Examen de problemas. PROBLEMA 1 Considere la siguiente reacción: C(s) + CO 2 (g) 2CO(g)

Transcripción

1 PROBLEMA 1 Considere la siguiente reacción: C(s) + CO 2 (g) 2CO(g) a) A partir de qué temperatura es espontánea o dejará de serlo? Suponga que r Hº y r Sº no dependen de la temperatura. b) Calcule el valor de K p y K c a 1200 K. c) En un recipiente de 1L se introducen 20,83 g de C(s), 26,8 g de CO 2 (g) y 21,36 g de CO(g) y se calienta a 1200 K. En qué sentido se producirá la reacción? Calcule el valor de la presión parcial de cada uno de los gases y la masa de C(s) presente en el recipiente cuando se alcance el equilibrio. d) En un recipiente de 1L se introducen 2 g de C(s) y 22 g de CO 2 (g) y se calienta a 1200 K. Qué sucederá? Calcule la cantidad (en gramos) de todas las sustancias presentes en el recipiente. e) Si en las condiciones anteriores se añaden otros 3 g de C(s), calcule la cantidad (en gramos) de todas las sustancias presentes en el recipiente cuando se alcance el equilibrio. Datos: C(s) CO 2 (g) CO(g) f Hº (kj mol -1 ) 0,0 393,5 110,5 Sº (J mol -1 K -1 ) 5,7 213,6 197,9 R = 8,314 J K -1 mol -1-1 = 0,082 atm L mol -1 K A r : C = 12; O = 16 Problema 1 Pág. 1 de 6

2 Considere la siguiente reacción: C(s) + CO 2 (g) 2CO(g) a) A partir de qué temperatura es espontánea o dejará de serlo? Suponga que r Hº y r Sº no dependen de la temperatura. Dado que!g 0 =!H 0 " T!S 0, la reacción será espontánea cuando G 0 <0, es decir cuando H 0 < T S 0, por tanto procedemos a calcular H 0 y S 0! r H 0 = 2!H f 0 (CO) "!H f 0 (CO 2 ) "!H f 0 (C) = 172,5 kj mol "1! r S 0 = 2S 0 (CO) " S 0 (CO 2 ) " S 0 (C) = 176,5 J mol "1 K "1 "1 = 0,1765 kj mol "1 K de la reacción: 172,5 < T! 0,1765 T esp > 977,3 K Pág. 2 de 6 Problema 1

3 b) Calcule el valor de K p y K c a 1200 K. La relación entre K P y G 0 es:!g 0 = "RTln K P!G 0 =!H 0 " T!S 0!G 0 = 172,5 " 1200 # 0,1765 = "39,3 kj luego:!39,3 =!8,314.10!3 " 1200 " ln K P K p = 51,37 La relación entre K p y K C es: K P = K C (RT)!n 51,37 = K C (0,082! 1200) 1 K C = 0,522 Problema 1 Pág. 3 de 6

4 c) En un recipiente de 1L se introducen 20,83 g de C(s), 26,8 g de CO 2 (g) y 21,36 g de CO(g) y se calienta a 1200 K. En qué sentido se producirá la reacción? Calcule el valor de la presión parcial de cada uno de los gases y la masa de C(s) presente en el recipiente cuando se alcance el equilibrio. datos iniciales: n C(s) =1,736 mol; n CO2(g) =0,610 mol; n CO(g) =0,763 mol V=1 L; T=1200 K Q C = [CO] 2 2 n 0 (CO)0 V 2 = [CO 2 ] 0 n (CO2)0 V = 0, ,610 = 0,954 como Q C > K C, la reacción va hacia reactivos. C(s) + CO 2 (g)! 2CO(g) n 0 1,736 0,610 0,763 n eq 1,736 + x 0,610 + x 0,763! 2x (0,763! 2x)2 K C = = 0,522 al resolver la ecuación de segundo grado, la solución (0,610 + x)v correcta es: x=0,081 mol, y por tanto en el equilibrio los moles de gases son: n CO2(g) =0,691 mol; n CO(g) =0,601 mol, y sus presiones parciales: P CO2 = n CO 2 RT V = 68,01atm y P CO = n CO RT V = 59,14 atm La masa de carbono en equilibrio será: m C = n C! A r (C) = (1,736 + x)! 12 = 21,80 g Pág. 4 de 6 Problema 1

5 d) En un recipiente de 1L se introducen 2 g de C(s) y 22 g de CO 2 (g) y se calienta a 1200 K. Qué sucederá? Calcule la cantidad (en gramos) de todas las sustancias presentes en el recipiente. datos iniciales: n C(s) =0,167 mol; n CO2(g) =0,500 mol V=1 L; T=1200 K inicialmente la reacción sólo puede avanzar hacia productos: C(s) + CO 2 (g)! 2CO(g) n 0 0,167 0,500 _ n eq 0,167! x 0,500! x 2x K C = (2x) 2 = 0,522 al resolver la ecuación de segundo grado, las soluciones son: (0,500! x)v x = 0,329 mol y x = 0,198 mol; ambas imposibles. Por tanto la reacción no alcanza el equilibrio; se consumirá todo el carbono inicial (x = 0,167 mol), y de acuerdo con la estequiometría de la reacción, la cantidad de todas las sustancias presentes en el recipiente será: n C = 0 mol; n CO2(g) = 0,500 n C (reac) = 0,333 mol; n CO(g) = 2n C (reac) = 0,334 mol y expresadas en gramos: m C = 0 g m CO2(g) = 14,652 g m CO(g) = 9,352 g Problema 1 Pág. 5 de 6

6 e) Si en las condiciones anteriores se añaden otros 3 g de C(s), calcule la cantidad (en gramos) de todas las sustancias presentes en el recipiente cuando se alcance el equilibrio. datos iniciales: ahora hay n C(s) =0,417 mol; n CO2(g) =0,500 mol V=1 L; T=1200 K inicialmente la reacción sólo puede avanzar hacia productos, como el carbono no interviene en la expresión de la constante de equilibrio, ahora sí hay una solución válida: las dos soluciones son: x = 0,329 mol y x = 0,198 mol (válida). Por tanto, la cantidad de todas las sustancias presentes en el recipiente en equilibrio será: n C(s) = 0,417 x = 0,219 mol; n CO2(g) = 0,500 x = 0,302 mol; n CO(g) = 2x = 0,396 mol y expresadas en gramos: m C = 2,628 g m CO2(g) = 13,288 g m CO(g) = 11,088 g Pág. 6 de 6 Problema 1

7 PROBLEMA 2 Los sulfitos, en bajas concentraciones, forman parte de la composición natural de los vinos. No obstante, dicho componente se añade con frecuencia desde hace siglos, en forma de dióxido de azufre, para potenciar su efecto conservante y/o antioxidante, que preserva el aroma y frescor al vino; ello permite garantizar la calidad del producto. Sin embargo, por indicación de la Directiva Comunitaria desde 2003, en la etiqueta del vino debe figurar la leyenda contiene sulfitos, cuando el dióxido de azufre se encuentre en una concentración superior a 10 ppm (ppm significa partes por millón y equivale a mg por litro). Esta información es necesaria porque la presencia del aditivo puede ocasionar riesgos para la salud, principalmente por su capacidad alergénica, especialmente en personas que padecen asma. Así pues, determinar su concentración en los vinos comercializados constituye una tarea obligada en enología. Uno de los procedimientos para su análisis se basa en la reacción del sulfito con yodo que produce sulfato y yoduro. a) Para disponer de la disolución de yodo como reactivo, se parte de una mezcla de yodato de potasio y de yoduro de potasio que reaccionan entre sí, en medio ácido (HCl), para formar yodo molecular. Escriba y ajuste la reacción que tiene lugar. b) Para solubilizar el yodo insoluble se añade un exceso de yoduro de potasio a la disolución, con lo que se forma el ión triyoduro (I 2 + I I 3 ) que es fácilmente soluble. Teniendo en cuenta esta información, escriba la reacción (en forma iónica) entre el sulfito y el triyoduro (I 3 ) debidamente ajustada. c) Calcule las cantidades de yodato y de yoduro de potasio necesarios para obtener 500 ml de disolución de I 3 de concentración 0,005 M. d) Con el fin de determinar el contenido en sulfitos que posee un vino embotellado, se tomó una muestra de 10 ml del mismo y, después de su debida preparación, se necesitó un volumen de 2,25 ml de la disolución de I 3 anterior hasta el final de la reacción de valoración. En esta valoración se utiliza almidón como indicador. Otra muestra de vino que no contiene sulfitos, tras el mismo tratamiento, requirió 0,15 ml de la misma disolución de I 3 para producir idéntico cambio de color del indicador (ensayo en blanco). Calcule la cantidad de sulfito (en gramos) encontrado en la muestra analizada y exprese dicho resultado en ppm de dióxido de azufre. Datos: A r,: H = 1; O = 16; S = 32; I = 126,9; K = 39,1 Problema 2 Pág. 1 de 5

8 a) Para disponer de la disolución de yodo como reactivo, se parte de una mezcla de yodato de potasio y de yoduro de potasio que reaccionan entre sí, en medio ácido (HCl), para formar yodo molecular. Escriba y ajuste la reacción que tiene lugar. Las semireacciones y la reacción global ajustada, son: reducción: IO H e ½ I H 2 O oxidación: [ I ½ I e ] x5 global iónica: IO H I 3 I H 2 O global: KIO HCl + 5 KI 3 I KCl + 3 H 2 O Pág. 2 de 5 Problema 2

9 b) Para solubilizar el yodo insoluble se añade un exceso de yoduro de potasio a la disolución, con lo que se forma el ión triyoduro (I 2 + I I 3 ) que es fácilmente soluble. Teniendo en cuenta esta información, escriba la reacción (en forma iónica) entre el sulfito y el triyoduro (I 3 ) debidamente ajustada. La reacción global en forma iónica es: reducción: I e 3 I oxidación: SO H 2 O SO H e global iónica: SO I 3 + H 2 O SO I + 2 H + Problema 2 Pág. 3 de 5

10 c) Calcule las cantidades de yodato y de yoduro de potasio necesarios para obtener 500 ml de disolución de I 3 de concentración 0,005 M. Para calcular las cantidades que nos piden hemos de encontrar la reacción final entre el yodato de potasio y el yoduro de potasio para dar yodo, y el yodo y el yoduro de potasio para dar ión triyoduro: KIO HCl + 5 KI 3 I KCl + 3 H 2 O 3 I KI 3 I K + KIO KI + 6 HCl 3 I KCl + 3 K H 2 O Los moles de triyoduro son: n (I3 - ) = V! M = 0,5! 0,005 = 2,5 "10-3 mol, y según la relación estequiométrica: n (KIO3 ) = 1 3 n (I 3 - ) = 1 3! 2,5 "10-3 mol = 0,833 "10-3 mol n (KI) = 8 3 n (I 3 - ) = 8 3! 2,5 "10-3 mol = 6,67 "10-3 mol m (KIO3 ) = n (KIO 3 )! M r(kio 3 ) = 0,1783 g m (KI) = n (KI)! M r(ki) = 1,1067 g Pág. 4 de 5 Problema 2

11 d) Con el fin de determinar el contenido en sulfitos que posee un vino embotellado, se tomó una muestra de 10 ml del mismo y después de la debida preparación de la muestra, se necesitó un volumen de 2,25 ml de la disolución de I 3 anterior hasta el final de la reacción de valoración cuando se utiliza almidón como indicador. Otra muestra de vino que no contiene sulfitos, tras el mismo tratamiento, requirió 0,15 ml de la misma disolución de I 3 para producir idéntico cambio de color del indicador (ensayo en blanco). Calcule la cantidad de sulfito (en gramos) encontrado en la muestra analizada y exprese dicho resultado en ppm de dióxido de azufre. (M r (SO 3 2- ) = 80; M r (SO 2 ) = 64) Primero calcularemos la masa de ión sulfito en la muestra de vino (restándole a la valoración la prueba en blanco), y después pasaremos este dato a concentración de dióxido de azufre expresado en ppm: m = (2,25! 0,15)mL " 0,005mmol I! 2! 3 1 mmol SO 3 2! (SO3 ) ml! 1 mmol I 3 " 80 10!3 g 1 mmol SO 3 2! = = 0,84.10!3 g SO 3 2! 10mL vino 2! m = gso 3 (SO2 ) 0,84.10!3 10mL vino " 1 2! molso 3 " 64 gso 2 " 1 molso ! gso 3 molso 2 molso = 2! 0,672.10!3 gso 2 3 como 1 ppm = 1 mg/l, entonces: [SO 2 ] = 67,2 ppm 10mL vino Problema 2 Pág. 5 de 5

12 PROBLEMA 3 Una pila galvánica consta de dos electrodos: el primero está formado por una lámina de platino sumergida en una disolución 1M de dicromato potásico, 1 M de cloruro de cromo(iii) y de ph = 0; y el segundo electrodo es una lámina de cobalto sumergida en una disolución 1 M de nitrato de cobalto(ii). Entre las dos disoluciones se coloca un puente salino. a) Dibuje el esquema completo de la pila que funciona en condiciones estándar. b) Escriba las dos semireacciones y la reacción global de dicha pila. c) Calcule la variación de la energía libre de Gibbs estándar, Gº de la reacción global. En otro experimento, se sumerge la lámina de platino en una disolución 0,05 M de dicromato potásico, 0,1 M de cloruro de cromo(iii) y de ph = 3; y la lámina de cobalto en una disolución 0,001 M de nitrato de cobalto(ii). d) Calcule la fuerza electromotriz de la pila (f.e.m.) a 25 C. e) Calcule la variación de la energía libre de Gibbs, G, en estas nuevas condiciones. f) Si la disolución de Co 2+ (aq) se sustituye por otra de concentración desconocida, la fuerza electromotriz de la pila vale 1,41 V. Qué concentración de Co 2+ (aq) habrá en esta nueva disolución? Datos: E (Cr 2 O 2-7 /Cr 3+ )= 1,33 V; E (Co 2+ /Co)= - 0,28 V F = C mol -1-1 R = 8,314 J K -1 mol Problema 3 pág. 1 de 5

13 Una pila galvánica consta de dos electrodos: el primero está formado por una lámina de platino sumergida en una disolución 1M de dicromato potásico, 1 M de cloruro de cromo(iii) y de ph = 0; y el segundo electrodo es una lámina de cobalto sumergida en una disolución 1 M de nitrato de cobalto(ii). Entre las dos disoluciones se coloca un puente salino. a) Dibuje el esquema completo de la pila que funciona en condiciones estándar. en condiciones estándar la pila funcionará si E 0 >0, es decir si E 0 cátodo> E 0 ánodo, por tanto en el cátodo estará el par Cr 2 O 2-7 /Cr 3+ y en el ánodo el par Co 2+ /Co. El esquema de la pila será: Pág. 2 de 5 Problema 3

14 b) Escriba las dos semireacciones y la reacción global de dicha pila. las semireacciones y la reacción global ajustada, son: 2- reducción: Cr 2 O H e - 2 Cr H 2 O oxidación: [ Co(s) Co e - ]x3 global: Cr 2 O 2-7 (aq) + 14 H + (aq) + 3 Co(s) 2 Cr 3+ (aq) + 3 Co 2+ (aq) + 7 H 2 O(l) c) Calcule la variación de la energía libre de Gibbs estándar, Gº de la reacción global. en condiciones estándar:!g 0 = "nf!e 0 por tanto, en primer lugar hay que calcular E 0 : E 0 = E 0 cátodo E 0 ánodo=1,33 ( 0,28)=1,61 V!G 0 = "nf!e 0 = "6 # # 1,61= " J = "932,0 kj Problema 3 pág. 3 de 5

15 En otro experimento, se sumerge la lámina de platino en una disolución 0,05 M de dicromato potásico, 0,1 M de cloruro de cromo(iii) y de ph = 3; y la lámina de cobalto en una disolución 0,001 M de nitrato de cobalto(ii). d) Calcule la fuerza electromotriz de la pila (f.e.m.) a 25 C. condiciones no estándar: [K 2 Cr 2 O 7 ]=[Cr 2 O 7 2- ]=0,05 M; [CrCl 3 ]=[Cr 3+ ]=0,1 M; ph=3 [H + ]=10-3 M; [Co(NO 3 ) 2 ]=[Co 2+ ]=0,001 M. Hay que aplicar la ecuación de Nernst, a 25 ºC:!E =!E 0 " 0,0592 n!e = 1,61" 0, logq =!E 0 " 0,0592 log [Cr3+ ] 2 [Co 2+ ] 3 6 [Cr 2 O 2" 7 ][H + ] = 14 log [0,1]2 [0,001] 3 = 1,29 V 14 [0,05][0,001] Pág. 4 de 5 Problema 3

16 e) Calcule la variación de la energía libre de Gibbs, G, en estas nuevas condiciones. en condiciones no estándar!g = "nf!e!g = "nf!e = "6 # # 1,29 = " J = "746,8 kj f) Si la disolución de Co 2+ (aq) se sustituye por otra de concentración desconocida, la fuerza electromotriz de la pila vale 1,41 V. Qué concentración de Co 2+ (aq) habrá en esta nueva disolución. la fem de la pila aumenta a 1,41 V porque cambia la concentración de ión Co 2+, que será:!e =!E 0 " 0,0592 log [Cr3+ ] 2 [Co 2+ ] 3 6 ; [Cr 2 O 2" 7 ][H + ] 14 1,41= 1,61! 0, [0,1] 2 [x] 3 log [Co 2+ ]=9, M [0,05][0,001] 14 Problema 3 pág. 5 de 5

17 PROBLEMA 4 La solubilidad del hidróxido de calcio en agua cambia mucho con la temperatura, teniendo un valor de 1,85 g L -1 a 0 ºC y de 0,77 g L -1 a 100 ºC. a) La reacción de disolución del Ca(OH) 2, es exotérmica o endotérmica? Justifique su respuesta. b) Calcule el valor de K ps a ambas temperaturas. c) Calcule el r Hº. d) Calcule el ph de la disolución saturada de este hidróxido a 25 ºC. e) Si se mezclan 40,0 ml de NH 3 1,5 M con 10,0 ml de CaCl 2 0,1 M a 25 ºC Precipitará Ca(OH) 2? Datos: A r : Ca = 40; O = 16; H = 1-1 R = 8,314 J K -1 mol K b (NH 3 ) = 1, Problema 4 pág. 1 de 6

18 La solubilidad del hidróxido de calcio en agua cambia mucho con la temperatura, teniendo un valor de 1,85 g L -1 a 0 ºC y de 0,77 g L -1 a 100 ºC. a) La reacción de disolución del Ca(OH) 2 es exotérmica o endotérmica? Justifique su respuesta. Ca(OH) 2, compuesto poco soluble de M r = 74. A la temperatura T 1 = 273 K, su solubilidad es: s 1 = 1,85 g/l = 0,025 M, mientras que a la temperatura T 2 = 373 K, su solubilidad es: s 2 = 0,77 g/l = 0,0104 M. Una disminución de la solubilidad al aumentar la temperatura denota un proceso que se desfavorece al calentar, es decir un proceso en el que el calor de reacción aparece en los productos. Por tanto, se trata de un proceso exotérmico. pág. 2 de 6 Problema 4

19 b) Calcule el valor de K ps a ambas temperaturas. Planteamos el equilibrio de solubilidad: Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2 OH - (aq) c 0 a c eq a! s s 2s La relación entre K ps y la solubilidad, s, para este equilibrio es: K ps = [Ca 2+ ][OH! ] 2 = s(2s) 2 = 4s 3 por tanto: K ps1 (273) = 4(0,025) 3 = 6,25 10!5 y K ps2 (373) = 4(0,0104) 3 = 4,49 10!6 Problema 4 pág. 3 de 6

20 c) Calcule el r Hº. La entalpía de la reacción se obtiene a partir de la ecuación de Van t Hoff:! ln K $ ps2 # & = ' r H0! 1 ( 1 $ " K ps1 % R # " T 2 T & 1 % " 4,49.10!6 % ln$ # 6,25.10!5 ' = ( r H0 " 1 & 8, ! 1 % # $ 273 & '! r H 0 = " 22293,7 J mol "1 = " 22,3 kj mol "1 < 0, es exotérmica como se dijo en (a). pág. 4 de 6 Problema 4

21 d) Calcule el ph de la disolución saturada de este hidróxido a 25 ºC. Para calcular el ph a 25 ºC (nueva temperatura), necesitamos calcular primero el K ps3 a dicha temperatura (T 3 = 298 K), mediante la ecuación de Van t Hoff de nuevo: " K ps3 % ln$ # 6,25.10!5 ' =!22293,7 " 1 & 8, ! 1 % # $ 273 & ' K ps3 (298) = 2,74 10!5 y la solubilidad a esta temperatura: luego: K ps3 (298) = 4(s) 3 = 2,74.10!5 s 3 (298) = K 3 ps3 = 0,019 M 4 [OH ] = 2s = 0,038 M poh = log [OH ]=1,42 ph = 12,58 Problema 4 pág. 5 de 6

22 e) Si se mezclan 40,0 ml de NH 3 1,5 M con 10,0 ml de CaCl 2 0,1 M a 25 ºC Precipitará Ca(OH) 2? Datos iniciales: a 25 ºC, K ps3 (298) = 2,74 10!5 En primer lugar, calculamos las concentraciones de ambas sustancias después de mezclar sus disoluciones: [NH 3 ] m = 40! 1,5 50 = 1,2 M y [CaCl 2 ] m = 10! 0,1 = 0,02 M 50 Para saber si precipita el Ca(OH) 2, tenemos que calcular las concentraciones disponibles de los respectivos iones, Ca 2+ y OH. El ión Ca 2+ procede de la disociación total del CaCl 2, por tanto su concentración es: [Ca 2+ ] m = 0,02 M. En cambio, el ión OH deberá calcularse del equilibrio ácido-base del NH 3, es decir: NH 3 (aq) + H 2 O K b #!!!"! NH + 4 (aq) + OH - (aq) c 0 1,2 c eq 1,2! x x x K b = [NH + ][OH ] 4 = x! x [NH 3 ] 1,2 " x = 1,81!10"5, resolviendo la ecuación se obtiene: x=[oh ]= 4, M. Ahora podemos hacer el cociente de reacción Q, correspondiente al equilibrio de solubilidad, y compararlo con el K ps (298): Q m = [Ca 2+ ][OH! ] 2 = 0,02 " (4,65 #10!3 ) 2 = 4,33 #10!7 como Q m < K ps, podemos concluir que NO se obtiene precipitado de Ca(OH) 2. pág. 6 de 6 Problema 4

23 Examen de cuestiones Instrucciones para el Examen de Cuestiones - La duración de la prueba será de 3 horas. - Conteste a las preguntas en la hoja de respuestas suministrada. - Sólo hay una respuesta correcta para cada cuestión. - Cada respuesta correcta se valorará con 1 punto, en blanco 0, y cada incorrecta con No se permite la utilización de libros de texto o Tabla Periódica. - El examen de cuestiones pondera el 40% de la calificación final. 1. Cuáles de los siguientes datos se necesitan para calcular la molaridad de una disolución salina? I. La masa de sal disuelta II. La masa molar de la sal disuelta III. El volumen de agua añadido IV. El volumen de la disolución a) I, III b) I, II, III c) II, III d) I, II, IV e) Se necesitan todos los datos 2. Una disolución de peróxido de hidrógeno comercial tiene una riqueza del 30,0% en masa de H 2 O 2 y una densidad de 1,11 g cm 3. La molaridad de la disolución es: Datos. Masas atómicas: H = 1; O = 16 a) 7,94 M b) 8,82 M c) 9,79 M d) 0,980 M e) 11,25 M 3. La molalidad de una disolución de etanol en agua que se prepara mezclando 50,0 ml de etanol (densidad del etanol = 0,789 g cm 3 ) con 100,0 ml de H 2 O a 20 C es: Datos. Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16 a) 0,086 m b) 0,094 m c) 1,24 m d) 8,58 m e) 9,81 m 4. Cuando se añade un soluto no volátil a un disolvente volátil, la presión de vapor, la temperatura de ebullición, la temperatura de congelación, y la presión osmótica a través de una membrana semipermeable. a) Disminuye, aumenta, disminuye, disminuye b) Aumenta, aumenta, disminuye, aumenta c) Aumenta, disminuye, aumenta, disminuye d) Disminuye, disminuye, aumenta, disminuye e) Disminuye, aumenta, disminuye, aumenta Pág. 1 de 10

24 Examen de cuestiones XXIV Olimpiada Nacional de Química 5. Un depósito de 5 L que contiene un gas a una presión de 9 atm se encuentra conectado por una válvula con otro depósito de 10 L que contiene un gas a una presión de 6 atm. Calcule la presión cuando se abre la llave que conecta ambos depósitos (el proceso se realiza a temperatura constante): a) 3 atm b) 4 atm c) 7 atm d) 15 atm e) Ninguna de las anteriores 6. Cuatro matraces de 1,0 L contienen los gases He, Cl 2, CH 4, y NH 3, a 0 C y 1 atm. En cuál de los gases las moléculas tienen menor energía cinética? Datos. R = 0,082 atm L mol 1 K 1 ; masas molares (g mol 1 ): He = 4; Cl 2 = 71; CH 4 = 16; NH 3 = 17 a) He b) Cl 2 c) CH 4 d) NH 3 e) Todos tienen la misma 7. Un compuesto contiene un 85,7% en masa de carbono y un 14,3% en masa de hidrógeno. 0,72 g del mismo compuesto en estado gaseoso a 110 C y 0,967 atm ocupan un volumen de 0,559 L. Cuál es su fórmula molecular? a) CH 2 b) C 2 H 4 c) C 3 H 6 d) C 4 H 8 e) C 6 H Una muestra de 3,00 g de KClO 3 se descompone al calentarse según la reacción: 2 KClO 3 (s) 2 KCl (s) + 3 O 2 (g) y el oxígeno se recoge a 24,0 C y 0,982 atm. Qué volumen de oxígeno se obtiene suponiendo un rendimiento del 100%? Datos. R = 0,082 atm L mol 1 K 1 ; masa molar KClO 3 = 122,6 g mol 1 a) 304 ml b) 608 ml c) 911 ml d) 1820 ml e) 2240 ml 9. Una mezcla gaseosa formada por 1,5 mol de Ar y 3,5 mol de CO 2 ejerce una presión de 7,0 atm. Cuál es la presión parcial del CO 2? a) 1,8 atm b) 2,1 atm c) 3,5 atm d) 4,9 atm e) 2,4 atm Pág. 2 de 10

25 Examen de cuestiones 10. La configuración electrónica del ion Cr 3+ es: Dato. Z(Cr) = 24 a) [Ar] 4s 2 3d 1 b) [Ar] 4s 1 3d 2 c) [Ar] 3d 3 d) [Ar] 4s 2 3d 4 e) [Ar] 4s 1 3d El elemento estable al que más fácilmente se le pueden arrancar fotoelectrones es el cesio, que tiene una longitud de onda umbral de 580 nm. Cuando se ilumina una placa de cesio con una luz roja de 660 nm: a) Se consigue que se emitan fotoelectrones b) No se produce efecto fotoeléctrico c) No es cierto que el cesio sea el elemento que más fácilmente emite fotoelectrones d) No es cierto que una luz roja pueda tener una longitud de onda de 660 nm e) El electrón emite energía cinética 12. Cuál de las siguientes propuestas corresponde al orden creciente correcto de radio atómico y energía de ionización, respectivamente? a) S, O, F, y F, O, S b) F, S, O, y O, S, F c) S, F, O, y S, F, O d) F, O, S, y S, O, F e) O, F, S y O, F, S 13. Cuál es el orden correcto de puntos de ebullición para KNO 3, CH 3 OH, C 2 H 6, Ne? a) Ne < CH 3 OH< C 2 H 6 < KNO 3 b) KNO 3 < CH 3 OH< C 2 H 6 < Ne c) Ne < C 2 H 6 < KNO 3 < CH 3 OH d) Ne < C 2 H 6 < CH 3 OH< KNO 3 e) C 2 H 6 < Ne < CH 3 OH< KNO En cuáles de las siguientes sustancias las fuerzas de dispersión (fuerzas de London) son el factor determinante de su temperatura de ebullición? I. Cl 2 II. HF III. Ne IV. KNO 2 V. CCl 4 a) I, III, V b) I, II, III c) II, IV d) II, V e) III, IV, V Pág. 3 de 10

26 Examen de cuestiones XXIV Olimpiada Nacional de Química 15. Se tiene un metal desconocido del que se conocen las siguientes características: Densidad = 10,5 g cm 3 Sistema cristalino = cúbico centrado en las caras Longitud de la arista de la celda unidad = 409 pm De qué metal se trata? Datos. N A = 6, mol 1 a) Ag (A r = 108) b) Rh (A r = 103) c) Pt (A r = 195) d) Ir (A r = 192) e) Au (A r = 197) 16. Cuál de las siguientes series de sustancias químicas están ordenadas por valor creciente de su energía reticular? a) KBr < CaCl 2 < CaO < CsBr b) KBr < CaO < CaCl 2 < CsBr c) CsBr < CaCl 2 < CaO < KBr d) CsBr < KBr < CaCl 2 < CaO e) CaO < CaCl 2 < KBr < CsBr 17. Cuántas estructuras resonantes presenta la mejor estructura de Lewis de la molécula de O 3? Cuál es el orden de enlace? a) 1 y 1 b) 1 y 1,5 c) 2 y 1 d) 2 y 1,5 e) 2 y Cuál de las siguientes series de moléculas está ordenada de la más a la menos polar? a) CH 4 > CCl 2 F 2 > CH 2 F 2 > CCl 4 > CH 2 Cl 2 b) CCl 2 F 2 > CH 2 F 2 > CCl 4 > CH 2 Cl 2 c) CCl 2 F 2 > CH 2 F 2 > CH 2 Cl 2 > CH 4 = CCl 4 d) CH 2 F 2 > CH 2 Cl 2 > CCl 2 F 2 > CH 4 = CCl 4 e) CH 4 > CH 2 F 2 > CCl 2 F 2 > CCl 4 > CH 2 Cl Cuántos pares de electrones rodean al xenón y cuál es la geometría molecular de la molécula XeF 4? a) 4, plana b) 4, piramidal c) 6, plana d) 6, piramidal e) 6, octaédrica Pág. 4 de 10

27 Examen de cuestiones 20. Cuáles son los valores aproximados de los ángulos de enlace a y b, en el ión acetato que se muestra a continuación? a b a) ~90 ~90 b) ~109 ~109 c) ~109 ~120 d) ~120 ~109 e) ~90 ~ Un gas ideal absorbe una cantidad de calor de 1000 calorías, y simultáneamente se expande realizando un trabajo de 3 kj. Cuál es la variación de su energía interna? Dato. 1 cal = 4,18 J a) J b) 2000 J c) J d) J e) Ninguna de las anteriores 22. La entalpía estándar de formación de la urea, CO(NH 2 ) 2 (s), es 332,2 kj mol -1. A qué reacción química hace referencia este dato? a) CO(g) + N 2 (g) + 2 H 2 (g) CO(NH 2 ) 2 (s) b) C(s) + O(g) + 2 N(g)+ 4 H(g) CO(NH 2 ) 2 (s) c) C(s) + O(g) + N 2 (g) + 2 H 2 (g) CO(NH 2 ) 2 (s) d) C(s) + ½ O 2 (g) + N 2 (g) + 2 H 2 (g) CO(NH 2 ) 2 (s) e) Ninguna de las anteriores 23. Para la reacción exotérmica 2 NO(g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) que tiene lugar a presión y temperaturas constantes, qué expresión de las siguientes es correcta? a) r H > 0 b) r H < r U c) r H = r U d) r H > r U e) Ninguna de las anteriores 24. Cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera? a) Un proceso endotérmico y espontáneo tiene Δ r G < 0 y Δ r S < 0 b) En el proceso: A(l) A(g), la entropía disminuye c) En cualquier sistema, los procesos son espontáneos cuando Δ r G > 0 d) Un proceso endotérmico y no espontáneo puede llegar a ser espontáneo aumentando la temperatura e) Ninguna de las anteriores Pág. 5 de 10

28 Examen de cuestiones XXIV Olimpiada Nacional de Química 25. Cuál de las siguientes reacciones es espontánea siempre a cualquier temperatura? a) 2 NH 4 NO 3 (s) 2 N 2 (g) + 4 H 2 O(g) + O 2 (g) r Hº = 225,5 kj mol -1 b) 4 Fe(s) + 3 O 2 (g) 2 Fe 2 O 3 (s) r Hº = 1648,4 kj mol -1 c) N 2 (g) + 3 Cl 2 (g) 2 NCl 3 (l) r Hº = + 230,0 kj mol -1 d) 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O(l) r Hº = 571,6 kj mol -1 e) Ninguna de las anteriores 26. Calcule el valor de K c para la reacción 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O(g) a partir de los siguientes datos a 1200 K: i) C(grafito) + CO 2 (g) 2 CO(g) K c1 = 0,64 ii) CO 2 (g) + H 2 (g) CO(g) + H 2 O(g) K c2 = 1,4 iii) C(grafito) + ½ O 2 (g) CO(g) K c3 = 10 8 a) 2, b) 4, c) 6, d) 5, e) 3, Se dispone de un recipiente que contiene C(s), H 2 O (g), H 2 (g) y CO(g) en equilibrio según: C(s) + H 2 O(g) CO(g) + H 2 (g) Δ r Hº = 131,3 kj mol -1 Cuál o cuáles de las siguientes proposiciones es/son correcta(s)? I. Disminuirá la concentración de CO al aumentar la temperatura II. Aumentará la concentración de CO al introducir C(s) en el recipiente a temperatura constante III. Aumentará el valor de la constante de equilibrio al aumentar la temperatura IV. Disminuirá el valor de la constante de equilibrio al aumentar la presión V. Disminuirá la cantidad de C(s) si aumenta la temperatura a) I y II b) III y V c) I y V d) I y III e) I y IV 28. En un recipiente de 5 litros a 690 K, se mezclan 0,5 mol de CO 2, 0,5 mol de H 2 y 0,3 mol de CO, y se establece el siguiente equilibrio a dicha temperatura, según la reacción: CO 2 (g) + H 2 (g) CO(g) + H 2 O(g) La mezcla de equilibrio contiene 0,114 mol de H 2 O(g). Calcule la concentración de equilibrio de CO 2 (g) en mol L -1 : a) 2,00 b) 0,023 c) 0,90 d) 0,077 e) Se necesita la constante de equilibrio para el cálculo Pág. 6 de 10

29 Examen de cuestiones 29. El BaSO 4 es un compuesto que se utiliza en la investigación radiográfica del tracto gastrointestinal porque es opaco a la radiación y muy poco soluble. Se tiene una disolución saturada de BaSO 4 en equilibrio con la sal sólida: BaSO 4 (s) Ba 2+ (aq) + SO 4 2- (aq), que es un proceso endotérmico. Se desea reducir la concentración de Ba 2+ (aq), qué método se puede utilizar?: a) Aumentar la temperatura b) Añadir más BaSO 4 sólido c) Reducir la cantidad de disolución saturada que está en presencia del sólido d) Añadir una disolución de Na 2 SO 4 e) Ninguno de los anteriores 30. Cuando se añade un catalizador al equilibrio: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) Δ r Hº = 98,9 kj mol -1 a) Se rebaja la energía de activación de la reacción directa pero no la de la inversa b) Disminuye la energía libre del proceso y lo hace más espontáneo y, por tanto, más rápido c) Se consigue que la reacción sea más exotérmica d) Se consigue que la reacción sea más endotérmica e) Disminuye por igual la energía de activación tanto de la reacción directa como de la inversa 31. La fosfina se utiliza para matar insectos y roedores. La degradación de la fosfina es muy rápida y se puede representar por la reacción: 4 PH 3 (g) P 4 (g) + 6 H 2 (g) que obedece a una ley de primer orden v = 1, [PH 3 ]. Cuál es el tiempo necesario para que se descomponga el 50 % de la fosfina? a) 15 s b) 150 s c) 198 s d) 35 s e) 350 s 32. La reacción: aa + bb C es endotérmica y su ecuación de velocidad viene dada por la expresión v = k[a][b] 2. Por tanto, se puede afirmar que: a) a = 1 y b = 2 b) La reacción es de orden 2 c) La velocidad de reacción se hace cuatro veces mayor al duplicar la concentración de B, manteniendo constante la de A d) La constante de velocidad (k) es independiente de las concentraciones de los reactivos y de la temperatura -1 e) Las unidades de la constante de velocidad para esta reacción son mol L -1 s Pág. 7 de 10

30 Examen de cuestiones XXIV Olimpiada Nacional de Química 33. Señale la proposición correcta: a) La suma de los exponentes a los que se elevan todas las concentraciones de las sustancias que participan en la ecuación de velocidad de una reacción química se denomina mecanismo de la reacción b) La energía de activación es independiente de la temperatura c) El orden de reacción no puede ser cero d) Un catalizador modifica el estado de equilibrio de una reacción aumentando el rendimiento de los productos e) Conociendo la constante de velocidad de una reacción a dos temperaturas, se puede calcular la entalpía de dicha reacción 34. Al valorar ácido fluorhídrico 0,1 M (K a = 6, ) con NaOH 0,1 M, el ph en el punto de equivalencia de la mezcla es: a) 12,10 b) 3,20 c) 7,94 d) 5,93 e) Depende del indicador utilizado 35. Se preparan diferentes disoluciones de acetato amónico de concentraciones: 1M; 0,01M y 0,001M; el ph de las distintas disoluciones será: Datos. Ácido acético, pk a = 4,75; amoníaco, pk a = 9,25 a) 4,75; 5,75; 6,75 respectivamente b) 9,25; 8,25; 7,25 respectivamente c) 7,00; 7,50; 8,00 respectivamente d) 8,00; 8,50; 9,00 respectivamente e) 7,00 para cualquier disolución 36. Al mezclar 20 ml de acetato sódico 0,2M (pk a = 4,75) con 10 ml de HCl 0,2M, el ph de la disolución resultante es: a) 5,55 b) 8,35 c) 4,75 d) 7,73 e) 2, Dados los siguientes compuestos (entre paréntesis se indican sus pk ps ): ZnS (23,80), AgCl (9,80) y Ag 2 CrO 4 (11,95). Ordénelos por su solubilidad molar creciente en agua: a) Ag 2 CrO 4, ZnS, AgCl b) ZnS, Ag 2 CrO 4, AgCl c) ZnS, AgCl, Ag 2 CrO 4 d) AgCl, Ag 2 CrO 4, ZnS e) Ag 2 CrO 4, AgCl, ZnS Pág. 8 de 10

31 Examen de cuestiones 38. Cuáles de las siguientes reacciones son de oxidación-reducción? I. PCl 3 + Cl 2 PCl 5 II. Cu + 2 AgNO 3 Cu(NO 3 ) Ag III. CO LiOH Li 2 CO 3 + H 2 O IV. FeCl NaOH Fe(OH) NaCl a) III b) IV c) I y II d) I, II y III e) Todas 39. Se hace pasar la misma cantidad de electricidad a través de dos células electrolíticas en serie. Una contiene NaCl y la otra AlCl 3 fundidos. Suponiendo que la única reacción es la reducción del ión a metal, de qué metal se recogerá mayor cantidad y en qué electrodo? Datos. Masas atómicas: Na = 23; Al = 27. a) Sodio en el ánodo b) Sodio en el cátodo c) Aluminio en el ánodo d) Aluminio en el cátodo e) No es posible que se haya depositado masa alguna 40. Dados los siguientes potenciales de reducción, E (Zn 2+ /Zn) = 0,76 V y E (Fe 3+ /Fe 2+ ) = + 0,77 V; se deduce que: I. La fuerza electromotriz de la célula Zn/ Zn 2+ //Fe 3+ /Fe 2+, Pt es + 0,01 V II. El Zn tiene mayor poder reductor que el Fe 2+ III. El Fe 3+ puede oxidar al Zn a) I, II y III son correctas b) I y II son correctas c) II y III son correctas d) Solo I es correcta e) Solo III es correcta 41. Un método para proteger metales de la corrosión es conectar el metal directamente a un ánodo de sacrificio. Cuál de los siguientes metales es el más apropiado para actuar como ánodo de sacrificio para el cadmio? [E (Cd 2+ /Cd) = 0,40 V]? a) Co [E (Co 2+ /Co) = 0,28 V] b) Al [E (Al 3+ /Al) = 1,66 V] c) Mg [E (Mg 2+ /Mg) = 2,37 V] d) Fe [E (Fe 2+ /Fe) = 0,44 V] e) Zn [E (Zn 2+ /Zn) = 0,76 V] 42. En el laboratorio nos encontramos una botella que contiene una sustancia líquida que únicamente presenta en su etiqueta una fórmula molecular: C 2 H 6 O. Indique qué proposición de las siguientes es verdadera: a) Podríamos asignar esa fórmula a dos compuestos distintos b) No es posible describir isómeros para esa fórmula molecular c) Serán tres las sustancias posibles d) El grado de insaturación es 1 e) Ninguna de las anteriores Pág. 9 de 10

32 Examen de cuestiones XXIV Olimpiada Nacional de Química 43. El benceno es una sustancia orgánica C 6 H 6 de la familia de los compuestos aromáticos. Indique qué proposición de las siguientes es verdadera: a) Es soluble en agua b) Tiene una estructura abierta y lineal c) Todos los enlaces son sencillos d) Todas las distancias de enlace C-C son iguales e) No es tóxico 44. El eteno es un producto muy versátil a partir del cual se puede preparar una gran variedad de sustancias. Indique cuál de las siguientes afirmaciones es falsa: a) El eteno se puede transformar en alcohol etílico b) La polimerización del eteno conduce al polietileno c) El eteno se puede hidrogenar para convertirse en etano d) Existe otro compuesto isómero del eteno e) El poliestireno también se puede preparar a partir de eteno 45. Con el término cis-buteno se designa a un hidrocarburo con una insaturación. Indique cuál de las siguientes afirmaciones es falsa: a) Este hidrocarburo tiene un isómero geométrico b) Por combustión de un mol del mismo se obtienen cuatro moles de dióxido de carbono y cuatro moles de agua c) No decolora una disolución de bromo d) Tiene varios isómeros olefínicos e) Existe otro compuesto, con la misma fórmula molecular, que no reacciona con hidrógeno ni puede polimerizarse Pág. 10 de 10

33 Valencia, 29 abril - 1 mayo 2011 Hoja de respuestas del Examen de Cuestiones Marque con una cruz (x) la casilla correspondiente a la respuesta correcta Nº a b c d e a b c d e a b c d e a b c d e Nº a b c d e a b c d e a b c d e a b c d e a b c d e