los H y queda un par electrónico sin compartir. Molécula

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1 1 PAU Química. Septiembre 2007 PRIMERA PARTE Cuestión 1. Dadas las siguientes moléculas: P 3, 2 S, C 3 O, BeI 2 a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Razone si forman o no enlaces de hidrógeno. c) Deduzca su geometría aplicando la teoría de hibridación. d) Explique si estas moléculas son polares o apolares. a) b) El enlace de se da en moléculas con enlaces F, O o N, luego el C 3 O es el único que presenta enlaces de hidrógeno. c) P 3 : El P tiene hibridación sp 3, establece tres enlaces con P los y queda un par electrónico sin compartir. Molécula piramidal con ángulos menores de 109º. 2 S: 2 átomos unidos al átomo central y dos pares sin compartir (hibridación sp 3 del S). Molécula angular, ángulos S algo menores de 109. C 3 O: El C tiene hibridación sp 3, establece cuatro enlaces con los 3 y el O, que se repelen entre sí y dan una molécula tetraédrica con ángulos de enlace de 109,5º. El O C tiene hibridación sp 3 con dos pares electrónicos sin O compartir, establece dos enlaces con el y el C 3 que forman un ángulo menor de 109º. BeI 2 : El Be tiene hibridación sp, establece dos enlaces con I Be I los yodos que forman un ángulo de 120º. Molécula lineal. d) P 3 : Los enlaces P son apolares, molécula apolar. 2 S: Entre y S hay una pequeña diferencia de electronegatividad y como la molécula es angular será débilmente polar. C 3 O: Los enlaces C O y O son polares y debido a la geometría de la molécula, esta será polar. BeI 2 : Los enlaces Be I son polares pero como la molécula es lineal los momentos dipolares se compensan, molécula apolar. Cuestión 2. Conteste razonadamente a las siguientes preguntas: a) Ordene, de menor a mayor, el p de las disoluciones acuosas de igual concentración de los compuestos KCI, F y NO 3. b) Ordene, de menor a mayor, el p de las disoluciones acuosas de igual concentración de las sales NaClO 2, COONa y NaIO 4.

2 2 Datos: K a (F) = 10 3, K a (ClO 2 ) = 10 2, K a (COO) = 10 4, K a (I0 4 ) = 10 8 a) El F es un ácido más débil que el NO 3 (ácido muy fuerte) y el KCl es una sal procedente de ácido y base fuerte, por lo que la base y el ácido conjugados son muy débiles y darán una disolución neutra, p = 7. Por lo tanto el orden de ps será: NO 3 < F < KCl b) NaClO O Na + + ClO 2 ; ClO O ClO 2 + O COONa + 2 O Na + + COO ; COO + 2 O COO + O NaIO O Na + + IO 4 ; IO O IO 4 + O Todas las disoluciones son básicas. A mayor K b, mayor basicidad y mayor p. K b (ClO 2 ) < K b (COO ) < K b (IO 4 ) p(clo 2 ) < p (COO ) < p (IO 4 ) Cuestión 3. La reacción 2 2 O (l) 2 2 (g) + O 2 (g) no es espontánea a 25 C. Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. a) La variación de entropía es positiva porque aumenta el número de moles gaseosos. b) Se cumple que K p /K c = RT. c) Si se duplica la presión de 2, a temperatura constante, el valor de K p aumenta. d) La reacción es endotérmica a 25 C. a) Verdadera. La reacción directa produce gases y aumenta el desorden del sistema, S > 0 b) Falso. c) Falso. La constante de equilibrio solo depende de la temperatura. d) A 25º C, G = T S > 0 porque no es espontánea. Como S > 0, entonces tiene que ser positiva para G sea positiva. La reacción es endotérmica. Verdadera. Cuestión 4. La reacción 2X + Y X 2 Y tiene órdenes de reacción 2 y 1 respecto a los reactivos X e Y, respectivamente. a) Cuál es el orden total de la reacción? Escriba la ecuación velocidad del proceso. b) Qué relación existe entre la velocidad de desaparición de X y la de aparición de X 2 Y? c) En qué unidades se puede expresar la velocidad de esta reacción? Y la constante de velocidad? d) De qué factor depende el valor de la constante de velocidad de esta reacción? Razone la respuesta.

3 3 a) El orden total es tres. [ ] [ ] b) [ ] [ ] [ ] La velocidad de desaparición de X es doble de la de aparición de X 2 Y. 1 c) Unidades de v = mol L 1 s Unidades de k: mol L 1 s 1 = (k) ( mol L 1 ) 3 1 (k) = mol 2 L 2 s d) La constante de velocidad depende del factor de frecuencia (A), la energía de activación y la temperatura de acuerdo con la ley de Arrhenius: Cuestión 5. Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y justifique las respuestas escribiendo la reacción química adecuada: a) Los ésteres son compuestos que se pueden obtener por reacción de alcoholes y ácidos orgánicos. b) El eteno puede producir reacciones de adición. c) Los alcoholes se reducen produciendo ácidos orgánicos. d) La deshidratación del etanol por el ácido sulfúrico produce eteno. a) Verdadera COO + C 3 C 2 O COOC 2 C O ácido metanoico + etanol metanoato de etilo + agua b) Verdadera C 2 =C 2 + Cl C 3 C 2 Cl eteno + cloruro de hidrógeno cloroetano c) Falsa. Los alcoholes primarios se oxidan hasta ácidos orgánicos: C 3 C 2 O C 3 CO C 3 COO etanol etanal ácido etanoico d) Verdadera C 3 C 2 O + 2 SO 4 C 2 =C O etanol + ácido sulfúrico eteno + agua SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Problema 1. El p de una disolución de un ácido monoprótico A es 3,4. Si el grado de disociación del ácido es 0,02. Calcule: a) La concentración inicial de ácido. b) Las concentraciones del ácido y de su base conjugada en el equilibrio. c) El valor de la constante de acidez, K a. d) Los gramos de hidróxido de potasio (KO) necesarios para neutralizar 50 ml de dicho ácido.

4 4 Datos: Masas atómicas: K = 39,1; O = 16; = 1. a) A + 2 O A (ac) + 3 O + (ac) c 0 (1α) c 0 α c 0 α [ ] b) [A] = 0,0199 (10,02) = 0,0195 M [A ] = 0,0199 0,02 = 3, M c) d) [ ] Problema 2. Se introduce una barra de Mg en una disolución 1 M de MgSO 4 y otra de Cd en una disolución 1 M de CdCl 2 y se cierra el circuito conectando las barras mediante un conductor metálico y las disoluciones mediante un puente salino de KNO 3 a 25 C. a) Indique las reacciones parciales que tienen lugar en cada uno de los electrodos, muestre el cátodo, el ánodo y la reacción global, y calcule el potencial de la pila. b) Responda a las mismas cuestiones del apartado anterior, si en este caso el electrodo de Mg 2+ /Mg se sustituye por una barra de Ag sumergida en una disolución 1M de iones Ag +. Datos: E (Mg 2+ /Mg) = 2,37 V; E (Cd 2+ /Cd) = 0,40 V; E (Ag + /Ag) = +0,80 V a) Mg reductor Cd 2+ oxidante 2 e Mg 2+ ánodo + 2 e Cd cátodo Mg + Cd 2+ Mg 2+ + Cd b) Cd reductor Ag + oxidante 2 e Cd 2+ ánodo + 1 e Ag (x2) cátodo Cd + 2 Ag + Cd Ag

5 5 OPCIÓN B Problema 1. En un recipiente de 25 L se introducen dos moles de hidrógeno, un mol de nitrógeno y 3,2 moles de amoniaco. Cuando se alcanza el equilibrio a 400 C, el número de moles de amoniaco se ha reducido a 1,8. Para la reacción 3 2 (g) + N 2 (g) 2N 3 (g) calcule: a) El número de moles de 2 y de N 2 en el equilibrio. b) Los valores de las constantes de equilibrio K c y K p, a 400 C. Datos: R = 0,082 atm L mol 1 K 1. a) 3 2 (g) + N 2 (g) 2 N 3 (g) 2 3x 1 x 3,2 + x en el equilibrio: 3,2 + x = 1,8; x = 1,4 moles de 2 = 2 3 ( 1,4) = 6,2 moles de N 2 = 1 ( 1,4) = 2,4 b) [ ] [ ] [ ] Problema 2. Se hacen reaccionar 12,2 L de cloruro de hidrógeno, medidos a 25 C y 1 atm, con un exceso de l buteno para dar lugar a un producto P. a) Indique la reacción que se produce, nombre y formule el producto P mayoritario. b) Determine la energía Gibbs estándar de reacción y justifique que la reacción es espontánea. c) Calcule el valor de la entalpía estándar de reacción. d) Determine la cantidad de calor que se desprende al reaccionar los 12,2 L de Cl. Datos: R = 0,082 atm L mol 1 K 1. f (kj mol 1 ) G f (kj mol 1 ) 1 buteno 0,54 70,4 C1 92,3 95,2 Producto P 165,7 55,1 a) Reacción de adición: C 2 =C C 2 C 3 + Cl C 3 CCl C 2 C 3, 2clorobutano b) G R = 55,1 70,4 + 95,2 = 30,3 kj/mol < 0, espontánea. c) R = 165,7 + 0, ,3 = 72,86 kj/mol d)

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