Prova de la part recuperable de Fonaments de Química. Grau de Biologia i Dobles Titulacions 22/6/2016 COGNOMS... NOM... DNI...

Transcripción

1 Poseu a totes les fulles el NOM i COGNOMS EN MAJÚSCULES i el vostre DNI. Aquest examen consta de 5 preguntes. Utilitzeu només el full assignat a cada pregunta per tal de respondre-la. Només es corregirà el que estigui escrit en bolígraf. Si no s'indica el contrari, cal raonar breument totes les respostes. Aquesta prova contribueix en un 70% a la nota final de l'assignatura. 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. Rec1) (10 punts) Entre els compostos següents n hi ha que són covalents i d'altres que no ho son: Fluorur de potassi, trifluorur de fòsfor, diòxid de titani, difluorur d oxigen. Pels covalents, acaba d omplir la graella de sota, afegint-hi les noves fileres que siguin necessàries. Nombres atòmics. F:9, K:19, P:15, Ti:22, O:8. Fórmula (dibuix) (nom) És polar? RESPOSTES Tant el fluorur de potassi com el diòxid de titani són compostos iònics. Només cal omplir la taula pels altres compostos: Fórmula (dibuix) (nom) és polar? PF 3 Piràmide trigonal Si, hi ha un moment dipolar no nul OF 2 Angular Si, hi ha un moment dipolar no nul 1

2 Rec2) (10 punts) En el camp de la cosmètica, el 3,3,5-trimetilciclohexanol és un compost d interès com a fragància cosmètica i com a producte de partida per a la síntesi d èsters actius com l Homosalat, un èster de l àcid salicílic que s utilitza en les cremes protectores per absorbir els rajos UVB. Contesta de manera breu i justificada a les qüestions de sota. a) Doneu la fórmula molecular de l Homosalat. C 16 H 22 O 3 b) Quants carbonis amb hibridació sp 2 té l Homosalat? 7 carbonis amb hibridació sp 2. c) Indiqueu pels dos enllaços a i b, marcats amb una fletxa a l estructura de l Homosalat, quins orbitals es solapen per formar l enllaç. L enllaç a es forma per solapament de dos orbitals sp 3. L enllaç b es forma per solapament de dos orbitals sp 2. d) Dibuixeu un isòmer constitucional de posició i un isòmer constitucional de grup funcional del 3,3,5- trimetilciclohexanol. e) El 3,3,5-trimeticlciclohexanol té dos estereocentres, indiqueu-los a l estructura i dibuixeu tots els possibles estereoisòmers d aquest compost tot indicant la seva relació d isomeria (enantiòmers diastereoisòmers). 2

3 3

4 Rec3) (10 punts) La reacció del brom molecular i l àcid fòrmic en fase aquosa és la següent: Br 2(aq) + HCOOH (aq) 2Br (aq) + 2H + (aq) + CO 2(g) i s ha monitoritzat la concentració de brom molecular al llarg del temps, obtenint la taula de valors següent: Temps (s) [Br 2(aq) ] (M) En base al mètode d'ajust de la recta de regressió lineal, contesta de manera breu i raonada a les qüestions que segueixen: a) Comprova que la reacció és d ordre zero. b) Expressa la constant de velocitat en unitats de Mh -1. c) Quina era la concentració inicial de Br 2 quan es va iniciar la reacció? RESPOSTES a) Si l ordre és zero, les dades de concentració enfront del temps presentaran un bon ajust lineal. La recta de regressió obtinguda directament amb les dades de la taula (concentració en funció del temps) és [Br 2 ] = M Ms -1 t on el temps s expressa en segons. Les dades són compatibles amb una reacció d ordre zero perquè l ajust és molt bo: r 2 = b) A l'equació de velocitat de dalt es veu que constant de velocitat és k= Ms -1 = Mh -1. c) L ordenada a l origen de la recta ens indica quina era la concentració de Br 2 en el temps zero: M. 4

5 Rec4) (10 punts) Considera la reacció química N 2 O 4(g) 2NO 2(g). A 25 o C la seva constant d equilibri K c = En un recipient buit de 2 L s hi aboquen 0.5 mols de cada gas. Contesta de manera breu però raonada a les qüestions que segueixen: a) Determina quants mols de cada gas hi haurà en el moment que el sistema assoleixi l equilibri termodinàmic a 25 o C. b) Se sap que a 35 o C la constant d equilibri K P per a la reacció 2N 2 O 4(g) 4NO 2(g) val Calcula el valor de H 0 per a qualsevol de les dues reaccions suposant que aquest valor és constant en tot el rang de temperatures. RESPOSTES a) Les concentracions inicials de N 2 O 4 i NO 2 són 0.25M. Eventualment es pot calcular el quocient de concentracions per comprovar que el sistema no està en equilibri a 25 o C: Q c = /0.25 = 0.25 > = K c. Aquest resultat ens permet anticipar que el sistema evolucionarà espontàniament cap a reactius si es manté la temperatura. Plantegem l equació d equilibri en termes de concentracions: N 2 O 4(g) 2NO 2(g) Inicial (M): Reaccionen (M): +x 2x En equilibri (M): 0.25+x x L equació a resoldre és K c =(0.25 2x) 2 /(0.25+x). D aquí la única solució vàlida és x=0.0260m. Les concentracions de cada gas en equilibri són 0.276M i M, respectivament. En el volum de 2 L això es correspon amb que es troben en equilibri a 25 o C mols de N 2 O 4(g) i mols de NO 2(g) b) Calcularem H 0 emprant la relació de Van t Hoff. Per fer-ho, ens cal saber el valor de la constant d equilibri termodinàmica (K a, és a dir, K P ) per a la mateixa reacció i a dues temperatures diferents. Si a 35 o C=308 K se sap que K P '= per a la reacció indicada a l'apartat b), llavors el valor de K P de la reacció original de l enunciat és la seva arrel quadrada (les dues reaccions estan relacionades amb un factor multiplicatiu de 2): K P (308K)= A partir de la dada de K c de l enunciat calculem el valor de K P per a la mateixa reacció però a 25 o C = 298K: K P (298K) = K c (RT) n = (R 298 K) 1 Aquí cal emprar R= bar L K -1 mol -1 i el resultat és K P (298K)= Ara ja tenim les dades per aplicar la relació de Van t Hoff (tal i com s'ha dit, cal emprar el quocient de constants K P i no el de constants K c ): ln (K P1 /K P2 ) = H 0 /R (1/T 2 1/T 1 ) ln (0.320/3.519) = H 0 /R (1/298 1/308) K -1 i aïllem H 0 = kj mol -1 per a la reacció amb estequiometria 1:2. 5

6 Rec5) (10 punts) Els organismes aeròbics obtenen energia lliure de la glucosa (C 6 H 12 O 6 ) mitjançant una reacció d oxidació-reducció amb oxigen (O 2 ), formant diòxid de carboni i aigua. Contesta de manera breu i raonada a les qüestions que segueixen: 1) Quina és la substància oxidant i quina la reductora en aquesta reacció? 2) Escriviu la reacció d oxidació-reducció i ajusteu-la pel mètode de l ió-electró, detallant els passos corresponents. 3) Aquesta reacció té una ΔG 0 = 2866 kj/mol. Considereu que aquesta reacció es desplaçarà cap als productes de forma espontània en condicions estàndard? (indiqueu perquè) 4) Quin és el valor de la constant d equilibri a 25ºC per aquesta reacció? RESPOSTES: 1) Substància oxidant: la substància que es redueix, per tant O 2 Substància reductora: la substància que s oxida, per tant glucosa 2) La reacció sense igualar és: C 6 H 12 O 6 + O 2 ==== CO 2 + H 2 O Semireacció de reducció: l oxigen és l agent oxidant i té càrrega 0, per tant es redueix a O 2-. O 2 ==== H 2 O Per igualar aquesta semireacció cal afegir protons al costat dels reactius i igualar els àtoms, llavors cal posar els electrons corresponents: O H + +4 e - ==== 2 H 2 O Per a la semireacció d oxidació, tenim la glucosa que s oxida per donar CO 2 : C 6 H 12 O 6 ==== CO 2 Per igualar la semireacció d oxidació cal afegir protons al costat dels productes i llavors aigües al costat dels reactius. Finalment igualem els àtoms i posem els electrons corresponents: C 6 H 12 O H 2 O ==== 6 CO H e - Ara podem sumar les dues semireaccions, multiplicant la semireacció de reducció per 6 per igualar els electrons totals: 6 (O H + +4 e - ==== 2 H 2 O) C 6 H 12 O H 2 O ==== 6 CO H e C 6 H 12 O H 2 O + 6 O H e - ==== 6 CO H H 2 O + 24 e - Eliminant els protons i electrons que tenim en igual quantitat als dos costats i traient 6 aigües dels productes i dels reactius: C 6 H 12 O O 2 ==== 6 CO H 2 O 3) Com que ΔG 0 <0, la reacció es desplaçarà de forma espontània cap als productes en condicions estàndard. 4) Per calcular la constant d equilibri a 25ºC: 6