PRUEBA DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD QUÍMICA (2011)

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1 QUÍMICA PRUEBA DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD QUÍMICA (011) CEUTA Y MELILLA Instrucciones: a) Duración: 1 hora y 30 minutos b) Elija y desarrolle una opción completa, sin mezclar cuestiones de ambas. Indique, claramente, la opción elegida. c) No es necesario copiar la pregunta, basta con poner su número. d) Se podrá responder a las preguntas en el orden que desee. e) Puntuación: cuestiones ( nº 1,,3 y 4) hasta 1,5 puntos cada una. Problemas (nº 5 y 6 ) hasta puntos cada uno. f) Exprese sólo las ideas que se piden. Se valorará positivamente la concreción en las respuestas y la capacidad de síntesis. g) Se podrán utilizar calculadoras que no sean programables. OPCIÓN A 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Óxido de níquel (III) b) Hidróxido de estroncio c) Nitrobenceno d) PbBr e) Zn(NO ) f) CH = CHCH CH CH 3.- a) Escriba las configuraciones electrónicas de los átomos de Na y Mg. b) Justifique por qué el valor de la primera energía de ionización es mayor para el magnesio que para el sodio. c) Justifique por qué el valor de la segunda energía de ionización es mayor para el átomo de sodio que para el de magnesio. 3.- Al calentar yodo en una atmósfera de dióxido de carbono, se produce monóxido de carbono y pentóxido de diyodo: I (g) + 5 CO (g) 5 CO (g) + I O 5 (s) H = kj Justifique el efecto que tendrán los cambios que se proponen: a) Disminución del volumen sobre el valor de la constante Kc b) Adición de I sobre la cantidad de CO 1

2 c) Reducción de la temperatura sobre la cantidad de CO 4.- Dada la siguiente transformación química: CH C CH CH 3 + x A B Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Cuando x = y A = Cl el producto B presenta isomería geométrica. b) Cuando x = 1 y A = H el producto B presenta isomería geométrica. c) Cuando x = 1 y A = Br el producto B presenta isomería geométrica. 5.- A 5ºC una disolución acuosa de amoniaco contiene 0 17 g de este compuesto por litro y se encuentra disociado en un 4 3 %. Calcule: a) La concentración de iones hidroxilo y amonio. b) La constante de disociación. Masas atómicas: N = 14; H = En disolución acuosa el ácido sulfúrico reacciona con cloruro de bario recipitando totalmente sulfato de bario y obteniéndose además ácido clorhídrico. Calcule: a) El volumen de una disolución de ácido sulfúrico de 1 84 g/ml de densidad y 96 % de riqueza en masa, necesario para que reaccionen totalmente 1 6 g de cloruro de bario. b) La masa de sulfato de bario que se obtendrá. Masas atómicas: H = 1; O = 16; S = 3; Ba = 137 4; Cl = OPCIÓN B 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Ácido hipobromoso b) Hidróxido de cobre (II) c) Ácido -aminopropanoico d) CaO e) NaHCO 3 f) CH = CHCH CHO.- a) Cuál es la masa, expresada en gramos, de un átomo de calcio? b) Cuántos átomos de cobre hay en 5 g de ese elemento? c) Cuántas moléculas hay en una muestra que contiene 0 g de tetracloruro de carbono? Masas atómicas: C = 1; Ca = 40; Cu = 63 5; Cl = 35 5.

3 3.- En la tabla siguiente se indican los potenciales estándar de distintos pares en disolución acuosa a) De estas especies, razone: Cuál es la más oxidante? Cuál es la más reductora? b) Si se introduce una barra de plomo en una disolución acuosa de cada una de las siguientes sales: AgNO 3, CuSO 4, FeSO 4 y MgCl, en qué casos se depositará una capa de otro metal sobre la barra de plomo? Justifique la respuesta. 4.- Al disolver en agua las siguientes sales: KCl, NH 4 NO 3 y Na CO 3, justifique mediante las reacciones correspondientes qué disolución es: a) Ácida. b) Básica. c) Neutra. 5.- La reacción utilizada para la soldadura aluminotérmica es: Fe O 3 ( s) + Al (s) Al O 3 (s) + Fe (s) a) Calcule el calor a presión constante y el calor a volumen constante intercambiados en condiciones estándar y a la temperatura de la reacción. b) Cuántos gramos de Al O 3 se habrán obtenido cuando se desprendan kj en la reacción? Datos: Hº f Al O 3 (s) = kj/mol, Hº f Fe O 3 (s) = 84 kj/mol. Masas atómicas: Al = 7; O = En un recipiente de L se introducen 1 mol de CO y 1 6 mol de H y se calienta a 1800 ºC. Una vez alcanzado el siguiente equilibrio: CO (g) + H (g) CO (g) + H O (g) Se analiza la mezcla y se encuentra que hay 0 9 mol de CO. Calcule: a) La concentración de cada especie en el equilibrio. b) El valor de las constantes Kc y Kp a esa temperatura. 3

4 SOLUCIÓN DE LA PRUEBA OPCIÓN A 1 Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Óxido de níquel (III) b) Hidróxido de estroncio c) Nitrobenceno d) PbBr e) Zn(NO ) f) CH = CHCH CH CH 3 a) Óxido de niquel (III) : Ni O 3 b) Hidróxido de estroncio: Sr (OH) c) Nitrobenceno: d) PbBr : Dibromuro de plomo o bromuro de plomo (II) e) Zn(NO ) : Nitrito de zinc f) CH = CHCH CH CH 3 : pent-1-eno a) Escriba las configuraciones electrónicas de los átomos de Na y Mg. b) Justifique por qué el valor de la primera energía de ionización es mayor para el magnesio que para el sodio. c) Justifique por qué el valor de la segunda energía de ionización es mayor para el átomo de sodio que para el de magnesio. a) Na 1s s p 6 3s 1 Mg 1s s p 6 3s 4

5 b) La primera energía de ionización o primer potencial de ionización EI se define como la energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso. Aunque los dos elementos tienen sus electrones de su última capa en n=3, el magnesio tiene mayor número atómico (mayor número de protones) por lo que la atracción del núcleo será mayor y por tanto la primera energía de ionizacion del Mg será mayor que la del Na. c) Será mayor la del Na porque al quitarle un electrón adquiere configuración de gas noble mucho más estable y es más difícil arrancar un electrón. 3 Al calentar yodo en una atmósfera de dióxido de carbono, se produce monóxido de carbono y pentóxido de diyodo: I (g) + 5 CO (g) 5 CO (g) + I O 5 (s) H = kj Justifique el efecto que tendrán los cambios que se proponen: a) Disminución del volumen sobre el valor de la constante Kc b) Adición de I sobre la cantidad de CO c) Reducción de la temperatura sobre la cantidad de CO a) la constante K c solo varía al cambiar la temperatura, un cambio de volumen no le afecta. b) Al aumentar la cantidad de I la reacción tendería hacía los productos para contrarrestar el efecto y mantener K c constante según el principio de Le Châtelier aumentando la concentración de CO. c) La reacción es endotérmica por lo que una reducción de la temperatura desplazaría la reacción hacia los reactivos para mantener constante K c según el principio de Le Châtelier y aumentaría la concentración de CO 4 Dada la siguiente transformación química: CH C CH CH 3 + x A B Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Cuando x = y A = Cl el producto B presenta isomería geométrica. b) Cuando x = 1 y A = H el producto B presenta isomería geométrica. c) Cuando x = 1 y A = Br el producto B presenta isomería geométrica. 5

6 a) Si x= y A es Cl tendríamos la siguiente reacción: CH C CH CH 3 + Cl CHCl CCl CH CH 3 El compuesto formado, 1, tetraclorobutano, no presenta isomería al tener enlace simple. b) Si x=1 y A= H se formaría el siguiente compuesto: CH C CH CH 3 + H CH = CH CH CH 3 Falsa. Para que se presente esta isomería en los alquenos ha de cumplirse que, al menos, cada carbono del doble enlace, se una a dos sustituyentes distintos y, en este caso, la reacción de adición conduce a la formación de but-1-eno, en el que uno de los átomos de carbono del doble enlace se une a dos átomos de hidrógeno, incumpliendo la condición. c) Si X=1 y A=Br se produce la siguiente reacción CH C CH CH 3 + Br CHBr = CBr CH CH 3 Verdadero. Ahora, la reacción de adición cumple la condición de que los carbonos del doble enlace, se unen a dos radicales distintos, por lo que el compuesto que se forman presenta disposiciones espaciales perfectamente diferenciadas. El compuesto 1,-dibromobut-1-eno, presenta dos isómeros, uno con los radicales iguales en el mismo lado, isómero cis, y el otro con los radicales iguales en distintos lados, isómero trans. 6

7 Cis 1,-dibromobut-1-eno trans 1,-dibromobut-1-eno 5 A 5ºC una disolución acuosa de amoniaco contiene 0 17 g de este compuesto por litro y se encuentra disociado en un 4 3 %. Calcule: a) La concentración de iones hidroxilo y amonio. b) La constante de disociación. Masas atómicas: N = 14; H = 1. a) Calculamos primero los moles de amoniaco 0,17g mol 0.01 moles de NH 3 y su molaridad será la misma 0,01 M 17g / mol NH 3 + H O (g) NH 4 + OH En el equilibrio c (1- ) c c 0.01 (1-4, ) 0,01.4, ,01.4,

8 NH = 0, = 4, M y OH La 4 K c b) La constante de disociación es por tanto: NH OH 4 NH 3 4 c 4, c(1 ) 0,01(1 4,3.10 1,93.10 ) = M 6 En disolución acuosa el ácido sulfúrico reacciona con cloruro de bario precipitando totalmente sulfato de bario y obteniéndose además ácido clorhídrico. Calcule: a) El volumen de una disolución de ácido sulfúrico de 1 84 g/ml de densidad y 96 % de riqueza en masa, necesario para que reaccionen totalmente 1 6 g de cloruro de bario. b) La masa de sulfato de bario que se obtendrá. Masas atómicas: H = 1; O = 16; S = 3; Ba = 137 4; Cl = a) La reacción que tiene lugar es la siguiente H SO 4 (ac) + BaCl (ac) BaSO 4 (s) + HCl (ac) En la que la estequiometría indica que 1 mol de ácido reacciona con un mol de sal para producir un mol de sulfato de bario Pasamos a moles la cantidad de cloruro de bario: Moles= 1,6g/ 08,4 g/mol = 0,104 moles de BaCl Calculamos la molaridad del ácido sulfúrico: g disoluc 1000ml disoluc 96 g H SO4 1mol H SO 1,84 ml disoluc 1l disoluc 100 g disoluc 98 g H SO ,04 M 8

9 Como la reacción ha de ser completa, implica que el volumen de disolución de ácido que se tome ha de contener 0,104 moles, por lo que aplicando a la fórmula de la molaridad y despejando el volumen nos queda: moles V= M 0 4,104molH SO 18,4mol / l 0,0058l 5,8ml de H SO 4 b) Si un mol de ácido produce un mol de sulfato de bario, los 0,104 moles de ácido producirán los mismos moles de sal, es decir, 0,104 moles de BaSO 4, a los que corresponden la masa: 0,104 moles de BaSO 4. 33,4 g/mol = 4,7 g de BaSO 4 OPCIÓN B Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Ácido hipobromoso b) Hidróxido de cobre (II) c) Ácido -aminopropanoico d) CaO e) NaHCO 3 f) CH = CHCH CHO a) Ácido hipobromoso HBrO b) Hidróxido de cobre (II) : Cu (OH) c) Ácido -aminopropanoico: CH 3 CH (NH ) COOH d) CaO : Peróxido de calcio o dióxido de monocalcio e) NaHCO 3 : Hidrógeno carbonato de sodio o bicarbonato de sodio f) CH = CHCH CHO But-3-enal a) Cuál es la masa, expresada en gramos, de un átomo de calcio? b) Cuántos átomos de cobre hay en 5 g de ese elemento? c) Cuántas moléculas hay en una muestra que contiene 0 g de tetracloruro de carbono? Masas atómicas: C = 1; Ca = 40; Cu = 63 5; Cl = a) Aplicando el concepto de mol tenemos que 1 mol de Ca son 40g de calcio y contiene 6, átomos tendremos: 9

10 40 g de calcio / 6, = 6, g / átomo de calcio b) Pasamos a moles los gramos de cobre:,5 g de Cu / 63,5 g/mol = 0, moles de Cu Como un mol de cobre contiene 6, átomos de Cu: 0, moles de Cu. 6, átomos/mol =, átomos de Cu c) Pasamos a moles 0 g de CCl 4 / 154 g/mol = 0,19 moles de tetracloruro de carbono Aplicando la definición de mol 0,19 moles. 6, moléculas/mol = 7,8. 10 moléculas de CCl 4 3 En la tabla siguiente se indican los potenciales estándar de distintos pares en disolución acuosa a) De estas especies, razone: Cuál es la más oxidante? Cuál es la más reductora? b) Si se introduce una barra de plomo en una disolución acuosa de cada una de las siguientes sales: AgNO 3, CuSO 4, FeSO 4 y MgCl, en qué casos se depositará una capa de otro metal sobre la barra de plomo? Justifique la respuesta. a) Del par con potencial estándar de reducción más positivo o menos negativo, su forma oxidada es la de mayor poder oxidante, mientras que la forma reducida del par con potencial estándar más negativo o menos positivo es la más reductora. Luego, la especie Ag+, forma oxidada del par 10

11 más positivo, es la más oxidante, mientras que la especie Mg, forma reducida del par más negativo, es la más reductora. b) Para comprobar que metal se depositará en la barra de plomo comprobaremos cuando la reacción es espontánea: En el caso del AgNO 3, Ag + + e - Ag 0 E 0 = 0,80 V Pb e - Pb + E 0 = - 0,14 V Ag + + Pb Ag + Pb + E 0 = 0,66 Se depositará plata ya que E 0 > 0 y por tanto G o < 0 es decir será la reacción espontánea. En el caso de CuSO 4 Cu + + e - Cu E 0 = 0,34V Pb e - Pb + E 0 = - 0,14 V Cu + + Pb Cu + Pb + E 0 = 0,0 Se depositará cobre ya que E 0 > 0 y por tanto G o < 0 es decir será la reacción espontánea. En el saco de FeSO 4 Fe + + e - Fe E 0 = -0,44 V Pb e - Pb + E 0 = - 0,14 V Fe + + Pb Fe + Pb + E 0 = -0,58 En este caso no se depositará hierro porque E 0 < 0 y por tanto G o >0 es decir la reacción no es espontánea. 11

12 En el caso de MgCl Mg + + e - Mg E 0 = -,34 V Pb e - Pb + E 0 = - 0,14 V Mg + + Pb Mg + Pb + E 0 = -,48 V En este caso no se depositará magnesio porque E 0 < 0 y por tanto G o >0 es decir la reacción no es espontánea. 4 Al disolver en agua las siguientes sales: KCl, NH 4 NO 3 y Na CO 3, justifique mediante las reacciones correspondientes qué disolución es: a) Ácida. b) Básica. c) Neutra. Al introducir KCl en agua la disolución será neutra ya que es una sal que proviene de un ácido fuerte y un hidróxido fuerte por lo que no sufre hidrólisis Al introducir NH 4 NO 3 en agua se producirán las siguientes reacciones: NH 4 NO 3 + H O NH + NO 4 3 el anión nitrato, NO 3, es la base conjugada muy débil del ácido nítrico muy fuerte, HNO 3, que no sufre hidrólisis, sin embargo el catión NH 4, es el ácido conjugado fuerte de la base débil amoniaco, NH 3, que se hidroliza según la reacción: Dando un ph ácido NH 4 + H O NH 3 + H 3 O + Al introducir Na CO3 en agua se produce la disociación de la sal: Na CO3 Na + + CO 3 1

13 el catión sodio, Na+, ácido conjugado muy débil de la base muy fuerte hidróxido de sodio, NaOH, no sufre hidrólisis, sin embargo el anión CO es la base conjugada fuerte del ácido débil HCO 3, que se hidroliza según la reacción: 3 Por lo que la disolución será básica. CO 3 + H O HCO 3 + OH - 5 La reacción utilizada para la soldadura aluminotérmica es: Fe O 3 ( s) + Al (s) Al O 3 (s) + Fe (s) a) Calcule el calor a presión constante y el calor a volumen constante intercambiados en condiciones estándar y a la temperatura de la reacción. b) Cuántos gramos de Al O 3 se habrán obtenido cuando se desprendan kj en la reacción? Datos: Hº f Al O 3 (s) = kj/mol, Hº f Fe O 3 (s) = 84 kj/mol. Masas atómicas: Al = 7; O = 16. a) El calor a presión constante es la entalpía de la reacción que vamos a calcularla con las entalpías de formación: H r = H f (Al O 3 ) - H f (Fe O 3 ) = -1675,7 KJ/mol (-84, KJ/mol)= -851,5 KJ/mol El calor a volumen constante es la energía interna que la podemos calcular con la expresión U = H p V o lo que es lo mismo que U = H n R T donde n es la variación de moles gaseosos entre los productos y los reactivos. Como no existen moles gaseosos ni en los reactivos ni en los productos n= 0 por lo que U= H y por tanto U= -851,5 KJ/mol b) Calculamos cuantos moles se han formado cuando se desprendan KJ: Moles de Al O 3 = KJ. 1molAlO3 851,5 KJ = 11,74 moles que pasados a gramos 11, g/mol = 1197,8 g de Al O 3 13

14 6 H En un recipiente de L se introducen 1 mol de CO y 1 6 mol de H y se calienta a 1800 ºC. Una vez alcanzado el siguiente equilibrio: CO (g) + H (g) CO (g) + H O (g) Se analiza la mezcla y se encuentra que hay 0 9 mol de CO. Calcule: a) La concentración de cada especie en el equilibrio. b) El valor de las constantes Kc y Kp a esa temperatura. a) CO (g) + H (g) CO (g) + H O (g) Concentraciones Iniciales, Concentraciones en equilibrio,1-x= 0,9 1,6-x x x Como,1 x = 0,9 despejamos x = 1, moles, luego las concentraciones en equilibrio son CO H = 0,9moles/ litros = 0,45 M = 1,6 1, moles / litros= 0, M CO = 1, moles/ litros = 0,6 M 14

15 H O = 1, moles/ litros = 0,6 M c) Calculamos ahora K c : K c CO HO CO H,6 4 0,45.0, 0 Por medio de la fórmula k p = K c. (RT) n luego K p = 4 sabiendo que n= 0 tenemos que K p =K c 15