z = 36. a) Cuál es su configuración electrónica? Cuál es su posición en el sistema periódico de elementos? b) Qué tipos de enlace puede presentar en sus uniones con otros átomos? c) Cómo será su potencial de ionización en comparación con el del potasio? Z = 36: 1s s p 6 3s 3p 6 3d 10 4s 4p 6 El elemento Z = 36 pertenece al 4º período y al grupo de los gases nobles, es el Kr. b) No se enlaza con las demás átomos. c) Su potencial de ionización, como corresponde a un gas noble, es muchísimo más elevado que el del potasio. QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página 1 de
7 5.- Se tiene una mezcla formada por dos sólidos blancos pulverizados: clorato potásico y cloruro potásico. Cuando 60 g de esta mezcla se someten a un calentamiento intenso y prolongado, se liberan 8 g de oxígeno. Se sabe que el clorato potásico se descompone por calentamiento prolongado dando cloruro potásico (sólido) y oxígeno (gas). a) Formule la ecuación química del proceso que tiene lugar durante el calentamiento. b) Calcule el tanto por ciento del cloruro potásico en la mezcla inicial. Solución: M (O ) = 3 g mol 1 ; M (KClO 3 ) = 1,5 g mol 1. a) En el calentamiento de la mezcla el cloruro de potasio, KCl, no sufre alteración, mientras que el clorato de potasio, KClO 3, se descompone en cloruro de potasio y oxígeno molecular. La ecuación química que corresponde al proceso es: KClO 3 + Q KCl + 3 O. b) La masa de clorato de potasio se obtiene multiplicando la masa de oxígeno desprendido por la relación mol gramos de O, por la relación molar KClO 3 O y por la relación gramos mol de KClO 3 : 1 mol O moles KClO3 1,5 g KClO3 8 g O = 0,4 g KClO3. La masa de cloruro de potasio en 3 g O 3 moles O 1 mol KClO 39,58 g la mezcla inicial es: 60 g 0,4 g = 39,58 g, y el tanto por ciento: 100 = 65,97 %. 60 g 3 Resultado: b) 65,97 %. QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página 1 de
8 1.- El permanganato potásico, en disolución ácida, oxida al cobalto (II) a cobalto (III), reduciéndose a ion manganeso (II). a) Ajuste la reacción de oxidación-reducción por el método del ion-electrón. b) Si se necesitan 16,4 ml de una disolución 0,133 M de permanganato potásico para oxidar 0,0 ml de la disolución de sulfato de cobalto (II) a ion cobalto (III), cuál es la concentración de la disolución de sulfato de cobalto (II)? a) Las semireacciones de oxidación y de reducción son: - reducción: MnO 4 + 8H + + 5e - 6 Mn + + 4H O oxidación: Co + 6 Co e - Multiplicando la segunda ecuación por 5 y sumando, se tiene la ecuación iónica: MnO Co + + 8H + 6 Mn + + 5Co H O Y en forma molecular, como el medio es ácido sulfúrico: KMnO CoSO 4 + 8H SO 4 6 MnSO 4 + 5Co (SO 4 ) 3 + K SO 4 + 8H O b) Los moles de permanganato utilizados son: n permanganato = 0,133 mol/l 16, L =, mol permanganato de potasio De la estequimetría de la reacción, se deducen los moles que reaccionan de sulfato de cobalto(ii) molsulfato de cobalto(ii) nsulfato de cobalto(ii) =,18 10 molpermangnato = 1,09 10 mol molpermanganato potasio Por lo que la molaridad de la disolución es: n M = V soluto 1,09 10 mol = 3 disolución 0 10 L 0,545mol / L QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página de
9 .- El amoniaco a 537 K y presión total de 6 atmósferas está disociado en un 60%. Calcule, en primer lugar, la constante de equilibrio K p y, posteriormente, la constante K c a esta temperatura. Solución: La reacción de disociación es: NH 3 (g) 1 N (g) + 3 H (g) Como por cada mol de amoníaco se disocia 0,6 moles, de la estequiometría de la reacción se deduce que en equilibrio quedan 0,4 moles sin disociar, y se forman 0,3 moles de nitrógeno y 0,9 moles de hidrógeno. Esquemáticamente, los moles en el equilibrio de las distintas sustancias son: 1 3 NH 3 (g) N (g) + H (g) Moles en el equilibrio: 1 0,6 = 0,4 0,5 0,6 = 0,3 1,5 0,6 = 0,9 Los moles totales en el equilibrio son: n t = 0,4 + 0,3 + 0,9 = 1,6 moles, siendo las fracciones molares de las distintas especies en el equilibrio: 0,4 moles 0.3 moles 0,9 moles χ NH = = 0,5; χ = = 0,19; 3 N χ H = = 0,56; 1,6 moles 1,6 moles 1,6 moles Las presiones parciales en el equilibrio del amoníaco, nitrógeno e hidrógeno son: = 0,5 6 atm = 1,5 atm; P = 0,19 6 atm = 1,14 atm; P = 0,56 6 atm = 3,36 atm. P NH 3 N La constante de equilibrio K p es: K P P N H p = = P NH3 1,14 atm 3,36 atm = 1,5 atm H 5 atm. De la relación entre K p = K c (R T) n 1 3 siendo n = + 1 = 1 = 1, se tiene para Kc : K c = K p (R T) n K c = K p ( R T ) n 5 atm = 1 0,08 atm L mol K K = 0,11 mol L 1. Resultado: a) K p = 5 atm; b) K c = 0,11 moles L 1. QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página de
10 3.- Conteste a las siguientes cuestiones referidas a compuestos orgánicos: a) Indique dos grupos funcionales cuyos compuestos tengan la siguiente fórmula molecular C n H n+ O. Ponga un ejemplo de cada uno y nombre el compuesto. b) Escriba dos fórmulas semidesarrolladas, dando nombre a los compuestos correspondientes, por cada una de las siguientes fórmulas moleculares C 3 H 6 O y C 5 H 10. Solución: a) A la formula molecular C n H n + O pertenecen los alcoholes y éteres. CH 3 CH OH etanol; CH 3 O CH 3 dimetiléter. b) CH 3 CH CHO propanal; CH 3 CO CH 3 propanona. CH = CH CH CH CH 3 1-penteno; CH 3 CH = CH CH CH 3 -penteno. QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página de
11 4.- Formule e indique los tipos de enlace y el estado físico más probable (sólido, líquido, gas) de las siguientes sustancias químicas a 5ºC y 1 atm de presión: a) Óxido de sodio. b) Cloro. c) Níquel. (Razone, en cada caso, la respuesta). Solución: a) En el óxido de sodio los átomos de oxígeno y sodio se unen por medio de un enlace iónico; forman un sólido cristalino en el que los iones se encuentran fuertemente unidos en la red. b) El cloro es una molécula apolar en la que sus átomos se unen por enlace covalente. Las moléculas de cloro se unen entre sí, por débiles fuerzas de Van der Waals de dispersión (dipolo instantáneo-dipolo inducido), presentándose la sustancia en estado gaseoso. c) En el níquel los átomos se unen por enlace metálico. Los átomos forman redes cristalinas metálicas muy estables, siendo su estado sólido. QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página de
12 5.- a) Cuántos gramos de K Cr O 7 serán necesarios para preparar 100 ml de una disolución acuosa que contenga 50 mg de ion Cr O 7 - por ml? b) Exprese, en partes por millón (p.p.m.), la concentración del aluminio contenido en una planta cuyo análisis dio como resultado un contenido en Al de 0,005 %. a) La cantidad de ión Cr O 7 - presente en los 100 ml es: m ión dicromato = 50 mg/ml 100 ml = 5000 mg = 5 g Las masas molares de las dos especies son: La masa de dicromato de potasio es: m KCrO 7 = 5 gcr O 7 94, g K Cr O 16gCr O 7 7 M 94,g / mol; M CrO7 Cr O 7 = 6,81g K Cr O K = = 7 16 g / mol b) La expresión ppm (partes por millón) es una unidad de concentración que establece una relación de masa entre el soluto y la disolución de 1:10 6. m %masa = m Operando: 3 soluto mal mal, ; 0,005% = 100; = =,5 10 disolución mplanta mplanta mal =,5 10 = = 5 ppm m 6 6 planta QUÍMICA (Nuevo currículo). Propuesta /004. Página de
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