Prova de Química. Grau de Biotecnologia 26/10/2018 COGNOMS... NOM... DNI...

Transcripción

1 COGNOMS... NOM... DNI... Poseu a totes les fulles el NOM i COGNOMS EN MAJÚSCULES i el vostre DNI. Aquest examen consta de 4 preguntes. Utilitzeu només el full assignat a cada pregunta per tal de respondre-la. Si escau, en cada full podeu escriure per davant i per darrera. Només es corregirà el que estigui escrit en bolígraf. Si no s'indica el contrari, cal raonar breument totes les respostes. Nota important: La còpia, trànsit d'informació, la tinença d'un mòbil o aparell similar (smartphone, tauleta, audífon, rellotge intel ligent, rellotge o calculadora de text, etc.) durant la prova comportarà suspendre l'examen amb una nota de zero, sense perjudici d'estendre la penalització més enllà, d'acord amb els articles de la Normativa sobre Organització, Desenvolupament i Avaluació dels Estudis de Grau de la Facultat de Ciències i de la Normativa Reguladora dels Processos d Avaluació i Qualificació dels Estudiants de la Universitat de Girona. Part No Recuperable NR) (10 punts) A partir de la teoria VSEPR determina la forma geomètrica, angles d'enllaç i possible moment dipolar de les molècules següents: XeOF4, IO3 -, CO2 1

2 COGNOMS... NOM... DNI... Part Recuperable R1) (10 punts) Els dibuixos següents representen les funcions densitat de probabilitat de diferents orbitals de l àtom d hidrogen. I) II) III) a) Dibuixeu els nodes dels diferents orbitals indicant si són radials o angulars. b) Determineu per cada orbital els números quàntics n i l. Justifiqueu les vostres respostes. c) Escriviu per cada orbital la seva notació química (per exemple 1s) d) Dibuixeu de manera aproximada per l orbital III) la gràfica que representa la seva funció dona radial en funció de la distancia electró-nucli. 2

3 COGNOMS... NOM... DNI... R2) (10 punts) Una empresa tecnològica va dissenyar un detector de cations. Estaven fent proves de calibratge amb l espècie carregada O2 +. Contesta de manera breu i raonada a les qüestions que segueixen: a) Dibuixa esquemàticament el diagrama d'orbitals moleculars del ió O2 + en el seu estat fonamental i, a partir de la seva configuració electrònica, indica si es tracta d'una espècie diamagnètica o paramagnètica. b) Quin és l ordre d enllaç d aquesta espècie? c) Un biotecnòleg de l empresa va suggerir provar l aparell emprant un altra catió distint, un catió del gas N2 i també en el seu estat fonamental. Identifica quin és el catió derivat del N2 que es va fer servir sabent que tenia la mateixa condició magnètica (és a dir, ser diamagnètic o paramagnètic) que la del catió O2 +. Dades: Z(N)=7, Z(O)=8. 3

4 COGNOMS... NOM... DNI... R3) (10 punts) En una empresa química es preveu que hi hagi emissions d una barreja de gasos al 50%, concretament metà i diòxid de carboni. Aquests gasos s emanaran a 100 o C. Contesta de manera breu i raonada a les qüestions que segueixen: a) Calcula quina és la velocitat mitjana de les molècules del gas metà a la temperatura esmentada. b) Indica, sense fer cap càlcul però de manera raonada, si el diòxid de carboni es propagarà més o menys ràpidament que el gas metà. c) S ha considerat que la contaminació local a les immediacions de l empresa vindrà donada majoritàriament per les molècules de cada gas que tinguin una velocitat menor de 10 m/s. Justifica gràficament emprant la funció de distribució de velocitats (només calen representacions qualitatives) quin dels dos gasos serà responsable majoritari de la contaminació local. Dades: Pesos atòmics (uma): H=1, C=12, O=16. N A= partícules/mol. k= J/K. 4

5 RESPOSTES R1: a) Els nodes en forma d esfera són radials, i els altres són angulars. I) II) III) 3 nodes angulars 1 node radial i dos angulars 1 node radial b) n= número de nodes totals +1; l = número de nodes angulars. I) n = 3+1 = 4; l=3 II) n = = 4; l = 2 III) n = 1+1 =2; l = 0 c) I) 4f II) 4d III) 2s d) R2: a) En el cas del catió del O2, l espècie és paramagnètica. La seva configuració electrònica ho indica: O2 + : 15 electrons : ( 1s) 2 ( 1s*) 2 ( 2s) 2 ( 2s*) 2 ( 2pz) 2 ( x) 2 ( y) 2 ( x*) 1 b) L ordre d enllaç és (10 5 ) / 2 = 5/2 = 2.5. c) El ió del N2 ha de ser també paramagnètic. S ha de tenir en compte que en el seu diagrama d orbitals moleculars l ordre d alguns orbitals ha canviat respecta als de la primera pregunta: Opció vàlida en ser una espècies paramagnètica: N2 + : 13 electrons : ( 1s) 2 ( 1s*) 2 ( 2s) 2 ( 2s*) 2 ( x) 2 ( y) 2 ( 2pz) 1 Si està ben raonada la resposta, també es podria acceptar el catió N2 3+. Opció no vàlida en ser una espècies diamagnètica (però s accepta com a correcta si al primer apartat s ha contestat erròniament que el O2 + és diamagnètic): N2 +2 : 12 electrons : ( 1s) 2 ( 1s*) 2 ( 2s) 2 ( 2s*) 2 ( x) 2 ( y) 2 5

6 R3: a) Cal emprar la fórmula de <v>, en aquest cas m=12+4 uma = 16 g/mol = kg. La temperatura s ha d expressar en l escala Kelvin (373 K), i en resulta <v>=702.6 m/s. b) El CO2 té un pes molecular major que el metà, la qual cosa indica que, a igualtat de temperatura, les seves molècules es mouen més lentament. Segons la teoria cinètica de Maxwell la seva velocitat mitjana serà menor. També es pot fer el raonament a partir de la llei de Graham i arribant a la mateixa conclusió. c) De la resposta anterior es dedueix que el gas més pesat (CO2) romandrà més temps vora l empresa i, en conseqüència, serà el responsable majoritari a les rodalies de les seves instal lacions. Aquest fenomen es justifica gràficament comparant les dues gràfiques de distribució de f(v) normalitzades i veient que, fixant qualitativament una velocitat baixa (la que representa uns 10 m/s) això implica a una major proporció de molècules pesades (veure comparativa d àrees vermella i groga+vermella en el diagrama qualitatiu de sota: fixada una velocitat baixa, l àrea a l esquerra groga+vermella del gas pesat representa un percentatge molt més gran dins del grup de molècules pesades en comparació a la porció que representa l àrea vermella dins del grup de les molècules lleugeres). Es pot fer la comparació directa sobre el gràfic perquè, tal i com es diu a l enunciat, els gasos s emeten en igual proporció (sinó caldria considerar un factor addicional, el de la proporció de gasos que s emanen). CO 2 f(v) CH 4 v 6