NOM i COGNOMS... GG... GM... DNI... Poseu en aquesta primera fulla el nom, el grup gran i mitjà i el vostre DNI.

Transcripción

1 NOM i COGNOMS... GG... GM... DNI... Poseu en aquesta primera fulla el nom, el grup gran i mitjà i el vostre DNI. Només es corregirà el que estigui escrit en bolígraf. Cal raonar breument totes les respostes. Aquesta prova consta de 7 preguntes i recupera en bloc totes les notes de les parts recuperables de l'assignatura. El seu pes en la nota de l'assignatura és d'un 70%. Nota important: La còpia, trànsit d'informació, la tinença d'un mòbil o aparell similar (smartphone, tauleta, audífon,...), etc. durant la prova comportarà suspendre l'examen amb una nota de zero, sense perjudici d'estendre la penalització més enllà, d'acord amb els articles de la Normativa sobre Organització, Desenvolupament i Avaluació dels Estudis de Grau de la Facultat de Ciències i de la Normativa Reguladora dels Processos d Avaluació i Qualificació dels Estudiants de la Universitat de Girona. 1) (10 punts) Escriu la configuració electrònica de l element amb nombre atòmic 14. A partir d aquesta configuració, escriu els quatre nombres quàntics que poden correspondre als electrons p de valència. Si la primera energia d ionització d aquest element és de 8,15 ev, indiqueu, a partir de la figura següent, quin tipus de radiació electromagnètica caldria utilitzar per a provocar la ionització d aquest element. Configuració electrònica (Z=14): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 Nombres quàntics n = 3 l = 1 m l = -1, 0, +1 (tres de diferents) m s = +/- 1/2 A partir de l equació de Planck relacionarem l energia de la radiació amb la freqüència (ν) o la longitud d ona (λ). E = h ν ó E = h c / λ Transformem l energia d ionització de ev a J: 8,15 ev x (1, J/eV) = 1,305 x J Calculem la freqüència i/o la longitud d ona de la radiació ν = E / h = 1, / 6, = 1, s -1 (ó Hz) λ = h c / E = 6, x 3, / 1, = 1, m A partir de la figura, si comparem el valor trobat de freqüència o longitud d ona arribem a la conclusió que necessitem una radiació ultraviolada per ionitzar l element. 1

2 2) (10 punts) Donades les següents molècules: PH 3, H 2 S, BeI 2. a) Escriu les seves estructures de Lewis. b) Dibuixa i identifica la seva geometria segons la teoria VSEPR. c) Raona si formen o no enllaços per pont d'hidrogen. d) Explica si aquestes molècules són polars o apolars. Nombres atòmics: H=1, Be=4, P=15, S=16, I=53 PH 3 H 2 S BeI 2 Estructures de Lewis Estructures i geometries VSEPR I Be I Piràmide triangular Angular Formaran enllaços per ponts d hidrogen? Lineal No forma ponts d hidrogen perquè la diferència d electronegativitat entre el P i el H és petita. Si, per la diferència d electronegativitat entre el S i l H. No, no hi ha hidrogen. Són polars? Si, hi ha un moment dipolar causat sobretot pel parell d electrons no enllaçants. Si, hi ha un moment dipolar causat sobretot pels 2 parells d electrons no enllaçants. No, perquè malgrat l enllaç és polar, els moments s anul len. 2

3 3) (10 punts) Formula la molècula 4-metil-2-hexen-2,3,4-triol. Si n hi ha, assenyala els carbonis quirals. Si és possible, dibuixa un isòmer estructural i dos isòmers geomètrics d'aquesta molècula. 4-metil-2-hexen-2,3,4-triol: H 3 C C(OH) = C(OH) C*(OH)(CH 3 ) CH 2 CH 3 Isòmer estructural: Qualssevol canviant o bé el CH 3 del carboni 4 o bé un alcohol de lloc. Isòmers geomètrics: Cal representar els dos isòmers cis/trans al voltant del doble enllaç 3

4 4) (10 punts) El peròxid d hidrogen (aigua oxigenada) és un producte de rebuig de moltes de les reaccions que tenen lloc en les cèl lules vives. L enzim catalasa en provoca la descomposició en productes menys nocius. catalasa 2H 2 O 2 (aq) 2H 2 O (l) + O 2 (g) Es pot investigar experimentalment la cinètica d aquesta reacció mesurant la quantitat d oxigen gasós que es produeix amb el pas del temps. En una sèrie d experiments al laboratori es van obtenir les dades que es mostren a la taula següent: Dades experimentals sobre la descomposició de l aigua oxigenada Experiment [H 2 O 2 ] inicial (mol L -1 ) Velocitat inicial (µmol L -1 s -1 ) 1 0,1 4,2 2 0,2 8,5 3 0,3 12,7 4 0,4 16,8 Justifiqueu quin és l ordre de reacció respecte al peròxid d hidrogen i calculeu la constant de velocitat de la reacció. L expressió de la velocitat de la reacció amb la concentració dels reactius serà: v = k [H 2 O 2 ] x on x és l ordre de reacció respecte el peròxid d hidrogen. Una manera de resoldre el problema és linealitzant aquesta equació prenent logaritmes: ln v = ln k + x ln [H 2 O 2 ] i a partir d'aquí fent la regressió lineal. El coeficient de determinació r 2 = Emprant les mateixes unitats originals de la taula, el pendent ens donarà l'ordre x=1.00 i l'ordenada a l'origen serà el valor de lnk=3.744, el qual permet calcular k= s -1. Cal parar atenció amb les unitats. 4

5 També es pot resoldre el problema treballant amb parelles de dades: En les experiències 1 i 2, si comparem com augmenta la velocitat inicial en augmentar la concentració de peròxid tenim: [H 2 O 2 ]exp2 / [H 2 O 2 ]exp1 = 0,20 / 0,10 = 2 vexp2 / vexp 1 = 8,5 / 4,2 = 2,02 En les experiències 1 i 3, si comparem com augmenta la velocitat inicial en augmentar la concentració de peròxid tenim: [H 2 O 2 ]exp3 / [H 2 O 2 ]exp1 = 0,30 / 0,10 = 3 vexp3 / vexp1 = 12,7 / 4,2 = 3,02 En les experiències 1 i 4, si comparem com augmenta la velocitat inicial en augmentar la concentració de peròxid tenim: [H 2 O 2 ]exp4 / [H 2 O 2 ]exp1 = 0,40 / 0,10 = 4 vexp4 / vexp 1 = 16,8 / 4,2 = 4,00 Observem que, en duplicar la concentració de peròxid d hidrogen es duplica (2 1 ) la velocitat, en triplicar-la es triplica (3 1 ) la velocitat i en quadruplicar-la es quadruplica (4 1 ) la velocitat. Això ens indica que l ordre de reacció respecta el peròxid d hidrogen és 1. També es pot resoldre el problema aplicant dues vegades l'equació cinètica a dades de la taula (tal i com es fa més amunt). Després prenent logaritmes ja s'obté un valor (aproximat) de l'ordre. En aquest cas el més correcte és fer el càlcul diverses vegades fent intervenir diferents experiments (com es fa a dalt) i fer la mitjana dels valors obtinguts en cada pas. En aquests casos, per trobar la constant de velocitat podem fer el següent: Escrivim l equació de velocitat de la reacció: v = k [H 2 O 2 ] Aïllant la constant de velocitat: k = v / [H 2 O 2 ] Agafant qualsevol experiència, per exemple la primera, tenim: v = 4,2 μmol L -1 s -1 x (1 mol / 10 6 μmol) = 4, mol L -1 s -1 k = 4, mol L -1 s -1 / 0,10 mol L -1 k = 4, s -1 5

6 5) (10 punts) A través de la fotosíntesi, els vegetals fabriquen sucres a partir de l aigua i el diòxid de carboni de l aire segons la reacció simplificada següent: 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) glucosa a) Calculeu la H d aquesta reacció. b) Calculeu la S d aquesta reacció i argumenteu, fent servir criteris termodinàmics, per què no està afavorit que els vegetals puguin dur a terme la fotosíntesi en condicions estàndard a 25 C sense una aportació d energia des d una font externa. c) La combustió regulada dels sucres és la font d energia més important en els éssers vius. Calculeu la H corresponent a la combustió de 25,00 g de glucosa, en condicions estàndard a 25 C DADES: Massa molecular de la glucosa = 180,0 g/mol T = 25ºC CO 2 (g) H 2 O (l) C 6 H 12 O 6 (s) O 2 (g) Hº f / kj mol ,5-285,9-1274,4 Sº M / J mol -1.K ,7 69,9 212,0 205,1 a) ΔH 0 reacció = -1274,4 (-393,5 6) (-285,9 6) kj = 2802,0 kj b) La reacció tindrà una ΔS 0 reacció negativa, atès que en el decurs de la reacció hi ha un guany en l ordre molecular. Càlcul de ΔS 0-1 reacció = (6 205,1) (6 213,7) (6 69,9) = -259 J K -1 mol Com que la reacció presenta una ΔS 0 reacció negativa i a més és endotèrmica, el valor de ΔG 0 és positiu i aquesta reacció no està desplaçada cap a la dreta en les condicions considerades. Això justifica que, per tal d'afavorir el procés, pugui caldre una aportació d energia externa al sistema (energia lumínica). c) Combustió de 25 g de glucosa: 25,00 g glucosa (1mol glucosa / 180,0 g glucosa) (-2802,0 kj/1 mol glucosa) = kj 6

7 6) (10 punts) El vinagre es pot considerar una solució que conté aproximadament 5 g d àcid acètic per cada 100 ml de solució. Es volen valorar 20 ml de vinagre amb NaOH 1.00 M. Respon de forma raonada: a) Quin és el ph inicial del vinagre? b) Quin és el ph després d afegir 10 ml de NaOH? DADES: Pesos atòmics (g/mol): H:1, C:12, O:16 Ka (àcid acètic) = 1, a) 5g àcid / 0,1 L solució (1 mol àcid/60 g àcid) = 0,83 M. Plantejant l'equilibri: CH 3 COOH CH 3 COO - + H 3 O + 0,83 0,83-x x x Ka = x 2 / (0,83-x) = 1, x= 3, ph = 2,41 També es pot emprar la fórmula directa: ph = (pka-logc)/2 = 2,41 b) En aquest punt de la valoració les quantitats d àcid i de base són: 20 ml vinagre (1 L / 1000 ml) 0,83 mol / L = 1, mol 10 ml NaOH (1 L / 1000 ml) 1 mol / L = mol Com que hi ha menys quantitat de base, en l equilibri hi quedarà àcid i la seva base conjugada: CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - + H 2 O inicial 1, equilibri 0, [CH 3 COOH] = 0, mol / 30 ml (1000 ml / 1 L) = M [CH 3 COO - ] = mol / 30 ml (1000 ml / 1 L) = M (compte amb la dilució!) El ph de la solució reguladora es pot calcular amb l equilibri: CH 3 COOH CH 3 COO - + H 3 O + inicial equilibri x x x Ka = (0.333 x + x 2 ) / (0.220 x) = 1, x = 1, ph = 4,91 I també es pot aplicar la fórmula: ph = pka + log (Cb/Ca) = -log(1, ) + log (0.333/0.220) = =

8 7) (10 punts) A 25 C, es prepara una solució saturada d hidròxid de zinc en aigua i el seu ph és 8,5. Calculeu: a) El valor de la constant producte de solubilitat, Kps, de l hidròxid de zinc a 25 C. b) La massa d hidròxid de zinc que hi ha dissolta en 5 L d una solució saturada d hidròxid de zinc en aigua 25 C. c) La solubilitat de l hidròxid de zinc en una solució de clorur de zinc 1, M a 25 C. DADES: Masses atòmiques (g/mol): H = 1,0 ; O = 16,0 ; Zn = 65,4. a) Equilibri de solubilitat: Zn(OH) 2 (s) Zn 2+ (aq) + 2OH - (aq) s s 2s Atès que el ph=8.5, el poh serà = 5.5. D aquesta manera, la [OH - ] serà: 10 -poh = [OH - ] = M = 2s i s= [Zn 2+ ] = M Així el producte de solubilitat és: Kps = [Zn 2+ (aq)] [OH - (aq)] 2 = ( ) 2 = b) Massa de Zn(OH) 2 dissolt en 5 litres de solució saturada: 5 L solució. ( mol Zn(OH) 2 /1 L solució). (99.4g Zn(OH) 2 /1 mol Zn(OH) 2 ) = g Zn(OH) 2 c) Solubilitat del Zn(OH) 2 en la solució de ZnCl 2 : Ara l'equilibri de solubilitat es planteja tenint en compte l'efecte del ió comú: Zn(OH) 2 (s) Zn 2+ (aq) + 2OH - (aq) s s s Es pot acceptar la simplificació s << 1, i Kps = = (2s ) 2 d'on s = M 8

9 9