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 Curs JUNIO MATERIA: QUÍMICA INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN Después de leer atentamente tdas las preguntas, el alumn deberá escger una de las ds pcines prpuestas y respnder a las cuestines de la pción elegida. CALIFICACIÓN: Cada pregunta se valrará sbre punts. TIEMPO: 90 minuts. OPCIÓN A Pregunta A1.- Cnteste a cada una de las siguientes preguntas, justificand su respuesta. a) Determine para el átm de hidrógen según el mdel de Bhr qué transición electrónica requiere una mayr absrción de energía, la de n = a n = 3, la de n = a n = 6 la de n = 9 a n =. b) Indique el grup al que pertenece el element X si la especie X tiene 8 electrnes externs. c) En el átm Z = es psible que exista un electrón definid cm (3, 1, 0, 1/)? d) En el sistema periódic ls elements Z = y Z = 30 se encuentran en el mism perid. Explique cuál de ells tiene un prces de inización más endtérmic. Puntuación máxima pr apartad: 0, punts a. Según el mdel atómic de Bhr, la energía del electrón en el átm de hidrógen en inversamente R prprcinal al cuadrad del númer cuántic principal E = H dnde R H es una cnstante psitiva. n La variación de energía asciada a un salt entre niveles viene expresad pr: R = = H R H = 1 1 E E f Ei R H n f ni ni n f 1 1 n = a n = 3: E = R H = 0,139 R H n = a n = 6: E = R H = 0,01R H n = 9 a n = : E = R H = 0,38R H 9 En la tercera, se prduce emisión, de las ds primeras, se requiere mayr absrción de energía cuand se pasa del primer nivela al segund nivel que cuand se pasa de quint al sext. b. Si el ión X tiene 8 electrnes externs, el element X tendrá ds mens, y pr tant su cnfiguración electrónica en la capa de valencia será ns np 4, que crrespnde a ls element del grup 16(grup el xígen) anfígens c. La cnfiguración electrónica del element cn Z = (Mn) es: s ; s p ; 3s 3p ; 4s ; 3d La cuaterna (3, 1, 0, 1/) crrespnde a un electrón situad en el tercer nivel (n = 3), perteneciente al subnivel 3p (l = 1). Teniend en cuenta que el subnivel 3p esta cmplet, se puede asegurar que existe un electrón cn ests númers cuántics. d. Pr tratarse de átms de un mism perid (4º), Mn(Z = ) y Zn(Z =30), la energía de inización aumenta al aumentar el númer atómic, debid al aument de la carga nuclear y a la disminución del radi atómic, aumentand pr este mtiv la fuerza de atracción del núcle sbre ls electrnes. Teniend en cuenta l anterir, tendrá mayr energía de inización el Zn (Z=30) que el Mn (Z=), y pr tant será más endtérmic el prces cn el Zn. 1

2 Pregunta A.- Cmplete las siguientes reaccines rgánicas, frmuland reactivs y prducts mayritaris y nmbrand ls prducts rgánics. Indique, además, el tip de reacción en cada cas. a) Ácid metilbutanic 1prpanl (en medi ácid). b) pentanl en presencia de ácid sulfúric en caliente. c) metilbuten brmur de hidrógen. d) Etin clr en exces. Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. a. Reacción de cndensación (adición eliminación), esterificación. Ácid metilbutanic 1prpanl -metilbutanat de prpil agua b. Reacción de eliminación deshidratación de alchles - penten agua - pentanl H SO 4 1- penten agua Según la regla de Saytzeff, mayritariamente se frma el -penten c. Reacción de adición electrófila, hidrhalgenación. - brm - - metilbutan - metil - - buten brmur de hidrógen - brm metilbutan Según la regla de Markvnikv, mayritariamente se frma el -metil--metilbutan d. Reacción de adición electrfila. Halgenación. Etin Clr ( exc) 1,1,, tetraclretan Pregunta A3.- Se dispne en el labratri de 0 ml de una dislución de Cd de cncentración 1 M y de ds barras metálicas, una de Ni y tra de Al. a) Justifique cuál de las ds barras deberá intrducirse en la dislución de Cd para btener Cd metálic y frmule las semireaccines que tienen lugar en el ánd y en el cátd. Ajuste la reacción redx glbal. b) En la dislución del enunciad, cuánts grams del metal se cnsumirán en la reacción ttal del Cd? Dats. Eº (V): Cd /Cd = 0,40; Ni /Ni = 0,6; Al 3 /Al = 1,68. Masas atómicas: Al = 7; Ni = 9. Puntuación máxima pr apartad: 1 punt. a. Se quiere reducir el Cd mediante la xidación de níquel alumini. Para que la reacción se prduzca de frma espntánea, el ptencial debe ser psitiv, teniend en cuenta que el ptencial de reducción del Cd es de 0,40 v, será necesaria una xidación cuy ptencial sea superir a 0,40 v. De las ds psibles reaccines de xidación, la de Ni tiene un ptencial de 0,6 v, insuficiente, mientras que la del alumini tiene un ptencial de 1,68 v, suficiente para pder llevar a cab la reducción de ls catines Cd.

3 Semireacción de xidación Reacción iónica glbal 3 Al 3Cd 3 ( Al Al 3e ) ( Cd e Cd) Al 3 3Cd Eº = 1,68 v Eº = 0,40 v Eº = 1,8 v > 0 b. Pr factres de cnversión y teniend en cuenta la estequimetría del prces redx, se calcula la masa de alumini que se cnsume, teniend en cuenta que el reactiv limitante es el catión Cd, ya que el alumini, al estar en frma de barra metálica, se supne en exces: 3 1ml Cd ml Al 7 g Al m( Al) = 0 10 L( d s) Cd = 4, g Al L( d s) Cd 3 ml Cd ml Al Pregunta A4.- Para la descmpsición térmica del carbnat de calci, CaCO 3 (s) CaO(s) CO (g), calcule: a) La variación de entalpía de la reacción. b) La variación de entrpía de la reacción. c) La temperatura a partir de la cual el carbnat de calci se descmpne espntáneamente. d) El calr intercambiad en la descmpsición ttal de una muestra de CaCO 3 si se btienen 10,1 g de CaO. Dats. Hº f (kj ml 1 ): CaCO 3 (s) = 107; CO (g) = 394; CaO(s) = 633. Sº (J ml 1 K 1 ): CaCO 3 (s) = 93; CO (g) = 14; CaO(s) = 40. Masas atómicas: C = 1; O = 16; Ca = 40. Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. Slución a. Teniend en cuenta que la entalpía es una función de estad y que pr tant sus variacines sl sn función de las cndicines iniciales y finales: H R = αi H i Reactivs f f ( Prducts) α H i i H ( ) ( ) [ ( )] H CaO s Hf CO g Hf CaCO3 s 633 ( 394) ( 107) R = f = = 180 kj Reacción ENDOTÉRMICA b. Pr ser la entrpía una función de estad, sus variacines sl dependen de las cndicines iniciales y finales. S R = Sº Sº R = ν i Sº(Prducts) i ν i Sº(Reactivs) i 1 ( CaO( s) ) ( CO ( g) ) [ Sº ( CaCO ( s) )] = = 161J K Reacción cn aument de desrden c. Para que una reacción sea espntánea, su variación de energía libre debe ser negativa ( G < 0) G = H T S, pr tratarse de una reacción endtérmica ( H > 0), cn aument de desrden ( S > 0) será negativa, y pr tant la reacción espntánea, a temperatura mayres a la temperatura de equilibri. La temperatura de equilibri es la temperatura a la que G = 0. H 180 kj G = 0 = H Teq S T eq 1118 K S kj K = La reacción es espntánea a T > 1118 K 3. Pr definición, la energía libre d. La ecuación termquímica es: CaCO 3 (s) 180 kj CaO(s) CO (g) Pr factres de cnversin: 1ml CaO 180 kj Q = 10,1g CaO = 3,46 kj 6 g CaO 1ml CaO 3

4 Pregunta A.- Se tienen ds dislucines acusas (1) y () del mism ácid mnprótic. La dislución (1) tiene un ph de 3,9 y un grad de disciación del %. La dislución () tiene una cncentración 0,0 M. Calcule: a) La cnstante de disciación del ácid. b) El ph de la dislución (). c) El ph de la dislución resultante de mezclar 10 ml de (1) y 10 ml de (). Puntuación máxima pr apartad: 0,7 punts apartads a) y c); 0, punts apartad b). a. Reacción de disciación de ácid débil. Si se denmina α al grad de disciación y c la cncentración inicial, el cuadr de reacción queda de la siguiente frma: C. Iniciales C. Equilibri HA HO A H3O ( ml L) c Exc ( ml L) c c α Exc c α c α Cncid el grad de disciación de la dislución 1 y su ph, se puede calcular su cncentración inicial. ph 3,9 ph = lg[ H3O ] ph : cα 10 c 6 10 M = = [ H3O ] = cα α 0,0 Cncida la cncentración inicial y el grad de disciación, se calcula la cnstante de disciación del ácid. 3 [ A ] [ H3O ] cα cα cα ,0 6 Ka = = =,4 10 [ HA] c cα 1α 1 0,0 b. Aplicand el mism equilibri y utilizand la cnstante del ácid calculada en el apartad a: [ A ] [ H O ] c α c α c α K 3 a = [ HA] c cα 1α Hipótesis: Si α < 0,0, 1 α 1 6 K,4 10 K c α α a a = = 0,007 < 0,0 Se acepta la hipótesis c 0,0 ph 4 [ H3O ] = 0,0 0,007 = 3, 10 M 4 = lg[ H3 O ] = lg( 3, 10 ) = 3, 46 c. Se calcula la cncentración de la dislución resultante. 10 ml [H 3 O ] = M 10 ml [H 3 O ] = 0,0 M ,0 = 0 10 M ,0 M = = 0,08 M Cncida la cncentración resultante, se pera igual que en el apartad anterir Aplicand el mism equilibri y utilizand la cnstante del ácid calculada en el apartad a: [ A ] [ H O ] c α K 3 a = = [ HA] 1α Hipótesis: Si α < 0,0, 1 α 1 6 K,4 10 K c α α a 3 a = = 9,3 10 < 0,0 Se acepta la hipótesis c 0, [ H3O ] = 0,08 9,3 10 =,6 10 M 4 = lg[ H3 O ] = lg(,6 10 ) = 3, 8 ph 4

5 OPCIÓN B Pregunta B1.- Para ls elements A (Z = 6), B (Z = 10), C (Z = 16), D (Z = 0) y E (Z = 6), cnteste raznadamente: a) Cuál de ells presenta electrnes desapareads? b) De ls elements B, C y D, cuál da lugar a un ión estable cn menr radi? c) Es la energía de inización de C mayr que la de D? d) El element A, al unirse cn hidrógen frma un cmpuest binari que presenta enlace de hidrógen? Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. a. Siguiend el principi de aufbau para las cnfiguracines electrónicas y teniend en cuenta la regla de Hund en el llenad de ls subniveles: A(Z = 6, C). 1 s ;s p : electrnes desapareads en el subnivel p 6 B(Z = 10, Ne). 1 s ;s p : Tds ls electrnes apareads 6 4 C(Z = 16, S). 1 s ;s p ;3s 3p : electrnes desapareads en el subnivel 3p 6 6 D(Z = 0, Ca). 1 s ;s p ;3s 3p ;4s : Tds ls electrnes apareads E(Z = 6, Fe). b. Ión más estable: B, n frma ines es un gas nble C, frma un anión C (S ) D, frma un catión D (Ca ) s ;s p ;3s 3p ;4s ;3d : 4 electrnes desapareads en el subnivel 3d Ls ines de C y D sn iselectrónics, tienen el mism númer de electrnes y diferente númer de neutrnes, su radi disminuye al aumentar la carga del ión, debid a que tendrá mayr númer de neutrnes generand mayr camp eléctric y aumentand la fuerza de atracción sbre sus electrnes, pr l tant el Ca será menr que el del S. c. La energía de inización aumenta hacia la derecha y hacia arriba, C esta en el 3º nivel grup 16 y el D esta en el 4º nivel grup, pr l tant, la energía de inización de C es mayr que la de D. d. Fals, el carbn en el metan n frma enlace de hidrógen ya que n tiene suficiente electrnegatividad. Pregunta B.- Se tienen dislucines de las siguientes sustancias HNO 3, HNO, CH 3 NH y NaNO 3, en distintas cncentracines. Cnteste raznadamente: a) Cuál cuáles pueden tener poh =? b) Cuál cuáles pueden presentar una cncentración de H 3 O 10 4 M? c) Cn cuál de ellas se puede mezclar la dislución de CH 3 NH para que la dislución resultante sea siempre básica, independientemente de la prprción en la que se mezclen? d) Pueden prepararse dislucines independientes de HNO 3 y HNO que tengan el mism ph? Dats. K a (HNO ) = 4, 10 4 ; K b (CH 3 NH ) = 3, Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. a. Si poh =, ph = 14 poh = 14 = 9 dislución básica. HNO 3. Ácid fuerte, HNO3 HO NO3 H3O. ph < 7 HNO. Ácid débil, HNO HO NO H3O. ph < 7 CH 3 NH. Base débil, CH3 NH HO CH3NH3 OH. ph > 7 NaNO 3. Sal neutra, frmada pr catión de base fuerte (NaOH) y anión de ácid fuerte (HNO 3 ). ph = 7 La única dislución que puede dar ph básic es la de metilamina. 4 3 =, ácid, pr l tant las únicas dislucines que pdrían prducir un ph ácid serian las de ácid nítric (HNO 3 ) la de ácid nitrs (HNO ). b. Una cncentración 10 4 M de H 3 O, prduce un ph = lg[ H O ] = lg( 10 ) 4 c. La única dislución que n neutralizaría la dislución básica seria la dislución de sal neutra (NaNO 3 ) las tras ds dislucines neutralizarían la dislución y pdrían llegar a prducir un ph ácid.

6 ph d. Si, preparand una dislución de de ácid nítric cuya cncentración fuese ( HNO 10 ). ph HNO HNO 3 = 10 [ ] Pregunta B3.- Cnsidere la reacción A B C e indique si sn verdaderas falsas las siguientes afirmacines, justificand su respuesta: a) Un aument de la temperatura siempre aumenta la velcidad de la reacción prque se reduce la energía de activación. b) Un aument de la cncentración de A siempre aumenta la velcidad de la reacción. c) Las unidades de la velcidad de la reacción dependen del rden ttal de la misma. d) El rden ttal de reacción puede ser distint de ds. Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. a. Fals. Un aument de temperatura aumenta la velcidad de reacción, según la ecuación de Arrhenius, la E a cnstante cinética es directamente expnencial a la temperatura k = A e RT, y la velcidad de reacción es directamente prprcinal a cnstante cinética ( v = k α [ A ] [ B β ] ), pr l que un aument de temperatura supndra un aument de la velcidad de reacción, per n será debid a una disminución de la energía de activación, la cual n depende de la temperatura. b. Fals. La velcidad de reacción depende de las cncentracines de ls reactivs que aparecen en la ecuación de velcidad, y esta, n tiene prque depender de tds ls reactivs, si el rden parcial respect de A fuera cer, la velcidad de reacción n dependería de este reactiv. c. Fals. Las unidades de la velcidad sn pr definición unidades de cncentración pr unidad de tiemp 1 1 ml L s y n dependen de la cinética de la reacción cm le pasa a la cnstante de velcidad. d. Si la reacción fuera elemental, el rden de reacción seria la suma de ls ceficientes estequimétrics de ls reactivs, en este cas seria, per en el enunciad n se infrma que la reacción sea elemental y pr tant se deberá determinar experimentalmente y pdría ser cualquier númer psitiv cer. Pregunta B4.- Se hacen reaccinar KClO 3, CrCl 3 y KOH, prduciéndse K CrO 4, KCl y H O. a) Frmule las semirreaccines que tienen lugar, especificand cuál es el agente xidante y cuál el reductr y ajuste la reacción iónica. b) Ajuste la reacción mlecular. c) Ajuste la semirreacción Cr O 7 /Cr 3 en medi ácid y justifique si una dislución de K Cr O 7 en medi ácid es capaz de xidar un anill de r. Dats. Eº (V): Au 3 /Au = 1,0; Cr O 7 /Cr 3 = 1,33. Puntuación máxima pr apartad: 0,7 punts apartads a) y c); 0, punts apartad b). a. Reacción redx en medi básic. Reacción sin ajustar: Elements que cambian de valencia: Cl Cr K CrCl3 KOH KCrO4 KCl HO 6e ( V) Cl Prces de reducción Oxidante K 3e ( III) Cr( VI) Prces de xidación Re ductr CrCl3 Semireaccines iónicas sin ajustar Semireacción de xidación ClO Cr 3 3 Cl CrO 4 6

7 Se ajusta el xígen y el hidrógen teniend en cuenta que el medi es básic, y pr l tant, en el termin dnde haya exces de xígen se suman tantas mléculas de agua cm átms de xígen haya en exces cn la intención de igualar el exces de xigen e hidrgen y de esa frma pder ajustar sumand OH en el tr miembr. 3HO Cl Semireacción de xidación 3 Cr CrO4 4HO Semireacción de xidación 3HO 3 Cr 8OH Cl 6OH CrO4 4HO Se ajustan las cargas, sumand electrnes en el términ dnde halla exces de carga psitiva defect de carga negativa HO Cl 6OH 3 Cr OH 43 CrO 144 4H 44 O 3 3HO 6e Cl 6OH Semireacción de xidación 3 Cr 8OH CrO4 4HO 3e Se cmbinan las ecuacines para eliminar ls electrnes 3HO 6e Cl 6OH Semireacción de xidación 3 Cr 8OH CrO4 4HO 3e Reacción iónica glbal 3 Cr 16OH 3HO Cl CrO4 8HO 6OH Se simplifican ls cmpuests que estén repetids en ls ds miembr 3 Reacción iónica glbal Cr 10OH Cl CrO4 HO b. Pr tante se llega a la ecuación mlecular Reacción mlecular K CrCl3 10KOH 7KCl KCrO4 HO c. Ajuste en medi ácid: Cr O7 Cr 3 Se ajusta el xígen sumand en el términ dnde falte xígen tantas mléculas de agua cm átms de xígen falten. 3 Cr O7 Cr 7HO Se ajusta el hidrógen sumand en el términ dnde falte hidrógen tants prtnes cm átms de hidrógen falten. 3 Cr O7 14H Cr 7HO Se ajustan las cargas sumand las cargas de cada miembr pr separad y sumand electrnes en el términ dnde haya defect de carga negativa exces de carga psitiva CrO7 14H Cr 7HO 3 Cr O7 14H 6e Cr 7HO Para que un prces redx sea espntáne, su ptencial tiene que ser psitiv. La xidación del r cn una dislución de dicrmat, requiera la reducción del dicrmat a crm (III) (prces catódic) y la xidación del r a r (III)(prces anódic) 3 3 Eº = Eº ( cátd) Eº ( ánd) = Eº ( Cr O4, H Cr ) Eº ( Au Au) = 1,33 1,0 = 0,17 < 0 La xidación del r cn dicrmat ptásic n es espntánea, la dislución de dicrmat n es capaz de xidar el anill de r. 7

8 Pregunta B.- En un reactr de L se intrducen 0, ml de HI y se calientan hasta 70 K, estableciéndse el equilibri: HI(g) H (g) I (g), cn K c = 0,0. La reacción directa es extérmica. a) Calcule las cncentracines de tds ls gases en el equilibri. b) Calcule las presines parciales de tds ls gases en el equilibri y el valr de K p a 70 K. c) Cóm se mdificaría el equilibri al disminuir la temperatura? Y si se duplicara el vlumen del reactr? Dat. R = 0,08 atm L ml 1 K 1. Puntuación máxima pr apartad: 0,7 punts apartads a) y b); 0, punts apartad c). a. Si al númer de mles de ydur de hidrgen que se descmpne l denminams x, el cuadr de reacción que da de la siguiente frma. C. I. C. Eq. HI( g) I( g) H( g) ( ml) 0, ( ml) 0, x x x Si se aplica la ley de acción de masa al equilibri: n( I ) n( H ) [ I] [ H] V V n( I ) n( H ) Kc = [ HI] n( HI) ( n( HI) ) V Sustituyend pr l dats del cuadr de reacción y el valr de la cnstante, se btiene una ecuación de º grad en x, que puede reslverse de frma sencilla teniend en cuenta que x sl admite slución psitiva x x x x 0, 0,0 0,0 = = 0,0 = 0,0 x 0,0 ml 0, x 0, x 0, x 1 0,0 0, 0,0 0,0 [ HI] 0,031 ml eq [ I ] [ ] 0,0044 L = H ml L b. Cncids l mles en el equilibri, mediante la ecuación de gases ideales aplicada a un cmpnente de la mezcla gasesa, se btienen las presines parciales. K = K 0,0 prque n( g) 0 p c = ( HI) = 0, 0,0 0,16 ml ( I ) = n( H ) 0,0 ml n = n = n RT 0,16 0,08 70 P = HI HI = = 1,84 atm V ni RT 0,0 0,08 70 Pi V = ni RT : PI = 0,6 atm V nh RT 0,0 0,08 70 PH = 0,6 atm V = ( n ( g) = n( g) ) Reactivs Prducts c. Según Le Châtelier, cuand en un sistema en equilibri se prduce una perturbación el sistema reaccina en cntra de la perturbación y de esa frma reestablecerá el equilibri. Si en el sistema se aumenta la temperatura, el sistema se desplazara en el sentid endtérmic, absrbiend calr y de esa frma cntrarrestará el aument de temperatura y reestablecerá el equilibri. Teniend en cuenta que la reacción directa es extérmica, el sentid endtérmic se prducirá cuand el sistema se desplace hacia ls reactivs. Pr l tant, al aumentar la temperatura, el equilibri se desplaza hacia la izquierda En el equilibri n hay variación del númer de mles gasess entre reactivs y prducts, pr tant ni variacines de vlumen ni variacines de presión mdifican el equilibri. Si se duplica el vlumen el sistema disminuye la presión, pr l que según Le Châtelier el equilibri se desplazaría pniéndse a esa disminución hacia dnde haya mayr númer de mles gasess, per cm hay el mism númer de mles gasess en reactivs y prducts, el sistema n se alterará, permaneciend en equilibri. 8