H o = kcal. Entalpies estàndard de formació d alguns compostos a K Substàncies H 0 f, (kj mol -1 ) Substàncies

Transcripción

1 Poseu a totes les fulles el nom, el grup gran i mitjà i el vostre DNI. Utilitzeu només el full assignat a cada pregunta per tal de respondre-la. Només es corregirà el que estigui escrit en bolígraf. Cal raonar breument totes les respostes. Les preguntes de les parts no recuperable i recuperable compten, juntament amb les altres proves equivalents, un 30% i un 70% de la nota global de l'assignatura, respectivament. Part No Recuperable NR-1) Calculeu l'entalpia de formació del Ca(OH) (s) a K coneixent les dades següents: CaO(s) + H O(l) Ca(OH) (s) H o = kcal Entalpies estàndard de formació d alguns compostos a K Substàncies H 0 f,98.15 (kj mol -1 ) Substàncies H 0 f,98.15 (kj mol -1 ) C (grafit) 0.0 CH 4(g) metà C (diamant) 1.9 C H 6(g) età CO (g) C 3 H 8(g) propà CO (g) C 4 H 10(g) butà HCl (g) -9.3 C H 4(g) etilè 5. NO (g) 90.4 C 3 H 6(g) propè 0.4 H O (l) C 4 H 8(g) 1-butè 1. H O (g) C H (g) etí 6.5 H S (g) -0.1 CH 3 OH (l) metanol SO (g) C H 5 OH (l) etanol SO 3(g) CH 3 COOH (l) àc. acètic NH 3(g) -46. C 6 H 6(l) benzè 48.9 NO (g) 33.8 C 6 H 1 O 6(s) -D-glucosa NaCl (s) C 1 H O 11(s) sacarosa -1.6 KCl (s) CaCO 3(s) O 3(g) CaO (s)

2 Part Recuperable R-1) (10 punts) A 600 K la descomposició de l'azometà segueix aquesta reacció de primer ordre: CH 3 N CH 3(g) CH 3 CH 3(g) + N (g) A la taula que segueix es mostra la concentració existent d'azometà en funció del temps. [Azometà] / M Temps / s A partir d'aquestes dades troba: a) Quina és la constant de velocitat de la reacció a la temperatura esmentada. b) Quina serà la concentració disponible d'azometà al cap de hores d'haver-se iniciat la reacció. Cal que raonis breument les respostes. a) A l'enunciat ja s'informa que la reacció és de primer ordre. En conseqüència, cal aplicar la fórmula linealitzada (considerant el logaritme neperià de la concentració) i fer l'ajust lineal amb el temps. El resultat de l'ajust és el següent: El coeficient de determinació és r = La recta s'ajusta bé a un model de reacció de primer ordre. La ordenada a l'origen és Pel fet que e =8.141, aquesta dada es correspon amb una concentració teòrica inicial d'azometà igual a [Azometà] 0 =8.141 M. El pendent de la recta és m = s -1 Així, la constant de velocitat és: k = -m = s -1 (cal especificar bé el signe i les unitats) b) La relació de la concentració d'azometà amb el temps és [Azometà] t = [Azometà] 0 e -kt [Azometà] t = M e t on el temps s'expressa en segons. Aplicant que el temps és de h = 700 s, s'obté que la concentració a les hores és [Azometà] h = M El resultat es pot expressar amb 3 xifres significatives.

3 R-) (10 punts) Les representacions gràfiques següents corresponen als orbitals de l àtom d'hidrogen 1s, s, p i 3s, però estan desordenades. I) II) III) IV) a) Indiqueu quins gràfics (els de la dreta o els de la esquerra) corresponen a la funció d ona radial (també anomenada part radial de la funció d ona) i quins a la funció de distribució radial (també anomenada funció densitat de probabilitat radial). Justifiqueu la vostra resposta. Dada: la funció de distribució radial ve donada per la funció D(r)=r R (r), on R(r) és la part radial de la funció d ona. b) Quants nodes radials tenen cadascuna de les funcions d ona radials anteriors? c) A quin orbital correspon cada parella de gràfics anteriors? Justifiqueu la vostra resposta. d) Quina és la diferència d energia entre els orbitals s i p d un àtom d'hidrogen o d un àtom hidrogenoide? Justifiqueu la vostra resposta sense fer cap càlcul ni utilitzar cap fórmula. a) Els de l esquerra corresponen a la funció d ona radial i els de la dreta corresponen a la funció densitat de probabilitat radial. La funció d ona radial pot tenir nodes i, per tant, valors positius i negatius. La funció densitat de probabilitat radial sempre te valors no negatius. b) I) 0; II) 1; III) ; IV) 0. c) I) p; II) s; III) 3s; IV) 1s. El numero de nodes de la funció d ona radial és igual a n-l-1. Per tant el número de nodes dels orbitals 1s, s, p i 3s són respectivament 0, 1, 0,. Així II) només pot correspondre a la funció d ona radial de l orbital s i III) només pot ser la funció 3

4 d ona radial de l orbital 3s. A partir del número de nodes les funcions d ona radial dels orbitals 1s i p podrien ser tant I) com IV). Però el valor de r pel qual la funció densitat de probabilitat radial de IV) és màxim és molt més petit que I), per tant IV) ha de correspondre a la funció densitat de probabilitat radial 1s i I) a p. d) En l àtom d'hidrogen els orbitals s i p estan degenerats (és a dir, tenen la mateixa energia i per tant la seva diferència d energia és zero) ja que l energia dels orbitals de l àtom d'hidrogen només depèn del número quàntic n, i en tots dos casos n=. 4

5 R-3) (10 punts) Contesta de forma raonada a les dues qüestions que segueixen (la pregunta que no estigui raonada no serà avaluada): a) Ordena els àtoms següents en ordre creixent segons el seu radi atòmic: P, Si i N. Dades: P (Z = 15), Si (Z = 14), N (Z = 7) b) Quin àtom ha de tenir una primera energia d'ionització menor, l'oxigen o el sofre? Dades: O (Z = 8), S (Z = 16) a) P: [Ne]3s p 3 ; Si: [Ne]3s p ; N: [He]s p 3 Por las configuraciones electrónicas sabemos que: P: n=3; G15 Si: n=3; G14 N: n=; G15 La situación en el SP será: G14 G15 n= N n=3 Si P Por lo tanto como el radio atómico disminuye en un periodo de izquierda a derecha y en un grupo de abajo a arriba, la respuesta correcta será: b) O: [He]s p 4 ; S: [Ne]3s p 4 r(n) < r(p) < r(si) Por las configuraciones electrónicas sabemos que: O: n=; G16 S: n=3; G16 Ambos pertenecen al mismo grupo pero el O está en n= y el S en n=3. La primera energía de ionización disminuye a medida que se desciende en un grupo debido a que el electrón más externo está más alejado del núcleo y siente menor atracción. Por lo tanto el azufre debe tener una primera energía de ionización menor. 5

6 R-4) (10 punts) La geometria dels compostos i espècies dels elements del bloc p també es poden descriure amb les hibridacions. Tenint en compte que el nombre d orbitals atòmics hibridats sempre és igual al nombre d orbitals híbrids produïts, relacioneu els híbrids sp 3 d, sp 3, sp 3 d i sp, amb les següents geometries: sp 3 híbrids: 3 parells d electrons al voltant de l àtom central 3 parells enllaçants sp 3 4 híbrids: 4 parells d electrons al votant de l àtom central 4 parells enllaçants sp 3 d 5 híbrids: 5 parells d electrons al voltant de l àtom central 5 parells enllaçants 6

7 sp 3 d 6 híbrids: 6 parells d electrons al voltant de l àtom central 5 parells enllaçants + 1 no enllaçant 7

8 R-5) (10 punts) A la temperatura de 98 K, la constant d equilibri de la reacció N (g) + O (g) NO (g) és K P = A la temperatura de 000K la constant d equilibri per a la mateixa reacció és de K P = ) De les següents afirmacions, digueu quines són certes tot justificant breument la vostra resposta: a) La reacció és endotèrmica. b) Quan la reacció assoleix l equilibri a una temperatura de 000 K, un augment de la pressió desplaça l equilibri cap a la formació de productes. c) G 0 per a la reacció a la temperatura de 98K és positiva. ) Calculeu el grau de dissociació del NO a 000 K. Considereu que P 0 = 1 bar i que les pressions parcials equivalen a activitats. 1a. Certa. En els processos endotèrmics un augment de la temperatura del procés condueix a un augment de la constant d equilibri. D acord amb l equació de van t Hoff: Si K 1 < K (la constant augmenta), llavors ln K 1 / K < 0 Si T 1 < T (la temperatura augmenta), llavors (1/T 1/T 1 ) < 0 Per tant, el valor de H 0 ha de ser positiu per tal de satisfer l equació de van t Hoff. 1b. Falsa. El procés de formació de l NO transcorre amb un n = 0 (no hi ha variació de nombre de mols en estat gas entre reactius i productes), per tant un augment de la pressió no té cap efecte sobre l equilibri. 1c. Certa. El procés descrit correspon a un sistema homogeni gasós, per tant Ka = Kp. Si substituïm els valors de Kp a a 98K a l equació que la relaciona amb la variació de l entalpia lliure (G 0 = -RT lnka), obtenim un valor de G 0 > 0. 8

9 . La reacció de dissociació del NO es pot escriure com: NO (g) N (g) + O (g) i la constant d equilibri associada a aquest procés a 000K té un valor de Kp =1/Kp = 500. Si fem la taula d equilibri obtenim, per a una pressió inicial arbitrària (P NO ) 0 : NO (g) N (g) + O (g) Kp = 500 Inicial (P NO ) Transforma - (P NO ) 0 α (P NO ) 0 α/ (P NO ) 0 α/ Equilibri (P NO ) 0 (1- α) (P NO ) 0 α/ (P NO ) 0 α/ K NO NO ( P ) 0 ' p a N a a O P N P P O ( P ) (1 ) 41 NO NO α = 0,990 9