Los enlaces C F son polares pero la geometría tetraédrica

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Benito Araya Duarte
hace 7 años
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1 1 PAU Química. Modelo 2010 PRIMERA PARTE Cuestión 1. Dadas las siguientes sustancias: CO 2, CF 4, H 2 CO y HF: a) Escriba las estructuras de Lewis de sus moléculas. b) Explique sus geometrías por la teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia o por la Teoría de Hibridación. c) Justifique cuáles de estas moléculas tienen momento dipolar distinto de cero. d) Justifique cuáles de estas sustancias presentan enlace de hidrógeno. Datos: Números atómicos (Z): H = 1; C = 6; O = 8; F = 9; S = 16 y Cl = 17 a) CO 2 CF 4 H 2 CO HF b) El C tiene hibridación sp, el O tiene hibridación sp 2. El doble enlace entre C y O está constituido por un enlace entre los orbitales híbridos y un enlace. La repulsión entre pares electrónicos de los enlaces C=O hace que la molécula sea lineal. El C tiene hibridación sp 3, establece cuatro enlaces, que se repelen entre sí y dan una molécula tetraédrica con ángulos de enlace de 109,5º. El C tiene hibridación sp 2, establece tres enlaces con los dos H y con el O y un segundo enlace (entre orbitales p) con el oxígeno, la molécula es triangular plana con ángulos de 120º aproximadamente. El O tiene hibridación sp 2, establece un enlace y otro con el C y mantiene dos pares electrónicos sin compartir. El H establece un enlace con el F. Molécula lineal. c) Los enlaces C=O son polares pero la geometría lineal de Los enlaces C F son polares pero la geometría tetraédrica El enlace C=O es polar, el oxígeno es más El F es más electronegativo que el hidrógeno.

2 2 la molécula hace que de la molécula hace electronegativo Molécula polar. se compensen los que se compensen que el carbono y momentos dipolares. los momentos los enlaces C H H F Molécula apolar. dipolares. Molécula son apolares luego apolar. la molécula es O C O F polar. F C H C O F F H d) El enlace de H se da en moléculas con enlaces H F, H O o H N, luego el HF es el único que presenta enlaces de hidrógeno. Cuestión 2. Considere la combustión de tres sustancias: carbón, hidrógeno molecular y etanol. a) Ajuste las correspondientes reacciones de combustión. b) Indique cuáles de los reactivos o productos de las mismas tienen entalpia de formación nula. c) Escriba las expresiones para calcular las entalpias de combustión a partir de las entalpias de formación. d) Escriba la expresión de la entalpia de formación del etanol en función únicamente de las entalpias de combustión de las reacciones del apartado a). a) C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) CH 3 CH 2 OH (l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) b) C, O 2, y H 2 por ser elementos tienen Hº f = 0 c) Hº comb (C) = Hº f (CO 2 ) Hº comb (H 2 ) = Hº f (H 2 O) Hº comb (CH 3 CH 2 OH) = 2 Hº f (CO 2 ) + 3 Hº f (H 2 O) Hº f (CH 3 CH 2 OH) d) En la última ecuación del apartado c) despejamos la entalpía de formación del etanol: Hº f (CH 3 CH 2 OH) = 2 Hº comb (CO 2 ) + 3 Hº comb (H 2 O) Hº comb (CH 3 CH 2 OH) Cuestión 3. Dadas las constantes de acidez de las especies químicas CH3COOH, HF, HSO 4 y NH 4 + a) Ordene las cuatro especies de mayor a menor acidez. b) Escriba sus correspondientes reacciones de disociación acida en disolución acuosa. c) Identifique sus bases conjugadas y ordénelas de mayor a menor basicidad. d) Escriba la reacción de transferencia protónica entre la especie química más acida y la base conjugada más básica. Datos: Ka (CH 3 COOH) = l,8 x l0 5 ; Ka (HF) = 7,2 x 10 4 ; Ka (HSO 4 ) = 1,2 x l0 2 ; Ka (NH 4 + ) = 5,5 x l0 10. a) HSO 4 > HF > CH 3 COOH > NH 4 +

3 3 b) CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - (ac) + H 3 O + (ac) HF + H 2 O F - (ac) + H 3 O + (ac) HSO 4 + H 2 O SO 4 2- (ac) + H 3 O + (ac) NH H 2 O NH 3 (ac) + H 3 O + (ac) c) NH 3 > CH 3 COO - > F - > SO 4 2- d) HSO 4 (ac) + NH 3 (ac) SO 4 2- (ac) + NH 4 + (ac) Cuestión 4. Dado el equilibrio C (s) + H 2 O (g) CO (g) + H 2 (g), justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) La expresión de la constante de equilibrio Kp es: Kp = p(co) p(h 2 ) / { p(c) p(h 2 O) } b) Al añadir más carbono, el equilibrio se desplaza hacia la derecha. c) En esta reacción, el agua actúa como oxidante. d) El equilibrio se desplaza hacia la izquierda cuando aumenta la presión total del sistema. a) Falsa, Kp = p(co) p(h 2 ) / p(h 2 O). Sólidos (como el C) y líquidos se excluyen de la constante de equilibrio porque son incompresibles. b) Falsa. La cantidad de C no afecta al equilibrio. c) Verdadera, el H del agua pasa de número de oxidación +1 a 0 (en el H 2 ), luego se reduce, por lo tanto el H 2 O es oxidante en esta reacción. d) Verdadera, por el Principio de Le Chatelier, ante un aumento de presión, el equilibrio se desplaza en el sentido en el que disminuye el número de moles de gas. Cuestión 5. Complete las siguientes reacciones, escribiendo las fórmulas semidesarrolladas de todos los compuestos orgánicos. Nombre todos los productos obtenidos e indique el tipo de reacción orgánica de que se trata en cada caso. a) 2 buteno + HBr b) 1 propanol + H 2 SO 4 + calor c) ácido butanoico + 1 propanol + H + d) n (H 2 N (CH 2 ) 5 COOH) a) CH 3 CH 2 CH=CH 2 + HBr CH 3 CH 2 CHBr CH 3, 2-bromobutano (mayoritario) + CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 Br, 1-bromobutano (minoritario). Reacción de adición. b) CH 3 -CH 2 -CH 2 OH + H 2 SO 4 + calor CH 3 -CH=CH 2, propeno. Reacción de eliminación. c) CH 3 CH 2 CH 2 COOH + CH 3 CH 2 CH 2 OH + H + CH 3 CH 2 CH 2 COO CH 2 CH 2 CH 3 + H 2 O butanoato de propilo. Reacción de condensación (esterificación) d) n (H 2 N (CH 2 ) 5 COOH) HN(CH 2 ) 5 COO HN(CH 2 ) 5 COO n ácido 6-aminohexanoico ácido poli 6-aminohexanoico. Reacción de condensación (polimerización).

4 4 SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Problema 1. En la reacción de combustión del metanol líquido se produce CO 2 (g) y H 2 O (1). Sabiendo que el metanol tiene una densidad de 0,79 g cm 3, calcule: a) La entalpia estándar de combustión del metanol líquido. b) La energía desprendida en la combustión de 1 L de metanol. c) El volumen de oxígeno necesario para la combustión de 1 L de metanol, medido a 37 C y 5 atm. Datos: R = 0,082 atm.l.mol 1 K 1. Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = 1. Entalpias estándar de formación en kj mol 1 : metanol (l) = 239; CO 2 (g) = 393; H 2 O (1) = 294. a) CH 3 OH (l) + 3/2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (1) Hº r = Hº f (CO 2 ) + 2 Hº f (H 2 O) Hº f (CH 3 OH) = ( 294) ( 239) = 742 kj mol 1 b) c) Los moles de O 2 necesarios para quemar 24,69 moles de metanol serían: n(o 2 ) = 3 24,69/2 = 37 Problema 2. Se disuelven 2,3 g de ácido metanoico en agua hasta un volumen de 250 cm 3. Calcule: a) El grado de disociación y el ph de la disolución. b) El volumen de hidróxido de potasio 0,5 M necesario para neutralizar 50 cm 3 de la disolución anterior. Datos: K a = 1, ; Masas atómicas: C = 12, O = 16, H = 1 Puntuación máxima por apartado: 1 punto. a) HCOOH + H 2 O HCOO + H 3 O + c 0 (1 ) c 0 c 0 M (HCOOH) = = 46; C 0 = (2,3/46)/0,25 = 0,2 M ph = log [H 3 O + ] = log (c 0 ) = log (0,2 0,03) = 2,22 c) V N = V N ; V 0,5 = 50 0,2; V = 20 ml.

5 5 OPCIÓN B Problema 1. Una mezcla de 2 moles de N 2 y 6 moles de H 2 se calienta hasta 700 C en un reactor de 100 L, estableciéndose el equilibrio N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g). En estas condiciones se forman 48,28 g de amoniaco en el reactor. Calcule: a) La cantidad en gramos de N 2 y de H 2 en el equilibrio. b) La constante de equilibrio Kc. c) La presión total en el reactor cuando se ha alcanzado el equilibrio. Datos: Masas atómicas: N = 14, H = 1; R = 0,082 atm.l.mol 1 K 1 Puntuación máxima por apartado: a) y b) 0,75 puntos; c) 0,5 puntos. a) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) Moles iniciales 2 6 En el equilibrio 2 x 6 3x 2x b) c) ( ) ( ) Problema 2. La electrólisis de una disolución acuosa de BiCl 3 en medio neutro origina Bi (s) y C1 2 (g). a) Escriba las semireacciones iónicas en el cátodo y en el ánodo y la reacción global del proceso, y calcule el potencial estándar correspondiente a la reacción global. b) Calcule la masa de bismuto metálico y el volumen de cloro gaseoso, medido a 25 C y 1 atm, obtenidos al cabo de dos horas, cuando se aplica una corriente de 1,5 A. Datos: Masas atómicas: Cl = 35,5; Bi = 209,0; F = C.mol 1 ; R = 0,082 atm.l.mol 1 K 1. E (Bi 3+ /Bi) = 0,29 V; E ( Cl 2 /Cl ) = 1,36 V Puntuación máxima por apartado: 1 punto. a) (ánodo) Reacción de oxidación: 2 Cl 2 e Cl 2 (cátodo) Reacción de reducción: Bi e Bi Reacción global: 2 BiCl 3 2 Bi + 3 Cl 2 Eº = Eº cátodo Eº ánodo = 0,29-1,36 = -1,07 V b)

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