PRIMERA PARTE. b. Es la energía mínima necesaria que hay que aportar para separar un electrón de un átomo gaseoso en su estado fundamental.

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1 UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID PRUEBA DE ACCESO A ESTUDIOS UNIVERSITARIOS (LOGSE) Curs (Juni) MATERIA: QUÍMICA INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN La prueba cnsta de ds partes. En la primera parte se prpne un cnjunt de cinc cuestines de las que el alumn reslverá únicamente tres. La segunda parte cnsiste en ds pcines de prblemas, A y B. Cada una de ellas cnsta de ds prblemas; el alumn pdrá ptar pr una de las pcines y reslver ls ds prblemas planteads en ella, sin que pueda elegir un prblema de cada pción. Cada cuestión prblema puntuará sbre un máxim de ds punts. N se cntestará ninguna pregunta en este impres. TIEMPO: una hra y treinta minuts. PRIMERA PARTE Cuestión.- La primera y segunda energía de inización para el átm A, cuya cniguración electrónica es s s l, sn 50 y 7300 kj ml -, respectivamente: a) Indique qué element es A, así cm el grup y perid a ls que pertenece. b) Deina el términ energía de inización. Justiique la gran dierencia existente entre ls valres de la primera y la segunda energía de inización del átm A c) Ordene las especies A, A + y A + de menr a mayr tamañ. Justiique la respuesta. d) Qué element presenta la misma cniguración electrónica que la especie iónica A +? Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. Perid : a. Liti (Li): Grup :(Alcalins) b. Es la energía mínima necesaria que hay que aprtar para separar un electrón de un átm gases en su estad undamental. + X( g) + Ei X ( g) + e La ª energía de inización separa un electrón situad en el nivel, bteniend el ión una cniguración electrónica de He (gas nble). La ª energía de inización separa un electrón situad en el nivel, más próxim al núcle, y pr tant más uertemente atraíd pr este. Se puede cncluir que ª energía de inización es muy superir a la ª pr las siguientes raznes: i. La ª E i de un átm es más elevada que la primera ya que el exces de carga psitiva del núcle da rigen a una mayr uerza de atracción sbre ls electrnes restantes. ii. La uerza de atracción del núcle sbre el electrón es inversamente prprcinal al cuadrad de la distancia que ls separa. La ª E i separa un e del nivel mientras que la ª E i separa un e del nivel, más cercan y pr tant cn mayr uerza de atracción sbre él. iii. La ª E i en el cas del Li debe superar la estabilidad de una estructura electrónica estable (capa llena), pr l que será superir. c. Las tres especies A, A + y A +, tienen el mism núcle y sl se dierencian en el númer de electrnes, pr l tant a mayr exces de carga psitiva mayr es la uerza de atracción sbre ls electrnes restantes y menr será su radi. A + < A + < A d. El Heli (Z ). He: s

2 Cuestión.- Para la reacción: a A (g) B (g) + C (g), el ceiciente estequimétric a pdría tener ls valres, ó 3. Indique de manera raznada el valr de a, ls signs de las magnitudes termdinámicas H 0, S 0 y G 0, y el interval de temperatura en el que la reacción sería espntánea, para cada un de ls siguientes cass particulares: i) Cas A: La cncentración de A en el equilibri disminuye si aumenta la temperatura la presión. ii) Cas B: La cncentración de A en el equilibri aumenta si aumenta la temperatura la presión. Puntuación máxima pr apartad:,0 punt. Slución. a A (g) B (g) + C (g) i) Que la cncentración de A disminuye respect de la de equilibri, indica que el sistema se desplaza a la derecha (hacia prducts). Si se aumenta la temperatura, según Le Chatelier, ls sistemas evlucinan cnsumiend calr, sentid endtérmic, pr l tant en este cas el sentid endtérmic es hacia la derecha, la reacción es endtérmica ( H > 0). Al aumentar la presión, el sistema se desplaza hacia dnde menr vlumen gases cupe, pr l tant, la reacción tendrá mayr vlumen gases en reactivs que en prducts a 3. 3A(g) B(g) + C(g) Si a 3, el sistema estará pasand de 3 cmpnentes gasess a ds, se rdena y la entrpía disminuye ( S < 0). Si H > 0, S < 0 y T > 0 (Temperatura absluta), pr la deinición de energía libre G H T S > 0 a cualquier temperatura. La reacción es n espntánea a cualquier temperatura. ii) Si la cncentración de A aumenta respect a la de equilibri, indica que el sistema se desplaza a la izquierda (hacia reactivs). Si al aumentar la temperatura el sistema se desplaza hacia la izquierda, el sentid endtérmic de la reacción es hacia la izquierda, la reacción es extérmica ( H < 0). Si al aumentar la presión es sistema se desplaza a la izquierda será prque en reactivs habrá menr númer de mles gasess que en prducts, a. A(g) B(g) + C(g). Si a, el sistema está pasand de un cmpnente gases a ds, se desrdena, aumenta la entrpía ( S > 0). Si H < 0, S > 0 y T > 0 (Temperatura absluta), pr la deinición de energía libre G H T S < 0 a cualquier temperatura. La reacción es espntánea a cualquier temperatura. Cuestión 3.- Justiique si sn verdaderas alsas cada una de las airmacines siguientes: a) La presencia de un catalizadr aecta a la energía de activación de una reacción química, per n a la cnstante de equilibri. b) En una reacción cn H<0, la energía de activación del prces direct (E a ) es siempre menr que la del prces invers (E a '). c) Una vez alcanzad el equilibri en la reacción del apartad anterir, un aument de temperatura desplaza el equilibri hacia ls reactivs. d) Alcanzad el equilibri, las cnstantes cinéticas de ls prcess direct e invers sn siempre iguales. Puntuación máxima pr apartad:,0 punt. Slución. a. Verdader. La presencia de catalizadres en una reacción sl mdiica la velcidad de reacción variand la energía de activación. N mdiica las variacines de las uncines de estad, y pr tant, n mdiica la cnstante de equilibri que es unción de la energía libre. G RT Ln K p Desde el punt de vista cinétic, la cnstante de equilibri es el cciente entre las cnstante de velcidad de la reacción directa e inversa. La presencia de catalizadr, mdiica pr igual la energía de activación de la reacción directa cm de la inversa, y pr tant el cciente de las cnstantes cinéticas (cnstante de equilibri) n se mdiica.

3 b. Verdader. c. Verdader. Según Le Chatelier al intrducir una perturbación en un sistema en equilibri, este evlucina en cntra de la perturbación. Si aumenta la temperatura, el sistema evlucinará en el sentid en que haga disminuir la temperatura, l cual cnsigue absrbiend calr, desplazándse en el sentid endtérmic. Cm la reacción es extérmica ( H < 0), el sentid endtérmic será hacia reactivs. d. Falsa. Al alcanzar el equilibri, se igualan las velcidades de reacción directa e inversa, per n las cnstantes de velcidad, las cuales si la temperatura es cnstante, permanecen cnstantes durante td el prces. Cuestión 4.- Dadas las ds reaccines siguientes sin ajustar: i) Br (ac) + Cl (ac) Br (g) + Cl (g) ii) Zn(s) + N0 3 (ac) + H + (ac) Zn + (ac) + NO (g) + H O a) Justiique pr qué una de ellas n se puede prducir. b) Ajuste las semirreaccines de xidación y de reducción de la reacción que sí se puede prducir. c) Ajuste la reacción glbal de la reacción que sí se puede prducir. d) Justiique si es espntánea dicha reacción. Dats: E 0 Br /Br,06 V; E 0 Cl /Cl,36 V; E 0 Zn + /Zn 0,76 V; E 0 N0 3 /NO 0,96 V Puntuación máxima pr apartad:,0 punt. Slución. a. Tdas las reaccines de transerencia de electrnes (Red-Ox) deben llevar apareadas una reacción de xidación (perdida de electrnes) y una de reducción (ganancia de electrnes). La primera reacción que se prpne n se puede llevar a cab ya que ambs sn prcess de xidación, y td prces de xidación requiere un prces de reducción. Br e Br Reacción de xidación (Perdida de electrnes) Cl e Cl Reacción de xidación (Perdida de electrnes) + b. Semireacción de reducción: NO3 + 4H + 3e NO + H O + Semireacción de xidación: Zn e Zn c. Se cmbinan las semirreaccines de reducción y xidación para eliminar les electrnes, bteniend la reacción iónica glbal. d. El ptencial de la reacción está relacinad cn la energía libre pr la expresión: Gº n F Eº Dnde n y F sn valres psitivs, cm el ptencial es psitiv (Eº,7 v), la energía libre es negativa, reacción espntánea.

4 Cuestión 5.- Partiend del prpen se llevan a cab las siguientes series de reaccines: Prpen + agua en presencia de ácid sulúric B + C El prduct mayritari (B) de la reacción anterir cn un xidante uerte genera el cmpuest D y el prduct minritari (C) en presencia de ácid metanic da lugar al cmpuest E. a) Escriba la primera reacción y nmbre ls prducts B y C. b) Explique pr qué el prduct B es el mayritari. c) Escriba la reacción en la que se rma D y nómbrel d) Escriba la reacción en la que se rma E y nómbrel. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. CH CH CH 3 + H O CH 3 CHOH CH 3 + CH OH CH CH 3 B CH CHOH -prpanl C 3 CH 3 CH OH CH CH 3 -prpanl b. Reacción de adición electróilica a dble enlace. El reactiv electróil atacante (H + ), puede generar ds carbcatines, un secundari (CH 3 + CH CH 3 ) y tr primari.( + CH CH CH 3 ), siend más estable el secundari que el primari, debid a que tiene más acilidad de repartir la carga psitiva entre ls carbns vecinales, rmándse mayritariamente, regla de Markwnik. c. Se llevan a cab en presencia de xidantes tip permanganat ptásic ó dicrmat de sdi, bteniéndse prpanna Oxidación CH 3 CHOH CH 3 CH 3 CO CH 3 d. Reacción de esteriicación entre un ácid y un alchl, bteniéndse metanat de prpil (Sustitución nucleila, reactiv atacante H + ). HCOOH + CH OH CH CH 3 HCOO CH CH CH 3 + H O

5 SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Prblema.- Para la reacción NO (g) + O (g) N0 (g) a) Calcule la entalpía de reacción a 5 C. b) Calcule hasta qué temperatura la reacción será espntánea, sabiend que para esta reacción Sº 46,4 J K. c) Si reaccinan L de NO, medids a 93K y, atm, cn exces de O Cuánt calr se desprenderá? Dats. Hº (NO, g) 90, 5 kj ml ; Hº (N0, g) 33, 8 kj ml ; R 0,08 atm L K ml Puntuación máxima pr apartad: a) y b) 0,75 punts; e) 0.5 punts Slución. a. La entalpía es una unción de estad y pr tant sus variacines sl dependen de las cndicines iniciales y inales. Para una reacción química: H R p H ( Prducts) r H ( Reactivs) dnde r y p se reieren a ls ceicientes estequimétrics. NO (g) + O (g) N0 (g) H R H ( NO ) [ H ( NO) + H ( O )] H ( O ) 0 Pr cnveni, la entalpía de rmación de ls elements en estad natural es cer. ( 90,5) 4,4 kj ml H R 33,8 Reacción extérmica. b. El criteri de espntaneidad de las reaccines se ascia al sign de la variación de energía libre. G H T S Si G < 0 Reacción espntánea. Si G 0 Reacción en equilibri. Si G > 0 Reacción n-espntánea. En reaccines en las que ls signs de las variacines de entalpía y entrpía cincidan (ls ds psitivs ó ls ds negativs), el sign de la variación de energía libre dependerá de la temperatura y pr tant la espntaneidad de la reacción también. Para reaccines extérmica ( H < 0) cn disminución de entrpía ( S < 0), la espntaneidad de la reacción disminuye a medida que aumenta la temperatura, pasand a n espntáneas para temperatura superires a la de equilibri. Temperatura de equilibri: G 0 H TEq S Para T > 779,6 K reacción n espntánea T Eq H 4,4 kj ml S 3 46,4 0 kj ml K 779,6 K c. Pr actres se cnversión y a partir de la ecuación termquímica: NO (g) + O (g) N0 (g) + 4,4 kj Q 4,4 4,4 Q n( NO) NO P V, atm L n NO 0, R T atm L 0,08 93 K ml K 4,4 Q 0, 5,7 kj se desprenden ( ) ml

6 Prblema.- El pentaclrur de ósr se descmpne cn la temperatura dand triclrur de ósr y clr. Se intrducen 0,85 g de pentaclrur de ósr en un recipiente cerrad de L, y se calientan a 50 C hasta alcanzar el equilibri. A esa temperatura tdas las especies están en estad gases y la cnstante de equilibri K c vale 0,044. a) Frmule y ajuste la reacción química que tiene lugar b) Obtenga la cncentración en ml L de cada una de las especies de la mezcla gasesa a esa temperatura c) Cuál será la presión en el interir del recipiente? d) Obtenga la presión parcial de Cl - Dats. R 0,08 atm-l K ml l. Masas atómicas: P 3,0; Cl 35,5 Puntuación máxima pr apartad: 0.5 punts Slución. a. PCl5 ( g) PCl3 ( g) + Cl ( g) b. Para reslver el ejercici es cnveniente plantear el siguiente cuadr de reacción, dnde C representa la cncentración inicial del pentaclrur de ósr y x la cncentración del mism que se discia Aplicand la ley de acción de masas al equilibri PCl Cl 3 x x x K c PCl C x C x 5 rdenand se btiene una ecuación de segund grad. x + K x C K c 0 La cncentración inicial del pentaclrur (C ) se calcula a partir del númer de mles iniciales y del vlumen. m( PCl5 ) 0,85 n ( PCl5 ) M( PCl5 ) 08,5 C 0,M V V Sustituyend en la ecuación: x 0,048 x + 0,044x 0, 0,044 0 : x 0,09 Sin sentid químic PCl Cncentracines en el equilibri: PCl 5 3 0, 0,048 0,05 M Cl 0,048 M c. La presión en el interir del recipiente se calcula mediante la ecuación de estad de gases ideales. n R T P V n n PCl5 + n PCl3 + n Cl PCl5 V + PCl3 V + PCl3 V 0,05 + 0, ,048 0,48 d. ( ) ( ) ( ) ml ( Cl ) 0,48 0,08 53 P 6,3 atm n R T P Cl R T 0,048 0,08 53,atm V

7 OPCIÓN B Prblema.- El ácid butanic es un ácid débil siend su K a, Calcule: a) El grad de disciación de una dislución 0,05 M del ácid butanic b) El ph de la dislución 0,05 M c) El vlumen de una dislución de hidróxid de sdi 0,05 M necesari para neutralizar 00 ml de dislución 0,05 M de ácid butanic Puntuación máxima pr apartad: a) y b) 0.75 punts; c) 0,5 punts. Slución. a. Ácid débil mnprótic. Su equilibri de disciación esta regid pr la cnstante K a según: K + CH CH CH COOH + H O a 3 CH 3 CH CH COO + H3O En adelante denminaré al ácid butanic cm BuH, y al ión butanat cm Bu. Si α es el grad de disciación, el cuadr de reacción queda de la siguiente rma: Aplicand la ley de Ostwald al equilibri de disciación + [ Bu ] [ H3O ] cα K a BuH [ ] α c α a Hipótesis : α < 0.05 : K K a c α despejand : α α α α '5 0 0,05 5 0,073 < 0'05 Válida Grad de disciación: α,73% + 3 b. ph lg H O lg( c α) lg( 0,05 0,073) 3, K c a c. Reacción de neutralización: BuH + NaOH BuNa + H O NaOH Factr de cnversión: n( NaOH) n( BuH) BuH Pr estar en dislución el númer de mles se calcula cm cncentración vlumen M NaOH V M BuH V ( ) NaOH ( ) BuH ( ) 3 0, ( ) 0,05 M BuH 3 VNaOH VBuH 0 L 00 ml M NaOH

8 Prblema.- Una pieza metálica de 4, g que cntiene cbre se intrduce en ácid clrhídric bteniéndse una dislución que cntiene Cu + y un residu sólid insluble. Sbre la dislución resultante se realiza una electrlisis pasand una crriente de 5 A. Al cab de 656 s se pesa el cátd y se bserva que se han depsitad,08 g de cbre. a) Calcule la masa atómica del cbre. b) Qué vlumen de clr se desprendió durante el prces electrlític en el ánd (medid a 0 C y 760 mm de Hg)? c) Cuál era el cntenid real de Cu (en % pes) en la pieza riginal, si al cab de 5 minuts de pas de crriente se bservó que el pes del cátd n variaba? Dats. R 0,08 atm L K ml ; F C. Puntuación máxima pr apartad: a) y b) 0.75 punts; c) 0.5 Slución. a. Electrólisis del catión Cu +. Semireacción catódica: Cu + + e Cu Semireacción anódica: Cl e Cl Cu Factr de cnversión: n( Cu) n( e) e El númer de mles de electrnes que atraviesan el sistema se btiene dividiend la carga que atraviesa el sistema pr la carga que tiene un ml de electrnes (F q e N A C/ml) m ( ) ( ) ( Cu) I t n Cu n e : M Cu ( ) F m Cu M( Cu) I t Clumbi Nta: Amperi segund ( ) F C ml,08 g 5 A 656 s Cl b. Factr de cnversión: n( Cl ) n( e ) Cu e c. n( Cu) n( e) 63,5 g ml e I t n( Cl ) 0,07 ml F nrt 0,07 0, V 0,408 L 408 ml P ( Cu) I t I t m( Cu) M( Cu) ( ) F F m M Cu m ( Cu) 63,5,47 g m( Cu),47 % Cu % m Pieza 4, ( )