UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID

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1 UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID PRUEBA DE ACCESO A LAS ENSEÑANZAS UNIVERSITARIAS OFICIALES DE GRADO Mdel Curs MATERIA: QUÍMICA INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN Después de leer atentamente tdas las preguntas, el alumn deberá escger una de las ds pcines prpuestas y respnder a las preguntas de la pción elegida. CALIFICACIÓN: Cada pregunta se valrará sbre punts. TIEMPO: 90 minuts. OPCIÓN A Pregunta 1A.- Cnsidere las sustancias I, Cu y CaO y cnteste raznadamente: a) Qué tip de enlace presenta cada una de ellas. b) Cuál tiene menr punt de fusión. c) Cuál cnduce la electricidad cuand está fundid per es aislante en estad sólid. d) Si cada una de las sustancias del enunciad es n sluble en agua. a. I N-metal / N-metal. Enlace cvalente aplar (átms iguales). Cu Metal. Enlace metálic. CaO Metal / N-metal. Enlace iónic. b. Ls punts de fusión dependen de ls enlaces que hay que rmper para separar las partículas (átms ines) que frman el sólid. - I : Fuerzas intermleculares de dipl instantáne (Lndn) pr tratarse de una mlécula cvalente aplar. - Cu: Enlace metálic - CaO: Energía reticular Las más débiles sn las fuerzas de Lndn, pr l que el I tendrá el punt de fusión menr c. Las sustancias iónicas cumplen esta cndición, en estad líquid (fundidas disueltas) ls ines que la frman tienen mvilidad y pueden cnducir la electricidad, mientras que estad sólid ls ines cupan psicines fijas y definidas en la red cristalina que les impide el mvimient y pr tant n pueden cnducir la electricidad. Las sustancias cvalentes cm el I, n sn cnductras y pr últim el Cu es cnductr tant en estad líquid cm en estad sólid. d. Teniend en cuenta que el agua es un dislvente plar, serán slubles en agua las sustancias plares. El CaO es sluble en agua pr ser iónic, el I es insluble pr ser cvalente aplar y ls metales n sn slubles en agua. Pregunta A.- La slubilidad del carbnat de plata, a 5 C, es 0,018 g L 1. a) Escriba el equilibri de slubilidad de esta sal en agua. b) Calcule la cncentración mlar de ión plata en una dislución saturada de carbnat de plata, a 5 C. c) Calcule la cnstante del prduct de slubilidad del carbnat de plata a 5 C. d) Explique, cn un ejempl, cóm variará la slubilidad de esta sal pr efect de un ión cmún. Dats. Masas atómicas: C = 1,0; O = 16,0; Ag = 107,9. a. Ag CO ( s) Ag ( aq) CO ( aq) b. Si se define pr s la slubilidad mlar de la sal, mles de carbnat de plata disuelts pr litr de dislución, el cuadr de reacción quedaría de la siguiente frma: AgCO Ag ( aq) CO ( aq) Cnd. Equilibri s s 0,018 g Ag [ ] CO 1ml AgCO 4 Ag = s = =,1 10 ml L L D 75,8 g Ag CO 1

2 0,018 g AgCO 1ml AgCO 1 s s = 4s = 4 = 6,1 10 L( D) 75,8 g AgCO c. K = [ Ag ] [ CO ] = ( s) d. Al añadir a la dislución una sal sluble que cntenga algún ión cmún cn ls de la dislución, cm pr ejempl AgNO CaCO, aumentará la cncentración del ión cmún prvcand que el sistema se desplace en el sentid en el que disminuya esta, hacia la izquierda, para de esa frma cntrarrestar la perturbación y reestablecer el equilibri, prduciend una disminución de la slubilidad del carbnat de plata en agua. Pregunta A.- Escriba la frmula semidesarrllada y el nmbre de ds psibles cmpuests que tengan 4 carbns y cntengan en su estructura: a) Un grup éter. b) Un grup alchl en un ciclalcan. c) Un grup ester. d) Un grup halógen y un triple enlace en una cadena lineal. a. Dietil éter: CH CH O CH CH. Metil prpil éter: CH O CH CH CH b. Ciclbutanl:. Ciclprpilmetanl: c. De cadena sin ramificacines ls psibles serian: Metanat de prpil: HCOO CH CH CH Etanat de etil: CH COO CH CH Prpanat de metil: CH CH COO CH d. 1 clrbut in: CHCl C C CH Pregunta 4A.- Se hace pasar una crriente de 1,8 A durante 1,5 hras a través de 500 ml de una dislución de ydur de cbalt(ii) 0, M. Se bserva que se depsita metal y se frma yd mlecular. a) Escriba las semirreaccines de xidación y reducción que se prducen en el cátd y en el ánd. b) Calcule la masa de metal depsitada. c) Calcule la cncentración de C que queda en dislución. d) Calcule la masa de yd mlecular btenida. Dats. F = C. Masas atómicas: C = 59; I = 17. a. CI C I El cbalt se reduce ganand electrnes y disminuyend su carga psitiva, y el ydur se xida perdiend electrnes y disminuyend su carga negativa. Semireacción ANÓDICA, OXIDACIÓN: I I e Semireacción CATÓDICA, REDUCCIÓN: C e C b. La cantidad de cbalt que se depsita se puede calcular pr factres de cnversión partiend de la cantidad de carga que atraviesa el electrlit. 1,8 C 1ml e 1ml C 59 g C m ( C) = 1,5 600 s =,97 g C s C ml e ml C c. La cncentración de cbalt que queda en dislución se calcula a partir de ls mles de cbalt que que quedan en exces. m ( C) ml,97 g n C ex = n C n C Depsitads = V M = 0,5 L 0, 0,1 ml Ma ( C) L 59g ml n( C) 0,1 ml [ C ] = ex = = 0, M V 0,5 L

3 d. La cantidad de yd mlecular se puede calcular a partir de la cantidad de carga que atraviesa el electrlit, de frma análga a la empleada para el calcul de la masa de cbalt depsitada, mediante cálculs estequimétrics a partir de númer de mles de cbalt depsitads. 1,8 C 1ml e 1ml I Primer métd: 54 g I m I = 1,5 600 s = 1,79 g I s C ml e ml I 1ml C 1ml I 54 g I Segund métd: m( I ),97 g C = = 1,78 g C 59 g C 1ml C ml I Pregunta 5A.- Se dispne de una dislución de ácid metanic 0,5 M. Calcule: a) El ph de la dislución. b) El grad de disciación de la base BOH 0, M que presenta un poh igual que el ph de la dislución de ácid metanic. c) El vlumen de base BOH 0, M necesari para neutralizar una dislución de ácid metanic btenida al mezclar 50 ml de la dislución del enunciad cn 150 ml de agua. Dat. Ka = 1, Puntuación máxima pr apartad: 0,75 punts apartads a) y b); 0,5 punts apartad c). a. El ácid metanic es un ácid débil que se discia según el siguiente cuadr de reacción. Si se define x cm la cntracción de ácid disciada: Cnd. Iniciales Cnd. Equilibri HCOOH HO HCOO ( ac) H ( ml L) c exces ( ml L) c x exces x x El equilibri se rige pr la cnstante de inización Ka. [ HCOO ] [ H O ] x x x Ka = = = HCOOH c x c [ ] x Teniend en cuenta que el ácid metanic es un ácid débil y que su cncentración n es muy diluida, se puede hacer la hipótesis de que si x < 0.01 c x c, bteniend una ecuación de segund grad much mas sencilla. x 5 Ka = x = Ka c = ,5 = M < 0.01 se acepta la hipótesis c La cncentración de ácid disciad cincide cn la cncentración de prtnes de la dislución y pr tant permite calcular el ph de la dislución. ph = lg H O = lg =, [ ] 5 b. Pr la infrmación que pdems extraer del enunciad, el BOH es una base débil, se discia parcialmente, pr l tant l hará de una frma parecida al ácid metanic, si definims cm α a su grad de disciación: BOH B ac OH Cnd. Iniciales Cnd. Equilibri ( ml L) c ( ml L) c c α c α c α Cncid el poh (igual al ph de ácid metanic) y la cncentración inicial, se puede calcular el grad de disciación de la sal. [ OH ] = c α poh,5 poh : cα = 10 α = α = = 0.01M poh c 0, poh = lg[ OH ] [ OH ] = 10 c. El vlumen de base necesaria para neutralizar la dislución de ácid, depende del númer de mles de ácid que haya que neutralizar, y n del vlumen en el que se encuentren disuelts. La reacción de neutralización entre el ácid y la base es un a un: O

4 ( ac) B ( ac) H O HCOOH BOH HCOO Para que se prduzca neutralización y teniend en cuenta la estequimetria de la reacción: n HCOOH = n BOH Pr estar en dislución n = M V M HCOOH V HCOOH = M BOH V BOH V BOH = V HCOOH 0,5 VBOH = = 8, 10 L = 8, ml 0, M M HCOOH BOH 4

5 OPCIÓN B Pregunta 1B.- Cnsidere ls cuatr elements cn la siguiente cnfiguración electrónica en ls niveles de energía más externs: A: s p 4 ; B: s ; C: s p ; D: s p 5. a) Identifique ls cuatr elements cn nmbre y símbl. Indique grup y perid al que pertenecen. b) Indique un catión y un anión que sean iselectrónics cn A. c) Justifique si la segunda energía de inización para el element A es superir inferir a la primera. d) En el espectr del átm hidrógen hay una línea situada a 44 nm. Calcule E, en kj ml 1, para la transición asciada a esa línea. Dats. h = 6, J s; N A = 6,0 10 ; c =, m s 1. a. Cnfiguración Nmbre Símbl Grup Perid A s p 4 Oxígen O 16 VI B (Anfígens) º B s Berili Be II A (Alcalinterres) º C s p Silici Si 14 IV B (Carbnides) º D s p 5 Clr Cl 17 VII B (Halógens º b. Las especie iselectrónicas sn aquellas que tienen el mism númer de electrnes. La especie A tiene 10 electrnes y serán iselectrnics cn el F (anión flurur), N (anión nitrur), Na (catión sdi), Mg (catión magnesi). c. La segunda energía de inización de un átm es superir a la primera debid a que la fuerza nuclear se reparte entre mens electrnes y disminuye el apantallamient, aumentand la fuerza de atracción del núcle sbre sus electrnes. d. Aplicand la ecuación de Planck: E = h ν, para radiacines electrmagnéticas, la frecuencia se calcula c c ν =, pr l tant, E = h λ λ J 6,0 10 at 1kJ E = 6,6 10 = 4,58 10 = 75,6 kj at ml 10 J ml Pregunta B.- Sabiend que la reacción ajustada A B P es elemental: a) Escriba la ley de velcidad para dicha reacción. b) Determine ls órdenes parciales de reacción respect a ambs reactivs, el rden ttal y las unidades de la cnstante cinética. c) Cuál es la mlecularidad de la reacción? d) Explique cóm afecta a la velcidad de la reacción un aument de la temperatura. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts cada apartad. a. En las reaccines elementales, ls ceficientes estequimetrics cinciden cn ls rdenes parciales de reacción. v = k [ A] [ B] b. Ls rdenes parciales sn ls expnentes de las cncentracines en la ecuación de velcidad, el rden ttal es la suma de ls rdenes parciales. Orden respect de A = ; Orden respect de B = 1; Orden ttal, n = Unidades de la cnstante: [ k] = [ v] ml L = 1 s n [ cncentración] 1 ( ml L ) 1 = L ml c. La mlecularidad, es el númer de mléculas que deben chcar simultáneamente para prducir una clisión efectiva que rigine el cmplej activad y, pr tant, tenga lugar la reacción. Pr tratarse de una reacción elemental, cincide cn el rden, lueg es. s 1 5

6 d. Desde el punt de vista de la tería de clisines, al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética de las mléculas, disminuye el vlumen efectivs, las mléculas cupan mayr vlumen pr unidad de tiemp, pr l tant aumenta el numer de clisines y la eficacia de ests pr l que aumenta la velcidad de reacción. A partir de la ley de velcidad, un aument de la temperatura aumenta el valr de la cnstante cinética, según la E a ecuación de Arrhenius k = A e RT, la cnstante es expnencialmente directa a la temperatura, al aumentar la cnstante, aumenta la velcidad. Pregunta B.- Escriba las reaccines que tendrían lugar entre but en 1 l y cada un de ls siguientes reactivs. Indique en cada cas de que tip de reacción se trata y nmbre ls prducts btenids. a) Ácid sulfúric y calr. b) Ácid clrhídric. c) KMnO 4 (xidante). d) Ácid etanic en medi ácid. a. Reacción de eliminación (deshidratación) cn frmación de un dble enlace. H SO4 CHOH CH CH = CH CH = CH CH = CH Buta 1, dien. Q b. Reacción de adición electrófila que sigue la regla de Markwnikff prduciend ds isómers de psición. CHOH CH CHCl CH ( clrbutan 1 l) Mayritari CH OH CH CH = CH HCl CHOH CH CH CHCl ( 4 clrbutan 1 l) c. Reacción de xidación. KMnO4 CHOH CH CH = CH COOH CH CH = CH Ácid but enic d. Reacción de esterificación cndensación. Es una adición cn eliminación de una mlécula de agua. CH OH CH CH = CH COOH CH COO CH CH CH = CH Etanat de but enil Pregunta 4B.- Cuand se intrducen ml de A y ml de B en un recipiente de 0 L y se calienta a 600 ºC, se establece el siguiente equilibri: A(g) B(g) C(g), cn una cnstante K p = 0,4. Calcule: a) La cnstante Kc. b) Las cncentracines de A, B y C en el equilibri. c) Las presines parciales de A, B y C en el equilibri. d) Justifique hacia dónde se desplazaría el equilibri si aumentase la presión ttal. Dat. R = 0,08 atm L K 1 ml 1. a. La relación entre las cnstantes de equilibri Kc y Kp es: n g Kc = Kp RT Dnde n(g) se refiere a la diferencia del númer de mles gasess entre reactivs y prducts ( 1 K 0,4 0,08 87 ( 1 1) ) c = = 0,1 b. Si se define pr x al númer de mles de A que desaparecen, el cuadr de reacción queda de la siguiente frma: A g B g C g Cnd. iniciales Cnd. equilibri ( ml) ( ml) x x x Pr la ley de acción de masas, la cnstante en función de las cncentracines (K c ) viene expresada cm: [ C] n( C) V n( C) K c = = = V A B n A V n B V n A n C [ ] [ ] ( ) ( ) 6

7 0,1 = 0 x ( x) ( x) Ordenand se btiene una ecuación de segund grad x =,5 n valida pr ser mayr a ls mles iniciales 0,1x 140,4x 10,4 = 0 : x = 1,1 ml Las cncentracines en el equilibri se calculan dividiend ls mles de cada un entre el vlumen. 1,1 1,1 [ A ] = [ B] = = M ; [ C ] = = 0,0565 M 0 0 c. Las presines parciales de ls tres cmpnentes en el equilibri se calculan mediante la ecuación de gases ideales cncids ls mles de cada un de ells. n( A) RT ( 1,1 ) 0,08 87 n( C) RT 1,1 0,08 87 PA = PB = = =,1atm ; P C = = = 4,04 atm V 0 V 0 d. Según Le Chatelier, cuand en un sistema en equilibri se prduce una perturbación, el sistema se desplaza en cntra de la perturbación para reestablecer el equilibri. Si en el sistema se aumenta la presión, el sistema se desplazará hacia dnde cupe menr vlumen, pniéndse de esa frma al aument de presión y reestableciend el equilibri. Se desplazara hacia la DERECHA, que es dnde sl cupa un vlumen. Pregunta 5B.- Cuand el yd mlecular reaccina cn el ácid nítric se prduce HIO, dióxid de nitrógen y agua. a) Escriba y ajuste las semirreaccines de xidación y reducción que tienen lugar. b) Escriba, ajustadas, la reacción iónica glbal y la reacción mlecular glbal. c) Calcule el vlumen de ácid nítric del 65% de riqueza en masa y densidad 1,5 g cm que reaccina cn 5,4 g de yd mlecular. d) Calcule el vlumen de dióxid de nitrógen gases que se prduce cn ls dats del apartad anterir, medid a 0 ºC y 684 mm de Hg. Dats. R = 0,08 atm L K 1 ml 1. Masas atómicas: H = 1; N = 14; O = 16; I =17. a. Reacción sin ajustar: I HNO HIO NO HO 0 5e I I V Oxidación e N( V) N( IV) Reducción Ls átms que cambian de valencia sn: Semireaccines iónicas sin ajustar: Semireacción de xidación Semireacción de reducción Se ajusta en medi ácid. Se empieza pr ajustar el yd: Semireacción de xidación Semireacción de reducción I NO I NO IO NO IO NO Se ajusta el xigen sumand en el miembr dnde falta xígen tantas mléculas de agua cm átms de xígen falten: Semireacción de xidación I 6HO IO Semireacción de reducción NO NO HO Se ajusta el hidrógen sumand prtnes dnde falte hidrógen: Semireacción de xidación I 6HO IO 1H Semireacción de reducción NO H NO HO 7

8 Pr últim, se ajustan las cargas sumand electrnes dnde halla exces de carga psitiva defect de carga negativa, bteniend las semireaccines iónicas ajustadas en masa y en carga: Semireacción de xidación I 6HO IO 1H 10e Semireacción de reducción NO H e NO HO b. Se cmbinan las semireaccines de xidación y reducción para eliminar ls electrnes: Semireacción de xidación I 6HO IO 1H 10e Semireacción de reducción 10 ( NO H e NO HO) Re acción iónca glbal I 10NO 6HO 0H IO 10NO 10HO 1H Simplificand se btiene la reacción iónica glbal. A la hra de simplificar, debems tener en cuenta ls prtnes que necesitarems en cada miembr para frmar ls ácids, en el primer miembr se van a frmar 10 mléculas de ácid nítric y en el segund miembr, de ácid yódic, pr l que se pdrán simplificar 10 prtnes de cada miembr I 10NO 10H IO 10NO H 4HO La reacción mlecular glbal se btiene transfrmand ls iónes en ácids. I 10HNO HIO 10NO 4HO c. Teniend en cuenta la estequimetria de la reacción y utilizand factres de cnversión: 1ml I HNO 10 ml HNO 6 g HNO 100 g d s HNO 1cm d s V HNO = 5,4 g I = 64,6 cm 54 g I 1ml I ml HNO 65 g HNO 1,5 g ( d s) HNO d. Al igual que en el apartad anterir, pr factres de cnversión se calculan ls mles de NO que se frman, y mediante la ecuación de gases ideales, el vlumen que cupan. 1ml I 10 ml NO n NO = 5,4 g I = 1ml NO 54 g I 1ml I n ( NO ) RT 1 0,08 9 V NO = = = 6,7 L P