PAU Química. Septiembre 2008 PRIMERA PARTE

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1 1 PAU Química. Septiembre 2008 PRIMERA PARTE Cuestión 1. A las siguientes especies: X, Y y Z +, les corresponden los números atómicos 17, 18 y 19, respectivamente. a) Escriba la configuración electrónica de cada una de ellas. Ordene razonadamente, de menor a mayor, las diferentes especies según su tamaño y su energía de ionización. c) Qué especies son X e Y? d) Qué tipo de enlace presenta ZX? Describa brevemente las características de este enlace. a) Las tres tienen la misma configuración electrónica: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6. Radio de Z + < Radio de Y < Radio de X. Cuanto mayor es la carga nuclear (mayor número atómico), mayor es la atracción por los electrones de la última capa y el átomo se contrae. Orden de energías de ionización: X < Y < Z+. Por la misma razón anterior, cuanto mayor es la atracción entre el núcleo y los electrones de la última capa, mayor es la energía necesaria para ionizarlos. c) X = Cl, Y = Ar. d) ZX = KCl, compuesto iónico. El enlace iónico se establece por atracción electrostática entre el catión y el anión. Cationes y aniones se distribuyen en una red cristalina en la que cada catión está rodeado por aniones y viceversa. Los compuestos iónicos son duros, de altos puntos de fusión y ebullición, solubles en agua y no conductores del calor ni la electricidad (salvo si están fundidos). Cuestión 2. Dadas las siguientes moléculas: C 4, N 3, 2 S, B 3. a) Justifique sus geometrías moleculares en función de la hibridación del átomo central. Razone qué moléculas serán polares y cuáles apolares. c) De qué tipo serán las fuerzas intermoleculares en el C 4? d) Indique, razonadamente, por qué el N 3 es el compuesto que tiene mayor temperatura de ebullición.

2 2 a) C 4 : El C tiene hibridación sp 3, establece cuatro enlaces con los, que se repelen entre sí y dan una molécula tetraédrica con ángulos de enlace de 109,5º. N 3 : El N tiene hibridación sp 3, establece tres enlaces con los y queda un par electrónico sin compartir. Molécula piramidal con ángulos menores de 109º. 2 S: El S tiene hibridación sp 3, establece dos enlaces con los y quedan dos pares electrónicos sin compartir. Molécula angular con ángulos menores de 109º. B 3 : El B tiene hibridación sp 2, establece tres enlaces con los. Molécula triangulares con ángulos de 120º. En el C 4 y B 3 los enlaces son apolares y además las moléculas son simétricas, luego son apolares. En el N 3 y 2 S los enlaces son polares y no se compensan por la geometría de la molécula, luego son polares. C N S B c) El C 4 presenta fuerzas intermoleculares débiles, tipo London (dipolo instantáneo dipolo inducido). d) Entre las moléculas de N 3 hay enlaces de hidrógeno que son más fuertes que las interacciones dipolo permanente ( 2 S) y las de tipo London (C 4, B 3 ). Cuestión 3. Considerando el diagrama de energía que se muestra, para la reacción A B + C, conteste razonadamente a las siguientes preguntas: Energía a) Cuál puede ser la causa de la diferencia entre la curva 1 y la 2? Para cuál de las dos curvas la reacción transcurre a mayor velocidad? c) Qué les sucederá a las constantes de velocidad de reacción si se aumenta la temperatura? d) La reacción es exotérmica o endotérmica? Coordenada de reacción a) En el caso de la curva 2, se ha añadido un catalizador que rebaja la energía de activación. Para la curva 2 es mayor la velocidad de reacción porque la energía de activación es menor. c) Las constantes de velocidad aumentan con la temperatura de acuerdo con la ley de Arrhenius: d) La reacción es exotérmica, < 0. Cuestión 4. En una pila electroquímica, el ánodo está formado por una barra de cobre sumergida en una disolución acuosa de nitrato de cobre (II), mientras que el cátodo consiste en una lámina de plata sumergida en una disolución acuosa de nitrato de plata.

3 3 a) Formule las semirreacciones del ánodo y del cátodo. Formule la reacción global iónica y molecular de la pila. c) Explique de forma justificada por qué se trata de una pila galvánica. d) Indique razonadamente el signo de G para la reacción global. Datos: E (Ag + /Ag) = 0,80 V; E (Cu 2+ /Cu) = 0,34 V. a) Ánodo, oxidación: Cu 2 e - Cu 2+ Cátodo, reducción: Ag e - Ag Cu + 2 Ag + Cu Ag Cu + 2 AgNO 3 Cu(NO 3 ) Ag c) Los electrones que desprende el Cu en el ánodo se desplazan por el conductor eléctrico hasta el electrodo de Ag (cátodo) donde se unen a los iones Ag + que se depositan sobre el cátodo. Por tanto se genera una corriente eléctrica. d) Gº = -nfeº; Eº = Eº cátodo Eº ánodo = 0,80 0,34 = 0,46 > 0, por lo tanto Gº < 0, reacción espontánea. Cuestión 5. Para el siguiente compuesto: C 3 C C C 3 C 3 a) Indique su nombre sistemático Escriba su reacción con yoduro de hidrógeno e indique el nombre del producto mayoritario. c) Formule y nombre los isómeros de posición del compuesto del enunciado. Puntuación máxima por apartado: a) 0,5 puntos, y c) 0,75 puntos. a) 2-metil-2-buteno I I 3 C C C C 3 + I 3 C C C 2 C C C C C 3 C 3 C 3 2-metil-2-yodobutano C 3 3-metil-2-yodobutano (mayoritario) (minoritario) c) 2 C C C 2 C 3 C 3 2-metil-1-buteno 3 C C C C 2 C 3 3-metil-1-buteno SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Problema 1. Para la reacción de hidrogenación del eteno (C 2 =C 2 ), determine: a) La entalpia de reacción a 298 K.

4 4 El cambio de energía Gibbs de reacción a 298 K. c) El cambio de entropía de reacción a 298 K. d) El intervalo de temperaturas para el que dicha reacción no es espontánea. Datos a 298 K C 2 =C 2 C 3 C 3 º f (kj.mol 1 ) 52,3 84,7 Gº f (kj.mol 1 ) 68,1 32,9 a) C 2 =C C 3 C 3 º r = º f (C 3 C 3 ) º f (C 2 =C 2 ) = 84,7 52,3 = 137 kj.mol 1 Gº r = Gº f (C 3 C 3 ) Gº f (C 2 =C 2 ) = 32,9 68,1 = 101 kj.mol 1 c) Gº = º T Sº; 101 = Sº; Sº = 0,121 kj.mol 1 = 121 J.mol 1 d) Gº = º T Sº > 0; 137 T ( 0,121) > 0; 0,121 T > 137; T > 1134 K Problema 2. Una disolución acuosa de amoniaco de uso doméstico tiene una densidad de 0,962 g cm 3 y una concentración del 6,5 % en peso. Determine: a) La concentración molar de amoniaco en dicha disolución. El p de la disolución. c) El p de la disolución resultante al diluir 10 veces. Datos: Masas atómicas: N = 14, = 1; K b (amoníaco) = 1, Puntuación máxima por apartado: a) 0,5 puntos, y c) 0,75 puntos. a) N O N 4 + (ac) + O - (ac) c 0 (1-α) c 0 α c 0 α c) OPCIÓN B Problema 1. El valor de la constante de equilibrio a 700 K para la reacción 2I (g) 2 (g) + I 2 (g) es 0,0183. Si se introducen 3,0 moles de I en un recipiente de 5 L que estaba vacío y se deja alcanzar el equilibrio: a) Cuántos moles de I 2 se forman? Cuál es la presión total? c) Cuál será la concentración de I en el equilibrio si a la misma temperatura se aumenta el volumen al doble?

5 5 Datos: R = 0,082 atm.l.mol 1 K 1. Puntuación máxima por apartado: a) 1 punto, y c) 0,5 puntos. a) 2 I (g) 2 (g) + I 2 (g) 3 2x x x Se forman 0,3194 moles de I 2 c) El cambio de volumen no afectaría al número de moles en el equilibrio: Problema 2. El ácido clorhídrico se obtiene industrialmente calentando cloruro de sodio con ácido sulfúrico concentrado. a) Formule y ajuste la reacción que tiene lugar. Cuántos kilogramos de ácido sulfúrico de una concentración del 90 % en peso se necesitará para producir 100 kg de ácido clorhídrico concentrado al 35 % en peso? c) Cuántos kilogramos de cloruro de sodio se emplean por cada tonelada de sulfato de sodio obtenido como subproducto? Datos: Masas atómicas: = 1, O = 16; Na = 23; S = 32; Cl = 35,5. Puntuación máxima por apartado: a) 0,5 puntos, y c) 0,75 puntos. a) 2 NaCl + 2 SO 4 2 Cl + Na 2 SO 4 Reaccionan: 2x x Se obtienen: 2x x c)