PAAU (LOXSE) XUÑO 2005

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1 PAAU (LOXSE) XUÑO 2005 Código: 3 QUÍMICA CALIFICACIÓN: CUESTIÓN =2,5 P.; CUESTIÓN 2=2,5 P.; PROBLEMA 3=3 P. Y CUESTIÓN 4=2 P. OPCIÓN.. Dados los átomos e iones siguientes: ión cloruro, ión sodio y neón: (a) Escribir la configuración electrónica de los mismos. (b) Justificar cuál de ellos tendrá un radio mayor. (c) Razonar a cuál de ellos será más fácil arrancarle un electrón..2. Se pone en un vaso con agua cierta cantidad de una sal poco soluble, de fórmula general AB 3, y no se disuelve completamente. El producto de solubilidad de la sal es K s. (a) Deduzca la expresión que relaciona la concentración de A3 + con el producto de solubilidad de la sal. (b) A continuación se introduce en el vaso una cantidad de una sal soluble CB 2 Qué variación produce en la solubilidad de la sal AB 3?.3. La reacción de ácido clorhídrico con dióxido de manganeso genera cloruro de manganeso(ii), cloro y agua. (a) Escriba la reacción molecular redox ajustada. (b) Qué volumen de cloro, medido a 0,92 atm y 30 ºC, se obtiene al reaccionar 50 ml de ácido clorhídrico del 35% y densidad,7 g/ml, con la cantidad necesaria de dióxido de manganeso?.4. Indique los procedimientos que ha utilizado en el laboratorio para medir el ph de las disoluciones, señalando las características de cada uno. Cite algún ejemplo del empleo de indicadores explicando el por qué de su cambio de color. OPCIÓN Explique, utilizando orbitales híbridos y razonando las respuestas, el tipo de enlace y geometría de las siguientes moléculas: (a) Etino o acetileno (b) Amoníaco (c) Dióxido de azufre (a) Formule y nombre un isómero de función del -butanol y otro de la 2-pentanona. (b) Cuál de los siguientes compuestos es ópticamente activo? Razónelo. CH 3 CH 2 CHCl CH 2 CH 3 CH 3 CHBr CHCl COOH 2.3. El COCl 2 gaseoso se disocia a una temperatura de 000 K, según la siguiente reacción: COCl 2 (g) CO (g) + Cl 2 (g) Cuando la presión de equilibrio es de atm el porcentaje de disociación de COCl 2 es del 49,2%. Calcular: (a) El valor de K p (b) El porcentaje de disociación de COCl 2 cuando la presión de equilibrio sea 5 atm a 000 K Indique, con un ejemplo, cómo determinaría en el laboratorio el calor de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, haciendo referencia al principio, material, procedimiento y cálculos.

2 OPCIÓN Soluciones..- Dados los átomos e iones siguientes: ión cloruro, ión sodio y neón: a) Escribir la configuración electrónica de los mismos. b) Justificar cuál de ellos tendrá un radio mayor. c) Razonar a cuál de ellos será más fácil arrancarle un electrón. Rta.: a) Cl : [Ar] : s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Na + : [Ne] : s 2 2s 2 2p 6 b) Cl : más niveles de energía y carga negativa. c) Cl : mayor tamaño y queda neutro, mientras los otros son menores y quedan con carga Se pone en un vaso con agua cierta cantidad de una sal poco soluble, de fórmula general AB 3, y no se disuelve completamente. El producto de solubilidad de la sal es K s. a) Deduzca la expresión que relaciona la concentración de A 3+ con el producto de solubilidad de la sal. b) A continuación se introduce en el vaso una cantidad de una sal soluble CB 2 Qué variación produce en la solubilidad de la sal AB 3? a) Se llama s a la solubilidad (concentración de la disolución saturada). La ecuación del equilibrio puede escribirse: AB 3 (s) 3 B (aq) + A 3+ (aq) s La constante de equilibrio o producto de solubilidad es: 3 s + s K s = [A 3+ ][B ] 3 = s (3 s) 3 = 27 s 4 = 27 [A 3+ ] 4 b) La solubilidad de la sal AB 3 será menor que antes por efecto del ión común. La sal CB 2 soluble se disociará totalmente: CB 2 (s) C 2+ (aq) + 2 B (aq) lo que produce un aumento en la concentración del ión B en la disolución. Esto provocará un desplazamiento del equilibrio AB 3 (s) 3 B (aq) + A 3+ (aq) hacia la formación de la sal sólida, ya que en la expresión del producto de solubilidad, K s = [A 3+ ][B ] 3 un aumento en la concentración del ión B tendrá que ser compensada con una disminución en la concentración del ión A 3+ para mantener constante el valor del producto de solubilidad, que es una constante de equilibrio que sólo cambia con la temperatura. Es decir, la sal estará menos disociada y la solubilidad será menor. (Si hubiese que realizar el cálculo, sería conveniente usar la situación equivalente de intentar disolver la sal AB 3 (s) en una disolución que contiene una cantidad n de CB 2 en el volumen V de disolución de la disolución original. La concentración c de CB 2 será: c = [CB 2 ] = n / V

3 Al ser CB 2 un sal soluble, estará totalmente disociada: CB 2 (s) C 2+ (aq) + 2 B (aq) c c + 2 c Como hay una concentración del ión B (efecto del ión común), la solubilidad de la sal AB 3 será menor. AB 3 3 B A 3+ [ ] 0 2 c 0 [ ] d s b 3 s b s b [ ] eq 3 s b + 2 c s b K s = [A 3+ ][B ] 3 = s b (3 s b + 2 c) 3 La solución de esta ecuación se haría por métodos de aproximación).3.- La reacción de ácido clorhídrico con dióxido de manganeso genera cloruro de manganeso(ii), cloro y agua. a) Escriba la reacción molecular redox ajustada. b) Qué volumen de cloro, medido a 0,92 atm y 30 ºC, se obtiene al reaccionar 50 ml de ácido clorhídrico del 35% y densidad,7 g/ml, con la cantidad necesaria de dióxido de manganeso? Rta.: a) 4 HCl + MnO 2 MnCl 2 + Cl H 2 O b),4 dm 3 Cl 2 Datos Cifras significativas: 3 D (HCl) : riqueza r = 35,0% densidad volumen ρ =,7 g/ml V D = 50 ml Cl 2 (gas): temperatura T = 30 0 C = 303 K presión P = 0,920 atm constante de los gases ideales - R = 0,0820 atm L moi- K Incógnitas Volumen de Cl 2 que se forma en las condiciones indicadas Otros símbolos cantidad de sustancia (número de moles) Ecuaciones de estado de los gases ideales a) Las semirreacciones iónicas son: Oxidación: 2 Cl Cl e Reducción: MnO H e Mn H 2 O Reacción iónica global. 2 Cl + MnO H + Cl 2 + Mn H 2 O Para convertirla en la reacción molecular le sumamos la siguiente reacción iónica: 2 Cl 2 Cl 4 HCl + MnO 2 MnCl 2 + Cl H 2 O b) La cantidad de ácido clorhídrico que se consume es: V n P V = n R T

4 que produce de cloro nhcl=50 ml D,7 g D ml D 35,0g HCl 00g D mol HCl =,68 mol HCl 36,5 g HCl ncl 2 =,68 mol HCl Suponiendo comportamiento ideal para el cloro V Cl 2 = n R T P mol Cl 2 4 mol HCl =0,42 mol Cl 2 =0,42 mol Cl 2 0,0820 atm L mol K 303K 0,920 atm =,4 L Cl Indique los procedimientos que ha utilizado en el laboratorio para medir el ph de las disoluciones, señalando las características de cada uno. Cite algún ejemplo del empleo de indicadores explicando el por qué de su cambio de color. Con indicadores ácido-base como la fenolftaleína o el tornasol o el anaranjado de metilo, que adoptan distinto color según el ph. Por ejemplo la fenolftaleína es incolora a ph < 8 pero toma un color rosa intenso si el ph > 0 Con papel indicador universal, que va de un color rojo intenso a ph = hasta color azul oscuro para ph >. Con un phmetro, que consta de una sonda que se introduce en la disolución conectada a un indicador con una pantalla digital en la que aparece el valor del ph. El ph se calibra previamente en disoluciones reguladoras de ph constante 4 y 7. Un indicador es una especie ácida o base débil en la que la forma ionizada tiene distinto color que la forma neutra. Suponiendo un indicador ácido, el equilibrio será: InH In + H + incoloro rosa En un medio ácido, con altas concentraciones de iones H +, el equilibrio se desplaza hacia la forma molecular incolora, pero en medio básico el equilibrio se desplaza hacia la forma coloreada disociada. Se suele notar diferencia de color cuando la concentración de una de las formas es unas 0 veces mayor que la otra, por lo que el cambio de color no es brusco sino que ocurre en un intervalo de viraje que suele ser de 2 unidades de ph. OPCIÓN Explique, utilizando orbitales híbridos y razonando las respuestas, el tipo de enlace y geometría de las siguientes moléculas: a) Etino o acetileno. b) Amoníaco. c) Dióxido de azufre. 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.

5 molécula HC CH NH 3 SO 2 átomo central C N S conf. electr. fundamental 2s 2 2p x 2p y 2s 2 2p x 2p y 2p z 3s 2 3p x 2 3p y 3p z conf. electr. excitada 2s 2p x 2p y 2p z 2s 2 2p x 2p y 2p z diagrama de Lewis H C C H H H N H O S O σ pares π 2 0 no enlazantes 0 que se repelen disposición de los pares lineal tetraédrica triangular ángulo de enlace 80º 07º <20º hibridación sp sp 3 sp 2 forma de la molécula lineal piramidal achatada angular plana H C C H H N O H H S O a) Formule y nombre un isómero de función del -butanol y otro de la 2-pentanona. b) Cuál de los siguientes compuestos es ópticamente activo? Razónelo. CH 3 CH 2 CHCl CH 2 CH 3 CH 3 CHBr CHCl COOH Rta.: a) CH 3 CH 2 O CH 2 CH 3 dietiléter CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CHO pentanal b) ácido 3-bromo-2-clorobutanoico: tiene algún carbono (2 y 3) asimétrico 4 isómeros ópticos El COCl 2 gaseoso se disocia a una temperatura de 000 K, según la siguiente reacción: COCl 2 (g) CO (g) + Cl 2 (g) Cuando la presión de equilibrio es de atm el porcentaje de disociación de COCl 2 es del 49,2%. Calcular: a) El valor de K p b) El porcentaje de disociación de COCl 2 cuando la presión de equilibrio sea 5 atm a 000 K Rta.: a) K p = 0,32 b) 25% Datos Cifras significativas: 3 temperatura presión total en el equilibrio inicial T = 000 K P =,00 atm grado de disociación α = 49,2% = 0,492 presión total en el equilibrio final P' = 5,00 atm constante de los gases ideales - R = 0,082 atm L K - mol Incógnitas constante de equilibrio porcentaje de disociación a 5 atm Otros símbolos cantidad de la sustancia X en el equilibrio K P α' n e (X)

6 Otros símbolos concentración de la sustancia X Ecuaciones fracción molar de una sustancia i ley de Dalton de las presiones parciales [X] x = n i / n i = n i / n T P i = x i P T grado de disociación α = n d / n 0 constante del equilibrio: a A + b B c C + d D a) Se llama n 0 a la cantidad inicial de COCl 2. La cantidad de COCl 2 disociada será: K P = P c d C P D b P Aa P B Por la estequiometría de la reacción, n dis (COCl 2 ) = α n 0 COCl 2 CO Cl 2 n 0 mol n n r mol α n 0 α n 0 α n 0 n e mol ( α) n 0 α n 0 α n 0 La cantidad de gas que hay en el equilibrio es: n et = ( α) n 0 + α n 0 + α n 0 = ( + α) n 0 Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio son: x e COCl 2 CO Cl 2 P e atm P T La constante de equilibrio en función de las presiones es Sustituyendo los valores K P = P CO P Cl 2 = P COCl 2 P T P T P T P T P T 2 = P T= 2 P 2 T K P = 2 P T= 0,4922,00=0,39 (para presiones expresadas en atm) 2 2 0,492 (Si la presión inicial sólo tiene una cifra significativa, P = atm, la constante valdrá K P = 0,3) b) Cuando la presión sea de P ' = 5,00 atm, la cantidad de gas en la nueva situación de equilibrio será menor (el equilibrio se habrá desplazado hacia la formación de COCl 2 ). La cantidad n' dis de COCl 2 disociada en estas condiciones será menor y el nuevo grado de disociación α' = n' dis / n 0 también. De la expresión obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio, ya que la temperatura no cambia:

7 que es inferior al valor inicial, tal como se esperaba. 0,39= ' 2 ' 2 5,00 0,0639 ( α' 2 ) = α' 2 '= 0,0639,0639 =0,245=24,5% Indique, con un ejemplo, cómo determinaría en el laboratorio el calor de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, haciendo referencia al principio, material, procedimiento y cálculos. Principio: Conservación de la energía Al ser el calorímetro un sistema aislado, el proceso es adiabático, y Q (cedido en la neutralización) + Q D (ganado por la disolución) + Q C (ganado por el calorímetro) = 0 Material: Calorímetro de 250 cm 3 Probeta de 00 cm 3 Termómetro Agitador Reactivos: HCl,0 M NaOH,0 M Procedimiento: En una probeta de 00 cm 3, se miden 00 cm 3 de disolución de HCl,0 M y se vierten en un calorímetro. Se mide la temperatura con un termómetro. t =6,8 0 C. Se lava la probeta y se miden 00 cm 3 de disolución de NaOH,0 M. Se mide su temperatura que debería ser la misma que la de la disolución de HCl ya que están ambas a la temperatura del laboratorio. Se echa la disolución de hidróxido de sodio en el calorímetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor máximo. t 2 = 23,3 0 C Se vacía el calorímetro y se lava. Cálculos: Haciendo las aproximaciones: Los calores específicos de todas las disoluciones es el mismo que el del agua. c = 4,8 J g ( 0 C) Las densidades de las disoluciones son iguales a la del agua. d =,0 g/cm 3 El calor Q C ganado por el calorímetro es despreciable. Q C = 0 La masa de cada disolución se calcula: El calor Q D ganado por la disolución es: m(disolución) = V(disolución) ρ = 200 cm 3,0 g/cm 3 = 200 g Q D = m(disolución) c e (disolución) Δt = (200) g 4,8 J g ( 0 C) (23,3 6,8) 0 C = 5,4 0 3 J Q (cedido en la neutralización) + Q D (ganado por la disolución) + Q C (ganado por el calorímetro) = 0

8 Q (cedido en la neutralización) = 5,4 0 3 J En la reacción: que se puede escribir en forma iónica: reacciona: con Por lo que la entalpía de reacción es: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) H + (aq) + OH (aq) H 2 O (l) n(hcl) = 0,00 dm 3,0 mol HCl / dm 3 = 0,0 mol HCl n(naoh) = 0,00 dm 3,0 mol HCl / dm 3 = 0,0 mol NaOH H 0 n = 5,4 03 [J ] = 54 kj / mol 0,0 [mol ] (El resultado es aproximado al tabulado de 57,9 kj/mol, debido a las aproximaciones realizadas) 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