PAAU (LOXSE) SETEMBRO 2004 QUÍMICA

Transcripción

1 PAAU (LOXSE) SETEMBRO 24 Código: 31 QUÍMICA CALIFICACIÓN: CUESTIÓN 1=2,5 P.; CUESTIÓN 2=2,5 P.; CUESTIÓN 3=3 P. Y CUESTIÓN 4=2 P. OPCIÓN De cada una de las siguientes parejas de elementos: Li y B; Na y Cs; Si y Cl; C y O; Sr y Se; indique razonadamente qué elemento (dentro de cada pareja) tendrá: (a) Mayor radio atómico. (b) Mayor potencial de ionización. (c) Mayor afinidad electrónica. (d) Mayor electronegatividad. (e) Mayor carácter metálico Nombrar: H 3 C C CHOH (a) (b) CO C CH 2 (d) CH 2 = CH CH 2 CH 2 - COOH (c) CHOH CH 2 OH 1.3. El ácido trioxonitrato(v) de hidrógeno (ácido nítrico) concentrado reacciona con el cobre para formar bistrioxonitrato(v) de cobre (nitrato de cobre(ii)), dióxido de nitrógeno y agua. (a) Escriba la reacción ajustada. (b) Cuántos ml, de HNO 3 del 95% de pureza y densidad 1,5 g/ml se necesitan para que reaccionen totalmente 3,4 gramos de cobre? (c) Qué volumen de NO 2 se formará, medido a 29 ºC de temperatura y 748 mmhg de presión? Dato: R =,82atm L moi -1 K Cómo prepararía en el laboratorio 5 ml de disolución de hidróxido de sodio,1 M a partir del producto puro (sólido en lentejas). Haga los cálculos y explique el material y el procedimiento. Cuántos gramos y cuántos moles de hidróxido de sodio existirán por litro de disolución preparada? OPCIÓN Una pila está formada por los electrodos: Al 3+ /Al (E = -1,67 V) y por Au 3+ /Au (E = +1,42 V). Indique: (a) Semirreacciones que tienen lugar en cada electrodo. (b) Reacción global. (c) Fuerza electromotriz de la pila. (d) Representación simbólica de la pila Escriba la expresión de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos: (a) Fe (s) + H 2 O (g) Fe 3 O 4 (s) + H 2 (g) (b) N 2 (g) + H 2 (g) NH 3 (g) (c) C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) (d) S (s) + H 2 (g) H 2 S (s) 2.3. El ácido etanoico (líquido) (ácido acético) se forma al reaccionar carbono (sólido), hidrógeno molecular (gas) y oxígeno molecular (gas). Los calores de combustión del ácido etanoico (l); hidrógeno (g) y carbono (s) son respectivamente -87,7; -285,8 y -393,13 kj/mol. (a) Escribir adecuadamente las ecuaciones químicas de los distintos procesos de combustión y la correspondiente a la formación del ácido etanoico. (b) Calcular el calor de formación, a presión constante, de dicho ácido etanoico. (c) Cuántas kilocalorías se desprenden en la formación de 1 kg de ácido etanoico? Dato: 1 J =,24cal Indique los métodos y el procedimiento para el reconocimiento de ácidos y bases en el laboratorio.

2 OPCIÓN 1 Soluciones De cada una de las siguientes parejas de elementos: Li y B; Na y Cs; Si y Cl; C y O; Sr y Se; indique razonadamente qué elemento (dentro de cada pareja) tendrá: a) Mayor radio atómico. b) Mayor potencial de ionización. c) Mayor afinidad electrónica. d) Mayor electronegatividad. e) Mayor carácter metálico. Rta.: a) y e) Li; Cs; Si; C; Sr. b), c) y d) B; Na; Cl; O; Se Nombrar: a) C H 3 C CHOH b) CO C CH 2 c) CHOH CH 2OH d) CH 2 = CH CH 2 CH 2 COOH Rta.: a) 3,3-dimetil-2-butanol; b) 3-metil-3-buten-2-ona; c) 1,2-propanodiol; d) ácido 4-pentenoico El ácido trioxonitrato(v) de hidrógeno (ácido nítrico) concentrado reacciona con el cobre para formar bistrioxonitrato(v) de cobre (nitrato de cobre(ii)), dióxido de nitrógeno y agua. a) Escriba la reacción ajustada. b) Cuántos ml de HNO 3 del 95% de pureza y densidad 1,5 g/ml se necesitan para que reaccionen totalmente 3,4 gramos de cobre? c) Qué volumen de NO 2 se formará, medido a 29 C de temperatura y 748 mm Hg de presión? -1 Dato: R =,82atm L moi-1 K Rta.: a) 4 HNO 3 + Cu Cu(NO 3 ) NO H 2 O; b) V D = 9,5 ml D; c) V = 2,7 L NO 2 Datos Cifras significativas: 2 HNO 3 : riqueza r = 95% masa de cobre densidad ρ = 1,5 g/ml m = 3,4 g Cu gas: temperatura T = 29 C = 32 K presión P = 748 mm Hg =,984 atm constante de los gases ideales -1 R =,82atm L moi-1 K Incógnitas Volumen de disolución de HNO 3 necesario para reaccionar con el Cu V D

3 Incógnitas Volumen de NO 2 que se forma en las condiciones indicadas Otros símbolos cantidad de sustancia (número de moles) Ecuaciones de estado de los gases ideales V n P V = n R T a) Las semirreacciones iónicas son: Oxidación: Cu Cu e Reducción: NO H + + e NO 2 + H 2 O Multiplicando la segunda por 2 y sumando, nos dan la reacción iónica global. Cu + 2 NO H + Cu NO H 2 O Para convertirla en la reacción molecular le sumamos la siguiente reacción iónica: 2 NO 3 2 NO 3 4 HNO 3 + Cu Cu(NO 3 ) NO H 2 O b) 1, mol Cu V D =3,4 g Cu 64 g Cu 4mol HNO 3 1mol Cu 63g HNO 3 1 mol HNO 3 1g D HNO 3 95g HNO 3 1, ml D HNO 3 1,5g D HNO 3 =9,5ml D HNO 3 c) n NO 2 =3,4g Cu 1 mol Cu 64 g Cu 2mol NO 2 1mol Cu =,11 mol NO 2 V = n R T P =,11 mol NO 2,82atm L mol 1 K 1 32K =2,7L NO,984atm Cómo prepararía en el laboratorio 5 ml de disolución de hidróxido de sodio,1 M a partir del producto puro (sólido en lentejas). Haga los cálculos y explique el material y el procedimiento. Cuántos gramos y cuántos moles de hidróxido de sodio existirán por litro de disolución preparada? Rta.: 4 g NaOH/L D;,1 mol NaOH / L D Preparación de 1 L de disolución. Cálculos: Suponiendo 2 cifras significativas. En 1, L de disolución,5 M de NaOH hay que pesan: n (NaOH) =,5 [mol NaOH / dm 3 D] 1, [dm 3 D]=,5 mol NaOH m (NaOH) =,5 [mol NaOH] 4 [g NaOH / mol NaOH] = 2 g NaOH El producto comercial (sosa) en lentejas no es puro. Suele ser del 96%. Habría que pesar:

4 m (comercial) = 2 [g NaOH] 1 [g comercial] / 96 [g NaOH] = 21 g comercial. Como la concentración de la disolución es aproximada (el hidróxido de sodio en el aire se hidrata rápidamente y se carbonata en parte, por lo que su masa siempre será aproximada), se utiliza material de medida no demasiado preciso. Procedimiento: En un vaso de precipitados de 5 cm 3 se vierte más de la mitad de agua. En una balanza granataria se tara un vidrio de reloj y se pesan 21 g de hidróxido de sodio comercial del 96%, procurando que no entre en contacto con la piel (es cáustico) y usando una espátula para manejar la sustancia. Se vuelca el vidrio de reloj sobre el agua del vaso de precipitados y se enjuaga el vidrio con un frasco lavador. Se agita con una varilla de vidrio el contenido del vaso de precipitados hasta que se completa la disolución. Se vierte en una probeta de 1 L y se añade agua hasta completar el volumen, procurando que el menisco del líquido esté enrasado con la línea de 1 cm 3. Se pasa la disolución obtenida a una frasco de 1 L, se tapa y se voltea varias veces para homogeneizar. Se etiqueta el frasco con NaOH,5 M y la fecha. Se lava la probeta de 1 L. Dilución. Cálculos: 25 ml (=,25 L) de disolución (D),1 M de NaOH contendrían disueltos: que se obtendrían midiendo: n (NaOH) =,25 [L D],1 [mol NaOH / L D] =,25 mol NaOH V (D C ) =,25 [mol NaOH] /,5 [mol NaOH / dm 3 D C ] =,5 dm 3 de la disolución,5 M (D C ) Procedimiento: En una probeta de 1 cm 3 se miden 5 cm 3 de la disolución,5 M. Se vierten en la probeta de 1 L y se añade agua hasta que llegue a 25 cm 3. Se pasa la disolución obtenida a una frasco suficientemente grande, se tapa y se voltea varias veces para homogeneizar. Se etiqueta el frasco con NaOH,1 M y la fecha. Material: Probetas de 1 cm 3 (1) y de 1 cm 3 (1), una balanza granataria, vidrio de reloj (1), espátula (1), vaso de precipitados de 5 cm 3 (1), varilla de vidrio (1), frasco lavador (1), frascos de 1 L con tapa (2) y etiquetas. OPCIÓN Una pila está formada por los electrodos: Al 3+ / Al (E = 1,67 V) y por Au 3+ / Au (E = +1,42 V). Indique: a) Semirreacciones que tienen lugar en cada electrodo. b) Reacción global. c) Fuerza electromotriz de la pila. d) Representación simbólica de la pila. a) Las semirreacciones iónicas, ajustadas por el método del ion-electrón son: oxidación: Cu Cu e reducción: NO H e NO + 2 H 2 O b) El agente oxidante es el responsable de la oxidación( se reduce, gana los electrones que se pierden en la oxidación) y es el ion nitrato NO 3. El agente reductor es el cobre metálico Cu. c) Multiplicando la primera semirreacción por 3 y la segunda por 2 y sumando, se obtiene la reacción iónica ajustada: 3 Cu + 2 NO H + 3 Cu NO + 4 H 2 O

5 Para llegar al ecuación molecular ajustada, sumamos en ambos miembros los iones que faltan: 6 NO 3 6 NO 3 queda: 3 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) NO + 4 H 2 O Escriba la expresión de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos: a) Fe (s) + H 2O (g) Fe 3O 4 (s) + H 2 (g) b) N 2 (g) + H 2 (g) NH 3 (g) c) C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) d) S (s) + H 2 (g) H 2S (s) Rta. : K a = [ H 2] [ H 2 O] K b = [ NH 3] 2 [ H 2 ] 3 [ N 2 ] K c = [CO 2] [O 2 ] K d = 1 [ H 2 ] El ácido etanoico (líquido) (ácido acético) se forma al reaccionar carbono (sólido), hidrógeno molecular (gas) y oxígeno molecular (gas). Los calores de combustión del ácido etanoico (l); hidrógeno (g) y carbono (s) son respectivamente 87,7; 285,8 y 393,13 kj/mol. a) Escribir adecuadamente las ecuaciones químicas de los distintos procesos de combustión y la correspondiente a la formación del ácido etanoico. b) Calcular el calor de formación, a presión constante, de dicho ácido etanoico. c) Cuántas kilocalorías se desprenden en la formación de 1 kg de ácido etanoico? Dato: 1 J =,24cal. Rta.: b) ΔH f = -487,9 kj/mol; b) Q = 1, kcal Datos Cifras significativas: 4 COOH (l) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) ΔH c (C 2 H 4 O 2 ) = 87,7 kj/mol C (graf.) + O 2 (g) CO 2 (g) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) masa de ácido etanoico equivalencia de unidades Incógnitas ΔH c (C) = 393,13 kj/mol ΔH c (H 2 ) = 285,8 kj/mol m = 1, kg COOH 1 J =,24 cal 1 kj =,24 kcal entalpía de formación del ácido etanoico ΔH f (C 2 H 4 O 2 ) energía liberada en la combustión Otros símbolos cantidad de sustancia (número de moles) Ecuaciones ley de Hess Q n ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV a) Ecuaciones de combustión COOH (l) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) C (graf.) + O 2 (g) CO 2 (g) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) ΔH c (C 2 H 4 O 2 ) = 87,7 kj/mol ΔH c (C) = 393,13 kj/mol ΔH c (H 2 ) = 285,8 kj/mol

6 Ecuación de formación del ácido etanoico 2 C (graf.) + 2 H 2 (g) + O 2 (g) COOH (l) ΔH f b) Por la ley de Hess, ΔH c (C 2 H 4 O 2 ) = 2 ΔH c (C) + 2 ΔH c (H 2 ) (ΔH f (C 2 H 4 O 2 ) + ΔH f (O 2 ) ) 87,7 [kj] = (2 [mol C] (393,13 [kj/mol C] + 2 [mol H 2 ] ( 285,8 [kj/mol H 2 ])) (1 [mol C 2 H 4 O 2 ] ΔH f ) ΔH f (C 2 H 4 O 2 ) = 487,9 kj/mol c) Q=1,[ kg C 2 H 4 O 2 ] 13 [g] 1[kg] 1[ mol C 2 H 4 O 2 ] 6,5[ gc 2 H 4 O 2 ] 487,9[kJ ] 1[ mol C 2 H 4 O 2 ],24[ kcal] =1, kcal 1[kJ ] Indique los métodos y el procedimiento para el reconocimiento de ácidos y bases en el laboratorio. Material: gradilla con tubos de ensayo, varilla de vidrio, vaso de precipitados. 1. Mediante papel indicador de ph universal. Se disuelve la sustancia en agua y, con una varilla de vidrio se toma una gota y se toca un trozo de papel indicador de ph universal. Si el ph es inferior a 7 el ph será ácido. Si el ph es superior a 7 el ph será básico. 2. Con tintura de tornasol. Se disuelve la sustancia en agua y se pone una muestra de unos 5 ml en un tubo de ensayo. Se añaden dos gotas de tintura de tornasol. Si toma color rojo (ph<6) la sustancia es ácida y si es azul (ph>8) la sustancia es básica. Para preparar la disolución, se vierte la sustancia en un vaso de precipitados que contenga agua y se revuelve con una varilla de vidrio. Cuestiones y problemas de las Pruebas de Acceso a la Universidad (P.A.U.) en Galicia. Respuestas y composición de Alfonso J. Barbadillo Marán, alfbar@bigfoot.com, I.E.S. Elviña, La Coruña