UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID PRUEBA DE ACCESO A ESTUDIOS UNIVERSITARIOS (LOGSE) Curso MATERIA: QUÍMICA

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1 UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID PRUEBA DE ACCESO A ESTUDIOS UNIVERSITARIOS (LOGSE) Curso MATERIA: QUÍMICA INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN La prueba consta de dos partes. En la primera parte se propone un conjunto de cinco cuestiones de las que el alumno resolverá únicamente tres. La segunda parte consiste en dos opciones de problemas, A y B. Cada una de ellas consta de dos problemas; el alumno podrá optar por una de las opciones y resolver los dos problemas planteados en ella, sin que pueda elegir un problema de cada opción. Cada cuestión o problema puntuará sobre un máimo de dos puntos. No se contestará ninguna pregunta en este impreso. TIEMPO: una hora y treinta minutos PRIMERA PARTE Cuestión 1. Dados los siguientes elementos: F, P, Cl y Na. a) Indique su posición (periodo y grupo) en el sistema periódico. b) Determine sus números atómicos y escriba sus configuraciones electrónicas. c) Ordene razonadamente los elementos de menor a mayor radio atómico. d) Ordene razonadamente los elementos en función de su primera energía de ionización. Puntuación máima por apartado: 0,5 puntos. Cuestión. En una reacción química del tipo A(g) A (g) disminuye el desorden del sistema. El diagrama entálpico del proceso se representa en el siguiente esquema: a) Qué signo tiene la variación de entropía de la reacción? b) Indique razonadamente si el proceso indicado puede ser espontáneo a temperaturas altas o bajas. c) Qué signo debería tener H de la reacción para que ésta no fuera espontánea a ninguna temperatura? Puntuación máima por apartado: 0,5 apartado a); 0,75 apartados b) y c).

2 Cuestión. La velocidad de la reacción A + B C en fase gaseosa solo depende de la temperatura y de la concentración de A, de tal manera que si se duplica la concentración de A la velocidad de reacción también se duplica. a) Justifique para qué reactivo cambia más deprisa la concentración. b) Indique los órdenes parciales respecto de A y B y escriba la ecuación cinética. c) Indique las unidades de la velocidad de reacción y de la constante cinética. d) Justifique cómo afecta a la velocidad de reacción una disminución de volumen a temperatura constante. Puntuación máima por apartado: 0,5 puntos. Cuestión 4. En una disolución en medio ácido, el ion MnO4 - oida al H O, obteniéndose Mn +, O y H O. a) Nombre todos los reactivos y productos de la reacción, indicando los estados de oidación del oígeno y del manganeso en cada uno de ellos. b) Escriba y ajuste las semirreacciones de oidación y reducción en medio ácido. c) Ajuste la reacción global. d) Justifique, en función de los potenciales dados, si la reacción es espontánea o no en condiciones estándar. Datos: Eº (MnO4 - / Mn + ) = 1,51V; Eº (O/HO)= 0,70V Puntuación máima por apartado: 0,5 puntos. Cuestión 5. Dadas las fórmulas siguientes: CH OH, CH CH COOH, CH COOCH y CH CONH a) Diga cuál es el nombre del grupo funcional presente en cada una de las moléculas. b) Nombre todos los compuestos. c) Escriba la reacción que tiene lugar entre CH OH y CH CH COOH. d) Qué sustancias orgánicas (estén o no entre las cuatro anteriores) pueden reaccionar para producir CH COOCH? Indique el tipo de reacción que tiene lugar. Puntuación máima por apartado: 0,5 puntos.

3 SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Problema 1. El ph de un zumo de limón es,4. Suponiendo que el ácido del limón se comporta como un ácido monoprótico (HA) con constante de acidez K a = 7,4 10 4, calcule: a) La concentración de HA en ese zumo de limón. b) El volumen de una disolución de hidróido sódico 0,005 M necesaria para neutralizar 100 ml del zumo de limón. Puntuación máima por apartado: 1,0 punto. Problema. La electrólisis de una disolución acuosa de sulfato de cobre (II) se efectúa según la reacción iónica neta siguiente: Cu + (ac) + H O (l) Cu (s) + O (g) + 4H + (ac) Calcule: a) La cantidad (en gramos) que se necesita consumir de sulfato de cobre (II) para obtener 4,1 moles de O. b) Cuántos litros de O se han producido en el apartado anterior a 5 ºC y 1 atm de presión? c) Cuánto tiempo es necesario (en minutos) para que se depositen,9 g de cobre con una intensidad de corriente de 1,8 A? Datos: R = 0,08 atm L mol 1 K 1 ; Faraday = C mol 1 Masas atómicas: Cu=6,5; S=; O=16 Puntuación máima por apartado: a) y c) 0,75 puntos; b) 0,5 puntos. OPCIÓN B Problema 1. A temperatura elevada, un mol de etano se mezcla con un mol de vapor de ácido nítrico que reaccionan para formar nitroetano (CH CH NO ) gas y vapor de agua. A esa temperatura, la constante de equilibrio de dicha reacción es K c = 0,050. a) Formule la reacción que tiene lugar. b) Calcule la masa de nitroetano que se forma. c) Calcule la entalpía molar estándar de la reacción.

4 d) Determine el calor que se desprende o absorbe hasta alcanzar el equilibrio. Datos: Masas atómicas: H = 1, C = 1, N = 14, O = 16. Etano (g) Ác. nítrico (g) Nitroetano (g) Agua (g) o H f (kj mol 1 ) 14,6 164,5 6, 85,8 Puntuación máima por apartado: 0,5 puntos. Problema. Una muestra impura de óido de hierro (III) (sólido) reacciona con un ácido clorhídrico comercial de densidad 1,19 g cm -, que contiene el 5% en peso del ácido puro. a) Escriba y ajuste la reacción que se produce, si se obtiene cloruro de hierro (III) y agua. b) Calcule la pureza del óido de hierro (III) si 5 gramos de este compuesto reaccionan eactamente con 10 cm del ácido. c) Qué masa de cloruro de hierro (III) se obtendrá? Datos. Masas atómicas: Fe = 55,8; O = 16; H = 1; Cl = 5,5. Puntuación máima por apartado: a) y c) 0,5 puntos; b) 1,0 punto. SOLUCIONES: PRIMERA PARTE Cuestión 1. a) Para el flúor (F): Pertenece al periodo y al grupo 17. El fósforo (P): Pertenece al periodo y al grupo 15. El cloro (Cl): Pertenece al periodo y al grupo 17. El sodio (Na): Pertenece al periodo y al grupo 1. b) El flúor (F) tiene de nº atómico (Z=9) y su configuración electrónica es :1s s p 5 El fósforo (P) tiene de nº atómico (Z=15) y su configuración electrónica es: 1s s p 6 s p.

5 El cloro Cl) tiene de nº atómico (Z=17) y su configuración electrónica es: 1s s p 6 s p 5. El sodio (Na) tiene de nº atómico (Z=11) y su configuración electrónica es: 1s s p 6 s 1. c) En cuanto al radio atómico sabemos que disminuye en un periodo al desplazarnos hacia la derecha en el S.P. y aumenta al descender dentro de un grupo, por tanto, en nuestro caso: F < Cl < P < Na. d) La primera energía de ionización aumenta en un mismo periodo al desplazarnos hacia la derecha y disminuye en un grupo al desplazarnos hacia abajo, es decir varía de forma inversa al radio atómico, por tanto, en nuestro caso tendremos: Na<P<Cl<F. Cuestión. a) Como podemos ver en el diagrama, la entalpía de los productos es menor que la entalpía de los reactivos, por tanto, se trata de un proceso eotérmico, H<0. b) Para saber si el proceso es espontáneo deberemos determinar el signo de G (energía libre de Gibbs), siendo G = H - T S. Como en la reacción aumenta el orden, entonces la variación de entropía será: S<0 y como H<0 por tanto para que G<0 la temperatura tiene que ser baja de forma que se cumpla: H > T S. c) Para que la reacción no sea espontánea G>0 y como G = H - T S, y además el segundo término de esa epresión es positivo lo que conlleva que H>0, es decir que el proceso sea endotérmico.

6 Cuestión. a) Si nos fijamos en la reacción vemos que por cada mol consumido de A se consumen moles de B, por tanto el reactivo que cambia más deprisa será B. α β b) La epresión de la velocidad de esta reacción será: v = k [ A] [ B], como nos dice que sólo depende de [A] por tanto β=0 y si la concentración de [A] se duplica la velocidad también se duplica, entonces α=1. Es decir, el orden de la reacción respecto de A será de orden 1 y respecto de B de orden 0. c) La epresión de la velocidad de reacción será: v = k[ A] mol L, por tanto las [ v] seg 1 1 unidades de la constante k será: [ k] = = = = seg y para la [ A] mol seg mol -1 1 velocidad que siempre es la misma L =mol L s seg. L d) Si nos fijamos en la epresión de v vemos que esta es proporcional a la concentración de A, al disminuir el volumen la concentración de A aumenta, lo que hace que la velocidad aumente en la misma proporción. Cuestión 4. a) Escribamos la reacción iónica (sin ajustar) para poder nombrar cada uno de los cada una de las sustancias presentes. MnO4 - + H O + H + (medio ácido) Mn + + O + H O. Sus nombres son: MnO4 - : Ion permanganato H O : peróido de hidrógeno (agua oigenada) H + : protón Mn + : catión manganoso O : oigeno molecular y H O: agua.

7 Los números de oidación son: Manganeso: en el ion MnO4 - será de +7 y el del catión Mn + será de +. Oigeno: en el ion MnO4 - será de -; en el H O será de -1; en el O será 0; y en el agua será de -. b) Semirreacción de reducción: MnO H + +5 e - Mn H O Semirreacción de oidación: H O O + H + + e - Podría el H O pasado a agua pero como nos dice que se oida esta suposición no ocurrirá ya que en ese caso el nº de oidación hubiese disminuido de -1 a - y no se habría oidado sino reducido. c) La reacción global será: (MnO H + +5 e - Mn H O) (H O O + H + + e - ) MnO H O + 6 H + Mn O + 8 H O d) Para deteminar la espontaneidad de la reacción tendremos que calcular la fem de la pila que se puede formar con los pares redo del proceso, ya que Gº = -n F Eº, por tanto si Eº>0 entonces Gº<0 y la reacción será espontánea. MnO H + +5 e - Mn H O Eº= 1,51 V H O O + H + + e - Eº = -0,70 V Eº = 0,81 V por tanto Gº<0 y la reacción será espontánea. Cuestión 5. a) CH OH, CH CH COOH, CH COOCH y CH CONH los grupos funcionales respectivos son: grupo hidroilo -OH; grupo carboilo COOH; grupo COOgrupo ester; grupo amida CONH.

8 b) CHOH metanol; CHCHCOOH ácido propanoico; CHCOOCH etanoato de metilo; CHCONH etanamida. c) La reacción será: CHCHCOOH + CHOH CHCHCOOCH + H O El nombre de esta reacción es esterificación, ácido + alcohol ester + agua d) El compuesto pedido se puede obtener con la reacción anterior: CH COOH + CH OH CH COOCH + H O Los compuestos pedidos serán: CH COOH: Ácido etanoico (Ácido acético). CH OH: metanol. SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Problema 1 a)epresemos la ecuación del equilibrio del ácido monoprótico HA. HA + + H O A + H O Concentración inicial C 0 0 Concentración final C- = [H O + ]=10 -ph =10 -,4 =, moles/l. Utilizando la epresión de la constante de acidez: Ka = + 4 [ A ][ H O ] 4 (,98 10 ) [ HA] = ; C 7, = C,98 10 Operando sale: C = 6, moles/l. b) La reacción de neutralización será: HA + Na OH A Na + H O y por tanto podremos decir, al ser la proporción mol a mol: V Ácido M Ácido = V base M base

9 0,1 6, = V base 0,005 ; V base = 1, L= 1,4 ml. Problema La reacción es: Cu + (ac) + HO (l) Cu (s) + O (g) + 4H + (ac) a) Utilizando factores de conversión: molesdecuso gCuSO4 4,1moles de O = 107,9g de Cu SO 4 1molO 1molCuSO b) Teniendo en cuenta la ecuación de estado de los gases: PNV = n R T, el volumen de esos 4,1 moles de O será: 4 n R T 4,1 0,08 98 V = = = 100, 19L P 1 c) El proceso de reducción de Cu + a Cu metálico que tendrá lugar en el cátodo será: Cu + + e - Cu M atómica I t m = nº deelectrones ; si despejamos el tiempo n m( g) 96485, t = = = 4896seg = 81,6 min M I 6,5 1,8 a OPCIÓN B Problema 1. a) La reacción que tiene lugar ajustada será: CH CH ( g) + HNO ( g) CH CH NO ( g) + H O( g) b) CH CH g) + HNO ( g) CH CH NO ( g) + H O( ) ( g Moles iniciales 1 mol 1mol 0 0 Moles equilibrio 1-1- Las concentraciones en el equilibrio serán: 1 [CH CH ]= V 1 ;[HNO ]= V ; [CH CH NO ]= V ; [H O]= V

10 Usando la epresión de la constante de equilibrio: ( ) [ CH CH NO ][ H O] Kc = = V = = [ CH ][ ] 1 CH HNO 1 1 ( ) V ( ) = 0, 050 Resolviendo esta ecuación y teniendo en cuenta que la solución negativa no tiene significado físico: = 1 0,050 = 0,4; = 0,4 0,4 1,4 = 0,4 = 0,4 1,4 = 0,18moles Por tanto la masa de nitroetano será: 75g 0,18moles = 1, 75g 1mol c) Para el calculo de la entalpía de reacción, y teniendo en cuenta que nos dan como datos las entalpías de formación estándar. H º R = n p H º f ( productos ) nr H º f ( reactivos) =- 6, 85,8 ( 14,6 164,5) =,9kJ / mol d) Teniendo en cuenta la entalpía de reacción y que para alcanzar el equilibrio han reaccionado 0,18 moles de cada uno de los reactivos, tendremos que se desprenderán (proceso eotérmico): kj 0,18moles (,9) = 4, 6kJ mol Problema. a) Fe O s) + 6HCl( ac) FeCl ( s) + H O( ). ( l b) Calculemos la molaridad de la disolución de ácido clorhídrico: gdisolución 1000cm 1,19 cm 1L 5gHCl 1molHCl 100gdisolución 6,5gHCl = moles 11,41 L Por tanto el nº de moles de HCl contenidos en 10cm será: moles 11,41 0,01L = 0,1141moles L

11 Calculemos el nº de gramos de Fe O que se necesitan para obtener los moles anteriores: 1molFe O 159,6g 0,1141molesHCl = gfeo 6molesHCl 1molFeO Y como partíamos de 5 g de Fe O (no puros), la riqueza de este óido será: 5gnopuros gpuros 100nopuros = = 60% molfecl 16,g c) 0,1141molesHCl = 6,17 gfecl 6molesHCl 1molFeCl