Química_junio El anión tiene mayor radio que el átomo: F - > F

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1 Química_junio 01 Ejercicio A1 1. Dados los elementos Li, Be, N, O Y F, responda razonadamente a las siguientes cuestiones: a) Cuál tiene mayor energía de ionización? b) Cuál es el de mayor carácter metálico? c) Cuál es el de menor afinidad electrónica? d) Entre el átomo de F y el ión F-, cuál es el de mayor radio? La energía de ionización de un átomo es la energía puesta en juego cuando a un átomo en el estado gaseoso se le extrae un electrón. En un mismo grupo, las energías de ionización disminuyen al aumentar Z ya que los electrones periféricos, al estar más alejados del núcleo (radio atómico cada vez mayor) están más débilmente atraídos y se arrancan mejor. Dentro de un mismo período, existe una tendencia generalizada a aumentar la energía de ionización al crecer el número atómico. Energía ionización: Li < Be < N < O < F El carácter metálico es la tendencia que tiene un átomo a perder electrones. El carácter metálico disminuye al avanzar un período y aumenta al descender en un grupo. Carácter metálico: F < O < N < Be < Li La afinidad electrónica es la energía que acompaña al proceso de incorporación de un electrón a un átomo de un elemento químico en estado gaseoso. En valor absoluto, en un período aumenta a lo largo de él y en un grupo disminuye al descender por el mismo. Afinidad electrónica (en valor absoluto): Li < Be < N < O < F El anión tiene mayor radio que el átomo: F - > F Ejercicio A El FeSO 4 se obtiene por reacción de hierro con ácido sulfúrico. Si se hacen reaccionar,0 g de hierro con 30 ml de disolución de ácido sulfúrico del 30 % y densidad 1, g ml -1 : a) Escriba la reacción que tiene lugar y ajústela. b) Cuál es el reactivo limitante? Qué masa del reactivo que está en exceso no reacciona? c) Qué volumen de hidrógeno medido a 0 ⁰C y 3 atmósferas de presión se obtendría si el rendimiento del proceso es del 8 %? Fe + H SO 4 FeSO 4 + H Inicial (g) g 30 ml, 30%, d=1, g/ml Inicial (mol) Reaccionan (mol) Final (mol) = Las masas molares son: M Fe=,8 g/mol; M (H )= g/mol; M (FeSO 4)=11,8 g/mol; M(H SO 4)=98g/mol Los moles iniciales de Fe son: n Fe = g Fe = 09mol Fe 8, g La molaridad de la disolución de H SO 4 es: g disolución 30 g H SO4 M = 10 = 3, 73M L disolución 0 g disolución 98g Los moles de H SO 4 en los 30 ml son por tanto: M=n/V... n=m V n = 3, = 11 mol La estequiometría es mol a mol por lo que las cantidades presentes son las indicadas en la tabla. El reactivo limitante es el hierro y sobran 0 mol de H SO 4. 98g Su masa es: m H SO =, mol =, g H 4 SO4 Teóricamente se producen 09 mol de hidrógeno, como el rendimiento es del 8 %, entonces: 8mol reales n H = 09mol H previstos = 076 mol H 0mol previstos 1

2 Química_junio 01 atm L 076mol 08 ( 73+ 0)K mol K Aplicando la ec. de los gases ideales: p V = n R T V = = 67L H 3atm Ejercicio A3 Se introducen 0 g de PCl en un recipiente cerrado de L de capacidad en el que previamente se ha hecho el vacío. Cuando se calienta a 300 ⁰C se establece el siguiente equilibrio: PCl (g) PCl 3(g) + Cl (g) Calcule: a) Los valores de las constantes K c y K p si la presión total en el equilibrio es de atmósferas. b) Hacia dónde se desplazaría el equilibrio si aumentara la presión total por introducción de un gas inerte? PCl (g) PCl 3(g) + Cl (g) estequiometría Inicial (mol) Equilibrio (mol) 48 - x x x Los moles iniciales de pentacloruro de fósforo son: n PCl = 0g PCl = 48mol PCl 08, g Los moles presentes en el equilibrio son: n Total = 48 x + x + x = 48 + x mol Aplicando la ecuación de los gases ideales: atm L p V = n R T; atm L = ( 48 + x ) 08 ( ) K x = 0mol mol K Aplicando la Ley de Acción de masas y como el volumen del recipiente es V = L: 0 0 [Cl ] [ PCl3 ] K c = = = 116, [ PCl 43 ] n atm L 1 Aplicando la relación entre las constantes: K p = Kc ( R T ) = 116, ( 08 73K ) = 0 mol K Otra forma de realizar el ejercicio es por presiones parciales. Aplicando la ley de los gases ideales se calcula la presión inicial, p sabiendo que se introducen inicialmente 48 mol de PCl. atm L 48mol 08 ( )K mol K p V = n R T ; p0 = = 4, 1atm L PCl (g) PCl 3(g) + Cl (g) estequiometría Inicial (atm) p 0 = 4, Equilibrio (atm) p 0 - p p p En el equilibrio la presión total son atm, por tanto: p total= p 0 p + p + p; atm = 4,1 atm p Y p = 49 atm pcl p PCl Aplicando la ley de Acción de masas: K p = = = 06 p 4, 1 49 Y aplicando la relación entre las constantes: K PCl K p, = = = 18, n ( R T ) atm L 1 ( 08 73K ) mol K c 0 06 Si aumenta la presión, sin modificar el volumen, por la introducción de un gas inerte no se altera el equilibrio, ya que ni las presiones parciales ni las concentraciones de las especies reaccionantes se modifican.

3 Química_junio 01 Ejercicio A4 A ⁰C, el producto de solubilidad del PbI es de 1,4-8 : a) Calcule la solubilidad de dicha sal y exprésela en mg/l. b) Calcule las concentraciones molares de los iones I - y Pb + en una disolución saturada de PbI. c) Explique, cualitativamente, cómo afectaría a la solubilidad de dicha sal la adición de NaI. PbI (s) Pb + (aq) + I - (aq) Equilibrio s s K ps = s ( s) ; 1,4-8 = 4 s 3 Y s = 1, -3 mol/l Las concentraciones pedidas son: [I - ] = s = 1, -3 mol/l = 3-3 mol/l; [Pb + ] = s = 1, -3 mol/l Al añadir NaI se añaden iones I - y por efecto de ión común disminuye la concentración de los iones Pb + al precipitar PbI (s). Ejercicio A a) Formule los compuestos: etil propil éter; metil-ciclopropano; benceno; butanamida; - pentino. b) Nombre los siguientes compuestos: CH 3-CH -CH=CH-CH 3; CH 3-NH ; CH 3-CHO; CH 3 -CH -CH -COOH; CH 3-COO-CH 3. Etil propil éter: CH 3CH -O-CH CH CH 3; ciclopropano-ch 3; benceno; butanamida CH 3CH CH CONH -pentino CH 3C C-CH CH 3 -penteno; metilamina; etanal; ácido butanoico; acetato de metilo Ejercicio B1 Considere las especies químicas de fórmula: C H 6, KBr, Na, C (diamante) y NH 3 y responda razonadamente las siguientes cuestiones: a) Cuál es la especie conductora en estado fundido pero no en sólido? b) Cuál es la especie de mayor punto de fusión? c) Cuál puede presentar enlaces de hidrógeno? d) Qué especie es la de menor punto de fusión y ebullición? Los enlaces de las especies son C H 6 covalente moléculas individulaes, KBr iónico, Na metálico, C (diamante) covalente reticular y NH 3 covalente molecular con puentes de hidrógeno. El etano, diamante y amoníaco con conducen la intensidad de la corriente eléctrica. El sodio conduce en estado sólido por ser un metal. El bromuro de potasio no conduce en estado sólido pero si cuando está fundido o disuelto porque se liberan los iones. El único que presenta puentes de hidrógeno es el amoníaco. La especie de mayor temperatura de fusión es el diamante por ser una sustancia covalente reticular con enlaces C C muy fuertes, que forman una red tetraédrica de átomos de carbono con hibridación sp 3. La sustancia que tiene menor temperatura de fusión y de ebullición es el etano. Aunque tiene mayor masa molar que el amoníaco, la interacción entre moléculas es débil, por fuerzas de Var der Waals, y en el amoníaco la interacción entre moléculas es por puentes de hidrógeno. En la bibliografía las temperaturas de fusión de ebullición son: 3

4 Química_junio 01 C H 6 KBr Na C (diamante) NH 3 Temperatura de fusión (⁰C) , Temperatura de ebullición (⁰C) sublima - 33 Ejercicio B a) Qué es una estructura de Lewis? b) A qué tipo de compuestos se aplica? c) Qué es un enlace covalente dativo? d) Deduzca y dibuje la estructura de Lewis del trióxido de azufre y explique las características de los enlaces entre el azufre y los átomos de oxígeno en este óxido. Una estructura de Lewis es una combinación de diagramas de Lewis que representan la transferencia o compartición de electrones en un enlace químico. Un diagrama de Lewis representa el core atómico de un elemento químico con su símbolo y los electrones de valencia mediante puntos que rodean a dicho símbolo. En general se aplica a los compuestos covalentes, aunque también se puede aplicar al enlace iónico. El enlace covalente coordinado o dativo se origina por la unión de un par de electrones no enlazantes de un átomo con otro que tenga su capa de valencia parcialmente vacía. Una vez formado, el enlace covalente coordinado tiene las mismas características que cualquier enlace covalente ordinario, pero con la característica de que el par de electrones compartidos lo aporta sólo uno de los átomos enlazados. Un ejemplo de este tipo de enlace es el que tiene lugar entre el nitrógeno del amoníaco y un protón para formar el catión amonio. El nitrógeno del amoníaco tiene un par de electrones sin compartir, por lo que el NH 3 puede incorporar un protón H + para formar el catión amonio, NH 4 +. Otro ejemplo es la formación del catión hidronio, H 3O +, a través de un átomo de oxígeno con un protón. Estructuras resonantes 4

5 Química_junio 01 Ejercicio B3 Se almacena propano, C 3H 8, en una cisterna para utilizarlo como combustible: a) Calcule su entalpía estándar de combustión. b) Calcule la energía que se desprenderá al quemar 1 m 3 de dicho combustible gaseoso medido en condiciones normales de presión y temperatura. c) Sin hacer cálculos, y considerando que el H O producto de la combustión está en estado líquido, cuál sería previsiblemente el signo de la variación de entropía? Datos: ΔH f 0 (C 3H 8)(g) = -3,8 kj/mol; ΔH f 0 (C0 ) (g) = -393, kj/mol; ΔH f 0 (H 0) (l) =-8,8 kj/mol La reacción de combustión del propano es: CH 3-CH -CH 3 (g) + O (g) 3CO (g) + 4H O(l) Como se proporcionan los datos de las entalpías de formación a esa temperatura de las distintas especies químicas, aplicando la ley de Hess y como el entalpía de formación del O (g) es igual a cero al estar en su forma normal y teniendo en cuenta la estequiometría, se calcula la entalpía de reacción: ΔH reacción = ΣH formación(productos) - ΣH formación(reactivos) = = 3 mol (-393, kj/mol) + 4 mol (-8,8 kj/mol) - 1 mol (-3,8 kj/mol) = - 19,9 kj/ mol propano Se aplica la ley de los gases ideales para calcular los moles de propano: 1atm 00L P V = n R T; n = = 44, 67mol propano atm L 08 73K mol K La energía desprendida es: Q = 19,9 kj/ mol propano 44,67mol propano =99163kJ La variación de entropía es negativa, se pasa de 6 mol de reactivos a 3 mol de productos. Ejercicio B4 Se prepara una disolución de concentración M de ácido benzoico (C 6H -COOH): a) Cuál será el valor del ph de la disolución? b) Cuál sería el grado de disociación del ácido? c) Calcule la concentración de una disolución de HCI cuyo ph sea igual a. Dato: K a (ácido benzoico) = 6, - a) Como K a >> K W, se pueden despreciar los iones hidronios procedentes de la autoprotólisis del agua. Para la disociación del ácido se tiene que: C 6H -COOH + H O C 6H -COO - + H 3O + concentración inicial (mol/l) concentración equilibrio (mol/l) - x x x Aplicando la ley de Acción de Masas: K a Despreciando x frente a, resulta que: x = [ C6 HCOO ] [ H 3O = [ C H COOH ] 6 K = El error que se comete al despreciar x frente a es: a 6, + ] x = x =, mol / L cantidad desprecida x, Error = = = = 01 = 1% y es valida la aproximación. cantidad real c x, Aplicando la definición de ph: ph = - log [H 3O + ] = - log x = - log,7-3 =,4 n disociados x, Aplicando la definición de grado de disociación: n = 0 = 0 = 0 = 1, 14% ninicial

6 Química_junio 01 El ácido clorhídrico es un ácido fuerte y por ello está totalmente disociado en agua. HCl + H O 6 Cl - + H 3O + concentración inicial (mol/l) c concentración final (mol/l) 0 c c ph = - log [H 3O + ]; = [H 3O + ] = c Y c = - mol/l Ejercicio B Al reaccionar Mg con ácido nítrico (HNO 3) se obtienen como productos de reacción, Mg(NO 3), dióxido de nitrógeno (NO ) y agua. a) Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción. Indique cuál es la especie oxidante y cuál la reductora. b) Ajuste las reacciones iónica y molecular por el método del ión-electrón. c) Calcule el potencial de la pila en condiciones estándar. Datos: E 0 Mg + /Mg = -,37 V; E 0 NO 3 - /NO = 78 V El N del ácido HNO 3 pasa de número de oxidación + a + 4, se reduce, gana 1 electrón, Luego el anión NO 3 - es la especie oxidante. El Mg pasa de número de oxidación 0 a +, se oxida, cede electrones, luego el Mgn es el reductor. Reducción: NO H + + 1e - NO + H O x Oxidación: Mg Mg + + e - Ecuación iónica ajustada: NO H + + Mg NO + Mg + + H O Ecuación molecular ajustada: 4HNO 3 + Mg NO + Mg(NO 3) + H O El potencial de pila es: E 0 pila = + 78 V (-,37 V) =3,1 V 6