CATALUÑA / SEPTIEMBRE 01. LOGSE / QUÍMICA / EXAMEN COMPLETO

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María Carmen Olivera Peralta
hace 7 años
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1 1.- Se prepara una disolución saturada de ácido benzoico (C 6 H 5 COOH) a 20ºC y se filtra para eliminar el exceso de sólido. Una muestra de 10 ml de esta disolución se valora con hidróxido de sodio 0,05 M, del que se consumen 4,8 ml hasta alcanzar el punto de equivalencia. a) Calcule la solubilidad del ácido benzoico a 20ºC (expresada en g / L). (1 punto) b) Si la disolución saturada de ácido benzoico tiene un ph de 2,92, calcule la constante de disociación del ácido a 20ºC. (1 punto) Datos: Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = A un recipiente que contiene octano (uno de los principales componentes de la benzina, y por tanto, inmiscible con el agua) hemos añadido por error una cierta cantidad de agua de mar (que consideramos una disolución de cloruro de sodio). a) Explique qué procedimiento se podría seguir en el laboratorio para obtener, separadamente los tres componentes de la mezcla (octano, agua y cloruro de sodio), indicando el material que se debería utilizar. (1 punto) b) Una disolución saturada de cloruro de sodio a 30ºC se introduce en un refrigerador a 5ºC. Explique qué se observará en el recipiente cuando la temperatura se haya estabilizado. (0,5 puntos) c) Explique el significado del siguiente pictograma, que aparece en la etiqueta de octano. (0,5 puntos) 3.- Para la siguiente reacción: CO (g) + H 2 O (g) Ö CO 2 (g) + H 2 (g) Los valores de la constante de equilibrio Kp a las temperaturas de 690 K y 800 K son, respectivamente, 10 y 3,6. En un recipiente de 10 litros de capacidad, a 690 K, se introduce 1 mol de CO y un mol de H 2 O. a) Determine la composición del sistema una vez alcanzado el equilibrio. (1 punto) b) Justifique cómo afecta al equilibrio un cambio de la presión total del sistema. (0,5 puntos) c) Razone si la reacción es exotérmica o endotérmica. (0,5 puntos) Datos: -1 R = 8,31 J K -1 mol

2 4.- El gas natural constituye una importante fuente de energía. Una muestra de gas natural contenida en un recipiente, está compuesta por 16 g de metano y 6 g de etano. Añadimos 100 g de oxígeno a esta cantidad de mezcla gaseosa, y hacemos saltar una chispa eléctrica. a) Calcule el porcentaje en masa y en volumen de los componentes de la mezcla, antes de añadir el oxígeno. (0,5 puntos) b) Escriba las reacciones de combustión de metano y etano. (0,5 puntos) c) Calcule la cantidad (en g) de cada uno de los compuestos obtenidos después de la combustión, y si lo hay, la cantidad de reactivo sobrante. (0,5 puntos) Datos: Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = Se consideran dos elementos A y B, de números atómicos respectivos 17 y 38. a) Escriba sus configuraciones electrónicas en estado fundamental. (0,5 puntos) b) Indique a qué grupo y periodo pertenece cada uno. (0,5 puntos) c) Justifique cuál será el ión más probable para B. (0,5 puntos) d) Explique razonadamente cuál de los dos elementos tiene mayor energía de ionización. (0,5 puntos) Solución 1. a) El ácido benzoico es el C 6 H 5 COOH, y se valora con hidróxido de sodio, dando benzoato de sodio y agua; como se conoce el volumen de ácido y la concentración y volumen de base consumida, se determina la concentración del ácido: (N V) a = (N V) b Na = (4,8 0,05) / 10 = 0,024 N = 0,024 M Se escribe el equilibrio de solubilidad del benzoato de sodio formado en la neutralización: C 6 H 5 COONa (s) Ö C 6 H 5 COO - (ac) + Na + (ac) Y se deduce, que al tratarse de una disolución saturada, la solubilidad será igual a la concentración inicial del ácido, es decir: s = 0,024 moles / L

3 Y multiplicando por la masa molecular del ácido (122g / mol), se tiene la solubilidad expresada en g / L: s = 2,93 g / L b) El ácido benzoico es un ácido débil, parcialmente disociado en el equilibrio: C 6 H 5 COOH + H 2 O Ö C 6 H 5 COO - + H 3 O + [ ]inicial 0, [ ]equilibrio 0,024 - x x x Llamando x a la concentración de ácido disociada, y por tanto, de iones formados. Como el valor de ph es un dato conocido, recordando su definición se determina la concentración de protones en el equilibrio, es decir, x: ph = 2,92 ph = -log [H 3 O + ] [H 3 O + ] = 10-2,92 = 1, M Y ahora, introduciendo los valores de concentraciones de reactivos y productos del equilibrio en la expresión de la constante de acidez, se obtiene el de ésta: Ka = ([C 6 H 5 COO - ] [H 3 O + ]) / [C 6 H 5 COOH] Ka = x 2 / (0,024 x) Ka = 6, a) En primer lugar, se procedería a decantar la mezcla, separando así el octano del agua con sal. Para separar el agua del cloruro de sodio que lleva disuelto, se evaporaría la disolución, quedando en el fondo del recipiente la sal, aunque no sería posible recuperar el agua. octano mezcla decantación agua agua + NaCl evaporación destilación NaCl

4 El material necesario para llevar a cabo esta separación sería: un embudo de decantación. Si en vez de evaporar la disolución de NaCl en agua, se destila, utilizando para ello un matraz y un refrigerante, se recuperaría el agua. b) Si se disminuye la temperatura de la disolución, también disminuirá la solubilidad de la sal., por lo que se tendrá una disolución saturada y el exceso de soluto cristalizará en el fondo y paredes del recipiente. c) La etiqueta indica que el producto es altamente inflamable, por lo que debe mantenerse alejado del calor, el agua, a) Se escribe el equilibrio, especificando las concentraciones de reactivos y productos, tanto en el momento inicial (calculadas dividiendo moles entre volumen total), como en el del equilibrio (llamando x a los moles / L de productos formados, y por tanto, de reactivos consumidos): CO (g) + H 2 O (g) Ö CO 2 (g) + H 2 (g) [ ]inicial 1 /10 1 / [ ]equilibrio 0,1 x 0,1 - x x x Introduciendo estos valores de concentración en la expresión de la constante, se tiene el valor de x: Kc = ([CO 2 ] [H 2 ]) / ([CO] [H 2 O]) Kc = x 2 / (0,1 x) x = 0,076 M Luego en el equilibrio se tendrá: [CO 2 ] = [H 2 ] = 0,076 M [CO] = [H 2 O] = 0,1 0,076 = 0,024 M

5 b) Una variación en la presión total del sistema no afecta al equilibrio puesto que el número de moles de reactivos y productos es el mismo ( n = 0). c) Observando los valores de las constantes de equilibrio según la temperatura, se deduce que un aumento de temperatura, disminuye la constante, por lo que la reacción será exotérmica. 4. a) En la mezcla se tienen 16 g de metano y 6 g de etano, es decir, la masa total de ambos hidrocarburos es 22 g. Se puede determinar el porcentaje en masa de cada uno en la mezcla: 22 g totales 16 g son de CH x x = 72,7 % de CH 4 22 g totales 6 g son de C 2 H y y = 27,3 % masa de C 2 H 6 El porcentaje en volumen coincidirá con el porcentaje en moles, pues en condiciones normales, un mol de cualquier gas ocupa 22,4 L. Con las masas atómicas se determinan los moles de cada hidrocarburo, los moles totales, y se procede cono en el apartado anterior: 72,7 g CH 4 = 72,7 / 16 = 4,54 moles 27,3 g C 2 H 6 = 27,3 / 30 = 0,91 moles Moles totales = 5,45 5,45 moles totales 4,54 moles de CH x

6 x = 83,3 % moles o volumen de CH 4 5,45 moles totales 0,91 moles de C 2 H y y = 16,7 % moles o volumen de C 2 H 6 b) Se escriben y ajustan las reacciones de combustión: CH O 2 t CO H 2 O C 2 H 6 + 7/2 O 2 t 2 CO H 2 O c) Y por las relaciones estequiométricas se tiene la proporción en que reaccionan reactivos para dar productos. Como en el caso propuesto, no se parte de un mol de cada hidrocarburo, sino de: 16 g de CH 4 = 16 / 16 = 1 mol de CH 4 6 g de C 2 H 6 = 6 / 30 = 0,2 moles de C 2 H 6 Las cantidades de oxígeno consumido, y de dióxido de carbono y agua formados, serán las siguientes: 1 mol CH 4 2 moles O 2 1 mol CO 2 2 moles H 2 O 16 g 64 g 44 g 36 g 1 mol C 2 H 6 7 / 2 moles O 2 2 moles CO 2 3 moles H 2 O 6 g 22,4 g 17,6 g 10,8 g Por lo que tras la combustión de la mezcla se tendrá: ,6 = 61,6 g de CO ,8 = 46,8 g de H 2 O 100 g iniciales de O 2 - ( ,4) g de O 2 consumidos = 13,6 g de O 2

7 5. a) A (Z = 17): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 B (Z = 38): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 b) A pertenece a los halógenos (grupo 17) y 3º periodo. B pertenece a los alcalinotérreos (grupo 2) y 5º periodo. c) B, para adquirir configuración de gas noble, tiende a perder los dos electrones de valencia, formando el catión B 2+. d) La energía de ionización es la energía que debe suministrarse a un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental, para arrancarle el electrón más externo. Por las configuraciones electrónicas, se ve que A es un átomo de menor radio atómico (presenta menos capas de electrones) que B, luego en a los electrones estarán más fuertemente atraídos por el núcleo, siendo necesaria más energía para arrancar uno; por lo que el potencial de ionización será superior en A.

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