a) Una disolución acuosa 0,01 M de ácido nítrico tiene ph = 2. ph = log [H+] = log(0,01) = 2

Transcripción

1 1 PAU Química. Septiembre OPCIÓN A Pregunta 1A. Para los elementos A, B, C y D, de números atómicos 3, 10, 20 y 35, respectivamente: a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos. b) Indique su situación en la tabla periódica (periodo y grupo). c) Justifique si los siguientes números cuánticos pueden corresponder a los electrones más externos de alguno de ellos, indicando a cuál: (2, 1, 0, +1/2); (3, 0, 1, +1/2); (3, 2, 1, +1/2); (4, 1, 1, +1/2). d) Justifique cuál de estos elementos tiene la menor reactividad química. a) A: 1s 2 2s 1 B: 1s 2 2s 2 2p 6 C: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 D: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 b) A: Periodo = 2, Grupo = 1. B: Periodo = 2, Grupo = 18. C: Periodo = 4, Grupo = 2. D: Periodo = 4, Grupo = 17. c) (2, 1, 0, +1/2) puede corresponder a B. (3, 0, 1, +1/2) no corresponde a ninguno. (3, 2, 1, +1/2) no corresponde a ninguno. (4, 1, 1, +1/2) puede corresponder a D. d) El elemento de menor reactividad química es el B (Neón) por ser un gas noble. Pregunta 2A. Las siguientes afirmaciones son todas falsas. Reescríbalas para que sean correctas, justificando los cambios realizados: a) Una disolución acuosa 0,01 M de ácido nítrico tiene ph = 4. b) Un ácido muy débil (K a < 10 8 ) en disolución acuosa da lugar a un ph ligeramente superior a 7. c) El valor de la constante de basicidad de la piridina (K b = 1, ) es 4 veces el de la anilina (K b = ) y, a igualdad de concentraciones, su grado de disociación es 4 veces mayor. d) Para aumentar una unidad el ph de una disolución acuosa de NaOH es necesario duplicar su concentración. a) Una disolución acuosa 0,01 M de ácido nítrico tiene ph = 2. ph = log [H+] = log(0,01) = 2 b) Un ácido muy débil (K a < 10 8 ) en disolución acuosa da lugar a un ph

2 2 ligeramente inferior a 7 porque es ácido c) El valor de la constante de basicidad de la piridina (K b = 1, ) es 4 veces el de la anilina (K b = ) y, a igualdad de concentraciones, su grado de disociación es 2 veces mayor porque el grado de disociación es: d) Para aumentar una unidad el ph de una disolución acuosa de NaOH es necesario aumentar 10 veces su concentración. ( ) Pregunta 3A. Se intenta oxidar cobre metálico (Cu Cu e ) por reacción con ácido nítrico, ácido sulfúrico y ácido clorhídrico. Considerando los potenciales indicados: a) Escriba y ajuste las semirreacciones de reducción de los tres ácidos. b) Calcule E para las reacciones de oxidación del cobre con los tres ácidos y justifique que solo una de ellas es espontánea. Datos. E (Cl 2 / Cl ) = 1,36 V; E (Cu 2+ / Cu) = 0,34 V; E (NO 3 / NO) = 0,96 V; E (SO 4 2 / SO 2 ) = 0,17 V. Puntuación máxima por apartado: 1 punto. a) NO H e NO + 2 H 2 O SO H e SO H 2 O 2 H e H 2 Eº = 0 (el Cl no se reduce) b) Con ácido nítrico: Eº = 0,96 0,34 = 0,62 > 0, espontánea. Con ácido sulfúrico: Eº = 0,17 0,34 = 0,17 < 0, no espontánea. Con ácido clorhídrico: Eº = 0 0,34 = 0,34 < 0, no espontánea. Pregunta 4A. El acetileno o etino (C 2 H 2 ) se hidrogena para producir etano. Calcule a 298 K: a) La entalpia estándar de la reacción. b) La energía de Gibbs estándar de reacción. c) La entropía estándar de reacción. d) La entropía molar del hidrógeno. Datos a 298 K Hº f (kj mol 1 ) Gº f (kj mol 1 ) Sº (J mol 1 K 1 ) C 2 H C 2 H a) C 2 H H 2 C 2 H 6 Hº R = = 312 kj mol 1 b) Gº R = = 242 kj mol 1 c) Gº = Hº T Sº; 242 = Sº; Sº = 0,235 kj.mol 1 = 235

3 3 J.mol 1 1 d) Sº = 235 = Sº(H 2 ); Sº(H 2 ) = 132,5 J mol 1 K Pregunta 5A. Cuando se ponen 0,7 moles de N 2 O 4 en un reactor de 10 L a 359 K se establece el equilibrio N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) y la presión es de 3,3 atm. Calcule: a) La concentración molar de todas las especies en el equilibrio. b) El valor de K c. c) Si el sistema se comprime hasta reducir el volumen a 8 L cuál sería la presión total en el equilibrio? Dato. R = 0,082 atm L mol 1 K 1. Puntuación máxima por apartado: a) y c) 0,75 puntos; b) 0,5 puntos. a) N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) n 0 x 2x c 0 = 0,7/10 = 0,07 moles/l c T = c 0 x + 2x = 0,07 + x b) [ ] [ ] c) OPCIÓN B Pregunta 1B. Considere los procesos de licuación del hidrógeno: H 2 (g) H 2 (l), H l = 1,0 kj mol l ; y de combustión del mismo gas: H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) H 2 O(g), H C = 242 kj mol l. Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) En ambos procesos S < 0. b) Ambos procesos son espontáneos a cualquier temperatura. c) Para la combustión H 2 (l) + 1/2 O 2 (g) H 2 O(g) se tiene H' C = 241 kj mol 1. d) La energía de cada enlace O H es 242/2 kj mol 1.

4 4 a) El estado líquido tiene menor entropía que el gaseoso luego en el proceso de licuación aumenta el orden: S < 0. En la combustión del hidrógeno disminuye el número de moles de gas luego la entropía disminuye, S < 0. Es verdadera. b) G = H T S Como H < 0 y S < 0, en los dos casos, las reacciones serán espontáneas a bajas temperaturas. Es falsa. c) H C = H C H l = 242 ( 1) = 241 kj mol 1. Es verdadera. d) H C = 242 = E enlace (H H) + 1/2 E enlace (O=O) 2 E enlace (H O). Para que la afirmación fuese verdadera las energías de enlace H H y O=O tendrían que ser nulas, lo cual no es cierto. Es falsa. Pregunta 2B. El hidróxido de magnesio es poco soluble en agua (K s =1, ). a) Formule el equilibrio de disolución del hidróxido de magnesio y escriba la expresión para K s. b) Calcule la solubilidad en mol L 1. c) Cómo afectaría a la solubilidad la adición de ácido clorhídrico? d) Cómo afectaría a la solubilidad la adición de cloruro de magnesio? a) Mg(OH) 2 (s) Mg 2+ (aq) + 2 OH (aq) K s = [Mg 2+ ] [ OH ] 2 ; Ks = s (2s) 2 = 4s 3 b) 1, = 4s 3 ; s = 1, moles/l c) La adición de ácido clorhídrico provocaría un aumento de protones que reaccionarían con los OH para formar agua. Al desaparecer los hidroxilos el equilibrio de disolución se desplazaría hacia la derecha para compensar la pérdida (Principio de Le Chatelier) y la solubilidad aumentaría. d) La adición de cloruro de magnesio provocaría un aumento de iones Mg 2+. El equilibrio de disolución se desplazaría hacia la izquierda para reducir la concentración de esos iones (Principio de Le Chatelier) y la solubilidad disminuiría. Pregunta 3B. Nombre y formule, según corresponda, las siguientes parejas de moléculas orgánicas: a) CH 3 CO CH 2 CH 3 y butanal. b) CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH y 2 metil 2 propanol. c) CH 3 CH 2 COOH y ácido 3 pentenoico. d) CH 3 CH 2 CH 2 NH CH 3 y fenilamina. a) 2 butanona y CH 3 CH 2 CH 2 CHO

5 5 b) OH 1 butanol y C H 3 C CH 3 CH 3 c) Ácido propanoico y CH 3 CH=CH CH 2 COOH d) Metilpropilamina y C 6 H 5 NH 2 Pregunta 4B. A 50 ml de una disolución acida de MnO 4 1,2 M se le añade un trozo de 14,7 g de Ni (s), obteniéndose Mn 2+ y Ni 2+. a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción iónica global. b) Justifique cuantitativamente que el MnO 4 sea el reactivo limitante. c) Calcule la concentración final de iones Ni 2+ y Mn 2+ en disolución, suponiendo que el volumen no ha variado. d) Determine la masa de Ni que queda sin reaccionar. Dato. Masa atómica Ni = 58,7. a) SR de reducción: MnO H e Mn H 2 O (x2) SR de oxidación: Ni 2 e Ni 2+ (x5) Reacción iónica global: 2 MnO H Ni 2 Mn Ni H 2 O b) Moles iniciales de MnO 4 = M V = 1,2 0,05 = 0,06 que reaccionarán con 0,06 5/2 = 0,15 moles de Ni Moles iniciales de Ni = m/p at = 14,7/58,7 = 0,25 que reaccionarían con 0,25 2/5 = 0,1 moles de MnO 4 y no hay suficientes. Luego el permanganato es el reactivo limitante. c) [Mn 2+ ] f = 0,06/0,05 = 1,2 M [Ni 2+ ] f = 0,15/0,05 = 3 M d) Moles de Ni sin reaccionar = 0,25 0,15 = 0,1 Masa de Ni sin reaccionar = 0,1 58,7 = 5,87 g Pregunta 5B. El fenol (C 6 H 5 OH) es un ácido monoprótico muy débil. Una disolución acuosa 0,75 M de fenol tiene un ph = 5,0. Calcule: a) El grado de disociación. b) El valor de K a del fenol. c) La disolución inicial se diluye hasta conseguir que el grado de disociación sea 3, Cuál será la concentración total de fenol tras la dilución? d) Cuál es el ph de la disolución del apartado c)? a) C 6 H 5 OH + H 2 O C 6 H 5 O (ac) + H 3 O + (ac) c 0 (1 α) c 0 α c 0 α [ ]

6 6 b) c) d)