Prova de Química. Grau de Biotecnologia 2/11/2017 COGNOMS... NOM... DNI...

Transcripción

1 Poseu a totes les fulles el NOM i COGNOMS EN MAJÚSCULES i el vostre DNI. Aquest examen consta de 4 preguntes. Utilitzeu només el full assignat a cada pregunta per tal de respondre-la. Si escau, en cada full podeu escriure per davant i per darrera. Només es corregirà el que estigui escrit en bolígraf. Si no s'indica el contrari, cal raonar breument totes les respostes. Les parts recuperables juntes computen un 70% de la nota de l assignatura i les parts no recuperables un 30%. Nota important: La còpia, trànsit d'informació, la tinença d'un mòbil o aparell similar (smartphone, tauleta, audífon, rellotge intel ligent, rellotge o calculadora de text, 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. Part No Recuperable NR) (10 punts) A partir de la teoria VSEPR determina la forma geomètrica, angles d'enllaç i possible moment dipolar de les molècules següents: XeF, IO 3 i SO Cl. 1

2 Part Recuperable R1) (10 punts) Contesteu breument les preguntes següents: a) Quin àtom de la taula periòdica té el primer potencial de ionització més gran? Per què? b) El potencial de ionització del N (Z=7), O (Z=8) i F (Z=9) són, respectivament,14.53 ev, ev i 17.4 ev. b.1) Per què el potencial de ionització del N és més gran que el de l oxigen? b.) Per què el potencial de ionització del F és més gran que el de l oxigen? c) Quin són els estats d oxidació més habituals del Ge (Z=3)? Justifiqueu la vostra resposta.

3 R) (10 punts) L Indi (In, Z=49) i l estany (Sn, Z=50) són elements del grup del Bor (Z=5) i del carboni (Z=6), respectivament. Contesta de manera breu i raonada a les qüestions següents: a) Escriu les configuracions electròniques dels estats fonamentals de l indi i de l'estany. A quin període i grup de la Taula Periòdica pertanyen? b) Per l estany, tenint només en compte els orbitals de valència externa de la seva configuració fonamental, proposa un estat singlet i un estat triplet. Quin és més estable? c) Utilitzant el diagrama d orbitals moleculars adient, raona perquè la molècula de B és paramagnètica i la de B - diamagnètica. Quina presenta una distància d enllaç més curta? 3

4 R3) (10 punts) El monòxid de dinitrogen, N O, és un gas que s utilitza com a atmosfera protectora en envasos que contenen aliments. a) Suposant que fos un gas ideal, calcula quantes atmosferes de pressió exerceixen 0.40 g d aquest gas que s'han introduït en un envàs de 00 ml a 5 C. b) Les constants de Van der Waals del N O són a=3.83 L bar mol - i b= L mol -1. Suposant que fos un gas de Van der Waals, calcula la pressió que exerceix el gas en les mateixes condicions de l'apartat anterior. Expressa el resultat final també en atmosferes. c) Assumint el model de distribució de velocitats de Maxwell, calcula quina és la velocitat mitjana d'una molècula del gas dins del recipient i en les condicions esmentades. Expressa el resultat final en km/h. n a V Dades: PM(N)=14.0 g/mol; PM(O)=16.0 g/mol P V nb nrt kt v* 8 v kt 3kT v m m m 4

5 RESPOSTES R1) a) L'àtom de la taula periòdica que té el potencial de ionització més gran és l'heli. El potencial de ionització augmenta quan anem de dreta a esquerra en un període degut al augment de la Z efectiva. I el potencial de ionització augmenta quan pugem en un grup degut a la disminució del radi atòmic. Per tant el àtom que te la Z efectiva més gran és el Heli. b) Les configuracions electròniques del N, O, F i dels seus respectius cations són: [N]: 1s s p 3 [N + ]: 1s s p [O]: 1s s p 4 [O + ]: 1s s p 3 [F]: 1s s p 5 [F + ]: 1s s p 4 b.1) El N neutre és especialment estable degut a que la seva configuració electrònica te simetria esfèrica (capa semiplena). En canvi el N + no te una configuració electrònica amb simetria esfèrica. Per tant el PI del N és més gran del que li tocaria segons la periodicitat de la taula periòdica. El O neutre no te una configuració electrònica plena o semiplena. En canvi el O + és especialment estable degut a que la seva configuració electrònica te simetria esfèrica (capa semiplena). Per tant el PI del O és més petit del que li tocaria segons la periodicitat de la taula periòdica. En conseqüència, el PI del N és més gran que el del O, al contrari del que prediu la tendència general en la taula periòdica b.) Ni el F ni el seu catió tenen una configuració plena o semiplena. Per tant el seu PI és el que li tocaria segons la taula periòdica. Degut a que pels motius explicats abans el O te un PI especialment petit, el PI del O és més petit que el del F, de fet tal com prediu la tendència general de la variació del PI en la taula periòdica. c) Els estats d oxidació més estables del Ge són 4, + i +4 Els estats d oxidació més estables venen donats per configuracions electròniques especialment estables degut a que corresponen a configuracions plenes o semiplenes: 0: [Ge]: 1s s p 6 3s 3p 6 3d 10 4s 4p 4: [Ge 4 ]: 1s s p 6 3s 3p 6 3d 10 4s 4p 6 +: [Ge + ]: 1s s p 6 3s 3p 6 3d 10 4s +4: [Ge 4+ ]: 1s s p 6 3s 3p 6 3d 10 R) a) Utilitzant el principi d Aufbau: In: 1s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 10 4p 6 5s 4d 10 5p 1 [He] [Ne] [Ar] [Kr] In: [Kr] 5s 4d 10 5p 1 13 electrons a la capa de valència: 5è període grup 13 grup 14 Sn: [Kr] 5s 4d 10 5p 14 electrons a la capa de valència 5

6 b) Sn Orbitals de la capa externa de valència: 5s 5p Singlet: S + 1 = 1; S = m s = 0; tots els spins aparellats. Qualsevol dels següents: Triplet: : S + 1 = 3; S = m s = 1; spins desaparellats. Qualsevol dels següents: El més estable és el de major multiplicitat (Hund): El triplet d) El diagrama adient és el de la dreta. Donada la configuració electrònica del B(Z = 5): [He] s p 1. La molècula de B tindrà 6 electrons a la capa de valència i la de B - 8 electrons. Aplicant el principi d Aufbau i el principi d exclusió de Pauli, les configuracions electròniques de la capa de valència molecular seran: B : ( s ) ( s ) ( px ) 1 ( py ) 1 ; És paramagnètica perquè té dos electrons desaparellats amb el mateix spin (Hund). Ordre d enllaç: (4-)/ = 1 B - : ( s ) ( s ) ( px ) ( py ) ; És diamagnètica perquè té tots els electrons aparellats. Ordre d enllaç: (6-)/ = La distància d enllaç disminueix en augmentar la força de l enllaç (l ordre d enllaç). Conseqüentment el B - mostrarà la distància d enllaç més curta. 6

7 R3) a) El nombre de mols de gas és n = 0.40 g 1mol / 44g = mol. Calculem P=nRT/V: P = mol 0.08 atm L K -1 mol -1 ( ) K / 0. L = atm. b) Cal aïllar i substituir a l'equació de Van der Waals. Ateses les unitats de a i b el més immediat és emprar el valor de R=0.083 bar L mol -1 K -1 : 1 1 nrt n a mol bar L K mol K mol 3.83 L bar mol P V nb V 1 0. L mol L mol 0. L P bar 0. bar bar bar bar Així la pressió és de bar = atm. c) Calculem la massa d'una molècula: m = kg / 1 mol = kg / partícules = kg/molècula. I llavors es calcula kT JK K v ms m s km h 6 6 m kg