UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID

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1 UNIVERIDADE PÚBLICA DE LA CMUNIDAD DE MADRID PRUEBA DE ACCE A LA ENEÑANZA UNIVERITARIA FICIALE DE GRAD Curs eptiembre MATERIA: QUÍMICA INTRUCCINE GENERALE Y VALRACIÓN 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. TIEMP: 90 minuts. PCIÓN A Pregunta 1A.- Ls númers atómics de ls elements A, B y C sn Z, Z1 y Z, respectivamente. i B es el gas nble que se encuentra en el tercer perid, cnteste raznadamente a las siguientes cuestines: a Identifique dichs elements cn el nmbre y el símbl. b Escriba sus cnfiguracines electrónicas e indique en qué grup y perid se encuentran A y C. c Cuáles sn ls estads de agregación de A y C en cndicines estándar? d Cuál es el element más electrnegativ de ls tres y cuál es el ión más estable que frma cada un de ells? Puntuación máima pr apartad: 0,5 punts. lución. a. A Halógen del º perid. Clr (Cl B Gas nble del º perid. Argón (Ar C Metal alcalin del 4º perid. Ptasi (K 6 5 b. A Cl: 1 s ;s,p ;s,p Pertenece al º perid y al grup 17 (VIIA, halógens 6 6 B Ar: 1 s ;s,p ;s,p Pertenece al º perid y al grup 18 (VIIIA, gases nbles C K: 1 s ;s,p ;s,p ;4s Pertenece al 4º perid y al grup 1 (IA, metales alcalins c. A Cl Mlécula cvalente aplar, las fuerzas intermleculares que las mantienen unidas sn del tip Van der Waals de dipl instantáne (Fuerzas de Lndn, las más débiles. A T ambiente es un gas. C K Cmpuest atómic. Las fuerzas que mantienen unids a ls átms sn enlaces metálics. A T ambiente es un sólid. d. La electrnegatividad es la tendencia de un átm de atraer hacia si el par electrónic cmpartid en un enlace cvalente. De ls tres elements, el mas electrnegativ es el A (Cl. A : Cl Ión clrur El ión mas estable que frma cada un de ells es: B : Ar N frma ines C : K Catión ptasi Pregunta A.- Cnsidere el equilibri: X(g Y(g Z(g cn H < 0. i la presión disminuye, la temperatura aumenta y se añade un catalizadr, justifique si ls siguientes cambis sn verdaders falss. a La velcidad de la reacción aumenta. b La cnstante de equilibri aumenta. c La energía de activación disminuye. d La cncentración de Z en el equilibri disminuye. Puntuación máima pr apartad: 0,5 punts. lución. a. Fals. i se utiliza un catalizadr negativ y el aument de temperatura n es l suficientemente elevad para anular el efect del catalizadr, se prduciría una disminución de la velcidad de reacción, a pesar de que un aument de temperatura siempre lleva cnsig un aument de la velcidad de reacción. b. Fals. Para reaccines etérmicas ( H 0 G <, un aument de la temperatura supne una disminución de la HT H T cnstate de equilibri. RT { } RT RT RT K eq e G H T e i H < 0 la cnstante de equilibri pasa a ser epnencialmente inversa a la temperatura, pr l tant: i T Keq e 1

2 c. Fals. i el catalizadr es psitiv, disminuye la energía de activación aumentand la velcidad de reacción, si el catalizadr es negativ, aumenta la energía de activación disminuyend la velcidad de reacción. d. Verdadera. Tdas las variacines que afectan al equilibri (temperatura y presión, l desplazan hacia la izquierda, hacia reactivs, prduciend una disminución de la cncentración de Z en el equilibri. i la presión disminuye, el equilibri se desplaza hacia dnde cupe mayr vlumen gases y de esa frma cntrarresta la perturbación. En este cas, se desplazará hacia ls reactivs dnde cupa vlúmenes mientras que cm prduct sl cupa un vlumen gases, disminuyend la cncentración de Z. i aumenta la temperatura, disminuye la cnstante de equilibri, cm ya se ha eplicad en el apartad b, pr l tant para reestablecer el equilibri debe disminuir el cciente de reacción (Q, l cual se cnsigue aumentand ls reactivs y disminuyend ls prducts. Pregunta A.- La slubilidad del hidróid de cbre(ii en agua es 9, g L 1. a Escriba el equilibri de slubilidad del hidróid de cbre(ii en agua. b Calcule su slubilidad mlar. c Calcule el prduct de slubilidad del hidróid de cbre(ii. d Justifique cóm varía la slubilidad del hidróid de cbre(ii si se añade una dislución de hidróid de sdi. Dats. Masas atómicas: H 1,0; 16,0; Cu 6,5. Puntuación máima pr apartad: 0,5 punts. lución. a. Equilibri hetergéne sólid líquid: Cu( H ( s Cu ( aq H ( aq b. i se denmina pr s ls ml pr litr de hidróid disuelt (slubilidad mlar del hidróid: 6 g Cu( H 1ml Cu( H 7 1 s 9, ml L L( d s 97,5 g Cu( H c. Para el equilibri hetergéne: Cu ( H ( s Cu ( aq H ( aq s 7 1 [ Cu ] [ H ] s ( s 4s 4 ( 10 4 Ks 10 d. Al añadir NaH a la dislución de hidróid de cbre(ii, se prduce efect ión cmún y disminuye la slubilidad del hidróid cbre(ii. Al dislver NaH en la dislución, se prduce un aument de la cncentración de H prduciend un aument del cciente de reacción. Para que el cciente de reacción vuelva al valr de la cnstante del equilibri (K s, deberá disminuir la cncentración de ls prducts, l cual se cnsigue desplazand el sistema hacia ls reactivs, prduciend una disminución de la slubilidad del hidróid de cbre(ii Pregunta 4A.- El ácid benzic tiene un pk a 4,. a Calcule la cncentración que debe tener una dislución de este ácid para que el ph sea,. b Determine la masa de Ba(H necesaria para neutralizar 5 ml de la dislución del apartad a. c Justifique si la dislución resultante del apartad b presenta ph ácid, básic neutr. Dats. Masas atómicas: H 1,0; 16,0; Ba 17,. Puntuación máima pr apartad: 0,75 punts apartad a y b; 0,5 punts apartads c lución. a. El ácid benzic ( C 6 H 5 CH es un ácid débil que en dislución se encuentra parcialmente disciad según el siguiente cuadr de reacción: i se denmina pr c la cncentración inicial del ácid y pr a la cncentración de ácid disciada Cndicines iniciales Cndicines equilibri C H CH H s C H C ( aq H ( ml L c eces 1 ( ml L c eces

3 El equilibri esta regid pr la cnstante de acidez: [ C6H5C ] [ H ] pk K a a 10 [ C5H5CH] c 1 La cncentración de prtnes se relacina cn el ph H 10 [ ] ph ustituyend en la epresión de K a el valr de pr 4, 10 c, 10 b. Reacción de neutralización ácid base:, 10 10, c 10 4, ; ph 10, se despeja la cncentración inicial del ácid: ; 4,6, 10 1 c 10 0,4 ml L 4, 10 ( H C H C ( aq Ba ( aq H C6 H5CH Ba 6 5 Teniend en cuenta la estequimetria del prces, el cálcul se realiza pr factres de cnversión. ( H 171, g Ba( H CH ml Ba( H 0,4 ml C ( 6H5CH 1ml Ba m Ba H 5 10 L d s 0,86 g Ba H L( d s ml C6H5 c. Pr tratarse de un ácid débil, al neutralizarse se genera una base cnjugada fuerte ( H C C 6 5 que reaccina cn el agua en el prces de hidrólisis generand una dislución alcalina (ph > 7, pr tr lad, el catión Ba es un ácid cnjugad débil que n puede hidrlizarse. C H5C H C6H5CH H 6 ph > 7( básic Pregunta 5A.- e preparan ds cubetas electrlíticas cnectadas en serie. La primera cntiene 1 L de una dislución de nitrat de plata 0,5 M y la segunda L de una dislución de sulfat de cbre(ii 0, M. a Frmule ambas sales y escriba las reaccines que se prducen en el cátd de ambas cubetas electrlíticas cuand se hace pasar una crriente eléctrica. b abiend que en el cátd de la primera se han depsitad,0 g de plata, calcule ls grams de cbre que se depsitarán en el cátd de la segunda cubeta. c Calcule el tiemp que tardarán en depsitarse dichas cantidades si la intensidad de crriente es de A. d Transcurrid dich tiemp, cuánts mles de cada catión permanecen en dislución? Dats. F C. Masas atómicas: Cu 6,5; Ag 107,9. Puntuación máima pr apartad: 0,5 punts. lución. a. Nitrat de plata: AgN. En dislución se discia según: ulfat de cbre(ii: Cu 4. En dislución se discia según: AgN Ag N Cu 4 Cu 4 En el cátd de ambas cubas se prduce la reducción de ls catines metálics de las sales. 1ª Cuba: Ag 1e Ag ª Cuba: Cu e Cu b. Pr estar en serie, la misma cantidad de crriente que pasa pr la cuba 1, pasa pr la cuba : 1ª Cuba ª Cuba e 1 Ag 1 e Cu 1 n ( e n( Ag ( e n( Cu n m Ag m Cu ; M Ag M Cu n ( Ag n( Cu m Cu 107,9 6,5 m Cu 0,88 g Cu

4 c. Utilizand ls dats de la primera cuba: ( e n( Ag n El númer de mles de electrnes que atraviesan el sistema se calcula dividiend la carga que atraviesa el F C ml. sistema entre la carga que tiene un ml de electrnes Q m( Ag F M( Ag La carga que atraviesa el sistema se btiene cn la intensidad y el tiemp ( Q I t 1 I t m( Ag m( Ag F g C ml t F M( Ag M( Ag I 1 1 g Reducids 1 107,9 g ml 0,88 g n Cu Reducids 0,019 6,5 g ml d. n( Ag 0,078 ml ml 107,9 g ml C s 141s El númer de mles de cada catión que queda en dislución transcurrid el prces es la diferencia entre ls mles iniciales y ls mles de catión que se han reducid. 0,5 ml 1 n Ag Eces n Ag n Ag Red V M n Ag Red 1L L 0,078 ml 0,47 ml 0, ml 1 n Cu Eces n Cu n Cu Red V M n Cu Red L L 0,019 ml 0,861 ml 4

5 PCIÓN B Pregunta 1B.- Ajuste las siguientes reaccines red en sus frmas iónica y mlecular, especificand en cada cas cuáles sn las semirreaccines de idación y reducción: a KMn 4 HCl ncl MnCl ncl 4 KCl H b HN H N H Puntuación máima pr apartad: 1 punt lución. a. e identifica el númer de idación de cada átm para saber cuales sn ls que intercambian electrnes K Mn 4 H Cl n Cl Mn Cl n Cl4 K Cl H Mn n 5e ( VII Mn( II e ( II n( IV e plantean las semireaccines iónicas sin ajustar: Mn4 n Mn 4 n Teniend en cuenta que la reacción se lleva a cab en medi ácid, se ajusta el ígen sumand en el miembr dnde haya defect de ígen tantas mleculas de agua cm átms de ígen haya en defect. Mn4 Mn 4H n 4 n e ajusta el hidrógen sumand prtnes en el medi dnde haya defect de hidrógen. Mn4 8H Mn 4H n 4 n e ajustan las cargas sumand electrnes dnde haya eces de carga psitiva defect de carga negativa Mn4 8H 5e n Mn 4H 4 n e e identifican ls prcess (Reducción ganancia de electrnes; idación perdida de electrnes y se cmbinan las ecuacines para eliminar ls electrnes emireacción de reducción [ Mn4 8H 5e Mn 4H] 4 emireacción de idación 5 n n e Reacción iónica glbal [ ] Mn4 16H 5n 4 Mn 5n 8H e transfrma la ecuación a mlecular Reacción mlecular glbal KMn4 5nCl 16HCl MnCl 5nCl 4 8H KCl b. Númer de idación: 1 5 H N 1 H 0 N e N( II N V e 0 1 H emireaccines iónica. Teniend en cuenta que ni óids ni elements frman iónes. N N 5

6 Al igual que en el apartad a, se ajusta el ígen teniend en cuenta que es medi ácid. N N H e ajusta el hidrógen cn prtnes. N 4H N H e ajustan las cargas sumand electrnes. N 4H e N H e e identifican ls prcess y se cmbinan las ecuacines para eliminar ls electrnes emireacción de reducción [ N 4H e N H] emireacción de idación e Reacción inica glbal N 8H [ ] N 4H e transfrma la ecuación a mlecular Reacción mlecular glbal HN H N 4H Pregunta B.- La reacción A B C que transcurre en fase gasesa es una reacción elemental. a Frmule la epresión de la ley de velcidad. b Cuál es el rden de reacción respect a B? Cuál es el rden glbal? c Deduzca las unidades de la cnstante cinética. d Justifique cóm afecta a la velcidad de reacción un aument de vlumen a temperatura cnstante. Puntuación máima pr apartad: 0,5 punts. lución. a. Pr tratarse de una reacción elemental, ls órdenes parciales de reacción cinciden cn ls ceficientes estequimétrics. v k [ A] [ B] b. El rden parcial de reacción respect de un reactiv es el epnente de la cncentración de ese reactiv en la ley de velcidad. Respect de B, el rden parcial es. El rden ttal de reacción es la suma de ls órdenes parciales: n 1 c. De la Ley de velcidad se pueden btener las unidades de la cnstante cinética. v k [ A] [ B] v k A B [ k] [ v] ml L 1 1 [ Cncentración] 1 ( ml L [ ] [ ] d. Al aumentar el vlumen, disminuye la cncentración de ls reactivs, y según la ley de velcidad, la velcidad de reacción es directamente prprcinal a la cncentración, pr l tant, al disminuir la cncentración, disminuye la velcidad de reacción. Pregunta B.- Para el cmpuest,,trimetilpentan: a Escriba su fórmula semidesarrllada. b Escriba y ajuste su reacción de cmbustión. c Frmule y nmbre ds cmpuests de cadena abierta que sean isómers de él. d Indique el tip de reacción de dich alcan cn I en presencia de luz. Eplique qué tip de reacción tendría lugar entre el I y un alquen. s 1 L ml s 1 6

7 Puntuación máima pr apartad: 0,5 punts. lución. a. b. 5 C8 H18 8C 9H c. Isómer de psición:,,4-trimetilpentan Isómer de cadena:,-dimetilhean d. Ls alcans reaccinan cn ls halógens (I dand una mezcla de derivads de sustitución. La iniciación de la reacción requiere una temperatura elevada, bien la irradiación cn luz ultravileta una descarga eléctrica, y tiene lugar un mecanism en cadena en el que intervienen radicales libres, pudiend distinguirse tres etapas: Iniciación; prpagación; terminación ruptura. Ls alquens reaccinan cn ls halógens (I llevand a cab reaccines de adición electrfilas, a temperatura ambiente, riginand dihalurs vecinales. Pregunta 4B.- El ydur de hidrógen se descmpne de acuerd cn la ecuación: HI(g H (g I (g, siend Kc 0,0156 a 400 ºC. e intrducen 0,6 ml de HI en un matraz de 1 L de vlumen y se calientan hasta 400 ºC, dejand que el sistema alcance el equilibri. Calcule: a La cncentración de cada especie en el equilibri. b El valr de Kp. c La presión ttal en el equilibri. Dat. R 0,08 atm L ml 1 K 1. Puntuación máima pr apartad: 0,75 punts apartads a y c; 0,5 punts apartad b. lución. a. i se denmina pr ls mles de HI que se discia, el cuadr de reacción queda de la siguiente frma: HI( g H( g I( g 1 Cndicines iniciales ( ml L 0,6 1 Cndicines equilibri ( ml L 0,6 La cnstante de equilibri en función de las cncentracines es: n( H n( I [ H] [ I] V V n( H n( I Kc [ HI] n( HI ( n( HI V Teniend en cuenta el cuadr de reacción, K c en función de queda: Kc 0,0156 ( 0,6 ( 0,6 Ecuación que se puede rdenar cm una ecuación de primer grad. 0,0156 0,0156 0,15 0,6 0,6 0,6 0,6 ( 0,6 0,15 0,15 0,15 0, 6 0,06 ml Cncid, en el equilibri las cncentracines de cada una de las especies presentes es: n [ ] ( HI 0,6 0,06 1 n 0,06 HI 0,48 ml L H I 0,06 ml L V 1 V 1 [ ] [ ] 1 7

8 n b. ( g K entre reactivs y prducts ( n( g ( p Kc RT Teniend en cuenta que en el equilibri n hay variación del númer de mles gasess : 0 ( RT K 0, 0156 Kp Kc c c. Aplicand la ecuación de gases ideales al equilibri: nrt PV nrt P V i se tiene en cuenta que en la reacción n hay variación del númer de mles: n n 0,6 ml eq i n se tiene en cuenta la cnstancia del númer de mles en la reacción, se pueden sumar ls mles en el equilibri. n n( Ttal n( HI eq n( H eq n( I eq 0,48 0,06 0,06 0,6 ml Cncids ls mles ttales, se calcula la presión. atm L 0,6 ml 0,08 67 K nrt P ml K,1atm V 1L Pregunta 5B.- El NCl se puede btener según la reacción NH (g Cl (g NCl (g HCl(g. i se liberan 15,5 kj cuand reaccina ttalmente 1 L de NH, medid a 5 ºC y 0,75 atm, calcule: a Hº de la reacción de btención de NCl descrita en el enunciad. b Hº f para el NCl. Dats. R 0,08 atm L ml 1 K 1. Hº f (kj ml 1 : NH 46,1; HCl 9,. Puntuación máima pr apartad: 1 punt lución. a. La entalpía de la reacción se calcula dividiend el calr liberad en la reacción entre el númer de mles de prducts que se frman. Q R n NCl H PV 0,75 atm 1L n( NCl 0,0 ml RT atm L 0,08 98 K ml K Q 15 kj 1 H R 500 kj ml n( NCl 0,0 ml El sign negativ indica que el calr se desprende, siend la reacción es etérmica. b. La entalpía de frmación el NCl se puede btener de la entalpía de reacción teniend en cuenta: H R αi H ( Prducts αi H ( Reactivs f f i i ( H NH H Cl Hf ( NCl Hf ( HCl f ( f ( ( NCl H R Hf ( HCl Hf ( NH Hf ( Cl ( NCl 500 ( 9, (( 46,1 0 69, kj H R Hf Hf 8