UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID

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1 UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID PRUEBA DE ACCESO A LAS ENSEÑANZAS UNIVERSITARIAS OFICIALES DE GRADO JUNIO 0 MATERIA: QUÍMICA INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN La prueba consta de dos opciones, A y B, Y el alumno deberá escoer una de las opciones y resolver las cinco preuntas planteadas en ella, sin que pueda eleir preuntas de diferentes opciones. Cada preunta puntuará sobre un máximo de dos puntos. No se contestará ninuna preunta en este impreso. TIEMPO: una hora y treinta minutos OPCIÓN A Preunta la.- Indique si las siuientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando en cada caso su respuesta: a La confiuración electrónica s s p 6 s p 6 4s d corresponde al estado fundamental de un átomo. b La confiuración electrónica s s p 7 s es imposible. c Las confiuraciones electrónicas s s p 6 s p y s s p 5 d s corresponden a dos estados posibles del mismo átomo. d La confiuración electrónica s s p 6 s p 6 4s d corresponde a un elemento alcalinotérreo. Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos. a. Verdadera. Confiuración electrónica fundamental del primer elemento del rupo III, ordenada por enería creciente. b. Verdadera. (p 7 En un subnivel p solo existen 6 estados electrónicos posibles ( 6 electrones seún las relas de los número cuánticos (tres posibles valores de m y dos posibles valores de s para cada valor de m. máximo nº e en un subnivel 4 l ; nº cuántico secundario o azimutal p (l ; (nº e máx 4 l 4 6 c. Falsa. En el nivel dos (n, no puede existir un subnivel d. l 0: Para n : ( l 0,,... n : l : Subnivel s Subnivel p d. Falsa. La confiuración de la capa de valencia de los elementos del rupo II (alcalinotérreos (III es ns. Preunta A.- Se preparan disoluciones acuosas de los siuientes compuestos: ioduro de potasio, dioxonitrato (III de sodio, bromuro de amonio y fluoruro de sodio. a Escriba los correspondientes equilibrios de disociación y los posibles equilibrios de hidrólisis resultantes para los cuatro compuestos en disolución acuosa. b Justifique el carácter ácido, básico o neutro de cada una. Datos. Ka dioxonitrato (III de hidróeno 7, 0 4 ; Ka ácido fluorhídrico 6,6 0 4 ; Kb amoniaco, Puntuación máxima por apartado: punto. a. Disociación de las sales: KI H O K ( aq I ( aq H NaNO O Na ( aq NO ( aq H NH Br O 4 NH 4 ( aq Br ( aq NaF H O Na ( aq F ( aq Hidrólisis: Producen hidrólisis los iones procedentes de ácidos o bases débiles (tienen constante de disociación, NO ; NH 4 ; F. NO H O HNO OH hidrólisis básica NH 4 H O NH HO hidrólisis ácida F H O HH OH hidrólisis básica

2 b. KI: Sal neutra. Ninuno de los iones que produce la disociación de la sal se hidroliza, por proceder de un ácido fuerte (HI y de una base fuerte (KOH NaNO : Sal básica. Solo produce hidrólisis el ión nitrito ( NO por provecer de un ácido débil (HNO, el catión sodio (Na, no se hidroliza porque procede de una base fuerte (NaOH. Por ser básica la única hidrólisis que se produce, la disolución de la sal es básica (ph > 7. NH 4 Br: Sal ácida. Solo produce hidrólisis el catión amonio ( NH 4 por proceder de una base débil (NH, el ión bromuro (Br, no se hidroliza porque procede de un ácido fuerte (HBr. Por ser ácida la única hidrólisis que se produce, la disolución de la sal es ácida (ph < 7. HF: Sal básica. Solo produce hidrólisis el ión fluoruro ( F por provecer de un ácido débil (HF, el catión sodio (Na, no se hidroliza. Por ser básica la única hidrólisis que se produce, la disolución de la sal es básica (ph > 7. Preunta A.- Suponiendo una pila alvánica formada por un electrodo de A(s sumerido en una disolución de ANO y un electrodo de Pb(s sumerido en una disolución de Pb(NO indique: a La reacción que tendrá luar en el ánodo. b La reacción que tendrá luar en el cátodo. c La reacción lobal. d El potencial de la pila. Datos. Eº (A /A 0,80 V; Eº (Pb /Pb 0, V. Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos. a. En el ánodo se produce la oxidación de la forma reducida del par de menor potencial (Pb Pb Pb e b. En el cátodo se produce la reducción de la forma oxidada del par de mayor potencial (A. A e A c. La reacción lobal se obtiene combinando las dos semirreacciones para eliminar los electrones. Pb Pb e A e A ( Pb A Pb A d. El potencial de una pila se obtiene restando el potencial cátodo menos el potencial de ánodo. Eº Eº A A Eº Pb Pb 0,80 0, 0,9 ( ( ( v Preunta 4A.- La entalpía de combustión de un hidrocarburo aseoso C n H n es de 0 kj. Calcule: a La fórmula ecular de este hidrocarburo. b La enería desprendida en la combustión de 50 L de este as, medidos a 5 ºC y l atm. c La masa de H O ( que se obtendrá en la combustión anterior. Datos. R 0,08 atm L K. Entalpías de formación (kj CO ( 9; H O ( 86; C n H n ( 06. Masas atómicas: H ; O 6. Puntuación máxima por apartado: a punto; b y c 0.5 puntos. a. Para conocer la formula ecular del hidrocarburo se necesita conocer el valor de n. El valor de n se obtiene del cálculo de la entalpía de reacción a partir de las entalpías de formación de todos los compuestos que intervienen en el proceso. La reacción de combustión del hidrocarburo en función de n es: n C n H n ( O ( n CO ( ( n H O( l La entalpía de la reacción se calcula como diferencia de la suma de las entalpías de formación de productos menos la suma de las entalpías de formación de reactivos multiplicadas por sus coeficientes estequiométricos.

3 H o R o f p H p i ; r i coeficientes estequiométricos i o ( productos r H ( reactivos ( 9 ( n ( 86 ( 06 0 n 679 n 040 : n i f La formula ecular del hidrocarburo es C H 8 b. H ( 5 O ( 5 CO ( 4 H O( l 0 kj C 8 Teniendo en cuenta que la entalpía de la reacción esta calculada para un de hidrocarburo, el calor desprendido en el proceso se puede calcular seún: Q n o ( C H 8 H R Los es de hidrocarburo aseoso se calculan mediante la ecuación de ases ideales. P V atm 50 L Q n( C H8,05 R T atm L 0,08 98 K K Q,05 ( 0 kj 454,5 kj c. La relación existente entre el hidrocarburo y el aua en el proceso de combustión es de a 4, por cada de hidrocarburo se forman 4 es de aua n( H 0 4 n( CH8 4,05 8, r H ( 0 n( H 0 M( H 0 8, 8 47,6 Preunta 5A.- En un recipiente de 5 L se introducen, de COCl a 00 K. Cuando se alcanza el equilibrio COCl CO Cl, la presión final es de 80 mm de H. Calcule: a Las presiones parciales de COCl, CO y Cl en el equilibrio. b Las constantes de equilibrio Kp y Kc. Datos. R 0,08 atm L K ; Masas atómicas: C ; 0 6; Cl 5,5. Puntuación máxima por apartado: a punto. a. Las presiones parciales de los componentes del equilibrio se pueden calcular mediante la ecuación de ases ideales conocido el volumen, la temperatura y los es de cada componente. n RT P i i V Para calcular los es en el equilibrio hay que tener en cuenta que el foseno (COCl se disocia seún el siuiente cuadro de reacción. COCl( CO( Cl( C. iniciales ( no C. Equilibrio ( no x x x Siendo n o el número de es iniciales y x los es de foseno (COCl que se disocian. El número total de es en el equilibrio se puede calcular con los datos del equilibrio y como suma de los es de cada uno de los componentes. neq n( COCl Eq n( CO Eq n( Cl Eq no x n 80 P atm 5L Eq V 760 0,048 : n RT atm L 0,08 00K K Eq ( ( m COCl M COCl, 99 o 0,0

4 Sustituyendo en la iualdad anterior: 0,048 0,0 x : x 0, 06 Número de es y presiones parciales en el equilibrio atm L 0,06 0,08 00 K n( COCl K Eq no x 0, ,06 : PCOCl 0,08 atm 5 L atm L 0,06 0,08 00 K n( CO n( Cl x 0,06 : P P K Eq Eq CO Cl 0,08 atm 5 L El problema también se puede resolver en función de las presiones planteando el cuadro de reacción en función de la presión. COCl( CO( Cl( C. iniciales ( atm Po C. Equilibrio ( atm Po x x x Siendo x la presión de equilibrio del monóxido de carbono y del cloro ecular. PT Pi PCOCl PCO PCl Po x, atm L 0,08 00 K K n RT P T 0,4 atm : P o o 0,6 atm 760 V 5 L 0,4 x 0,6 : x 0,08 atm PCOCl Po x 0,4 0,6 0,08 atm : PCO PCl x 0,08 atm b. Conocidas las presiones parciales se calcula el valor de la constante K P, y mediante la relación entre las constantes el valor de K C. PCO PCl 0, KP 0,08 PCOCl 0.08 n ( RT ( 0,08 00 KP 0,08 Kc,5 0 4

5 OPCIÓNB Preunta B.- Considere las éculas de HCN, CHCl y Cl O. a Escriba sus estructuras de Lewis. b Justifique cuáles son sus ánulos de enlace aproximados. c Justifique cuál o cuáles son polares. d Justifique si aluna de ellas puede formar enlaces de hidróeno. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a. Para poder determinar la estructura de Lewis es conveniente saber los pares de electrones compartidos (C forman enlace y los pares de electrones solitarios (S, para lo cual se necesita conocer los electrones disponibles (D suma de electrones de la capa de valencia de los átomos que forman la écula y los electrones necesarios (N suma del número de electrones necesarios para que todos los átomos alcancen la confiuración electrónica óptima. D H :s N HCN : C :s ;s p : C N D ( 4 enlaces N :s ;s p S D C 0 8 ( par D H :s N CHCl : C :s ;s p : 5 ( [ ] C N D enlaces Cl : Ne ; s p S D C ( 9 pares D Cl : [ Ne ]; s p N Cl O : : 4 O :s ;s p C N D ( enlaces S D C ( 8 pares b. Los ánulos de enlace se puede obtener teniendo en cuenta la RPECV o los orbitales híbridos que forman la écula. RPECV: Se deben tener en cuenta los pares de electrones que rodean al átomo central (ICE índice de coordinación electrónica, representa los pares de electrones que rodean al átomo central, y el número de núcleos con los que se une (direcciones eométrica. Partiendo de la estructura de Lewis: I.C.E HCN : Lineal. Ánulo de enlace 80º nucleos I.C.E 4 CHCl Tetraédrica. Ánulo de enlace 09,5º Nucleos 4 Cl O I.C.E 4 Tetraédrica. Ánulo de enlace 09,5º Nucleos 4 Orbitales híbridos: Pr om e O.H. sp C : s p s p x p y p z ( sp ( sp p y p z. Lineal. α 80º Pr om e O.H. sp ( ( ( ( C : s p s p x p y p z sp 4 O.H. sp ( ( ( ( O : s p sp sp sp. Tetraédrica. α 09,5º s p x p y p z sp sp sp sp. Tetraédrica. α 09,5º c. Las tres éculas son polares. Las tres éculas tienen enlaces polares y la eometría de la écula no anula los momentos dipolares de la écula ( µ r i 0. d. Para que exista enlace de hidróeno en una écula el hidróeno debe estar unido a fluor, oxieno o nitróeno, cosa que no sucede en ninuna de las éculas por lo que ninuna presenta enlaces de hidróeno 5

6 Preunta B.- Indique si las siuientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando en cada caso su respuesta: a Si una reacción es endotérmica y se produce un aumento de orden del sistema entonces nunca es espontánea. b Las reacciones exotérmicas tienen enerías de activación neativas. c Si una reacción es espontánea y S es positivo, necesariamente debe ser exotérmica. d Una reacción A B C D tiene H 50 kj y una enería de activación de 50 kj, por tanto la enería de activación de la reacción inversa es de 00 kj. Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos. a. Verdadero. El criterio de espontaneidad de una reacción química es función del sino de la variación de enería libre que se produce en ella ( GR < 0 reacc espontánea ; GR > 0 reacc no espontánea es endotérmica ( H > 0 ; si en la reacción aumenta el orden, disminuye el desorden ( S < 0. Si la reacción, y teniendo en cuenta que G H T S, para la reacción propuesta G > 0 a cualquier temperatura, reacción no espontánea. b. Falso. La enería de activación de una reacción nunca puede ser neativa por definición, es la enería que deben anar los reactivos para llear al estado de transición o complejo activado. c. Falso. La afirmación que se realiza no tiene por que ser necesaria. En reacciones con S positivo y endotérmicas ( H > 0, a temperaturas superiores a la temperatura de equilibrio, la variación de enería libre es neativa y por tanto la reacción es espontánea. d. Verdadero. La enería de activación de la reacción directa ( a relacionadas por la expresión: Ea Ea HR Esta relación la cumplen los datos que proporciona la afirmación. 50 kj 00 kj 50 kj E y de la reacción inversa ( E Preunta B.- Complete las siuientes reacciones químicas, formule todos los reactivos y productos oránicos mayoritarios resultantes, nombre los productos e indique en cada caso de qué tipo de reacción se trata. a penteno ácido bromhídrico. b butanol en presencia de ácido sulfúrico en caliente. c -butanol ácido metanoico en presencia de ácido sulfúrico. d metil penteno hidróeno en presencia de catalizador. Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos. a. penteno ácido bromhídrico CH CH ( CH CH HBr CH CHBr ( CH CH CHBr ( CH CH - penteno - bromo - pentano - bromo - pentano Reacción de adición electrófila, seún la rela de Markownikoff, el producto mayoritario es el -bromopentano. b. butanol en presencia de ácido sulfúrico en caliente H SO CH CHOH CH CH 4 Q CH CH CH CH CH CH CH CH HO - butanol - buteno - buteno Reacción de eliminación (deshidratación de un alcohol. Seún la rela de Saytzeff el producto mayoritario será el -buteno, la formación del alqueno se produce siempre hacia el carbono más sustituido que eneran alquenos termodinámicamente más estables. c. -butanol ácido metanoico en presencia de ácido sulfúrico CH OH CH CH CH HCOOH HCO O CH CH CH CH HO - butanol ac. metanoico metanoato de butilo Reacción de esterificación entre un ácido y un alcohol. d. metil penteno hidróeno en presencia de catalizador a están 6

7 Catalizador ( CH CH CH H CH CH( CH CH C CH CH CH CH - metil - - penteno - metil - pentano Reacción de hidroenación de alquenos, es una adición nucleófila. Preunta 4B.- Se hace reaccionar completamente una muestra de dióxido de mananeso con ácido clorhídrico comercial, de una riqueza en peso del 8% y de densidad,8 k L, obteniéndose cloro aseoso y Mn. a Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción. b Escriba la reacción ecular lobal que tiene luar. c Cuál es la masa de la muestra de dióxido de mananeso si se obtuvieron 7, L de as cloro, medidos a atm y 0 C? d Qué volumen de ácido clorhídrico comercial se consume? Datos. R 0,08 atm L K ; Masas atómicas: H ; 0 6; Cl 5,5; Mn 55. Puntuación máxima por apalado: 0.5 puntos. a. MnO HCl Cl( Mn 4 e Elementos que cambian de valencia; Mn Mn e 0 Cl Cl Semireacción de reducción : MnO 4H e Mn HO Semireacción de oxidación : Cl Cl e b. Se combinan las semirreacciones para eliminar los electrones (en este caso con sumar las semirreacciones se eliminan los electrones, obteniéndose la reacción iónica lobal. MnO 4H e Mn HO Cl Cl e MnO Cl 4H Mn Cl H La reacción lobal se obtiene a partir de la iónica transformando los protones en ácido clorhídrico y el mananeso (II en dicloruro de mananeso, utilizando los cloruros que se han añadido en exceso con el ácido clorhídrico y no se han oxidado MnO 4HCl MnCl Cl HO c. La estequiometria de la reacción permite obtener el factor de conversión entre el cloro y el dióxido de mananeso MnO n( MnO n( Cl Cl El número de es de cloro aseoso se obtiene con la ecuación de ases ideales. PV atm 7, L P V nrt : n( Cl 0, RT atm L 0,08 9 K K n( MnO n( Cl 0, m MnO n MnO M MnO 0, 87 6, : ( ( ( HCl Cl d. Por estequiometria: n( HCl 4n( Cl 4 ( HCl 4 0,, : m ( HCl n( HCl M( HCl, 6,5 4,8 n O En la reacción se consumen 4,8 de HCl, si proviene de una disolución de de 8% de riqueza en peso, la masa de la disolución necesaria será: ms ms 4,8 %( Peso 00 md s , de disolución md s %( Peso 8 7

8 Conocida la masa de la disolución y la densidad se puede calcular el volumen del ácido clorhídrico comercial d k d s,8,8. L ml m 5, V 97,7 ml d,8 ml Preunta 5B.- Se dispone de una disolución acuosa de KOH de concentración 0,04 M y una disolución acuosa de HCl de concentración 0,05 M. Calcule: a El ph de las dos disoluciones. b El ph de la disolución que se obtiene si se mezclan 50 ml de la disolución de KOH y 0 ml de la disolución de HCl. c El volumen de aua que habría que añadir a 50 ml de la disolución de KOH para obtener una disolución de ph. Puntuación máxima por apartado: a 0.5 puntos; b y e 0,75 puntos. a. KOH: base fuerte, se disocia totalmente, la concentración de OH coincide con la concentración inicial de la base. C. iniciales C. finales HO KOH co 0 K co [ OH ] co 0,04 M OH Conocida la concentración de oxidrilos (OH, se calcula el poh, y de este el ph (ph 4 poh. poh lo OH lo 0,04, ph 4 poh 4,4, 6 [ ] ( 4 HCl: ácido fuerte, se disocia totalmente, la concentración de del ácido. HCl HO Cl C. iniciales co exceso C.finales 0 exceso co H O co 0,05 [ ] M co H O coincide con la concentración inicial HO co Por definición de ph [ O ] lo( 0,05, 6 ph lo H b. Reacción de neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte, se neutralizan formando aua hasta que se aota el reactivo que esta en defecto, el reactivo en exceso siue disociándose hasta que se aota. Para hacer el cuadro de reacción hay que calcular las concentraciones de ácido y base que se han modificado al mezclar las disoluciones. V 50 0 KOH: Vo [ KOH] o VT [ KOH] : [ KOH] [ KOH] o o 0,04 0,09 M V T 70 0 V 0 0 HCl: Vo [ HCl] o VT [ HCl] : [ HCl] [ HCl] o o 0,05 7, 0 M V T 70 0 C.i. C.f. ( aq K ( aq HCl KOH O Cl OH HO 0,09-7, 0 exceso 0 0 0,09-7, 0-0,09 7, 0 exceso [ OH ] 0,09 7, 0 0,0M 8

9 La concentración de OH permite calcular el poh, y conocido el poh se calcula el ph (ph 4 poh. poh lo OH lo 0,0, ph 4 poh 4,68, [ ] ( 68 c. El apartado se resuelve por la definición de aridad conocida la concentración y el número de es de la disolución. La concentración se obtiene del poh por tratarse de una base fuerte. poh 4pH ph4 4 KOH OH M [ ] [ ] ( Los es de KOH se calculan con el volumen y concentración de la disolución empleada. ( 0,04 n KOH M V L Conocidos los es y la concentración ar se calcula el volumen de la disolución. n n 0 M : V 0, L 00 ml V M 0 El volumen de aua que habrá que añadir es la diferencia entre el volumen de la disolución y el volumen de la disolución de KOH utilizado. V H O ( ml 9