PAEU Química Junio 2012

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1 PAEU Química Junio 01 BLOQUE A1 La entalía de combustión del benceno es -367,4 kj/mol. Calcule: a) El valor de la entalía de formación del benceno líquido. b) La energía imlicada en la combustión de 100 g de benceno líquido. Datos: H 0 f CO (g) -393, kj/mol; H 0 f H O(l) -8,8 kj/mol 1 C 6 H 6 (l) + O (g) 6 CO (g) + 3 H O (l) H 0 combustión -367,4 kj/mol H 0 f, H 0 f, benceno 0-393, -8,8 La entalía de formación estándar de un elemento químico uro en su forma más estable es igual a cero, or lo que la entalía de formación del O (g) es igual a cero. Alicando: H 0 reacción Σ H 0 f, roductos Σ H 0 f, reactivos 1 mol H 0 combustión 6 mol H 0 f CO (g) + 3 mol H 0 f H O(l) 1 mol H 0 f C 6 H 6 (l) 1 mol (- 367,4 kj/mol) 6 mol (-393, kj/mol) + 3 mol (-8,8 kj/mol) 1 mol H 0 fc 6 H 6 (l) Desejando: H 0 f C 6 H 6 (l) + 49 kj/mol b) La masa molar del benceno es: M (C 6 H 6 ) 78 g/mol 367,4 kj Q 100 g C6H kj 18 g C H 6 6 Bloque A Defina los siguientes concetos: a) Enlace covalente, enlace iónico y enlace metálico. b) Princiio de máxima multilicidad de Hund y Princiio de exclusión de Pauli. a) ENLACE QUÍMICO Establecimiento de uniones entre átomos ara dar lugar a agruaciones más estables que los átomos originales. Los resonsables de la unión entre los átomos son los electrones de la última caa de la corteza de los átomos, llamados también electrones de valencia. COVALENTE Se establece entre átomos de similar aetencia or los electrones, comartiendo ares de e- de tal forma que cada átomo se rodee or 8 e- en su última caa. HOMONUCLEAR Molécula formada or átomos iguales. HETERONUCLEAR Molécula formada or átomos diferentes. Moléculas de agua Partículas: MOLÉCULAS CRISTALES COVALENTES CONTINUOS: Comuestos covalentes formados or redes gigantes, no or moléculas aisladas. Estructura del diamante IÓNICO Se establece entre átomos que tiendan a ceder fácilmente electrones, con otros que tiendan a cogerlos fácilmente. Entre átomos con elevada diferencia de EN No se forman moléculas, sino redes cristalinas. Para searar los iones de la red se requiere bastante energía. Partículas: IONES

2 PAEU Química Junio 01 METÁLICO Los electrones de valencia de cada átomo asan a un fondo común, formando una nube electrónica que rodea a los iones ositivos que integran la red metálica. Partículas: ÁTOMOS b) Princiio de máxima multilicidad de Hund En un átomo, la configuración de mínima energía debe de cumlir el rinciio de máxima multilicidad: Cuando un subnivel electrónico tenga varios orbitales con la misma energía, los electrones se van colocando desaareados en ese subnivel electrónico. No se coloca un segundo electrón en uno de dichos orbitales hasta que todos los orbitales de dicho subnivel isoenergético están semiocuados. Ejemlo en el átomo de oxigeno: O 8 1s //s 4 1s s x y z NO cumle el rinciio de Hund 1s s x y z SI cumle el rinciio de Hund Princiio de exclusión de Pauli Una vez colocados los electrones en un átomo se debe cumlir el rinciio de exclusión de Pauli: No uede haber dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales. Bloque A3 Una disolución 0,064 M de un ácido monorótico, de masa molecular 60,06 g/mol, tiene un H de 3,86. Resonda razonadamente a las siguientes cuestiones: a) Cuántos gramos de ácido hay en 10 ml de dicha disolución? b) Cuál es el valor de la constante de acidez? c) Se trata de un ácido fuerte o débil. a) Alicando la definición de molaridad y designando al ácido como HA: n [ HA] ; n 0,10 L 0,064 mol / L 9,6 10 mol m 9,6 10 mol 60,06 g / mol 0, 77 g V b) Si el ácido fuera un ácido fuerte, estaría totalmente disociado y or tanto: HA + H O A - + H 3 O + Inicial 0, Final 0 0,064 0,064 Y el H de la disolución sería: H - log [H 3 O + ] - log 0,064 1,19 Luego no es un ácido fuerte. Al ser un ácido débil se tiene que: HA + H O A - + H 3 O + Inicial (mol/l) 0, Equilibrio (mol/l) 0,064 x x x x [H 3 O + ]; H 3,86 - log [H 3 O + ] [H 3 O + ] 1, mol/l x + [ A ] [ H 3 O ] x Para la constante de equilibrio, se tiene que: K a [ HA] 0,064 x Desreciando x frente a 0,064, se tiene que la constante de equilibrio es:

3 PAEU Química Junio 01 K a 4 (1,38 10 ) x 0,064 0,064, BLOQUE A4 EL yodo (I ) reacciona en medio básico (NaOH) con el sulfito sódico (Na SO 3 ), ara dar yoduro sódico (NaI) y sulfato sódico (Na SO 4 ). a) Ajuste la reacción molecular or el método del ión electrón. b) Si reaccionan 4 g de yodo con 3 g de sulfito de sodio, qué volumen de disolución de hidróxido sódico 1 M se requiere? Se Reduce I + Na SO NaI + Na SO Se Oxida Reducción: I + e - I - - Oxidación SO 3 + OH - - SO 4 + H O + e - I + SO OH - I - + SO H O Y en forma molecular: I + Na SO 3 + NaOH NaI + Na SO 4 + H O b) Las cantidades de sustancia de reactivos son: ni 4 g I 0,016 mol I ; n 3g NaSO3 0, 04 molna NaSO 3 SO3 3,8 g 16 g Como la estequiométrica de la reacción es 1: 1, entonces el sulfito de sodio está en exceso, el yodo se gasta todo y es el reactivo limitante. mol NaOH 1 L disolución V NaOH 0,016 mol I 0,03 L disolución 3 ml disolución I NaOH BLOQUE A Resonda razonadamente las siguientes cuestiones: a) Calcule la molalidad de una disolución que contiene, g de ácido acético en 400 ml de disolución y cuya densidad es 1,01 g/ml b) Calcula los gramos de cloruro de bario que se necesitan ara rearar 0 ml de una disolución 0,1 M. c) Calcule los gramos de una disolución de nitrato de lata al 9 % en masa que contienen,3 gramos de nitrato de lata. a) La masa de la disolución es: m d V 1,01 g/ml 400 ml 404 g La masa de disolvente es: m disolvente 404 g disolución, g soluto 401, g disolvente La masa molar del ácido acético es: M (CH 3 -COOH) 60 g/mol Alicando la definición de molalidad: macético, g M acético 60 g / mol mol molalidad 0,104 V disolventeen kg 0,401kg kg disolvente b) La masa molar del cloruro de bario es: M (BaCl ) 07,33 g/mol m Alicando la definición de molaridad: cloruro bario M cloruro bario M V disolución L

4 PAEU Química Junio 01 mol 07,33 g BaCl m soluto 0,1 0,0 L 7, 77 g BaCl L msoluto 100 g disolución c) % masa 100; mdisolución,3 g nitrato lata 8, 9 g disolución m 9 g nitrato lata disolución BLOQUE B1 Conteste razonadamente las siguientes cuestiones: a) Ordene los siguientes átomos en orden decreciente de su radio atómico: sodio, aluminio, fósforo, flúor, calcio y magnesio. b) Ordene los siguientes iones en orden creciente de su radio iónico: N 3-, Na +, F -, Mg +, O -. c) Ordene los siguientes átomos en orden creciente resecto a su rimera energía de ionización: sodio, aluminio, azufre, flúor y cesio. a) 1 H He F 3 Na Mg Al P 4 Ca El radio atómico crece al asar de un eríodo al siguiente ya que se incrementa el número de niveles con electrones. Dentro de un mismo eríodo disminuye a lo largo del mismo ya que aumenta la carga del núcleo sin que se roduzca un aumento de los niveles ocuados. Por tanto: Ca > Na > Mg > Al > P > F b) Todos los iones son isoelectrónicos, or lo que cuanto mayor sea la carga nuclear menor es su radio. N 3- Na + F - Mg + O - Z Número de e Última caa s 6 s 6 s 6 s 6 s 6 Orden creciente: Mg + > Na + > F - > O - > N 3- La energía de ionización disminuye en un gruo al aumentar el valor de Z ya que los electrones eriféricos están más alejados del núcleo. Dentro de un eríodo aumenta la energía de ionización a lo largo del mismo ya que aumenta la carga nuclear. Orden creciente: Cs < Na < Al < S < F BLOQUE B Para una disolución saturada de hidróxido de zinc, calcule: a) El H de dicha disolución saturada. b) La solubilidad en g/l de dicho hidróxido. Datos: K s [Zn(OH) ] 1, Zn (OH) Zn + + OH - equilibrio s s K s [Zn + ] [OH - ] s ( s) 4 s 3 K 1,8 10 s 3 s 3 1, mol/l 4 4 [OH - ] s 1, mol/l 3, mol/l OH - log [OH - ] - log 3, ,48 H 14 OH 14 4,48 9, b) La masa molar del hidróxido de zinc es 99,4 g/mol mol 99,4g Zn( OH ) g s 1,6 10 1,64 10 L L 14

5 PAEU Química Junio 01 BLOQUE B3 La constante de equilibrio K ara la reacción: (g) W 3 (g) + Cl (g) es de 1,0 a la temeratura de 0 ºC. La reacción se inicia con una mezcla de, 3 y Cl cuyas resiones arciales son 0,177 atm, 0,3 atm y 0,111 atm resectivamente. Determine: a) El valor de K c a dicha temeratura. b) Las concentraciones de todas las esecies resentes una vez alcanzado el equilibrio. (g) 3 (g) + Cl (g) Inicial (atm) 0,177 0,3 0,111 Para saber hacia donde evoluciona la reacción hay que comarar el cociente de reacción Q con el valor de la K. Cl 0,111 0,3 3 Q 0,14 0,177 Como Q < K la reacción evoluciona hacia la formación de roductos Reconstruyendo la tabla de la reacción: (g) 3 (g) + Cl (g) Inicial (atm) 0,177 0,3 0,111 Equilibrio (atm) 0,177 x 0,3 + x 0,111 + x En el equilibrio se tiene que: Cl (0,111 + x) (0,3 + x) 3 K (0,177 x) 1,0 1,0 0,177 1,0 x 0,111 0,3 + 0,111 x + 0,3 x + x 0,186 1,0 x 0,0 + 0,334 x + x x + 1,384 x 0,161 0; 1,384 ± 1, ,161 1,384 ± 1,600 x Con dos soluciones: x 1 0,108 y x - 1,49 Solo 1 tiene sentido la solución ositiva. Rehaciendo la tabla se uede comrobar si la solución es correcta. (g) 3 (g) + Cl (g) Inicial (atm) 0,177 0,3 0,111 Equilibrio (atm) 0,177 0,108 0,3 + 0,108 0, ,108 0,069 0,331 0,19 K Cl 0,19 0,331 0, ,0, que es correcto Alicando la relación entre las constantes de equilibrio: n K 1,0 K Kc ( R T ) ; Kc n ( R T ) (0,08 (0 + 73)) 1 0,04 Alicando la ecuación de los gases erfectos a cada una de las sustancias: ni i i V n i R T V R T [ [ [ Cl 3 0,069 ] 1, ,08 (0 + 73) 0,331 ] 7, ,08 (0 + 73) 0,19 ], ,08 (0 + 73) mol / L mol / L mol / L

6 PAEU Química Junio 01 Que se uede comrobar que cumlen con el valor de K c [ 3 ] [ Cl ] 7,718 10, K c 0,04 [ ] 1, BLOQUE B4 Se asa durante 7,44 horas una corriente de 1,6 A a través de una celda electrolítica que contiene ácido sulfúrico diluido obteniéndose oxígeno e hidrógeno. a) Qué roceso tendrá lugar en cada semicelda? b) Qué volumen de gases se generará medidos en condiciones normales? El oxígeno de número de oxidación se oxida a número de oxidación 0 y el hidrógeno de número de oxidación + 1 se reduce a número de oxidación 0. Ánodo oxidación H O O + 4 H e - Cátodo reducción H O + e - H + OH - x O también H + + e - H x Sumando H O + 4 H + O + 4 H + + H Simlificando H O O + H Para obtener un mol de O deben asar 4 mol de electrones y ara 1 mol de H deben circular mol de electrones. Alicando las leyes de Faraday: I t 1,6 A 7,44h 3600s / h no 0,087mol O z F 4mol e 96490C O e n H I t z F 1,6 A 7,44h 3600s / h 0,17 mol H mol e 96490C H e Y los volúmenes en condiciones normales de resión y temeratura son:,4 LO VO 0,087mol O 1,96 LO O V H 0,17 mol H,4 L H H 3,9 L H BLOQUE B El triclorudo de fósforo reacciona con cloro ara dar entacloruro de fósforo según la reacción: 3 (g) + Cl (g) (g) H 0 88 kj/mol Una vez alcanzado el equilibrio químico, exlique cómo se modificará el mismo si: a) Se aumenta la temeratura. b) Se disminuye la resión total. c) Se añade gas cloro. d) Se introduce un catalizador adecuado. Una vez alcanzado el estado de equilibrio se uede deslazar, el estado en uno u otro sentido, cambiando las variables que le afectan. Para analizar de forma cualitativa en que sentido se deslaza el equilibrio cuando alteramos las variables que le afectan, se utiliza el Princiio de Le Chatelier:

7 PAEU Química Junio 01 Un cambio en cualquiera de las variables que determinan el estado de equilibrio químico roduce un deslazamiento del equilibrio en el sentido de contrarrestar o minimizar el efecto causado or dicho cambio. a) Se aumenta la temeratura. La reacción tiene un H 0 ositivo, luego es endotérmica, consume energía. De acuerdo con el rinciio de Le Chatelier, si se aumenta la temeratura el sistema tiende a contrarrestar este aumento consumiendo energía y se deslaza hacia roductos. b) Se disminuye la resión total. Al disminuir la resión total (se suone que aumentando el volumen), el sistema de acuerdo con el rinciio de Le Chatelier tenderá a contrarrestar esta disminución evolucionando de manera que se generen más moles gaseosos y así aumente la resión. En este caso se deslazará hacia reactivos. c) Se añade gas cloro. Al añadir cloro (en este caso un reactivo), el sistema de acuerdo con el rinciio de Le Chatelier tenderá a contrarrestar este aumento evolucionando de manera que desaarezca cloro. Por tanto se deslazará hacia roductos. d) Se introduce un catalizador adecuado. El TEMA de Cinética y or tanto la forma de actuar de los catalizadores NO está incluido en los contenidos del curso. Un catalizador disminuye el tiemo ara alcanzar el estado de equilibrio, ero logrado este no le afecta en ningún sentido.