d. FALSO. Es una reacción muy lenta debido a su elevada energía de ionización, consecuencia de la gran estabilidad de la molécula de N 2 ( N N)

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1 UNIVERSIDADES ÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID RUEBA DE ACCESO A ESTUDIOS UNIVERSITARIOS (LOGSE) Curso (Modelo) MATERIA: QUÍMICA RIMERA ARTE Cuestión 1.- Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) Los metales alcalinos no reaccionan con los halógenos. b) Los metales alcalinos reaccionan vigorosamente con el agua. c) Los halógenos reaccionan con la mayoría de los metales, formando sales iónicas. d) La obtención industrial de amoniaco a partir de hidrógeno y nitrógeno moleculares es un proceso rápido a temperatura ambiente, aunque no se utilicen catalizadores. untuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a. FALSO. Los metales alcalinos si reaccionan con los halógenos, por la elevada tendencia de los metales alcalinos a formar cationes y de los halógenos a formar aniones, resultando haluros de alquilo iónicos. M + X MX b. VERDADERO. Se trata de una reacción redox, donde el metal alcalino se oxida pasando catión y el hidrógeno del agua se reduce para dar hidrógeno molecular (H ), produciendo además hidróxido del metal. M(s) + H O MOH (aq) + H (g) c. VERDADERO. Los halógenos reaccionan fácilmente con los metales debido a la gran tendencia que tienen los haógenos a formar aniones y los metales a formar cationes, formando haluros iónicos. d. FALSO. Es una reacción muy lenta debido a su elevada energía de ionización, consecuencia de la gran estabilidad de la molécula de N ( N N). Se resuelve utilizando catalizadores y aumentando la presión. Cuestión.- El etanol y el dimetil éter son dos isómeros de función, cuyas entalpías de formación son H o f (etanol) 35 kj mol l y H o f (dimetil éter) 180 kj mol l. a) Escriba las reacciones de formación y de combustión de ambos compuestos. b) Justifique cuál de las dos entalpías de combustión de estos compuestos es mayor en valor absoluto, teniendo en cuenta que los procesos de combustión son exotérmicos. untuación máxima por apartado: 1,0 punto. a. Etanol: CH 3 CH OH C H 6 O - Formación: C(grafito) + 3 H (g) + ½ O (g) C H 6 O(liq) - Combustión: C H 6 O(liq) + 3 O CO (g) + 3H O(liq); H < 0 Dimetil éter: CH 3 OCH 3 C H 6 O - Formación: C(grafito) + 3 H (g) + ½ O (g) C H 6 O(liq) - Combustión: C H 6 O(liq) + 3 O CO (g) + 3H O(liq) ; H < 0 b. H C Hf ( roductos) H f ( Reactivos). H ( H O) + 3 H ( CO ) H ( C H O) ; ( O ) 0 H C f f f 6 Modelo ropuesto por U.C.M. CURSO H f En ambas reacciones la suma de las entalpías de productos es igual, y solo difieren en la entalpía de los reactivos, es decir, en las entalpías de formación del etano, y del dimetil éter. Si ambas reacciones de combustión son exotérmicas H<0, la entalpía de los productos será negativa, y la de los reactivos también como informa el enunciado ( H o f (etanol) 35

2 kj mol l ; H o f (dimetil éter) 180 kj mol l ). Teniendo en cuenta que la entalpía de los reactivos se resta, cuanto menor sea la entalpía de formación de estos, menor será la entalpía de combustión y por tanto mayor será en valor absoluto. H Dimetil éter < H Etanol H Dimetil éter < H Etanol f ( ) f ( ) C ( ) C ( ) H ( Dimetil éter) > H ( Etanol) C La reacción de combustión del dimetil éter desprende más calor que la del etanol Cuestión 3.- Dada la reacción endotérmica para la obtención de hidrógeno CH 4 (g) C (s) + H (g) a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kp. b) Justifique cómo afecta un aumento de presión al valor de Kp. c) Justifique cómo afecta una disminución de volumen a la cantidad de H obtenida. d) Justifique cómo afecta un aumento de temperatura a la cantidad de H obtenida. untuación máxima por apartado: 1,0 punto. a. Equilibrio heterogéneo sólido-gas. La definición de las constantes solo es función de los componentes del equilibrio que estén en fase gaseosa.. K p b. Las constantes de equilibrio solo son función de la temperatura, por lo tanto un aumento de presión no afecta al valor de K p. c. Una disminución de volumen equivale a un aumento de presión. Según Le Chatelier, al aumentar la presión el equilibrio se desplaza en el sentido en el que ocupe menos volumen, en este caso hacia la izquierda (reactivos), disminuyendo la producción de H. d. Reacción endotérmica ( H>0), consume calor. Según Le Chatelier, al aumentar la temperatura en un sistema en equilibrio, este se desplaza en el sentido en que consuma calor (sentido endotérmico), en este caso se desplaza hacia la derecha (productos), aumentando la producción de H. Cuestión 4.- Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción en medio ácido (sin ajustar): Fe + + Cr O 7 + H + Fe 3+ + Cr 3+ + H O a) Indique el número (estado) de oxidación del cromo en los reactivos y en los productos. b) Ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción. c) Ajuste la reacción iónica global. d) Razone si la reacción es o no espontánea en condiciones estándar a 5 C. Datos a 5 C. Eº: Cr O 7 / Cr 3+ 1,33 V; Fe 3+ / Fe + 0,77 V untuación máxima por apartado: 1,0 punto. a. Cr O 7 : Cr(VI); Cr 3+ : Cr(III) H CH4 b. Reacción de reducción-oxidación en medio ácido - Semirreacción de reducción: Cr O H e Cr H O - Semirreacción de oxidación: Fe + 1 e Fe 3+ c. Se combinan las dos semireacciones para eliminar los electrones C Modelo ropuesto por U.C.M. CURSO 08 09

3 d. La espontaneidad de las reacciones es función del signo de la energía libre ( G) Gº nfeº o : Gº < 0 ESONTÁNEA E T 0,56 V Cuestión 5.- Complete las siguientes reacciones con el producto orgánico mayoritario. Nombre todos los compuestos orgánicos presentes, e indique el tipo de cada una de las reacciones. a) CH 3 CH CH + HBr b) CH 3 CH CH Br + KOH c) CH 3 CH OH + oxidante fuerte d) CH 3 COOH + CH 3 CH OH untuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a. ropeno + Bromuro de hidrógeno -bromo propano CH 3 CH CH + HBr CH 3 CHBr CH 3 Reacción de adición electrófila. b. 1-bromo propano + hidróxido de potasio 1-propanol + bromuro potásico CH 3 CH CH Br + KOH CH 3 CH CH OH + KBr Reacción de sustitución nucleófila. c. Etanol + Oxidante fuerte ácido etanoico CH 3 CH OH + oxidante fuerte CH 3 COOH Reacción de eliminación. Oxidación de alcohol primario d. Ácido etanoico + etanol etanoato de etilo + agua CH 3 COOH + CH 3 CH OH CH 3 COO CH CH 3 + H O Reacción de esterificación, condensación o eliminación. Modelo ropuesto por U.C.M. CURSO 08 09

4 SEGUNDA ARTE OCIÓN A roblema 1.- Se prepara una disolución de un ácido débil, HA, con una concentración inicial 10 - M. Cuando se llega al equilibrio el ácido presenta una disociación del 1 %. Calcule: a) El ph de la disolución. b) La constante de acidez de HA. c) El grado de disociación si se añade agua hasta aumentar 100 veces el volumen de la disolución. d) El ph de la disolución del apartado c). untuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Si c o es la concentración inicial del ácido y α su grado de disociación, la disociación se lleva a cabo según muestra el siguiente cuadro de reacción: a. or definición de ph: Según muestra el cuadro H ph log H3 O co 10 M + 4 3O coα 1 Eq α ph log H3 O log10 4 b. Aplicando la ley de Ostwald y expresando las concentraciones en función de la concentración inicial y del grado de disociación: + [ A ] [ H O ] [ HA] 3 coα 10 0'01 K a 1, α 1 0'01 c. Al aumentar el volumen de la disolución añadiendo agua (disolvente) se modifica la concentración. La nueva concentración se calcula teniendo en cuenta que en un proceso de dilución, el número de moles de soluto permanece constante. n AH n AH M i ( ) i ( ) f or tratarse de disoluciones, el número de moles se calcula como molaridad volumen. M V M V i i Según informa el enunciado, el volumen final es cien veces el volumen inicial. 100V f i M i 10 : M V M 100V : M 100M : M 10 mol i i f i i f f V M V L i f f V 4 Conocida la nueva concentración inicial y el valor de la constante de equilibrio, que no varia al cambiar al concentración, se calcula el grado de disociación (α) mediante la expresión de la constante en función de α y c o. + [ A ] [ H O ] [ HA] f f 4 3 coα 10 α K a 1, α 1 α 6 6 Modelo ropuesto por U.C.M. CURSO 08 09

5 Ordenando se obtiene una ecuación de segundo grado en función de α α 0, α + 1,01 10 α 1, : α 0,1 El valor negativo se desprecia por no tener sentido químico. El nuevo grado de disociación es 9,6%. En un ácido débil, al disminuir la concentración aumenta el grado de disociación. d. or definición de ph: Aplicando los nuevos valores H ph log H3 O 4 + co 10 M 4 6 3O coα 10 0,096 9,6 10 Eq α 0,096 + ph log H3 O log 9, roblema.- Una disolución que contiene un cloruro MCl x de un metal, del que se desconoce su estado de oxidación, se somete a electrólisis durante 69,3 minutos. En este proceso se depositan 1,098 g del metal M sobre el cátodo, y además se desprenden 0,79 L de cloro molecular en el ánodo (medidos a 1 atm y 5 C). a) Indique las reacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo. b) Calcule la intensidad de corriente aplicada durante el proceso electrolítico. c) Qué peso molecular tiene la sal MCl x disuelta? Datos. R 0,08 atm-l K 1 mol l. Masas atómicas: Cl 35,5; M 50,94; 1 F C untuación máxima por apartado: a) 0.5 puntos; b) y c) 0.75 puntos a. El MCl x es una sal que al disolverse en agua se disocia según la reacción MCl x M + 6 ( aq) + x Cl ( aq) HO x+ En el ánodo se libera cloro por oxidación de los iones cloruro presentes en la disolución, en el cátodo se deposita el metal por reducción de los cationes metálicos (M x+ ). Semireacción anódica: Cl ( aq) e Cl ( g) Semireacción catódica: M x + ( aq) + x e M( s) b. Según la estequiometria de la semireacción anódica: Cl 1 1 n Cl n e e ( ) ( ) El número de moles de cloro se calcula mediante la ecuación de gases ideales ya que se conoce el volumen la presión y la temperatura a la que se recoge. El número de moles de electrones se calcula dividiendo la carga que atraviesa el sistema (I t) entre la carga que contiene un mol de electrones (q e - N a F). n ( Cl ) n ( e ) VCl RT I t F VCl : RT 1 I t 1atm 0,79 L : F atm L 0,08 98 K mol K 1 I 69,3 60 s C mol : I ( ) s 1,5 A C Modelo ropuesto por U.C.M. CURSO 08 09

6 c. ara conocer el peso de la sal necesitamos conocer la carga del catión. Según la estequiometria de la semireacción catódica: M 1 1 n ( ) ( ) ( e ) n M n e : x e x x n( M) El numero de moles del metal se calcula como masa entre peso atómico en gramos, el número de moles de electrones como en el apartado b. 1,5 A 69,3 60 s m ( ) ( g) I t n M m( g) F C mol : x 3 I t m ( ) ( g) 1,098 g n e F * m( g) g mol Conocida la carga del ión, se calcula el peso de sal. m (MCl 3 ) 50, ,5 157,44 g/mol * eso atómico en gramos del Metal Modelo ropuesto por U.C.M. CURSO 08 09

7 OCIÓN B roblema 1.- Un recipiente de 37,5 L, que se encuentra a 343 K y 6 atm, contiene una mezcla en equilibrio con el mismo número de moles de NO y N O 4, según la reacción NO (g) N O 4 (g). Determine: a) El número de moles de cada componente en el equilibrio. b) El valor de la constante de equilibrio Kp. c) La fracción molar de cada uno de los componentes de la mezcla si la presión se reduce a la mitad. l Dato. R 0,08 atm-l K 1 mol untuación máxima por apartado: a) 0,5 puntos; b) y c) 0,75 puntos. a. Equilibrio homogéneo en fase gaseosa, mezcla binaria. El número de moles del sistema en equilibrio se obtienen mediante la ecuación de gases ideales a partir de las de las condiciones de equilibrio (, V y T). V 6 atm 37,5 L V n R T n 8 mol R T atm L 0, K mol K Teniendo en cuenta que la mezcla es binaria y que hay igual número de moles de cada uno de los componentes: n NO + n 8 n 4 mol NO4 NO : n NO n n 4 mol NO4 NO b. La constante de equilibrio en función de las presiones viene dado por la expresión: NO4 K p Usando la ley de Raoult ( i χ i ), las presiones parciales se pueden expresar en función de la presión total y de las fracciones molares. N O χ N O χ 4 4 NO4 K p χ χ NO NO ( ) NO Si el numero de moles de cada componente de la mezcla binaria es el mismo, las fracciones molares de cada componente serán 0,5. n 4 χ χ i NO N O 0,5 4 n 8 K p χ N χ O4 NO NO T 0,5 6 0,5 0,33 c. Teniendo en cuenta que K p no varia con la presión y que las suma de las fracciones molares es la unidad, se puede plantear un sistema para calcular las nuevas fracciones molares. χ N O χ N O χ 4 4 NO4 K p 0,33 1 χ NO 3 χ NO χ NO : χ N O χ 4 NO NO NO 1 4 NO NO 1 χ + χ χ + χ 4 χ NO + χ NO 1 4 Modelo ropuesto por U.C.M. CURSO 08 09

8 χ 0,6 NO χ NO + χ 1 : χ + χ 1 0: NO NO NO χ NO 1,6 La solución negativa no tiene sentido químico. χ 0,6 χ 1 χ 1 0,6 0,38 NO NO4 NO Los resultado son concordantes con las leyes de Lavoisier, las cuales predicen que al disminuir la presión el sistema se desplaza en el sentido en que aumente su volumen, en este caso a la izquierda (reactivos), aumentando la fracción molar el dióxido de nitrógeno i disminuyendo las del tetraóxido de dinitrógeno. roblema.- En la reacción de hierro metálico con vapor de agua se produce óxido ferrosoférrico (Fe 3 O 4 ) e hidrógeno molecular. a) Formule y ajuste la reacción química que tiene lugar. b) Calcule el volumen de hidrógeno gaseoso medido a 17 C y 5 atm. que se obtiene por reacción de 558 g de hierro metálico. c) Cuántos gramos de óxido ferroso-férrico se obtendrán a partir de 3 moles de hierro? d) Cuántos litros de vapor de agua a 10 atm y 17 C se precisa para reaccionar con los 3 moles de hierro? l Datos. Masas atómicas: Fe 55,8; R 0,08 atm-l K 1 mol untuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a. El ajuste se hace por tanteo, primero se ajusta el oxígeno en el agua (4), a continuación el hidrógeno en el H (4) y por último el hiero en el Fe (3). 3 Fe (s) + 4 H O (v) Fe 3 O 4 (s) + 4 H (g) b. or estequiometria se obtiene la relación molar entre el hidrógeno y el hierro, que permite calcular los moles de hidrógeno que se obtienen a partir de una cantidad conocida de hierro. Conocido los moles de hidrógeno, mediante la ecuación de gases ideales, se obtiene el volumen de hidrógeno. H m( Fe) g n H n Fe 13,3 mol Fe * m( Fe) 3 55,8 atm L 13.3 mol 0, K nrt V( H ) mol K 87,5 L 5 atm * eso atómico en gramos del hierro c. or estequiometria se obtiene la relación molar entre el óxido ferroso-férrico y el hierro. Fe3O n Fe O n Fe 3 1mol 3 4 Fe m( Fe ) ( ) ( ) g 3 O 4 n Fe3O 4 m Fe3O4 1mol 31,4 31,4 g mol d. or estequiometria se obtiene la relación molar entre el vapor de agua y el hierro. H O n H O n Fe 3 4 mol Fe atm L 4 mol 0, K nrt V( H ) mol K 13,1 L 10 atm Modelo ropuesto por U.C.M. CURSO 08 09