PAAU (LOXSE) Setembro 2007

Transcripción

1 PAAU (LOXSE) Setembro 27 Código: 3 QUÍMICA CALIICACIÓN: CUESTIONES =2 PUNTOS CADA UNA; PROBLEMAS: 2 PUNTOS CADA UNO; PRÁCTICA: 2 PUNTOS CUESTIONES (Responda SOLAMENTE a DOS de las siguientes cuestiones). Dado el siguiente equilibrio 2 S (g) 2 (g) + S (s) indique si la concentración de sulfuro de hidrógeno aumentará, disminuirá o no se modificará si: (a) Se añade 2 (g) (b) Disminuye el volumen del recipiente 2. De las siguientes moléculas: trifluoruro de boro y amoníaco. (a) Indique la geometría molecular. (b) Polaridad de cada molécula. Razone las respuestas. 3. Explique razonadamente qué sucederá si en una disolución, M de sulfato de cobre(ii) [tetraoxosulfato(vi) de cobreii)] introducimos: (a) Una varilla de Zn (b) Una varilla de plata. Datos: Eº (Cu 2+ /Cu)= +,34 V; Eº (Ag + /Ag)= +,8 V; Eº (Zn 2+ /Zn)= -,76 V PROBLEMAS (Responda SOLAMENTE a DOS de los siguientes problemas). Para saber el contenido en carbonato de calcio[trioxocarbonato(iv) de calcio(ii)] de una caliza impura se hacen reacciona 4 g de la caliza con ácido clorhídrico del 3% en peso y de densidad,5 g/ml, obteniéndose cloruro de calcio, agua y dióxido de carbono. Sabiendo que las impurezas no reaccionan con ácido clorhídrico y que se gastan 25 ml del ácido, calcule: (a) El porcentaje de carbonato de calcio en la caliza (b) El volumen de dióxido de carbono, medido en condiciones normales, que se obtiene en la reacción. Dato: R=,82 atm L/K mol 2. Calcule, a 25 ºC: (a) La solubilidad en mg/l del AgCl en agua. (b) La solubilidad en mg/l del AgCl en una disolución acuosa que tiene una concentración de ión cloruro de, M. Dato: El producto de solubilidad del AgCl a 25 ºC es K s =, La entalpía de formación del tolueno gas (C 7 8 ) es de 49,95 kj/mol y las entalpías de formación del CO 2 (g) y del 2 O (l) son, respectivamente, -393,4 y -285,56 kj/mol. (a) Calcule la entalpía de combustión del tolueno, gas. (b) Cuántos kj se desprenden en la combustión completa de 23 g de tolueno? PRÁCTICAS (Responda SOLAMENTE a UNA de las siguientes prácticas). Se desea preparar L de una disolución M de hidróxido de sodio (NaO) a partir del producto comercial en el que se indica que la pureza es del 98%. Indique el procedimiento a seguir, describa el material a utilizar y determine los gramos de producto comercial que se deben tomar. 2. Se quiere determinar la entalpía del proceso de disolución de un compuesto iónico AB. Indique el procedimiento a seguir y el material a utilizar. Si al disolver,2 moles de dicha sustancia en 5 ml de agua se produce un incremento de temperatura de 2 ºC Cuál es el valor de, en J/mol, para dicho proceso de disolución?. Datos: C e (disolución) = C e (agua)= 4,8 J/g ºC. Densidad del agua = g/ml; Masa de disolución=masa de agua

2 CUESTIONES Soluciones. Dado el siguiente equilibrio 2S (g) 2 (g) + S (s) indique si la concentración de sulfuro de hidrógeno aumentará, disminuirá o no se modificará si: (a) Se añade 2 (g) (b) Disminuye el volumen del recipiente Rta.: a) Aumenta, para mantener el mismo valor de la constante: K c = [ 2 ] / [ 2 S] = n( 2 ) / n( 2 S) b) Aumenta la concentración. No varía la cantidad n( 2 S) de gas pero disminuye el volumen. 2. De las siguientes moléculas: trifluoruro de boro y amoníaco. (a) Indique la geometría molecular. (b) Polaridad de cada molécula. Razone las respuestas. Rta.: a) trifluoruro de boro: triangular plana; apolar; amoníaco: piramidal achatada; polar. a) La teoría de repulsión de los electrones de valencia dice que los pares de enlace σ y los pares no enlazantes se disponen alrededor de un átomo de forma que la repulsión entre ellos sea mínima. molécula B 3 N 3 átomo central B N conf. electr. fundamental 2s 2 2p x 2s 2 2p x 2p y 2p z conf. electr. excitada 2s 2p x 2p y 2s 2 2p x 2p y 2p z diagrama de Lewis pares B σ 3 3 π N 3. Explique razonadamente qué sucederá si en una disolución, M de sulfato de cobre(ii) [tetraoxosulfato(vi) de cobreii)] introducimos: (a) Una varilla de Zn (b) Una varilla de plata. Datos: Eº (Cu 2+ /Cu)= +,34 V; Eº (Ag + /Ag)= +,8 B V; Eº (Zn 2+ /Zn)= -,76 V Rta.: a) Reacciona (es espontánea ya que ΔE =, V >, y por tanto ΔG <); b) No reacciona a) El potencial de electrodo E está relacionado con la variación de energía libre de Gibbs ΔG por ΔG = - z E donde z es el número de electrones intercambiados y es araday, la carga de mol de electrones. Si el potencial de reducción es negativo, la variación de energía libre de Gibbs es positiva y el proceso de reducción no será espontáneo. De los datos de los potenciales de reducción: Cu e Cu E = +,34 V Zn e Zn E =,76 V Se pueden combinar para una oxidación-reducción: oxidación: Zn 2 e Zn 2+ E =,76 V reducción: Cu e Cu E = +,34 V N

3 Cu 2+ + Zn Cu + Zn 2+ E =, V da un potencial de reacción positivo, por lo que el proceso será espontáneo. b) Combinando los datos de la plata y el cobre: oxidación: Cu Cu e E =,34 V reducción: 2 Ag + + 2e 2 Ag E = +,8 V Cu 2+ + Zn Cu + Zn 2+ E =,46 V se ve que el potencial de reacción positivo, para que el proceso sea espontáneo, corresponde a la reacción en la que el ión plata se reduce y el cobre metálico se oxida. Por tanto, la oxidación de la plata por el ión cobre(ii) no es un proceso espontáneo. PROBLEMAS. Para saber el contenido en carbonato de calcio[trioxocarbonato(iv) de calcio(ii)] de una caliza impura se hacen reacciona 4 g de la caliza con ácido clorhídrico del 3% en peso y de densidad,5 g/ml, obteniéndose cloruro de calcio, agua y dióxido de carbono. Sabiendo que las impurezas no reaccionan con ácido clorhídrico y que se gastan 25 ml del ácido, calcule: a) El porcentaje de carbonato de calcio en la caliza. b) El volumen de dióxido de carbono, medido en condiciones normales, que se obtiene en la reacción. Dato: R =,82 atm L/K mol Rta.: a) 84% CaCO 3 en la caliza; b) V = 2,6 dm 3 M : masa molar. (CaCO 3 ) = g/mol (Cl) = 36,5 g/mol (CaCl 2 ) = g/mol Datos Cifras significativas: 2 gas: presión (normal) P =, atm temperatura (normal) disolución Cl: volumen masa del mineral T = C = 273 K V = 25 ml riqueza r = 3% densidad constante de los gases ideales Incógnitas ρ =,5 g/ml m = 4 g porcentaje de carbonato de calcio en la caliza r' (CaCO 3 ) volumen de CO 2 obtenido Ecuaciones cantidad (número de moles) ecuación de estado de los gases ideales R =,82 atm L/K mol n = m / M P V = n R T a) La ecuación ajustada de la reacción entre el carbonato de calcio y el ácido clorhídrico es: La cantidad de Cl que ha reaccionado es: CaCO 3 (s) + 2 Cl (aq) CaCl 2 (aq) + CO 2 (g) + 2 O (l) n Cl =25 ml D,5 g D ml D 3 gcl g D mol Cl =,24 mol Cl 36,5g Cl

4 La masa de carbonato de calcio que ha reaccionado es: m CaCO 3 =,24 mol Cl mol CaCO 3 2mol Cl gcaco 3 mol CaCO 3 =2g CaCO 3 Si sólo ha reaccionado el carbonato de calcio de la muestra, hay 2 g de CaCO 3 en cada 4 g de caliza, lo que supone una riqueza de: b) La cantidad de dióxido de carbono obtenida es: Suponiendo comportamiento ideal para el gas, r' (CaCO 3 ) = 2 g de CaCO 3 / 4 g de caliza =,84 = 84% n CO 2 =,24 mol Cl mol CO 2 2 mol Cl =,2 mol CO 2 V CO 2 =,2[mol CO ],82[ atm L mol 2 K ] 273[K ] =2,6 L CO,[atm] 2 en c.n. 2. Calcule, a 25 ºC: a) La solubilidad en mg/l del AgCl en agua. b) La solubilidad en mg/l del AgCl en una disolución acuosa que tiene una concentración de ión cloruro de, M. Dato: El producto de solubilidad del AgCl a 25 ºC es K s=,7 - Rta.: a) s' =,9 mg/l; b) s 2 ' = 2,4-4 mg/l M : masa molar. (AgCl) = 43 g/mol Datos Cifras significativas: 2 producto de solubilidad del AgCl K s =,7 - temperatura concentración de la disolución del Cl Incógnitas solubilidad (mg/l) del AgCl en agua solubilidad (mg/l) del AgCl en Cl, M s' 2 Otros símbolos concentración (moles/l) en de AgCl en agua y en Cl, M s, s 2 Ecuaciones producto de solubilidad del equilibrio: B b A a (s) b B a+ (aq) + a A b- (aq) a) El equilibrio de solubilidad es AgCl (s) Ag + (aq) + Cl (aq) T = 25 C = 298 K [Cl ] =, M s' K s = [A b- ] a [B a+ ] b La constante de equilibrio K s es: AgCl Ag + Cl [ ] eq mol/l s s K s = [Ag + ] [Cl ] = s s = s 2 =,7 - s=,7 =,3 5 mol AgCl/ L D

5 s' =,3-5 mol/l 43 g/mol =,9-3 g AgCl / L D =,9 mg/l D b) AgCl Ag + Cl [ ] mol/l, [ ] d mol/l s 2 s 2 s 2 [ ] eq mol/l s 2, + s 2 La constante de equilibrio K s es: K s = [Ag + ] [Cl ] = s 2 (, + s 2 )=,7 - En primera aproximación, podemos considerar s 2 despreciable s frente a,, (s 2 <<,). Entonces:, s 2,7 - s 2,7 - /, =,7-9 mol/l que es despreciable frente a,. s' 2 =,7-9 mol/l 43 g/mol = 2,4-7 g AgCl / L D = 2,4-4 mg/l D menor que la solubilidad en agua (efecto del ión común). 3. La entalpía de formación del tolueno gas (C 7 8) es de 49,95 kj/mol y las entalpías de formación del CO 2 (g) y del 2O (l) son, respectivamente, -393,4 y -285,56 kj/mol. a) Calcule la entalpía de combustión del tolueno, gas. b) Cuántos kj se desprenden en la combustión completa de 23 g de tolueno? Rta.: a) c º =-3944 kj/mol b) Q = -986 kj M : masa molar. (C 7 8 ) = 92, g/mol Datos Cifras significativas: 5 7 C (graf.) (g) C 7 8 (g) Δ f (C 7 8 ) = +49,95 kj/mol C (graf.) + O 2 (g) CO 2 (g) 2 (g) + ½ O 2 (g) 2 O (l) masa de tolueno m = 23 g C 7 8 Incógnitas entalpía de combustión del tolueno Δ c (C 7 8 ) cuántos kj se desprenden en la combustión completa de 23 g de tolueno Otros símbolos cantidad de sustancia (número de moles) Ecuaciones ley de ess a) Ecuación de combustión del tolueno: C 7 8 (g) + 9 O 2 (g) 7 CO 2 (g) O (g) Δ c Ecuaciones de formación: 7 C (graf.) +4 2 (g) C 7 8 (g) Δ f (C 7 8 ) = +49,95 kj/mol Δ f (CO 2 ) = 393,4 kj/mol Δ f ( 2 O) = 285,56 kj/mol Q n Δ = Δ PRODUC Δ REACTIV

6 C (graf.) + O 2 (g) CO 2 (g) 2 (g) + ½ O 2 (g) 2 O (l) Δ f (CO 2 ) = 393,4 kj/mol Δ f ( 2 O) = 285,56 kj/mol Por la ley de ess, Δ c (C 7 8 ) = 7 Δ f (CO 2 ) + 4 Δ f ( 2 O) (Δ f (C 7 8 ) + 9 Δ f (O 2 ) ) Δ c (C 7 8 ) = (7 [mol CO 2 ] ( 393,4 [kj/mol CO 2 ] + 4 [mol 2 O] ( 285,56 [kj/mol 2 O])) (49,95 [kj]) Δ c (C 7 8 ) = 3 944,7 kj/mol C 7 8 b) En la combustión de 23 g de tolueno se desprenden Q=23[g C 7 8 ] [mol C 7 8 ] 92,[gC 7 8 ] 3944,7[kJ ] =985 kj [mol C 7 8 ] PRÁCTICAS. Se desea preparar L de una disolución M de hidróxido de sodio (NaO) a partir del producto comercial en el que se indica que la pureza es del 98%. Indique el procedimiento a seguir, describa el material a utilizar y determine los gramos de producto comercial que se deben tomar. Cálculos: Suponiendo 2 cifras significativas. En, L de disolución, M de NaO hay que pesan: n (NaO) =, [mol NaO / dm 3 D], [dm 3 D]=, mol NaO m (NaO) =, [mol NaO] 4 [g NaO / mol NaO] = 4 g NaO El producto comercial tiene una pureza del 98%. abría que pesar: m (comercial) = 4 [g NaO] [g comercial] / 98 [g NaO] = 4 g NaO comercial. Como la concentración de la disolución es aproximada (el hidróxido de sodio en el aire se hidrata rápidamente y se carbonata en parte, por lo que su masa siempre será aproximada), se utiliza material de medida no demasiado preciso. Procedimiento: En un vaso de precipitados de cm 3 se vierte más de la mitad de agua. En una balanza granataria se tara un vidrio de reloj y se pesan 4 g de hidróxido de sodio comercial del 98%, procurando que no entre en contacto con la piel (es cáustico) y usando una espátula para manejar la sustancia. Se vuelca el vidrio de reloj sobre el agua del vaso de precipitados y se enjuaga el vidrio con un frasco lavador. Se agita con una varilla de vidrio el contenido del vaso de precipitados hasta que se completa la disolución. Se vierte en una probeta de L y se añade agua hasta completar el volumen, procurando que el menisco del líquido esté enrasado con la línea de cm 3. Se pasa la disolución obtenida a una frasco de L, se tapa y se voltea varias veces para homogeneizar. Se etiqueta el frasco con NaO M y la fecha. Se lava la probeta de L. Material: Probeta de cm 3 (), balanza granataria, vidrio de reloj (), espátula (), vaso de precipitados de cm 3 (), varilla de vidrio (), frasco lavador (), frasco de L con tapón () y etiquetas. Probeta: cilindro graduado con base, para medir volúmenes de líquidos/disoluciones de forma aproximada. Vidrio de reloj: casquete esférico de vidrio, para evitar que los productos químicos toquen los platillos de la balanza. Espátula: especie de cucharilla metálica para tomar cantidades de productos químicos. Vaso de precipitados: vaso de vidrio contenedor de líquidos/disoluciones.

7 2. Se quiere determinar la entalpía del proceso de disolución de un compuesto iónico AB. Indique el procedimiento a seguir y el material a utilizar. Si al disolver,2 moles de dicha sustancia en 5 ml de agua se produce un incremento de temperatura de 2 ºC Cuál es el valor de, en J/mol, para dicho proceso de disolución? Datos: C e (disolución) = C e (agua)= 4,8 J/g ºC. Densidad del agua = g/ml; Masa de disolución = Masa de agua En una probeta de 5 cm 3, se miden 5 cm 3 de agua y se vierten en un calorímetro. Se esperan unos minutos y se mide la temperatura con un termómetro. En una balanza granataria, se tara un vidrio de reloj, y, con un varilla, se echa la masa del compuesto iónico AB que corresponde a los,2 moles. Se echa el sólido iónico en el calorímetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor máximo y se resta del valor inicial de la del agua. Al ser el calorímetro un sistema aislado, el proceso es adiabático, y Q (cedido en la disolución) + Q D (ganado por la disolución) + Q C (ganado por el calorímetro) = El calor Q D ganado por la disolución es aproximadamente igual al ganado por el agua: Q D = m(agua) c e (agua) Δt = 5 g 4,8 J/g C 2 C = 4,2 3 J El calor Q C ganado por el calorímetro se supone despreciable Q (cedido en la disolución) = 4,2 3 J d = 4,2 3 [ J],2mol AB = 2 4 J / mol AB Cuestiones y problemas de las Pruebas de Acceso a la Universidad (P.A.U.) en Galicia. Respuestas y composición de Alfonso J. Barbadillo Marán, alfbar@bigfoot.com, I.E.S. Elviña, La Coruña