PAU QUÍMICA - JUNIO 2011 BLOQUE A

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1 PAU QUÍMICA - JUNIO 011 BLOQUE A 1.- En los siguientes átomos: Be, O, Al y Ni. a) Escriba su configuración electrónica ordenada. (Hasta 0,8 puntos) b) Escriba para cada uno, los cuatro números cuánticos de su electrón diferenciador. (Electrón que le diferencia del átomo de número atómico anterior). (Hasta 0,8 puntos) c) Cuántos electrones de valencia tiene cada uno? (Hasta 0,4 puntos) Configuración electrónica Subnivel del electrón diferenciador Números cuánticos elec. diferenciador 4 Be 1s s s (,0,0,1/) dos 8 O 1s s p 4 p (,1,1,1/) seis 1 Al 1s s p s p 1 p (,1,-1,1/) seis 8 Ni 1s s p s p d 8 4s d (,,0,-1/) diez (*) Se definen los electrones de valencia al total de electrones de la capa externa Electrones de Valencia (*).- En un recipiente de L, se produce la reacción H (g) + I (g) HI(g). A 97 ºC se encuentran en equilibrio 0,0 moles de H, 0,0 moles de I y 0,1 moles de HI. Calcule y responda razonadamente: a) Las constantes de equilibrio Kc y Kp. (Hasta 0,8 puntos) b) La presión parcial de cada componente en el equilibrio. (Hasta 0,4 puntos) c) Cómo evoluciona el equilibrio al aumentar la presión total del sistema, si mantenemos constante la temperatura? (Hasta 0,4 puntos) d) Cómo evoluciona el sistema al añadir hidrógeno, suponiendo constante la temperatura? (Hasta 0,4 puntos) H (g) I (g) HI(g) Esteq 1 1 Inicial Equi. 0,0 0,0 0,1 Como los datos son de cantidades en equilibrio, se calcula Kc de acuerdo con la LAM: Kc = [ HI ] [ H ][ I ] 0,1 V 0,1 = = 0,0 0,0 0,0 V V Para calcular Kp se utiliza la relación entre Kc y Kp: Kp = Kc ( RT ) n. Siendo n, en este caso, la variación de moles gaseosos, que como se aprecia: n=0. Por tanto Kp = Kc; Kp = 4 Para calcular las presiones parciales se aplica la Ley de Dalton (en una mezcla de gases la presión parcial de un gas es la que tendría si el estuviera solo). Por tanto, utilizando la ecuación de los gases perfectos, pv = nrt, para cada gas: nh RT 0,0 0,08 (97 + 7) ph = = = 0, atm V nn RT 0,0 0,08 (97 + 7) pn = = = 0, atm V nhi RT 0,1 0,08 (97 + 7) phi = = = 1, 7 atm V c) Al mantener constante la temperatura la K de equilibrio permanece constante, y si se aumenta la presión, de acuerdo con el principio de Le Chatelier el sistema tenderá a reducirla desplazándose hacia donde haya menor número de mol gaseoso. Como en este caso no hay variación del número de mol, las variaciones de presión no desplazan el equilibrio. d) Al añadir hidrógeno, en este caso un reactivo, de acuerdo con el principio de Le Chatelier el sistema tenderá a eliminarlo, para que permanezca la K de equilibrio. Por tanto los reactivos reaccionan desplazándose hacia productos. = 4 También se pueden calcular las presiones parciales con la expresión de la Ley de Dalton en la forma: p = χ p. Siendo χ la fracción molar de i cada gas. La presión total sería la correspondiente al número total de moles. i total 1

2 PAU QUÍMICA - JUNIO A 400 ml de una disolución 0,1 M de NaOH le añadimos 0 ml de una disolución de HCl 0, M. Calcule, suponiendo que los volúmenes son aditivos: a) El ph de la disolución resultante. (Hasta 1,0 puntos) b) El volumen de una disolución 0,4 M de NaOH que es necesario para neutralizar la disolución resultante anterior. (Hasta 1,0 puntos) a) Cantidades en mol: NaOH HCl NaCl H O Esteq Inicial 0,04 0,0 - - reacciona 0,04 0, final 0 0,01 nnaoh = M V = 0,1 0,4 = 0, 04 mol nhcl = M V = 0, 0, = 0, 0 mol Reacción ácido-base. Reacción total que se da hasta que se consuma, al menos uno de los reactivos (reactivo limitante). Se calculan los moles iniciales: Como M = n/v Como hay que calcular el ph lo que importa es el reactivo ácido o base sobrante. En este caso además el NaCl no genera hidrólisis. Se tiene por tanto una disolución con 0,01 mol de HCl en: 400 ml + 0 ml = 0 ml (considerando los volúmenes aditivos). Por tanto la concentración de ácido sobrante final será: 0,01 M HCl = = 0,01 mol / L 0, Como el HCl es un ácido fuerte, la [H O + ]=[HCl] ph = - log[h O + ] = - log 0,01 = 1,8 b) Partiendo del final anterior (disolución ácida) se quiere neutralizar con NaOH 0,4M. Calcular V. NaOH HCl NaCl H O Esteq Inicial x 0, Como sobraron 0,01 mol de HCl y la estequiometía es 1:1, se deben de añadir 0,01 mol de NaOH. Como M = n/v n 0,01 V NaOH = = = 0,0L = ml M 0,4 4.- Un compuesto orgánico está formado por carbono, hidrógeno y oxígeno, siendo su composición centesimal 8,8 %, 4,9 % y, %, respectivamente. Su masa molecular es 1,1 g/mol. Calcule: a) La fórmula molecular del compuesto. (Hasta 1,0 puntos) b) La reacción química de combustión ajustada. (Hasta 0,4 puntos) c) El volumen de CO que se obtiene, medido en condiciones normales, al quemar de forma completa 1,0 gramos del compuesto orgánico. (Hasta 0, puntos) a) Si se toman 100 g del compuesto se tendrán: % Moles de átomos Proporción en mol Números enteros menores C 8,8 8,8/1,01 =,7,7/1,9 =,, x = 7 H 4,9 4,9/1,01 = 4,871 4,871/1,9 = x = O,,/1,00 = 1,9 1,9/1,9 = 1 1 x = Luego la fórmula molecular es: C 7 H O b) C 7 H O 1/O 7CO H O Esteq 1 7, 7 1 Inicial 0, final 0 x generados y se pasan a volumen en C.N.: 7 mol CO,4 L X CO = 0, mol C7 H O = 78, 4 L CO mol C H O mol 7 generados En este caso el limitante es el NaOH, Sobra HCl (C 7 H O )n cuya masa molar cuando n=1 vale: 1,1 g/mol, que es la del enunciado. Se calculan los moles de 1,0 g del compuesto orgánico: 1,0 g n = = 0, mol 1,1 g / mol Con la estequiometría se calcula los moles de CO

3 PAU QUÍMICA - JUNIO El sulfuro de cobre (II) sólido (CuS) reacciona con ácido nítrico diluido (HNO ) produciendo, entre otros compuestos, azufre sólido (S) y monóxido de nitrógeno gas (NO). a) Ajuste la reacción iónica y molecular por el método del ión-electrón. (Hasta 1, puntos) b) Calcule el número de moles de NO que se producen cuando reaccionan de forma completa 40,9 g de CuS. (Hasta 0, puntos) CuS + HNO S + NO +. a. Ajuste de la reacción: El N del HNO pasa de + a +, se reduce, coge tres electrónes. Luego el N del HNO es el oxidante. El S del CuS pasa de - a 0, se oxida, cede dos electrones. Luego el S del CuS es el reductor. - * Reducción: (NO + 4H + + e - NO + H O ) x * Oxidación: (S - S + e- ) x Ecuación iónica ajustada: - NO + 8H + + S - NO + 4H O + S Ecuación molecular ajustada: CuS + 8HNO NO + S + Cu(NO ) + 4H O b. Cálculo estequiométrico CuS + 8HNO NO + S + Cu(NO ) + 4H O estequiometría 40,9 g de CuS 4,0 x 9, g/mol...4,0 mol mol NO x = 4,0 mol Cu S = mol NO mol CuS - NO + 8H + Esto está indicando que hacen falta 8HNO, pero de estos 8, cambian de nº de ox. Y el resto,, quedan para el ajuste molecular

4 PAU QUÍMICA - JUNIO 011 BLOQUE B 1.- Conteste, razonando la respuesta, a las siguientes cuestiones: a) Qué tipo de enlace cabe esperar en cada una de las siguientes especies químicas? NaCl, Cl, CH 4 y Fe. (Hasta 0,8 puntos) b) Cuál será el estado de agregación de cada una de las especies anteriores? (Hasta 0, puntos) c) Cuáles se disolverán en agua? (Hasta 0, puntos) especies químicas a) enlace b) estado de agregación (*) c) disolución en agua (**) NaCl Metal más no metal Todos los compuestos iónicos son Soluble en agua nítidos. Enlace iónico sólidos. Red de iones Cl Molécula covalente apolar Molécula pequeña y apolar. Débiles fuerzas moleculares (F. de Van der Waals) Estado No soluble en agua CH 4 No metal más no metal. Enlace covalente. Molécula apolar con enlaces poco polares cuya polaridad se anula por geometría Átomos unidos por enlace gaseoso. Molécula pequeña y apolar. Débiles fuerzas moleculares (F. de Van der Waals) Estado gaseoso. No soluble en agua Fe Los metales, salvo excepciones, No soluble en agua metálico son sólidos. (*) Se supone que el estado de agregación se refiere a condiciones estándar (ºC). El estado de agregación depende de las fuerzas de cohesión de las especies que forman el compuesto. (**) disolución en agua. Se aplica le regla general que supone que sustancia polares se disuelven en disolventes polares y sustancias apolares se disuelven en disolventes apolares..- El cloruro de hidrógeno se obtiene en la industria mediante la reacción de cloruro sódico sólido (NaCl) con ácido sulfúrico concentrado, obteniéndose en la reacción global, sulfato de sodio sólido (Na SO 4 ) y cloruro de hidrógeno gas. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones: a) Escriba la reacción química ajustada. (Hasta 0, puntos) b) Calcule la cantidad de cloruro de hidrógeno que se obtiene cuando se tratan 1000 kg de NaCl con 700 L de ácido sulfúrico del 9% de riqueza y densidad 1,84 kg/l. (Hasta 1,0 puntos) c) La molaridad de la solución resultante al disolver todo el gas HCl obtenido en 000 L de agua, suponiendo que al disolverse no hay variación de volumen. (Hasta 0, puntos) a) NaCl (s) H SO 4 Na SO 4 HCl (g) Esteq 1 1 Inicial 17.11, 1.00,0 reacciona 17.11, 8.8, - - final ,7 x g disolución 9 g H SO4 puro 1mol H SO4 M = 18, 0M L disolución 100 g disolución 98 g H SO puro =, por tanto en 700 L: nh SO4 puro = M V = 18,0 700 = mol H SO4 puro 4 Ajustada la reacción calculamos las cantidades iniciales en moles: 1mol n NaCl = 10 kg NaCl = , mol NaCl 8,44 g Calculo la M del H SO 4 : b) Ahora se analiza quien es el reactivo limitante. Como la estequiometría es NaCl por 1 H SO 4, para 1.00 mol de H SO 4 harían falta x1.00 mol de NaCl (.00 mol) y solo hay 17.11, mol. Por tanto de NaCl no hay suficiente. Este será el reactivo limitante, de el se gastará todo y limita los mol de H SO 4 que se gasten. n 1mol H SO4 = 17.11, mol NaCl mol NaCl = 8.8, mol H H SO 4 4 mol HCl n HCl = 17.11, mol NaCl = 17.11, mol mol NaCl HCl se SO reaccionan forman c) Así la molaridad al disolver todo el HCl producido en.000 L de agua será: El cálculo de los moles de H SO 4 no es necesario, pero si el analizar quien es el reactivo limitante para poder hacer los cálculos. 4

5 PAU QUÍMICA - JUNIO 011 n 17.11, mol HCl M = = = 0, 49M V.000 L.- Nombre los siguientes compuestos: a) CH =CH-CH ; CH OH-CH -CH -CH OH ; CH -O- C H ; CH CO-CH ; CH -CH -COOCH. (Hasta 1,0 puntos) b) Formule los siguientes compuestos: -metilheptano; 1,-butadieno ; fenol; ácido propanoico; etilamina. (Hasta 1,0 puntos) Fórmula Nombre Nombre Fórmula Propeno -metil-heptano 1,4-butanodiol Fenil-metil-éter Anisol Propanona Acetona Propanoato de metilo 1,-butadieno fenol Ácido propanoico Etilamina 4.- Un residuo industrial que contiene una concentración de Cd + de 1,1 mg/l se vierte en un depósito, con objeto de eliminar parte del Cd + precipitándolo con un hidróxido, en forma de Cd(OH). Calcule: a) El ph necesario para iniciar la precipitación. (Hasta 1, puntos) b) La concentración de Cd +, en mg/l, cuando el ph es igual a 1. (Hasta 0,8 puntos) Datos: Ks Cd(OH) = 1, a) Al añadir un hidróxido (OH - ) al residuo con Cd + precipitará el Cd(OH) y su equilibrio de solubilidad será: Cd(OH) (s) Cd + (aq) + OH - (aq) En el equilibrio se debe cumplir: Ks = [Cd + ] [OH - ] En las expresiones de Ks las concentraciones deben ser mol/l. Se calcula [OH - ] cuando se inicie la precipitación con la [Cd + ] dada: + [ Cd ][ OH ] [ OH ] + [ Cd ] 14 1, 10 [ OH ] = =, 10 mol L Ks Ks = = / 9,8 10 El poh = -log [OH - ] = -log, 10 - = 4, ph = 14 poh ph = 14 4, ph = 9, b) Si el ph = 1 poh = [OH - ] = 10 - mol/l Con esto se puede calcular la [Cd + ] que corresponde a la nueva [OH - ]: Ks + 1, Ks [ Cd ][ OH ] [ Cd ] = [ Cd ] = = 1, 10 mol / L [ OH ] (10 ) + mol 11,4 g 10 mg [ Cd ] = 1, 10 = 1, 10 mg / L =, pasado a mg/l L mol 1g mg g mol [ Cd ] = 1,1 = 9,8 10 mol / L L 10 mg 11,4 g Como se aprecia al subir el ph, o lo que es lo mimo que subir [OH - ], la [Cd + ] baja de 1,1 mg/l inicial a 1, 10 - mg/l.- En el aire se encuentran, entre otros gases, nitrógeno y oxígeno. Consideremos que reaccionan a 98 K según la reacción: N (g) + O (g) NO(g) Responda a las siguientes cuestiones: a) A 98 K, es espontánea la reacción? (Hasta 1, puntos) b) Suponiendo que los valores de entalpía y entropía de reacción apenas varían con la temperatura, a partir de qué temperatura sería espontánea dicha reacción? (Hasta 0, puntos) Datos: H 0 NO(g) = 90, kj/mol S 0 N (g) = 191, J/mol K S 0 O (g) = 0,0 J/mol K S 0 NO(g) = 10, J/mol K

6 PAU QUÍMICA - JUNIO 011 a) Para analizar la espontaneidad de una reacción se calcula el valor de la variación de la energía libre G 0. Si el signo es negativo la reacción es espontánea y viceversa. Se calcula G 0 = H 0 - T S 0 H 0 = Σ H 0 formación productos - Σ H 0 formación reactivos = 90, (0 + 0) = 180, kj Por definición los valores de H 0 formación de los elementos en su forma más estable en condiciones estándar es cero. S 0 = Σ S 0 formación productos - Σ S 0 formación reactivos S 0 = 10, (191, + 0,0) = 4,7 J/mol K Por tanto como G 0 = H 0 - T S 0 : G 0 = 180, 98 4, G 0 = 17, kj Como G 0 > 0 REACCIÓN NO ESPONTÁNEA a 98K b) En este caso para que G 0 < 0 debe de cumplirse que T S 0 > H 0 0 H 180, T > T > T > 7. 1K 0 S 4,7 10