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1 PRUEBAS ACCESO UNIVERSIDAD (ANDALUCÍA) / QUÍMICA 4-5 En el cuadro siguiente se indica a qué tema pertenece cada cuestión. Ex. Cuestión 1 Cuestión Cuestión 3 Cuestión 4 Cuestión 5 Cuestión 6 1 A Formulación Configuración Tabla Equilibrio Cinética Q. Orgánica Ácido-Base Masa y Moles, Disoluciones 1 B Formulación Masa y Moles, Disoluciones REDOX Ácido-Base Termoquímica Equilibrio A Formulación Configuración Tabla Termoquímica Q. Orgánica Masa y Moles, Disoluciones REDOX B Formulación Enlace REDOX Ácido-Base Masa y Moles, Disoluciones Equilibrio 3 A Formulación Configuración Tabla Ácido-Base Masa y Moles, Disoluciones REDOX Termoquímica 3 B Formulación Enlace Equilibrio Cinética Q. Orgánica Ácido-Base Equilibrio Cinética 4 A Formulación Configuración Tabla REDOX Q. Orgánica Termoquímica Ácido-Base 4 B Formulación Masa y Moles, Disoluciones Enlace Ácido-Base Masa y Moles, Disoluciones REDOX 5 A Formulación Configuración Tabla Equilibrio Cinética Q. Orgánica Termoquímica Ácido-Base 5 B Formulación Masa y Moles, Disoluciones Enlace Ácido-Base Equilibrio REDOX 6 A Formulación Enlace Equilibrio Cinética Termoquímica REDOX Ácido-Base 6 B Formulación Masa y Moles, Disoluciones Configuración Tabla Ácido-Base Equilibrio Cinética Termoquímica

2 QUÍMICA 4-5 EXAMEN 1 OPCIÓN A 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Óxido de Cobalto (II) b) Dicromato de potasio c) Propino d) Sn(OH) 4 e) HBrO f) CH 3 CONH a) Co O b) K Cr O 7 c) CH C-CH 3 d) Hidróxido de estaño (IV) e) Ácido bromoso f) Etanamida.- a) Escriba las configuraciones electrónicas de los elementos A, B y C, cuyos números atómicos son 33, 35 y 37, respectivamente. b) Indique el grupo y el periodo al que pertenecen. c)razone qué elemento tendrá mayor carácter metálico. a) El diagrama de Möller representa el orden de llenado electrónico de orbitales atómicos según su energía creciente. Diagrama de Möller A(Z33) 1s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 1 4p 3 1s B(Z35) 1s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 1 4p 5 C(Z37) 1s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 1 4p 6 5s 1 b) En cualquier grupo de la tabla periódica que se considere, todos sus elementos integrantes tienen, en su capa de valencia, el mismo número de electrones alojados en orbitales del mismo tipo. Grupo Config. electrónica s 1 s d 1 d d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d 1 p 1 p p 3 p 4 p 5 p 6 La configuración electrónica de A acaba en p 3, por tanto pertenece al grupo 15 (Nitrogenoideos). La configuración electrónica de B acaba en p 5, por tanto pertenece al grupo 17 (Halógenos). La configuración electrónica de C acaba en s 1, por tanto pertenece al grupo 1 (Alcalinos). En un periodo todos los elementos tienen el electrón mas externo en la misma capa, que coincide con el número de periodo. s p 3s 3p 3d Periodo Electrón mas externo en: 1 Capa 1 (Capa K) Capa (Capa L) 3 Capa 3 (Capa M) 4 Capa 4 (Capa N) 5 Capa 5 (Capa O) 6 Capa 6 (Capa P) 7 Capa 7 (Capa Q) 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p PAU 4-5 examen 1 1

3 QUÍMICA 4-5 Los elementos A y B tienen el electrón mas externo en la capa 4, pertenecen por tanto al periodo 4. El elemento C tiene el electrón mas externo en la capa 5, pertenecerá al periodo 5. c) Los elementos metálicos son los que poseen valores pequeños de energía de ionización y electronegatividades muy bajas. Esto significa que pierden fácilmente electrones y tienen muy poca tendencia a ganarlos. De los tres elementos mencionados el B tiene 7 electrones en la última capa por lo que tiene tendencia a ganar 1 electrón. El A tiene 5 electrones en la última capa por lo que tiene tendencia a ganar 3 electrones. El C al tener un electrón en su última capa es el que tiene tendencia a perderlo y el que tiene mayor carácter metálico. 3. Dado el sistema en equilibrio: SO (g) + ½ O (g) SO 3 (g) ΔH - 197,6 KJ. a) Explique tres formas de favorecer la formación de SO 3 (g). b) Deduzca la relación entre las constantes K c y K p, para esta reacción. a) Según el principio de Le Châtelier, un sistema en equilibrio químico, sometido a una perturbación externa, reacciona en el sentido necesario para que la causa perturbadora quede, en lo posible, contrarrestada. Se puede favorecer la formación de SO 3(g) modificando la temperatura, la presión total y la cantidad presente de reactivos (SO y O ). Actuando sobre la temperatura: La reacción química es exotérmica en sentido directo (hacia la derecha). Si disminuimos la temperatura, el equilibrio responderá desplazándose hacia la derecha produciendo calor que elevará la temperatura, aumentando simultáneamente la formación de SO 3 (g). Actuando sobre la presión y el número de moles presentes de reactivos: Se puede justificar un incremento en la formación de SO 3 actuando sobre la presión y la cantidad de reactivos utilizando el principio de Le Châtelier o bien usando el valor del cociente de reacción y Kp. I) Utilizando el principio de Le Châtelier Si aumentamos la presión, el equilibrio se desplazará en el sentido de reducir dicho aumento. La presión en el recipiente es directamente proporcional al número de moles gaseosos. La reacción se desplazará en el sentido de reducir el número de moles gaseosos, es decir, hacia la derecha, formando mas SO 3 (g). (En el lado derecho hay 1 mol gaseoso en total mientras que en el lado izquierdo hay 1 + ½ moles gaseosos totales). Si introducimos en el recipiente mayor cantidad de reactivos SO (g) y O (g) el equilibrio se desplazará en el sentido de disminuir dichas cantidades, desplazándose hacia la derecha y formando mas SO 3(g). II) Utilizando el valor del cociente de reacción y Kp P SO3 X SO P 3 t XSO3 En el equilibrio se cumple: Kp ( P ) ( ) O P SO X O P t XSO P t X Pt X SO O Si una vez alcanzado el equilibrio aumentamos la presión total, el cociente XSO3 se hace mas pequeño, de forma que ya no será igual a Kp y el sistema 1 1 X P X O t SO dejará de estar en equilibrio. Para que el cociente vuelva a tomar el valor de Kp y alcanzar de nuevo el equilibrio deberá aumentar el valor numérico del numerador (aumentando la formación de SO 3 ) y/o disminuir el valor numérico del denominador (disminuyendo la formación de SO y O ). El equilibrio se desplazará hacia la derecha. PAU 4-5 examen 1

4 QUÍMICA 4-5 Si una vez alcanzado el equilibrio, introducimos en el recipiente SO y/o O, aumentarán las fracciones molares de dichas sustancias (las fracciones molares son X SO3 proporcionales al número de moles de cada componente) y el cociente se 1 1 X Pt XSO O hará mas grande y el sistema dejará de estar en equilibrio. Para alcanzar de nuevo el equilibrio deberá aumentar el valor numérico del numerador (aumentando la formación de SO 3 ) y/o disminuir el valor numérico del denominador (disminuyendo la formación de SO y O ). El equilibrio se desplazará hacia la derecha. c) SO (g) + ½ O (g) SO 3 (g) ΔH - 197,6 KJ En el equilibrio las expresiones para Kc y Kp son: K c [ SO 3 ] 1 [ SO ][ O ] Kp P SO3 ( P ) 1 O P SO La expresión P V n R T es válida para la presión total y para las presiones parciales. Aplicándola en el gas SO 3, Pso3 V n SO 3 RT ; Pso n SO P 3 3 SO 3 ; [ SO3 ] RT V RT Análogamente esta igualdad también se cumple para el SO y O. Sustituimos en Kc el valor de las concentraciones de cada gas K c PSO 3 RT ; 1 P SO P O RT RT K c SO3 1 SO P O 1 (1+ 1 ) P 1 ; P RT K c 1 (1+ 1 ) 1 K p ; K RT c K p 1 RT 1 K K p c 1 ( RT) 4. a) Defina carbono asimétrico. b) Señale el carbono asimétrico, si lo hubiere, en los siguientes compuestos: CH 3 CHOHCOOH, CH 3 CH NH, CH CClCH CH 3, CH 3 CHBrCH CH 3 a) Un carbono asimétrico es aquel que se encuentra unido a cuatro sustituyentes distintos entre si. Un carbono asimétrico se simboliza con un asterisco junto al átomo. b) En todos los casos se ha numerado la cadena de carbono para facilitar la referencia a cada átomo. I) CH 3 CHOHCOOH H OH O H - C 3 - C - C 1 - OH H H El carbono 1 no puede ser asimétrico porque solo está unido a tres sustituyentes. El carbono 3 tampoco es asimétrico porque está unido a cuatro sustituyentes que no son distintos entre si (tres átomos de hidrógeno). El carbono es asimétrico porque está unido a cuatro grupos distintos. PAU 4-5 examen 1 3

5 QUÍMICA 4-5 H OH O H - C - C * - C - OH H H II) CH3CHNH H H H H - C - C 1 - N - H H H Se ve claramente que tanto C 1 como C están unidos a sustituyentes que son iguales, no hay por tanto ningún carbono asimétrico. III) CH CClCH CH 3 Cl H H H - C 1 C - C 3 - C 4 - H H H H Los carbonos 1 y no son asimétricos porque solamente están unidos a tres sustituyentes. Los carbonos C 3 y C 4 están cada uno de ellos unidos a sustituyentes iguales. No hay ningún carbono asimétrico. IV) CH 3 CHBrCH CH 3 H Br H H H - C 1 - C - C 3 - C 4 - H H H H H Los carbonos 1, 3 y 4 no son asimétricos porque cada uno de ellos está unido a sustituyentes iguales, sin embargo el carbono está unido a cuatro sustituyentes distintos entre si. H Br H H H - C - C * - C - C - H H H H H 5. Una disolución acuosa 1 M de un ácido HA, posee una concentración de protones de 3 mol/l. Calcule: a) El valor de la constante Ka del ácido y el ph de esa disolución. b) La concentración del ácido en la disolución para que el ph sea. a) AH + H O H 3 O + + A - [inicial],1 Variación[ ] -,3 +,3 +,3 [final],1 -,3,7,3,3 PAU 4-5 examen 1 4

6 QUÍMICA 4-5 K a [ A + ] [ H O ] ; 3 [ AH] K a,3,3 ; K a,19,7 ph - log[h 3O + ]; ph - log(,3); ph 1,53 b) ph - log[h 3 O + ];, - log[h 3 O + ]; 1 -, [H 3 O + ]; [H 3 O + ],1 mol L -1 [ A ] [ H O ] + 3 K a ; [ AH] AH + H O H 3O + + A - [inicial] x Variación[ ] -,1 +,1 +,1 [final] x -,1,1,1,1,1,19 ; x,178 mol L -1 x,1 6. El cinc reacciona con el ácido sulfúrico según la reacción: Zn + H SO 4 ZnSO 4 + H Calcule: a) La cantidad de ZnSO 4 obtenido a partir de 1 g de Zn y 1 ml de H SO 4 molar. b) El volumen de H desprendido, medido a 5 ºC y a 1 atm, cuando reaccionan g de Zn con ZnSO 4 en exceso. Datos: R 8 atm L K -1 mol -1. Masas atómicas: Zn 65,4; O 16; S 3; H 1. a) En primer lugar vamos a calcular las cantidades de cada reactivo en moles. m 1 n ; n ; n,153 mol de Zn M 65,4 n n Molaridad ; ; n, mol de H SO 4 V,1 Disponemos de,153 mol de Zn y, mol de H SO 4 Nos proporcionan las cantidades correspondientes a los dos reactivos, comprobamos si hay algún reactivo limitante. Supuesto I: Veamos la cantidad de Zn necesaria para reaccionar con todo (, mol) el H SO 4 Zn + H SO 4 ZnSO 4 + H X, 1 1 ; x, mol Zn x,, mol de H SO 4 reaccionan con, mol de Zn Una de las cantidades se encuentra por encima de las cantidad del enunciado (,153 mol de Zn). Este supuesto no es posible, porque faltaría Zn. Supuesto II: Veamos la cantidad de H SO 4 necesaria para reaccionar con todo (,153 mol) el Zn Zn + H SO 4 ZnSO 4 + H,153 x 1 1 ; x,153 mol H SO 4,153 x PAU 4-5 examen 1 5

7 QUÍMICA 4-5,153 mol de Zn reaccionan con,153 mol de H SO 4 Este supuesto es posible porque las dos cantidades de reactivo se encuentran por debajo o son iguales a las cantidades del enunciado (,153 mol de Zn y, mol de H SO 4 ). Se agotará todo el Zn (,153 mol) que es el reactivo limitante. Se consumirán,153 mol de HSO4. y quedarán sin consumir,,153,47 mol de HSO4 Para realizar un cálculo estequiométrico hemos de utilizar cualquiera de las cantidades de reactivo que se consumen Zn + H SO 4 ZnSO 4 + H,153 x 1 1 ; x,153 mol de ZnSO 4,153 x M(ZnSO 4 ) 65, ,4 g mol -1 m m n ;,153 ; m 4,69 g ZnSO 4 M 161,4 b) En este caso no hay que estudiar si hay reactivo limitante pues el enunciado deja claro que reaccionan g de Zn con cantidad suficiente de H SO 4. m n M n ; n,36 mol de Zn 65,4 1 1 ; x,36 mol de ZnSO 4,36 x Zn + H SO 4 ZnSO 4 + H,36 x P V n R T; 1 V,36,8 98; V 7,48 L EXAMEN 1 OPCIÓN B 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Hidrogenocarbonato de sodio b) Peróxido de estroncio c) Nitrobenceno d) PH 3 e) Ag CrO 4 f) CH 3 CH CHClCH CH 3 a) NaHCO 3 b) SrO c) O N + O d) Fosfina e) Dicromato de plata f) 3-Cloropentano PAU 4-5 examen 1 6

8 QUÍMICA 4-5. a) Cuál es la masa de un átomo de calcio? b) Cuántos átomos de boro hay en 5 g de este elemento? c) Cuántas moléculas hay en 5 g de BCl 3? Masas atómicas: Ca 4; B 11; Cl a) 1 mol de átomos de Calcio atómico 6,3 1 3 átomos de Calcio 4 g de Calcio 1 x b) 3 6, x ; x6, g 1 mol de átomos de Boro atómico 6,3 1 3 átomos de Boro 11 g de Boro x,5 3 6,3 1 x c) M(BCl 3 ) ,5 117,5 g mol -1 11,5 ; x, g 1 mol de BCl 3 6,3 1 3 moléculas de BCl 3 117,5 g de BCl 3 x,5 3 6,3 1 x 117,5,5 ; x, moléculas 3. Se dispone de una pila con dos electrodos de Cu y Ag sumergidos en una disolución 1 M de sus respectivos iones, Cu + y Ag +. Conteste sobre la veracidad o falsedad de las afirmaciones siguientes: a) El electrodo de plata es el cátodo y el de cobre el ánodo. b) El potencial de la pila es 46 V. c) En el ánodo de la pila tiene lugar la reducción del oxidante. Datos: Eº(Ag + /Ag) 8 V; Eº(Cu + /Cu) 34 V. a) Verdadera. El potencial de reducción de un elemento mide la tendencia de un elemento a reducirse. Cuanto mayor es el valor de potencial de reducción estándar mayor es la tendencia a reducirse. Por tanto el electrodo que se reduce es la Plata y el que se oxida es el Cobre. En el cátodo (Plata) se produce la reducción y en el ánodo (Cobre) se produce la oxidación. o pila o cátodo o ánodo b) Verdadera. E E - E,8 -,34,46 V c) Falsa. Ánodo Cu Cu + + e - El Cobre metálico se oxida El cobre es el reductor Cátodo Ag + + 1e - Ag La Plata iónica se reduce La plata es el oxidante 4. Razone y, en su caso, ponga un ejemplo si al disolver una sal en agua se puede obtener: a) Una disolución de ph básico. b) Una disolución de ph ácido. Las disoluciones de algunas sales neutras, que no contienen H, ni OH, contrariamente a lo que podría suponerse a primera vista, presentan carácter ácido o básico. Este comportamiento se debe a que uno de los iones de la sal reacciona con el agua, lo que recibe el nombre de hidrólisis, liberando iones OH - (que le confiere carácter básico) o iones H 3O + (que le confiere carácter ácido). PAU 4-5 examen 1 7

9 QUÍMICA 4-5 a) Se puede obtener un ph básico en dos casos: a.1) Sal procedente de ácido débil y base fuerte: CH 3 COONa, KCN, Na CO 3. Al disolver el acetato sódico CH 3 COONa en agua, los iones resultantes son: - Ión acetato, CH 3 COO -, es una base muy fuerte, conjugada de un ácido muy débil que es el ácido acético. Al ser más fuerte que el agua, reacciona con ella. - Ión sodio Na +, es un ácido muy débil, conjugado de una base muy fuerte, el NaOH, por lo que el ión sodio es mucho más débil que el agua, y por esa razón no reacciona con el agua. Na + + H O No reacciona. CH 3 COO - + H O CH 3 COOH + OH - Debido a la aportación de iones OH -, la disolución será básica. a.) En una sal procedente de un ácido débil y una base débil en las que K b > K a el ácido estará mas hidrolizado y [OH - ] > [H 3 O + ], resultando un ph básico. b) Se puede obtener un ph ácido en dos casos: b.1) Sal de ácido fuerte y base débil: NH 4 Cl, NH 4 NO 3. Al disolver el el cloruro amónico NH 4 Cl en agua, los iones resultantes son: - Ión amonio, NH 4 +, es un ácido fuerte conjugado de un base débil que es el amoníaco, NH 3. Al ser más fuerte que el agua, reacciona con ella. - Ión cloruro, Cl -, es una base muy débil, conjugada de un ácido fuerte, el HCl, por lo cual, el ión cloruro es mucho más débil que el agua, y por esa razón no reacciona con el agua. Cl - + H O No reacciona. NH H O NH 3 + H 3 O + Debido a la aportación de iones H 3 O + la disolución será ácida. b.) En una sal procedente de un ácido débil y una base débil en la que K a > K b el ácido estará mas hidrolizado y [OH - ] < [H 3 O + ], resultando un ph ácido. 5. Las entalpías de formación estándar del agua líquida, ácido clorhídrico en disolución acuosa y óxido de plata sólido son, respectivamente: -85 8, y -3 4 kj/mol. A partir de estos datos y de la siguiente ecuación: Ag O(s) + HCl(aq) AgCl(s) + H O(l) ΔHº kj a) La entalpía de formación estándar del AgCl(s). b) Los moles de agua que se forman cuando se consumen 4 litros de ácido clorhídrico 5 molar. REACCIÓN R H F H F F a) Δ H ΔH productos ΔH reactivos H F ΔH [ Δ AgCl(s) + Δ H O(l) ] [ Δ Ag O (s) + Δ -176,6 [ Δ AgCl(s) +(-85,8) ] [(-3,4) + (-165,6)] F H F ΔH F AgCl(s) -16, KJ n n b) Molaridad ;,5 ; n mol de HCl V 4 H F HCl(aq)] Ag O(s) + HCl(aq) AgCl(s) + H O(l) x 1 x ; x 1 mol de H O PAU 4-5 examen 1 8

10 QUÍMICA A 1 K se establece el siguiente equilibrio: I (g) I(g) Sabiendo que cuando la concentración inicial de I es M, su grado de disociación es 14 %, calcule: a) El valor de Kc a esa temperatura. b) El grado de disociación del I, cuando su concentración inicial es M.,14 El grado de disociación se expresa en tanto por uno α, 14 1 I I [inicial], variación [ ] - (,,14) + (,,14) [equilibrio], - (,,14) (,,14) I I [inicial], variación [ ] -,48 +,856 [equilibrio],1957,856 b) [] I (,856 ) K c 3,744 I, [ ] I I [inicial] variación [ ] - (5 1-4 α) + (5 1-4 α) [equilibrio] (5 1-4 α) (5 1-4 α) -5 [] I K c ; ; [ I ] 3, ( (5 1 α)) (5 1 4 α) Operamos hasta llegar a 1-6 α + 18,7 1-9 α - 18,7 1-9 y se resuelve aplicando - b ± b - 4ac α ; α,178 y α -,1465 (este último valor no tiene sentido) a También puede resolverse la ecuación de forma mas sencilla pero con cierto error de la siguiente forma: Si K c es pequeño querrá decir que en el equilibrio el valor del numerador es pequeño y el del denominador es grande. Hay poco I y mucho I. El equilibrio está desplazado hacia el lado izquierdo, el I está muy poco disociado y α es muy pequeño. Teniendo en cuenta el pequeño valor de α podemos aproximar que (5 1-4 ) α quedando la ecuación mucho mas sencilla de resolver (sin olvidar que hemos realizado una aproximación y que este resultado se aparta un poco del verdadero valor) ( (5 1 α)) 3, ; α, Esta aproximación se puede realizar sin que haya mucha diferencia entre el valor aproximado y la solución resolviendo la ecuación de segundo grado cuando K c pertenece al entorno de PAU 4-5 examen 1 9

11 QUÍMICA 4-5 EXAMEN OPCIÓN A 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Trióxido de azufre b) Peróxido de calcio c) Ciclohexanona d) HIO 3 e) Al(HSeO 4 ) 3 f) CH 3 COOCH CH 3 a) SO3 b) CaO c) O d) Ácido yódico e) Hidrógenoseleniato de aluminio f) Etanoato de etilo. Indique: a) Los subniveles de energía, dados por el número cuántico secundario l, que corresponden al nivel cuántico n 4. b) A qué tipo de orbitales corresponden los subniveles anteriores. c) Si existe algún subnivel de n 5 con energía menor que algún subnivel de n 4, diga cuál. a) n Número cuántico principal (Nivel energía) 1,,3,... l Número cuántico secundario (Subnivel energía),...,(n-1) Si n4, l puede tomar valores desde hasta n-1 (4-13), es decir l, l1, l, l3 b) Un orbital se puede designar mediante un número y una letra. El número hace referencia al nivel de energía del orbital, mientras que la letra está relacionada con la forma del órbital. l orbital tipo s; l1 orbital tipo p; l orbital tipo d; l3 orbital tipo f. Todos ellos están situados en el nivel n4 n4 l 4s n4 l1 4p n4 l 4d n4 l3 4f c) Hay dos formas de contestar este apartado: I) El diagrama de Möller representa el orden de llenado electrónico de orbitales atómicos según su energía creciente. Diagrama de Möller En el diagrama apreciamos que el orbital 5s está antes del 4d y del 4f, en consecuencia la energía del 5s será menor que la energía del 4d. También vemos que el 5p está antes del 4f, por tanto la energía del 5p será menor que la del 4f, 1s s p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p PAU 4-5 examen 1

12 QUÍMICA 4-5 II)La energía de un orbital en orden a su llenado es tanto menor cuanto más pequeña sera la suma (n+l). Si hay varios orbitales con igual valor de n+l, tiene menos energía aquel que tenga menor valor de n. n l (n+l) n4 l 4+4 4s n4 l p n4 l 4+6 4d n4 l f n l (n+l) n5 l 5+5 5s n5 l p n5 l 5+7 5d n5 l f n5 l s < 4d < 4f 5p < 4f 3. a) Distinga entre ΔH y ΔHº para una determinada reacción. b) Distinga entre proceso endotérmico y exotérmico. c) Puede una reacción exotérmica no ser espontánea? Razone la respuesta. a) ΔH(variación de entalpía) es la diferencia entre la entalpía de los productos de una reacción química y la de los reactivos. La entalpía coincide con el calor intercambiado durante la reacción química a presión constante. ΔH H productos - H reactivos ΔH o (variación de entalpía estandar) es la diferencia entre la entalpía de los productos de una reacción química y la de los reactivos cuando dicha reacción transcurre a la presión de 1 atm y a la temperatura de 5 ºC. b) En un proceso endotérmico el sistema absorbe calor. ΔH H productos- H reactivos H productos > H reactivos ΔH> En un proceso exotérmico el sistema desprende calor. ΔH H productos - H reactivos H productos < H reactivos ΔH< c) Procesos espontáneos son aquellos que tienen lugar en un sistema sin intervención externa de ningún tipo. La variación de la energía libre ΔG proporciona el criterio para conocer si una reacción o un proceso en general está en equilibrio (ΔG), es espontáneo (ΔG<) o es no espontáneo (ΔG>). ΔGΔH-TΔS Para que una reacción exotérmica (ΔH<) sea no espontánea (ΔG>) la variación de entropía debe ser negativa (ΔS<) y que el producto T ΔS sea lo suficientemente grande (alta temperatura) para que al sumarlo a ΔH de cómo resultado un valor positivo. PAU 4-5 examen

13 QUÍMICA 4-5 ΔG ΔH - T ΔS (-) - (+) (-) - (-) (-) (+) 4.- Complete las siguientes reacciones y ajuste la de combustión: a) CH 3 CH CH 3 + O b) CH 3C CH + HCl c) CH CHCH 3 + H O a) Reacción de combustión. CH 3 CH CH 3 + O CO + H O Para ajustar una combustión en primer lugar los átomos de C, después el H y por último el O. CH 3 CH CH O 3 CO + 4 H O b) Reacción de adición de halogenuros de hidrógeno a un alquino. CH 3 C CH + HCl CH 3 CCl CH 3 Esta adición sigue la regla de Markovnikov (en la adición de un reactivo tipo HX a un alqueno a alquino asimétrico, el producto principal es aquel en el que el átomo de hidrógeno del reactivo se une al átomo de carbono que inicialmente tenía mayor número de átomos de hidrógeno). c) Reacción de adición de agua a un alqueno para formar un alcohol. CH CHCH 3 + H O CH 3CHOHCH 3 Esta adición también sigue la regla de Markovnikov. 5.- Calcule: a) La molaridad de una disolución acuosa de ácido clorhídrico del 5 % en peso y densidad 91 g/ml. b) El volumen de la disolución del apartado anterior que es necesario tomar para preparar 1 5 L de disolución 1 M. Masas atómicas: Cl 35 5; H 1. Supongamos que disponemos de 1 g de disolución de ácido clorhídrico del 5% en peso y densidad,91 g/ml. Veamos en primer lugar el volumen que ocupan 1 g de disolución. masa 1 densidad ;,91 ; Volumen 19,9 ml de disolución. volumen volumen Calculamos la cantidad de soluto (ácido clorhídrico) que hay en 1 g de disolución: masa _ soluto masa _ soluto C % 1 ; 5 1 ; masa_soluto 5 g de HCl masa _ disolución 1 La masa molar del HCl es M(HCl) 35, ,5 g mol -1 Ahora podemos calcular la molaridad de la disolución moles _ soluto Molaridad vol _ disolución masa _ soluto M _ soluto vol _ disolución 5 36,5,199 6,33 mol L-1 PAU 4-5 examen 3

14 QUÍMICA 4-5 b) Hallamos los moles de HCl que hay en 1,5 L de disolución,1 M. moles _ soluto Molaridad ; vol _ disolución moles _ soluto,1 ; moles_soluto,15 mol 1,5 Ahora veamos que cantidad de la disolución 6,33 M hay que tomar para tener,15 mol.,15 6,33 ; vol_disolución,41 L vol _ disolución Por tanto, tomando 4,1 ml de la disolución original (5% en peso) y añadiendo agua hasta 1,5 L de disolución obtendremos una concentración,1 M. 6.- Se hace pasar durante 5 horas una corriente eléctrica de 5 amperios a través de una celda electrolítica que contiene SnI. Calcule: a) La masa de estaño metálico depositado en el cátodo. b) Los moles de I liberados en el ánodo. Datos: F 965 C. Masa atómica: Sn En primer lugar el yoduro de estaño (IV) se encuentra disociado: SnI Sn + + I - En la célula electrolítica tienen lugar los procesos: Sn + + e - Sn (Reducción del Sn + a Sn o estaño metálico) I - I + e - (Oxidación del I - ) El número de electrones que se transfiere para obtener un átomo de Estaño es. t,5 horas, s Q nº de equivalentes de Estaño depositados ; 965 masa depositada Q masa depositada Q masa depositada I t ; ; Peso equivalente 965 M 965 M 965 nº electrones nº electrones masa depositada 5 9 ; masa depositada 7,676 g de Sn 118,7 965 b) El número de electrones que transfiere para obtener una molécula de I es. masa depositada Q masa depositada ; Peso equivalente 965 M nº electrones masa depositada I t nº electrones ; M n ; n,33 moles de I 965 Q 965 n nº electrones masa depositada ; M nº electrones I t 965 I t 965 Otra forma: Se suman las dos semirreacciones (el número de electrones en ambas debe estar ajustado) Sn + + e - Sn I - I + e - Sn + + e - + I - Sn + I + e - PAU 4-5 examen 4

15 QUÍMICA 4-5 Vemos en la ecuación iónica que por cada 1 mol de Sn que se deposita se libera 1 mol de I. En el apartado a) hemos calculado la masa en gramos de estaño depositada (7,676 g). Pasamos m 7,676 dicha cantidad a moles n ; n ; n,33 mol de Sn M 118,7 Ahora podemos calcular el número de moles de I: Sn + + I - Sn + I,33 x 1 1 ; x,33 mol de I,33 x EXAMEN OPCIÓN B 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Ortoarseniato de sodio b) Cloruro de amonio c) 1,4-Butanodiol d) Co(OH) e) NH 3 f) CH 3 OCH CH CH 3 a) Na 3 AsO 4 b) NH 4 Cl c) CH OHCH CH CH OH d) Hidróxido de Cobalto (II) e) Amoníaco f) Metilpropiléter.-Dadas las siguientes especies químicas: CH 3OH, CH 4 y NH 3 a) Indique el tipo de enlace que existe dentro de cada una. b) Ordénelas, justificando la respuesta, de menor a mayor punto de fusión. c) Razone si serán solubles en agua. a) En los tres casos se trata de enlaces covalentes. En el enlace covalente los átomos se unen compartiendo electrones de la capa de valencia, de forma que ésta queda completa. Debido a la distinta electronegatividad de los dos átomos que forman parte de cada enlace en las tres moléculas, son enlaces covalentes polares. El carbono posee 4 electrones de valencia, el nitrógeno 5, el oxígeno 6 y el hidrógeno 1. H H H H xo xx xo xo o x C o x O o H H o o C H H o x x x x N xo xx xo xx H H o x H b) El método de la repulsión entre pares de electrones de la capa de valencia (RPECV) se basa en la repulsión entre pares de electrones que rodean al átomo central. Dichos pares (compartidos y no compartidos) se repelen entre si, separándose para minimizar la energía del sistema de forma que sea lo mas estable posible. AUMENTO REPULSIÓN Par compartido Par compartido Par compartido Par no compartido Par no compartido Par no compartido PAU 4-5 examen 5

16 QUÍMICA 4-5 Las geometrías mas estables son: Molécula Pares compartidos Pares no compartidos Geometría mas estable CH3OH 4 Tetraédrica CH4 4 Tetraédrica NH3 3 1 Pirámide trigonal En el metanol CH 3OH hay cuatro enlaces polares rodeando al carbono y otro mas entre el oxígeno y el hidrógeno. Si representamos los momentos dipolares de cada enlace y los sumamos vectorialmente vemos que la resultante no es nula, por tanto el metanol es una molécula con manifiesta polaridad. Además al ser el oxígeno un átomo pequeño y muy electronegativo se forman puentes de hidrógeno entre el hidrógeno de una molécula y el oxígeno de otra molécula cercana. En el metano CH 4 hay cuatro enlaces polares de idénticas características rodeando al carbono en disposición tetraédrica. Si representamos los momentos dipolares de cada enlace y los sumamos vectorialmente la resultante obtenida será nula. El metano es por tanto una molécula apolar. En el amoníaco NH 3 hay tres enlaces polares iguales rodeando al nitrógeno dispuestos en una pirámide trigonal. Si representamos los momentos dipolares de cada enlace y los sumamos vectorialmente vemos que la resultante no es nula, por tanto el metanol es una molécula con manifiesta polaridad. Además al ser el nitrógeno un átomo pequeño y muy electronegativo se forman puentes de hidrógeno entre el hidrógeno de una molécula y el nitrógeno de otra molécula cercana. La magnitud de las fuerzas intermoleculares depende en gran medida de la polaridad de las moléculas, de su masa molecular y de la existencia de puentes de hidrógeno. Cuanto mayores sean las fuerzas intermoleculares, con mayor fuerza se atraerán las moléculas entre si y mayor será su punto de fusión (será necesaria mayor energía para separarlas). Además en el metanol los enlaces están mas polarizados que en el amoníaco por la mayor diferencia de electronegatividad entre los átomos que forman parte de los enlaces. En consecuencia el metanol por la existencia de puentes de hidrógeno y su mayor masa molecular será el que mas intensas fuerzas moleculares presente. En el amoníaco serán menos intensas y en el metano solamente habrá fuerzas de dispersión de London muy débiles. PF Metanol > PF Amoníaco > PF Metano c) Cuanto mayor es la polaridad de una molécula mayor es su solubilidad en disolventes polares como el agua. La interacción entre los dipolos del agua y las moléculas polares facilita la disolución. Así el metanol y el amoníaco serán solubles en agua y el metano no. 3.- Dada la reacción: 3 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) + NO + 4H O Justifique la veracidad o falsedad de las afirmaciones siguientes: a) El Cu acepta electrones experimentando, por tanto, una reducción. b) El número de oxidación del nitrógeno en el ácido nítrico es +5. c) El ácido nítrico es el reductor y el cobre el oxidante. a) 3Cu + 8H +1 N +5 O 3-3 Cu + (N +5 O 3 - ) + N + O - + 4H +1 O - 3Cu + 8H (N +5 O 3 -) -1 3 Cu + + 6(N +5 O 3 -) -1 + N + O - + 4H +1O - 3Cu 3 Cu + + 6e - El Cobre cede electrones experimentando una oxidación. La afirmación es FALSA. PAU 4-5 examen 6

17 QUÍMICA 4-5 b) VERDADERA. H +1 N +5 O3 - c) FALSA. 3Cu + 8H +1 N +5 O 3-3 Cu + (N +5 O 3 -) + N + O - + 4H +1O - El Cobre cede electrones experimentando una oxidación. El cobre es el reductor. El nitrógeno del ácido nítrico capta electrones experimentando una reducción. El ácido nítrico es el oxidante. 4.- a) Escriba el equilibrio de ionización y la expresión de Kb para una disolución acuosa de NH 3. b) Justifique cualitativamente el carácter ácido, básico o neutro que tendrá una disolución acuosa de KCN, siendo Ka (HCN) c) Indique todas las especies químicas presentes en una disolución acuosa de HCl. a) El amoníaco es una base débil, por tanto en el equilibrio coexisten las formas disociada y no disociada. NH 3 + H O NH OH - K b [ + NH ][ ] 4 OH [ NH ] 3 b) La K a del ácido cianhídrico HCN es muy pequeña, se trata por consiguiente de un ácido débil que está muy poco disociado. Su base conjugada, el ión cianuro será una base fuerte, ya que su K b (con un valor numérico que es la inversa de K a del ácido cianhídrico) es muy grande. El cianuro potásico cuando se disuelve en agua se disocia en ión potasio e ión cianuro. KCN K + + CN - El ión cianuro CN - es una base fuerte conjugada de un ácido débil HCN, por tanto reaccionará con el agua formando HCN y OH -. CN - + H O HCN + OH - El K + proviene de una base fuerte KOH y no reaccionará con el agua. Al formarse solamente OH - la disolución de KCN tendrá carácter básico. ph<7. c) El ácido clorhídrico es un ácido fuerte y estará completamente disociado en disolución acuosa según: HCl + H O Cl - + H 3 O +. Quedarán en la disolución ión cloruro Cl - e ión hidronio H 3 O La tostación de la pirita se produce según la reacción: 4 FeS + 11 O Fe O SO a) La cantidad de Fe O 3 que se obtiene al tratar 5 kg de pirita de un 9 % de riqueza en FeS, con exceso de oxígeno. b) El volumen de oxígeno, medido a ºC y 7 mm de Hg, necesario para tostar los 5 kg de pirita del 9 % de riqueza. Datos: R 8 atm L K -1 mol -1. Masas atómicas: Fe 56; S 3; O 16. a) Calculamos la cantidad de FeS (masa pura) que hay en 5 Kg de pirita al 9%. masa pura masa pura % Riqueza 1 ; 9 1 ; masa pura 46 g de FeS masa total (impura) 5 M(FeS ) g mol -1 m n ; M 46 n ; n 3833,33 mol de FeS 1 4 FeS + 11 O Fe O 3 + Fe O ,33 x PAU 4-5 examen 7

18 QUÍMICA ; x 1916,67 mol de Fe O ,33 x M(Fe O 3 ) g mol -1 m n ; M m 1916,66 ; m 36667, g de FeO3 16 b) 4 FeS + 11 O Fe O 3 + Fe O ,33 x 4 11 ; x 1541,66 mol de O 3833,33 x T t + 73; T + 73; T 93 K 7 mm Hg P mm Hg 76 atm ; P,947 atm P V n R T;,947 V 1541,66,8 93; V 67448,7 L de O 6. El etano, en presencia de un catalizador, se transforma en eteno e hidrógeno, estableciéndose el siguiente equilibrio: C H (g) C H 4 (g) + H (g) A 9 K, la constante de equilibrio Kp es A la presión total de 1 atm, calcule: a) El grado de disociación del etano. b) La presión parcial del hidrógeno. a) C H 6 (g) C H 4 (g) + H (g) Moles iniciales n Moles que reaccionan - n α + n α + n α Moles en el equilibrio n - n αn (1-α) n α n α n T (n - n α) + n α + n α n + n α n (1+α) nc ( PC H P 4 H (X C H PT ) (XH PT ) n 4 K p ; Kp ; Kp P (X P ) CH6 CH6 n α n α ( PT ) ( PT ) n (1 + α) n (1 + α) nα PT n α K p ; K n (1 α) n(1 + α) n (1 - α) ( PT ) n (1 + α) α PT - α 1 Kp ; 5,1 1 ; α, (1 - α ) (1 - α ) b) PH XH PT PH,84 atm n T H 4 T n ( p ; H ; PH PT ; H PT nt n(1 - α) nh PT ) ( PT ) nt ; CH6 PT ) n T K p ; α PT (1 + α)(1 - α) n α α, P ; PH PT ; PH α 1 -, ; PAU 4-5 examen 8

19 QUÍMICA 4-5 EXAMEN 3 OPCIÓN A 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Nitrito de hierro (II) b) Hidruro de berilio c) Trimetilamina d) TiO e) KOH f) HOCH COOH a) Fe(NO) b) BeH c) H 3 C N CH 3 CH 3 d) Óxido de titanio (IV) e) Hidróxido de potasio f) Ácido hidroxietanoico. Dadas las siguientes configuraciones electrónicas externas: ns 1 ; ns np 1 ; ns np 6 a) Identifique el grupo del sistema periódico al que corresponde cada una de ellas. b) Para el caso de n 4, escriba la configuración electrónica completa del elemento de cada uno de esos grupos y nómbrelo. En cualquier grupo de la tabla periódica que se considere, todos sus elementos integrantes tienen, en su capa de valencia, el mismo número de electrones alojados en orbitales del mismo tipo. Grupo Config. electrónica s 1 s d 1 d d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d 1 p 1 p p 3 p 4 p 5 p 6 La configuración electrónica ns 1 pertenece a elementos del grupo 1 (Alcalinos). La configuración electrónica ns np 1 pertenece a elementos del grupo 13 (Térreos). La configuración electrónica ns np 6 pertenece a elementos del grupo 18 (Gases nobles). b) Para n4 obtenemos: 4s 1 4s 4p 1...4s 4p 6 El diagrama de Möller representa el orden de llenado electrónico de orbitales atómicos según su energía creciente. 1s s p 6 3s 3p 6 4s 1 Potasio K (Z19) 1s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 1 4p 1 Galio Ga (Z35) 1s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 1 4p 6 Kriptón Kr (Z37) Diagrama de Möller 1s s p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p pau 4-5 examen 3 1

20 QUÍMICA Calcule el ph de las siguientes disoluciones acuosas: a) 1 ml de HCl M. b) 1 ml de Ca(OH) 5 M. a) El ácido clorhídrico es un ácido fuerte que en disolución acuosa estará completamente disociado. HCl + H O Cl - + H 3 O + [Inicial], [Final],, ph - log [H 3O + ] - log,,699 b) El hidróxido de calcio es una base fuerte que en disolución acuosa estará completamente disociada. CaOH + H O Ca + + OH - [Inicial],5 [Final],5,5 poh - log [OH - ] - log,5,31 ph + poh 14; ph +,31 14; ph 13,699 Nótese que el dato de volumen proporcionado en ambos casos (1 ml) es irrelevante, pues el ph y el poh dependen exclusivamente de la concentración de H 3O + y OH - respectivamente. El ph de 1 ml de una determinada disolución es el mismo que el de 5 litros de la misma. 4.- Calcule el número de átomos contenidos en: a) 1 g de agua. b) moles de C 4 H 1. c) 1 L de oxígeno en condiciones normales. Masas atómicas: H 1; O 16. a) M(H O) g mol -1 1 mol de H O 6,3 1 3 moléculas de H O 18 g de H O x 1 6,3 1 x ; x 3, moléculas de H O 1 molécula de H O 3 átomos en total ( de H y 1 de O) 3, X b) 1 3, x ; x 1, átomos en total 1 mol de C 4 H 1 6,3 1 3 moléculas de C 4 H 1, x 1, 6,3 1 x 3 ; x 1, moléculas de C 4 H 1 pau 4-5 examen 3

21 QUÍMICA molécula de C 4H 1 14 átomos en total (4 de C y 1 de H) 1, x 1 1, x ; x 16, átomos en total c) Condiciones normales: P1 atm y T73 K P V n R T; 1 1 n,8 73; n,4467 mol de oxígeno O. 1 mol de O 6,3 1 3 moléculas de O,4467 x 1,4467 6,3 1 x 3 ; x, moléculas de O 1 molécula de O átomos en total ( de O), x 1, x ; x 5, átomos en total 5.- El monóxido de nitrógeno se puede obtener según la siguiente reacción: Cu + HNO 3 Cu(NO 3 ) + NO + H O a) Ajústela por el método del ion-electrón. b) Calcule la masa de cobre que se necesita para obtener 5 litros de NO medidos a 75 mm de Hg y 4ºC. Datos: 8 atm L K -1 mol -1. Masa atómica: Cu Cu + HNO 3 Cu(NO 3 ) + NO + H O En primer lugar disociamos ácidos, bases y sales Cu + H + + (NO 3) - Cu + + (NO 3 ) - + NO + H O Asignamos número de oxidación a cada átomo Cu + H + + (N +5 O 3 -) - Cu + + (N +5 O 3 -) - + N + O - + H +1O - Observamos qué átomos cambian su número de oxidación y escribimos las dos semirreacciones: Cu Cu + (N +5 O 3 -) - N + O - El número de átomos distintos de hidrógeno y oxígeno es el mismo en ambos lados de las dos semirreacciones, por tanto no es necesario ajustarlos. Ajustamos el número de oxígenos añadiendo moléculas de agua () en el otro lado de la semirreacción Cu Cu + (N +5 O 3 -) - N + O - + H O Para cuadrar el número de H, sumamos tantos H + (4) como átomos de hidrógeno haya en el lado deficitario Cu Cu + (N +5 O 3 -) - + 4H + N + O - + H O pau 4-5 examen 3 3

22 QUÍMICA 4-5 Veamos la carga total en cada lado de las dos semirreacciones Cu Cu + + (N +5 O3 - ) - + 4H + N + O - + HO +3 Para ajustar las cargas a ambos lados añadimos electrones en cada semirreacción: Cu Cu + + e - (N +5 O 3 - ) - + 4H + + 3e - N + O - + H O Multiplicamos cada semirreacción por el número de electrones de la otra para igualar el número de electrones en ambas: 3 (Cu Cu + + e - ) ((N +5 O 3 - ) - + 4H + + 3e - N + O - + H O) 3 Cu 3 Cu e - (N +5 O 3 -) - + 8H e - N + O - + 4H O) 3 Cu + (N +5 O 3 -) - + 8H e - 3 Cu e - + N + O - + 4H O Observando el ajuste en la reacción iónica escribimos los coeficientes estequiométricos en la reacción completa 3Cu + 8HNO 3 3Cu(NO 3 ) + NO + 4H O Para asignar el coeficiente estequiométrico del HNO 3 se ha elegido el 8 del H + frente al del NO 3 - porque en el lado contrario hay 8 Hidrógenos. b) T t + 73; T ; T 313 K P 75 mm Hg mm Hg 76 atm ; P,9868 atm P V n R T; 1 5 n,8 313; n,1948 mol de NO. 3Cu + 8HNO 3 3Cu(NO 3 ) + NO + 4H O x, ; x,9 mol de Cu x,1948 m n ; M m,9 ; m 18,5547 g de Cu 63,5 6.- a) Calcule la entalpía de formación estándar del naftaleno (C 1 H 8 ). b) Qué energía se desprende al quemar 1 g de naftaleno en condiciones estándar? Datos: ΔHºf [CO (g)] kj/mol; ΔHºf [H O(l)] kj/mol. ΔHºc [ C 1H 8] kj/mol. Masas atómicas: H 1; C 1. a) C 1 H 8 + 1O (g) 1CO (g) + 4H O (l) ΔH C [1 ΔH F CO (g) + 4 ΔH F H O(l)] [ ΔH F C 1 H 8 +1 Δ -498,6 [1(-393,5) + 4(-85,5)] [ Δ C 1 H 8 + ] ΔH F C 1 H 8-148,4 kj/mol H F H F O (g)] pau 4-5 examen 3 4

23 QUÍMICA 4-5 b) M(C1H8) g mol -1 m 1 n ; n ; n,7813 mol M 18 C 1 H 8 + 1O (g) 1CO (g) + 4H O (l) ΔHºc kj/mol,7813 x 1, ,6 ; x 385,7 kj se desprenden. x EXAMEN 3 OPCIÓN B 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Yoduro de oro (III) b) Peróxido de hidrógeno c) -Buteno d) KMnO 4 e) HBrO 3 f) CH 3COCH 3 a) AuI 3 b) H O c) CH 3 CHCHCH 3 d) Permanganato de potasio e) Ácido brómico f) Propanona.- Dadas las especies químicas Cl, HCl y CCl 4 : a) Indique el tipo de enlace que existirá en cada una. b) Justifique si los enlaces están polarizados. c) Razone si dichas moléculas serán polares o apolares. a) En los tres casos se trata de enlaces covalentes. En el enlace covalente los átomos se unen compartiendo electrones de la capa de valencia, de forma que ésta queda completa. El carbono posee 4 electrones de valencia, el cloro 7 y el hidrógeno 1. xx x x Cl x x oo xx oo xx xo xx o x Cl x H o o x Cl Cl o o C x x o x x x oo xx oo xx xo xx x x Cl x x o o Cl Cl x x b) En el caso del Cl los dos átomos son iguales por tanto poseen la misma electronegatividad. El par de electrones de enlace no está desplazado hacia ninguno de los átomos, por tanto se trata de un enlace covalente apolar. En el HCl hay mucha diferencia de electronegatividad entre los dos átomos. El cloro es mucho mas electronegativo que el hidrógeno. El par de electrones de enlace estará desplazado hacia el cloro. Se trata de un enlace covalente polar. En el CCl 4 hay cuatro enlaces covalentes polares. El cloro es mas electronegativo que el carbono y tira del par de electrones de enlace. xx pau 4-5 examen 3 5

24 QUÍMICA 4-5 c) En los dos primeros casos, Cl y HCl, sólo hay un enlace en cada molécula y la molécula será polar o apolar en función de dicho único enlace. En consecuencia el Cl es una molécula apolar y el HCl es una molécula polar. En el CCl 4 hay cuatro enlaces polares exactamente iguales. Si representamos el momento dipolar de cada enlace mediante un vector y los sumamos la resultante es nula. El tetracloruro de carbono CCl 4 es una molécula apolar. 3. La ecuación de velocidad: v k [A] [B], corresponde a la reacción química: A + B C a) Indique si la constante k es independiente de la temperatura. b) Razone si la reacción es de primer orden con respecto de A y de primer orden con respecto de B, pero de segundo orden para el conjunto de la reacción. E a RT k Ae A factor de frecuencia: directamente relacionado con el nº de choques entre las partículas reaccionantes. E a RT e factor de Boltzmann (representa la fracción de choques eficaces en relación con el nº total de colisiones efectuadas. E a : Energía de activación. R : Constante de los gases perfectos. T : Temperatura absoluta. Por tanto k depende de la temperatura. b) v k[ A] α [ B] β k Constante de la velocidad α Orden de la reacción respecto al reactivo A β Orden de la reacción respecto al reactivo B α +β Orden total de la reacción v k [A] [B] La reacción es de segundo orden (α) respecto al reactivo A y de primer orden respecto al reactivo B (β1) y de tercer orden (α+β+13) para el conjunto de la reacción. 4.- a) Escriba las estructuras de los isómeros de posición del n-pentanol (C 5 H 11 OH). b) Represente tres isómeros de fórmula molecular C 8 H 18. a) Se denominan isómeros a aquellos compuestos que teniendo la misma fórmula empírica y molecular y difieren en su estructura. Tipos de isomería Estructural o plana De cadena De posición De función Espacial Óptica Geométrica pau 4-5 examen 3 6

25 QUÍMICA 4-5 La isomería de posición consiste en que un mismo grupo funcional puede estar colocado en diferente posición dentro de la cadena de carbono. CH CH CH CH CH 3 CH 3 CH CH CH CH 3 CH 3 CH CH CH CH 3 OH OH OH 1-pentanol C 5 H 11 OH -pentanol C 5 H 11 OH 3-pentanol C 5 H 11 OH b) C 8 H 18 responde a la fórmula molecular de un alcano C n H n+. Vamos a representar tres isómeros de cadena, que se diferencian en la colocación de algún átomo o grupo de átomos en la cadena. CH 3 CH CH CH CH CH CH CH 3 CH 3 CH CH CH CH CH CH 3 CH 3 CH CH CH CH CH CH 3 CH 3 CH 3 Octano C 8 H 18 -metilheptano C 8 H 18 3-metilheptano C 8 H Una disolución acuosa de amoniaco 1 M tiene un ph de Calcule: a) La constante de disociación del amoniaco. b) El grado de disociación del amoniaco. b) El amoníaco es una base débil. Una pequeña parte del NH 3 capta un H + del agua. NH 3 + H O NH OH - NH 3 + H O NH OH - [inicial],1 [reacciona] -,1 α +,1 α +,1 α [equilibrio],1--,1 α,1 α,1 α ph + poh 14 11,11+pOH 14; poh,89 poh - log [OH - ],89 - log [OH - ]; [OH - ] 1,89 ; [OH - ],189 mol L -1 [OH - ],1 α [OH - ],189;,1 α,189; α, [NH 4 ] [ OH ] (,1α) (,1α) a) K b ; K [NH 3 ] b ; K (,1 -,1α) K b1, b ;,1 α (,1 -,1α) K b ;,1,189 (,1 -,1,189) Otra forma de hacer este problema es: Inicialmente la concentración de NH 3 es,1 y las concentraciones de NH 4 + y OH - son. NH 3 + H O NH OH - [inicial],1 [equilibrio] Calculamos la concentración de OH - en el equilibrio: ph + poh 14 pau 4-5 examen 3 7

26 QUÍMICA ,11+pOH 14; poh,89 poh - log [OH - ],89 - log [OH - ]; [OH - ] 1,89 ; [OH - ],189 mol L -1 Por cada mol de amoníaco que se ioniza aparece un mol de NH 4 + y un mol de OH -. Por tanto en el equilibrio la concentración de OH - será igual a la concentración de NH4 + y la concentración de NH 3 será igual a la inicial menos la que se ha ionizado. NH 3 + H O NH OH - [inicial],1 [equilibrio],1-,189,189,189 Ahora podemos calcular K b K b + [NH 4 ] [ OH ],189,189 ; K [NH ] b ; K b 1,68 1-5,1, b) concentración de base inicial que se ha ionizado,189 α ; α, 189 concentración de base inicial,1 6.- El NO y el SO reaccionan según la ecuación: NO (g) + SO (g) NO(g) + SO 3 (g) Una vez alcanzado el equilibrio, la composición de la mezcla contenida en un recipiente de 1 litro de capacidad es: 6 moles de SO 3, 4 moles de NO, 1 moles de NO y 8 moles de SO. Calcule: a) El valor de Kp, en esas condiciones de equilibrio. b) La cantidad en moles de NO que habría que añadir al recipiente, en las mismas condiciones, para que la cantidad de NO fuera 3 moles. a) Sumamos todos los moles gaseosos que hay dentro del matraz una vez alcanzado el equilibrio n T n SO + n 3 NO + n NO + n SO,6 +,4 +,1 +,8 1,9 mol No podemos calcular la presión total dentro del matraz mediante la ecuación P T V n T R T porque no conocemos la temperatura a la que se ha alcanzado el equilibrio n NO,1 PNO X NO PT PT PT,56 P T n 1,9 P P P SO NO SO 3 X X X SO NO S 3 NO P P P T T T n n n n n n SO SO T T NO SO T 3 T P P P T T T,8 P 1,9,4 P 1,9,6 P 1,9 T T T,411 P,15 P,3158 P PNO PSO3,15 PT,3158 PT K p ; K p ; K p 3,1 P P,56 P,411 P T T T T T b) Según el principio de Le Châtelier, un sistema en equilibrio químico, sometido a una perturbación externa, reacciona en el sentido necesario para que la causa perturbadora quede, en lo posible, contrarrestada. Si añadimos una cantidad de NO (a la que llamamos a ), el sistema se desplazará en el sentido de disminuir la cantidad de NO presente, es decir se desplazará hacia la izquierda, formando NO y SO. pau 4-5 examen 3 8

27 QUÍMICA 4-5 NO (g) + SO (g) NO (g) + SO 3 (g) Moles iniciales,1,8,4+a,6 Moles que reaccionan +x +x -x -x Moles en el equilibrio,1+x,8+x,4+a -x,6 x La cantidad de NO presente una vez alcanzado el equilibrio es,3 moles. Por tanto:,1+x,3; x, mol. Sustituimos el valor de x en la tabla. NO (g) + SO (g) NO (g) + SO 3 (g) Moles iniciales,1,8,4+a,6 Moles que reaccionan +, +, -, -, Moles en el equilibrio,3 1,+a,4 n n NO SO3 PNO P P SO X 3 NO PT X SO P T PT 3 T n K p ; K p ; T n n T NO n SO3 K p ; K p PNO P SO X NO PT XPSO P T n NO n SO n NO n SO PT PT n n ; (, + a) (,4) 3,1 ; a,51 mol,3 1 T T pau 4-5 examen 3 9

28 QUÍMICA 4-5 EXAMEN 4 OPCIÓN A 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Sulfuro de hidrógeno b) Tetrahidruro de silicio c) Fenol d) LiClO 3 e) MnO f) CH 3 CHCHCH CH 3 a) HS b) SiH 4 c) OH d) Clorato de litio e) Dióxido de manganeso f) -penteno.- a) Indique el número de electrones desapareados que hay en los siguientes átomos: As (Z 33) Cl (Z 17) Ar (Z 18) b) Indique los grupos de números cuánticos que corresponderán a esos electrones desapareados. a) Escribimos las configuraciones electrónicas de los tres átomos. El diagrama de Möller representa el orden de llenado electrónico de orbitales atómicos según su energía creciente. As(Z33) 1s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 1 4p 3 Cl(Z17) 1s s p 6 3s 3p 5 Ar(Z18) 1s s p 6 3s 3p 6 Diagrama de Möller 1s s p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p Los electrones se disponen según la Segunda regla de Hund: Cuando varios electrones ocupan orbitales de la misma energía (es decir, de un mismo subnivel), se disponen de modo que se tenga el máximo número de electrones desapareados (con el mismo spin). 4p 3 p x p y p z As: 3 electrones desapareados 3p 5 p x p y p z Cl: 1 electrón desapareado pau 4-5 examen 4 1

29 QUÍMICA 4-5 3p 6 p x p y p z Ar: Ningún electrón desapareado Los números cuánticos de un electrón son cuatro: n Número cuántico principal (Nivel energía) 1,,3,... l Número cuántico secundario (Subnivel energía/forma Orbital),...,(n-1) m Número cuántico magnético (Orientación orbital) -l,...,,...+l s Número cuántico de espín (Momento angular electrón) ±1/ En el arsénico los tres electrones desapareados se encuentran en el subnivel 4p Nivel de energía 4 (n4) Orbital tipo p (l1) Orientación, en un orbital tipo p hay tres orientaciones posibles p x, p y y p z correspondientes a los valores m -1, m y m 1. Spin (s+1/) Todos electrones tendrán el mismo valor de s. Los números cuánticos de los tres electrones son: (4,1,-1,+1/) (4,1,,+1/) (4,1,1,+1/) En el Cloro el electrón desapareado se encuentra en el subnivel 3p Nivel de energía 3 (n3) Orbital tipo p (l1) Orientación, en un orbital tipo p hay tres orientaciones posibles p x, p y y p z correspondientes a los valores m -1, m y m 1. Spin (s+1/) Los números cuánticos del electrón son: (3,1,1,+1/) 3.- a) Tiene el Zn + capacidad para oxidar el Br - a Br en condiciones estándar? Razone la respuesta. Datos: Eº(Zn + /Zn) - 76 V; Eº(Br /Br - ) 1 6 V. b) Escriba, según el convenio establecido, la notación simbólica de la pila que se puede formar con los siguientes electrodos: Zn + /Zn (Eº - 76 V); Cu + /Cu (Eº 34 V). a) El potencial de reducción de un elemento mide la tendencia de un elemento a reducirse. En este caso el mayor potencial de reducción corresponde al Bromo, por tanto el que se reduce es el Bromo y el que se oxida es el Zinc. Br + e - Br Zn Zn + + e - En la pila construida vemos que Zn metálico reacciona con el Br, obteniéndose Br - y Zn +. Por tanto el Zn + no reacciona con el Br -. PAU 4-5 examen 4

30 QUÍMICA 4-5 b) El mayor potencial de reducción corresponde al Cobre, en consecuencia el Cobre se reduce y el Zinc se oxida. Cu + + e - Cu Reducción Zn Zn + + e - Oxidación Cátodo Ánodo Según el convenio establecido la semirreacción de oxidación se escribe a la izquierda con las especies separadas por una barra vertical ( ). La semirreacción de reducción se escribe, de igual forma, a la derecha. Ambos procesos se separan con una doble barra vertical. Al tratarse de potenciales estándar (indicados por la notación E ) la concentración de los iones es 1M. Dicho valor se escribe entre paréntesis junto a cada ión. Zn Zn + (1M) Cu + (1M) Cu 4.- Considere las siguientes moléculas: CH 3 CHOHCH 3 CH 3 COCH 3 CH 3 CONH CH 3 COOCH 3 a) Identifique sus grupos funcionales. b) Cuál de estos compuestos daría propeno mediante una reacción de eliminación? Escriba la reacción. a) CH 3CHOHCH 3 Alcohol R-OH CH 3 COCH 3 Cetona R-CO-R CH 3 CONH Amida R-CONH CH 3COOCH 3 Éster R-COO-R b) El -propanol CH 3 CHOHCH 3 puede sufrir una reacción de eliminación, formándose propeno. CH 3 CH CH H SO 4 calor CH 3 CH CH + H O OH H 5.- En la combustión de 5 g de metano, CH 4, llevada a cabo a presión constante y a 5 ºC, se desprenden 75 kj. En estas condiciones, determine: a) La entalpía de formación y de combustión del metano. b) El volumen de metano necesario para producir 1 m 3 de CO, medidos a 5ºC y 1 atm. Datos: ΔHºf [CO (g)] 393 kj/mol, ΔHºf [H O(l)] 85 8 kj/mol. Masas atómicas: C 1; H 1. M(CH 4) g mol -1 m 5 n ; n ; n,315 mol M 16 a) Determinación de la entalpía de combustión del metano CH 4 (g) + O (g) CO (g) + H O (l),315 mol CH 4 desprenden 75 kj 1 mol de CH 4 desprenderá x kj, ; x 88 KJ 1 x La entalpía de combustión del butano es la energía desprendida cuando se quema 1 mol de butano. Se trata de un proceso exotérmico y tendrá valor negativo. PAU 4-5 examen 4 3

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