IES Atenea (S.S. de los Reyes) Departamento de Física y Química. PAU Química. Septiembre 2009 PRIMERA PARTE

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José Miguel Ayala Pérez
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1 1 PAU Química. Septiembre 2009 PRIMERA PARTE Cuestión 1. Considere los elementos A (Z = 12) y B (Z = 17). Conteste razonadamente: a) Cuáles son las configuraciones electrónicas de A y de B? Cuál es el grupo, el periodo, el nombre y el símbolo de cada uno de los elementos? Cuál tendrá mayor su primera energía de ionización? d) Qué tipo de enlace que se puede formar entre A y B? Cuál será la fórmula del compuesto resultante? Será soluble en agua? a) A: Z = 12 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 B: Z = 17 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 A: Periodo 3. Grupo 2. Magnesio, Mg. B: Periodo 3. Grupo 17. Cloro, Cl. El cloro porque sólo le falta un electrón para alcanzar la configuración de gas noble y porque su radio es menor debido a que tiene más protones en el núcleo y los electrones de la capa 3 están más atraídos. d) Enlace iónico. MgCl 2. Sí, por ser iónico. Cuestión 2. La reacción de combustión completa de un hidrocarburo saturado es: C n H 2n+2 + (3n+l)/2 O 2 n CO 2 + (n+1) H 2 O. Justifique las siguientes afirmaciones: a) Si todos los hidrocarburos tuviesen igual valor de entalpia de formación, se desprendería mayor cantidad de energía cuanto mayor fuera el valor de n. El valor de la entalpia de reacción no cambia si la combustión se hace con aire en lugar de oxígeno. Cuando la combustión no es completa se obtiene CO y la energía que se desprende es menor. d) El estado de agregación del H 2 O afecta al valor de la energía desprendida, siendo mayor cuando se obtiene en estado líquido. Datos: H f (kj.mol 1 ): CO 2 = 393, CO = 110, H 2 O(liq) = 285, H 2 O(vap)= 241. a) Hº r = n Hº f (CO 2 ) + (n+1) Hº f (H 2 O) Hº f (C n H 2n+2 ) Como las entalpías de formación de CO 2 y H 2 O son negativas, si la entalpía de formación de todos los hidrocarburos fuera la misma, cuanto mayor fuera n, más negativa sería la entalpía de reacción y más calor se desprendería. La entalpía de reacción depende de la estructura y estado físico de productos y reactivos pero no de su grado de pureza. Si se utilizara aire solo cambiaría el volumen necesario para quemar 1 mol de hidrocarburo que sería unas 5 veces mayor que si se utiliza oxígeno puro. C n H 2n+2 + (2n+l)/2 O 2 n CO + (n+1) H 2 O

2 2 Hº r = n Hº f (CO) + (n+1) Hº f (H 2 O) Hº f (C n H 2n+2 ) Como la entalpía del CO es menor, en valor absoluto, que la del CO 2 se desprendería menos calor. d) La entalpía de formación del agua líquida es mayor, en valor absoluto, que la del vapor de agua, luego se desprendería más calor si se obtuviese agua líquida. Cuestión 3. En las siguientes comparaciones entre magnitudes termodinámicas y cinéticas indique qué parte de la afirmación es falsa y qué parte es cierta: a) En una reacción exotérmica tanto la entalpia de reacción como la energía de activación son negativas. Las constantes de velocidad y de equilibrio son adimensionales. Un aumento de temperatura siempre aumenta los valores de las constantes de velocidad y de equilibrio. d) La presencia de catalizadores aumenta tanto la velocidad de reacción como la constante de equilibrio. a) Es cierto que la entalpia de reacción es positiva, pero la energía de activación siempre es positiva. Son falsas las dos, los dos tipos de constantes tienen dimensiones. Las constantes de velocidad aumentan con la temperatura pero la constante de equilibrio puede disminuir si la reacción directa es exotérmica. d) La velocidad de reacción aumenta pero la constante de equilibrio permanece igual. Cuestión 4. Atendiendo a los equilibrios en disolución acuosa, razone cuál o cuáles de las siguientes especies son anfóteras (pueden comportarse como ácido y como base): a) Amoniaco (o trihidruro de nitrógeno). Ion bicarbonato (o ion hidrogenotrioxocarbonato (IV)). Ion carbonato (o ion trioxocarbonato (IV)). d) Ion bisulfuro (o ion hidrogenosulfuro (II)). a) NH 3 + H 2 O NH OH - NH 3 + H 2 O NH H 3 O + Anfótera, aunque el segundo equilibrio está muy desplazado hacia la izquierda. HCO H 2 O CO 2 + H 2 O + OH - HCO H 2 O CO H 3 O + Anfótera CO H 2 O HCO OH - HCO H 2 O CO H 3 O + Sólo base d) HS - + H 2 O H 2 S + OH - HS - + H 2 O S 2- + H 3 O + Anfótera

3 3 Cuestión 5. Dado el 1 butanol: a) Escriba su estructura semidesarrollada. Escriba la estructura semidesarrollada de un isómero de posición, otro de cadena y otro de función. Nombre los compuestos anteriormente descritos. Formule y nombre el producto de reacción del 1 butanol y el ácido etanoico (C 2 H 4 O 2 ), indicando el tipo de reacción. a) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 OH Isómero de posición: CH 3 -CH 2 -CHOH-CH 3, 2 butanol. Isómero de cadena: H 3 C CH CH 2 OH, metil-1 propanol. CH 3 Isómero de función: CH 3 -CH 2 -CH 2 -O-CH 3, metilpropiléter o CH 3 -CH 2 -O- CH 2 -CH 3, dietiléter. CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 OH + CH 3 -COOH CH 3 -COO-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3, etanoato de butilo. Reacción de condensación (esterificación). SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Problema 1. Uno de los métodos de propulsión de misiles se basa en la reacción de la hidracina, N 2 H 4 (1), y el peróxido de hidrógeno, H 2 O 2 (1), para dar nitrógeno molecular y agua líquida, siendo la variación de entalpia del proceso 643 kj.mol 1. a) Formule y ajuste la reacción que tiene lugar. Cuántos litros de nitrógeno medidos a 20 C y 50 mm de mercurio se producirán si reaccionan 128 g de N 2 H 4 (1)? Qué cantidad de calor se liberará en el proceso? d) Calcule la entalpia de formación de la hidracina, N 2 H 4 (1). Datos: R = 0,082 atm.l.mol 1 K 1 ; H f (H 2 O 2,1) = 187,8 kj.mol 1 ; H f (H 2 O,1) = 241,8 kj.mol 1 Masas atómicas: H = 1; N = 14. a) Reacción de oxidación: N 2 H 4 4 e - N H + Reacción de reducción: H 2 O H e 2 H 2 O (x2) Reacción global: N 2 H H 2 O 2 N H 2 O d) H R = 4 H f (H 2 O,l) - H f (N 2 H 4,1) - 2 H f (H 2 O 2,1) -643 = 4 (-241,8) - H f (N 2 H 4,1) 2 ( 187,8)

4 4 H f (N 2 H 4,1) = -699,8 kj/mol Problema 2. En el proceso Haber Bosch se sintetiza amoniaco haciendo pasar corrientes de nitrógeno e hidrógeno en proporciones 1:3 (estequiométricas) sobre un catalizador. Cuando dicho proceso se realiza a 500 C y 400 atm se consume el 43 % de los reactivos, siendo el valor de la constante de equilibrio K p = l, Determine, en las condiciones anteriores: a) El volumen de hidrógeno necesario para la obtención de 1 tonelada de amoniaco puro. La fracción molar de amoniaco obtenido. La presión total necesaria para que se consuma el 60 % de los reactivos. Datos: R = 0,082 atm.l.mol 1 K 1 ; Masas atómicas: N = 14, H = 1. a) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) Moles n 3n iniciales En el n (1 3n (1 2n 0,43=0,86n equilibrio 0,43)=0,57n 0,43)=1,71n Los moles de amoniaco que se pretenden obtener son: Si se consume el 60% de los reactivos, el número de moles en el equilibrio es: OPCIÓN B Problema 1. Una disolución comercial de ácido clorhídrico presenta un ph de 0,3. a) Calcule la masa de hidróxido de sodio necesaria para neutralizar 200 ml de la disolución comercial de ácido. Si 10 ml de la disolución comercial de ácido clorhídrico se diluyen con agua hasta un volumen final de 500 ml, calcule el ph de la disolución diluida resultante. A 240 ml de la disolución diluida resultante del apartado anterior se le añaden 160 ml de ácido nítrico 0,005 M. Calcule el ph de la nueva disolución (suponiendo volúmenes aditivos).

5 5 d) Calcule los gramos de hidróxido de calcio necesarios para neutralizar la disolución final del apartado. Datos: Masas atómicas: Na = 23; Ca = 40; H = 1; O = 16. a) HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + c 0 = [HCl] = [H 3 O + ] = 10-0,3 = 0,5012 c 0 c 0 d) nº eq Ca(OH) 2 = n(h + ) Problema 2. Se quiere oxidar el ion bromuro, del bromuro de sodio, a bromo empleando una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno 0,2 M en presencia de ácido sulfúrico. Respecto a dicha reacción: a) Ajuste las semirreacciones iónicas y la reacción molecular global. Calcule el potencial estándar para la reacción global. Calcule la masa de bromuro de sodio que se oxidaría a bromo empleando 60 ml de peróxido de hidrógeno. d) Calcule el volumen de bromo gaseoso, medido a 150 C y 790 mmhg, desprendido en el proceso anterior. Datos: E Br 2 /Br = 1,06 V; E H 2 O 2 /H 2 O = 1,77 V; R = 0,082 atm.l.mol 1 K 1 ; masas atómicas: Na = 23; Br = 80. a) (ánodo) Reacción de oxidación: 2 Br 2 e Br 2 (cátodo) Reacción de reducción: H 2 O H e 2 H 2 O 2NaBr + H 2 O 2 + H 2 SO 4 Br 2 + Na 2 SO H 2 O Eº = Eº cátodo Eº ánodo = 1,77-1,06 = 0,71 V d)

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