UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID

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1 UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID PRUEBA DE ACCESO A LAS ENSEÑANZAS UNIVERSITARIAS OFICIALES DE GRADO Mdel Curs MATERIA: QUÍMICA INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN La prueba cnsta de ds pcines, A y B, y el alumn deberá ptar pr una de las pcines y reslver las tres cuestines y ls ds prblemas planteads en ella, sin que pueda elegir cuestines prblemas de dierentes pcines. Cada cuestión prblema puntuará sbre un máxim de ds punts. N se cntestará ninguna pregunta en este impres. TIEMPO: una hra y treinta minuts. OPCIÓN A Pregunta 1A.- Cnsidere ls elements H, O y F. a) Escriba sus cniguracines electrónicas e indique grup y perid de cada un de ells. b) Explique mediante la tería de hibridación la gemetría de las mléculas H O y OF. c) Justiique que la mlécula de H O es más plar que la mlécula de OF. d) A que se debe que la temperatura de ebullición del H O sea much mayr que la del OF? Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. Element Cn. electrónica Grup Perid H 1 1 s 1 (Alcalins) 1 O 1 s ; s p 1 (Anígens) F 5 1 s ; s p 17 (Halógens b. Las ds mléculas tienen el mism átm central (O), la misma hibridación en el átm central (sp ) y la misma gemetría (angular), existiend únicamente una ligera dierencia en el ángul de enlace, el cual esta en trn al de la hibridación tetraédrica (109,5º), cn ligeras alteracines debidas a la presencia de pares de electrnes n cmpartids en el átm central, que tienden a cerrar el ángul, y a las repulsines electrónicas que general las nubes de electrnes de ls átms cn ls que enlaza, que tiende ha abrirl, y pr tant el ángul esta entrn a 105º, siend mayr para el OF que para el H O, debid a que ls átms de lúr prducen mayr repulsión electrónica que ls del hidrógen. El xígen, rma cuatr rbitales híbrids sp, en ds de ells sitúa pares de electrnes n cmpartids, y en ls trs, electrnes slitaris que rman enlaces σ para unirse a ls átms de hidrógen en la mlécula de agua y a ls de lúr en la mlécula de óxid de lúr. c. La plaridad de una mlécula depende de la plaridad de sus enlaces, de la gemetría y de la presencia de pares de electrnes n cmpartids en el átm central. En las mléculas prpuestas (H O, OF ), la gemetría y ls pares electrónics n cmpartids en el átm central sn iguales, dierenciándse en la plaridad de ls enlaces, el enlace O H esta más plarizad que el O F, debid a que la dierencia de electrnegatividad entre el xigen y el hidrógen es mayr que entre el xígen y el lúr. d. La dierencia está en las uerza intermleculares, en el H O sn enlaces de hidrógen y el el OF uerzas de Van der Waals. Enlace de hidrógen > Fuerzas de Van der Waals Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.) 1

2 Pregunta A.- Dada la reacción elemental O (g) O (g) O (g), cnteste a las siguientes preguntas: a) Cuales sn ls órdenes de reacción respect a cada un de ls reactivs y el rden ttal de la reacción? b) Cual es la expresión de la ecuación de velcidad? c) Si las unidades de la cncentración se expresan en ml L 1 y las del tiemp en segunds, cuales sn las unidades de la cnstante de velcidad? d) Que relación existe entre la velcidad de rmación de O y la de desaparición de O? Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. Pr ser una reacción elemental, ls rdenes de reacción cinciden cn ls ceicientes estequimétrics de la reacción ajustada Orden de reacción respect del O 1. Orden de reacción respect del O 1 Orden ttal Suma de rdenes parciales 1 1 b. v k O O c. Las unidades de la cnstante se despejan de la ecuación de velcidad: [ ] [ v] [ v] ml l s k ml [ O ] [ ] 1 O cncentración ml l [ ] ( ) d. Aplicand la deinición de velcidad de reacción respect de cada cmpnente se establece la siguiente igualdad: 1 d O 1 d O 1 dt dt Nta: El sign negativ es debid a que la cncentración de O disminuye mientras que la de O aumenta. l s En valr abslut: d O d O dt dt La velcidad de rmación del xígen es el dble que la de desaparición del zn. Pregunta A.- A partir de ls ptenciales que se dan en ls dats, justiique: a) La pareja de electrds cn la que se cnstruirá la pila galvánica cn mayr ptencial. Calcule su valr. b) Las semirreaccines del ánd y el cátd de la pila del apartad anterir. c) La pareja de electrds cn la que se cnstruirá la pila galvánica cn menr ptencial. Calcule su valr. d) Las semirreaccines del ánd y el cátd de la pila del apartad anterir. Dats. Eº(Sn /Sn) 0,1V; Eº(Pt /Pt) 1,0V; Eº(Cu /Cu) 0,V; Eº(Al /Al) 1,79V Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. Teniend en cuenta que el ptencial de una pila galvánica es la dierencia entre el ptencial de reducción del cátd y el ptencial de reducción del ánd, para btener la de mayr ptencial se escge cm cátd la de mayr ptencial de reducción y cm ánd la de menr ptencial, de tal rma que la dierencia sea máxima. La pila galvánica de mayr ptencial se btendrá utilizad cm cátd platin y cm ánd alumini. E Eº máx ( Pt Pt) Eº ( Al Al) 1,0 (,79),99 V Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.)

3 b. Semireacción catódica: Pt e Pt Eº 1,0 V Semireacción anódica: Al Al e Eº 1,79 V c. En este apartad se debe recrdar que una pila galvánica debe tener el ptencial psitiv y pr tant, se deben buscar ds pares cuya dierencia sea mínima y psitiva. Ordenads de mayr a menr viceversa, serán ls ds pares crrelativs cuya dierencia en valr abslut sea menr, en ls pares que se prprcinan sn el cbre y el de estañ. ( Cu Cu) Eº ( Sn Sn) 0, ( 0,1 ) 0,8 V E Eº máx d. Semireacción catódica: Cu e Cu Eº, V Semireacción anódica: Sn Sn e Eº 0,1 V Pregunta A.- Se tiene una dislución de acid etanic 5,5 10 M. a) Calcule el grad de disciación del acid en esta dislución. b) Calcule el ph de la dislución. c) Calcule el vlumen de una dislución de hidróxid de sdi 0,1 M necesari para neutralizar 0 ml de la dislución de acid etanic. d) Justiique si el ph resultante tras la neutralización del apartad anterir será acid, básic neutr. Dat. Ka (acid etanic) 1, Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. Ácid débil mnprótid, si se denmina c a la cncentración inicial del ácid y α a su grad de disciación, el ácid etanic se disciara siguiend el siguiente cuadr de reacción. Según la ley de Ostwald, y utilizand ls valres del cuadr de reacción, la cnstante de disciación acidez, viene dada pr la siguiente expresión: K a [ HCOO ] [ H O ] cα cα cα [ HCOOH] c ( 1 α) 1 α Cncid la cncentración inicial y la cnstante, para calcular el grad de disciación se puede hacer una hipótesis que simpliica la ecuación. Si α < 0,05 1 α 1 5 K a 1,8 10 K a cα : α 0,018 < 0, 05 c 5,5 10 Se cumple la hipótesis (α < 0,05), pr l tant se acepta y se tma cm valr α 0,018, siend el grad de disciación del 1,8% b. De la deinición de ph, y usand ls dats del cuadr de reacción: ph lg H [ O ] lg( c α) lg( 5,5 10 0,018) c. NaOH HCOO ( aq) Na ( aq) H O HCOOH Atendiend a la estequimetria del prces: NaOH 1 n NaOH HCOOH 1 ( ) n( HCOOH) Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.)

4 Teniend en cuenta que se trata de dislucines: M ( NaOH) VNaOH M( HCOOH) VHCOOH ; V NaOH V HCOOH 5,5 10 VNaOH L 11mL 0,1 ( ) ( ) M HCOOH M NaOH d. El ph de la dislución resultante del apartad anterir es básic, debid a que el ácid metanic, pr ser un ácid débil, al disciarse genera una base cnjugada uerte (HCOO 1 ) que prduce hidrólisis, captand prtnes y liberand OH, mientras que el Na, pr prceder de una base uerte, se cmprta cm ácid cnjugad débil y n se hidrliza. HCOO H O HCOOH OH Pregunta 5A.- Se quema 1 tnelada de carbón, que cntiene un 8% (en pes) de azure, liberand cm gases de cmbustión CO y SO. Calcule: a) El calr ttal btenid en dicha cmbustión. b) El vlumen de CO desprendid, medid a 1 atm y 00 K. c) La masa de SO desprendida. d) Si td el SO se cnvirtiese en acid sulúric, generand lluvia acida, que masa de acid sulúric se puede prducir? Supnga que un ml de SO prduce un ml de H SO. Dats. R 0,08 atm L ml K. Masas atómicas: H 1; C 1; O 1; S. Hº (kj ml ): CO 9; SO 97. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. Reaccines de cmbustión. O CO 9 kj a. El calr desprendid en la cmbustión es: m C 1000 Kg : m S Q n C S O SO 97 kj ( C) H ( CO ) n( S) H ( SO ) ( ) 9%m g : n( C) ( ) 8%m g : n( S) kj Q 7,7 10 ml 9,5 10 ml 97 ml Nta: El sign negativ va incluid en el términ calr desprendid. T T ,7 10 ml ,5 10 ml kj ml 087,5 10 b. El vlumen de CO desprendid se calcula mediante la ecuación de gases ideales. n ( ) ( CO ) RT V CO P El númer de mles de CO se calcula pr la estequimetria de la reacción de cmbustión. CO 1 n( CO ) n( C) 7,7 10 ml C 1 atm L 7,7 10 ml 0,08 00 K V ml K 1atm ( CO ) L 188 m kj Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.)

5 c. La masa de dióxid de azure se calcula cncids ls mles de SO rmads. SO 1 n( SO ) n( S),5 10 ml S 1 g m SO n SO M SO,5 10 ml g 10 ml ( ) ( ) ( ) kg g ml d. m( H SO ) n( H SO ) M( H SO ),5 10 ml g 10 kg n ( H SO ) n( SO ),5 10 ml g ml ( SO ),5 10 ml g 5 kg m H Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.) 5

6 OPCIÓN B Pregunta 1B.- Indique si las siguientes airmacines sn verdaderas alsas, justiicand la respuesta. a) Un tón cn recuencia 000 s 1 tiene mayr lngitud de nda que tr cn recuencia 1000 s 1. b) De acuerd al mdel de Bhr, la energía de un electrón de un átm de hidrgen en el nivel n 1 es cuatr veces la energía del nivel n. c) Cuand un átm emite radiación, sus electrnes pasan a un nivel de energía inerir. d) Ls númers cuántics (, 1, 1, 1/) crrespnden a un electrón de la cniguración electrónica undamental del átm de carbn. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. c a. FALSO. La lngitud de nda es inversamente prprcinal a la recuencia λ, a mayr ν recuencia menr lngitud de nda. b. VERDDERO. Según el mdel atómic de Bhr, la energía de un electrón es inversamente prprcinal al cuadrad de su númer cuántic principal. k 1 n 1: E1 k 1 E : 1 E 1 : E : 1 E n k E k n : E c. VERDADERO. Cuant más cercan se encuentra el electrón del núcle menr es su cntenid energétic, si un electrón salta a un nivel inerir, el átm emite una radiación. d. FALSO. Ls electrnes del átm de carbn se encuentran en ls niveles de energía n 1 y n, y las cuaternas de númers cuántics de sus electrnes deberán empezar pr 1 pr. La cuaterna prpuesta puede crrespnder a un electrón de un átm de carbn excitad. Pregunta B.- Para la reacción en ase gasesa A B C ls valres de entalpía de reacción y energía de activación de la reacción directa sn: H 50 kj ml 1 y Ea 85 kj ml 1. a) Justiique el eect de un aument de temperatura en la cnstante de equilibri y en la cmpsición en equilibri. b) Justiique el eect de un aument de temperatura en la cnstante de velcidad y en la velcidad de la reacción directa. c) Justiique el eect de un aument de vlumen en la cnstante de equilibri y en la cmpsición en equilibri. d) Determine, para la reacción inversa C A B, ls valres de H y Ea y justiique si la cnstante de velcidad de la reacción inversa será mayr menr que la directa. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. En ls apartads reerentes a perturbacines sbre el equilibri, hay que tener en cuenta la Ley de Le Chatelier. Siempre que se mdiique las cndicines de un sistema en equilibri se prduce un desplazamient del mism en el sentid que restablezca las cndicines iniciales. a. Al aumentar la temperatura en un sistema en equilibri, este se desplaza en el sentid endtérmic, absrbiend calr y pniéndse a la perturbación. Pr tratarse de una reacción extérmica, el sentid endtérmic es hacia la izquierda, pr l tant, al aumentar la temperatura el sistema se desplaza hacia la izquierda, aumentand las cncentracines de ls reactivs y disminuyend la de ls prducts, l cual prduce una disminución en el valr de la cnstante de equilibri. Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.)

7 E a b. Según la ecuación de Arrhenius k A e RT, la cnstante de velcidad es expnencialmente directa a la temperatura, al aumentar la temperatura aumenta la cnstante. β (... ) α La ecuación integrada de velcidad v k [ A] [ B] indica que la velcidad de reacción es directamente prprcinal a la cnstante, si la temperatura aumenta, aumenta la cnstante, y aumenta la velcidad de reacción. c. Las variacines de vlumen n aectan al valr de la cnstante de equilibri, la cual sl es unción de la temperatura. Para equilibris gasess cn variación del númer de mles gasess entre reactivs y prducts ( n( g) 0), las variacines de vlumen desplazan el equilibri. Si se aumenta el vlumen, el equilibri se desplaza en el mism sentid que l haría cn una disminución de presión, se desplazará en el sentid en el que aumente el vlumen del sistema, para la reacción prpuesta hacia la izquierda (reactivs). d. Pr ser la entalpía una unción de estad (sus variacines sl dependen de las cndicines iniciales y inales), la entalpía de la reacción directa e inversa sl se dierencian en el sign. H Inversa H Directa H R R ( ) R ( ) ( Inversa) ( 50) 150 kj ml La entalpía de reacción y las energías de activación de ls prcess direct e invers están relacinadas pr la siguiente ecuación: E a E a H H R R E 85 a E a ( 50) 5 kj ml La cnstante de velcidad es expnencialmente inversa a la energía de activación mayr energía de activación, menr cnstante cinética. E a > Ea k < k k A e E a RT, a Pregunta B.- Indique raznadamente, escribiend de rma esquemática las reaccines crrespndientes, a que tip de reaccines rgánicas crrespnden ls siguientes prcess: a) La síntesis del nailn a partir del acid -aminhexanic. b) La síntesis del telón a partir del tetraluretilen. Puntuación máxima pr apartad: 1 punt. Slución. a. El nailn es una pliamida que se rma a partir de un únic mnómer (-aminhexanic), la síntesis es una reacción de plimerización pr cndensación entre el grup carbxil de una mlécula y el grup amina de tra. H N CH COOH HN CH CO n H ( ) ( ) [ ] O n 5 5 n b. El telón es un plímer que se btiene pr una reacción de adición al dble enlace, que se clasiica cm plimerización pr adición. n CF CF CF CF [ ] n Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.) 7

8 Pregunta B.- Se quema bencen en exces de xigen, liberand energía. a) Frmule la reacción de cmbustión del bencen. b) Calcule la entalpía de cmbustión estándar de un ml de bencen líquid. c) Calcule el vlumen de xigen, medid a 5 ºC y 5 atm, necesari para quemar 1 L de bencen liquid. d) Calcule el calr necesari para evaprar 10 L de bencen líquid. Dats. Hº (kj ml 1 ): bencen (l) 9; bencen (v) 8; agua (l) 8; CO (g) 9. Densidad bencen (l) 0,879 g cm. Masas atómicas: C 1; H 1; R 0,08 atm L ml K Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. 15 a. C H ( l) O ( g) CO ( g) H O( l) b. Pr ser la entalpía una unción de estad, sus variacines sl dependen de las cndicines iniciales y inales, aplicad a una reacción: H C H R p i H ( prducts) r H ( reactivs) ( ( )) ( ( )) ( ( )) C H l H CO g H H O l H ( C H ( l) ) H ( O ( g) ) C H Reacción extérmica c. Pr estequimetria de la reacción: 15 O 15 n O n C C H 1 i 15 ( C H ( l) ) ( 9) ( 8) ( 9) 5 kj ml ( ) ( H ) 15 m C M C cm 0,879 gr cm 78 gr ml ( H ) ( H ) 15 V C 8,5 ml 1 0 ( H ) d( CH ) M( C H ) Cncids el númer de mles, el vlumen se calcula mediante la ecuación de gases ideales. atm L 8,5 ml 0,08 98 K n( O ) RT V( O ) ml K 1 L P 5 atm d. H ( l) C H ( v) C H Vaprización Reacción endtérmica H H m C Q n v n( C H ) M C ( H ) ( H ) ( C H ( v) ) H ( C H ( l) ) 8 9 kj ml ( H ) d( CH ) M( C H ) V C cm 0,879 gr cm 78 gr ml Q 11,7 ml kj ml 1 Para evaprar 10L de bencen hay que aprtar 81,5 kj. 81,5 kj 11,7 ml Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.) 8

9 Pregunta 5B.- Se requieren g de una dislución acusa cmercial de perxid de hidrgen para reaccinar ttalmente cn 15 ml de una dislución de permanganat de ptasi (KMnO ) 0, M, en presencia de cantidad suiciente de acid sulúric, bservándse el desprendimient de xigen mlecular, a la vez que se rma sulat de manganes (II). a) Escriba las semirreaccines de xidación y reducción y la reacción mlecular glbal del prces. b) Calcule la riqueza en pes de la dislución cmercial de perxid de hidrgen, y el vlumen de xigen desprendid, medid a 7 ºC y una presión de 700 mm Hg. Dats. R 0,08 atm L ml K. Masas atómicas: H 1; O 1. Puntuación máxima pr apartad: 1 punt. Slución. a. Reacción red-x sin ajustar: KMnO H O H SO MnSO Elements que cambian de valencia: O Mn O e ( VII) Mn( II) e O Se ajusta la reacción pr el métd ión electrón en medi ácid Semireaccines iónicas sin ajustar: Semireacción de reducción : Semireacción de xidación : MnO H O Mn O Se ajusta el xígen sumand en el miembr dnde haya deect tantas mléculas de H O cm átms de xígen alten. Semireacción de reducción : MnO Mn H O Semireacción de xidación : H O O Se ajustan el hidrógen sumand prtnes en el miembr dnde haya deect de hidrógen. Semireacción de reducción : MnO Semireacción de xidación : H O 8H O Mn H H O Se ajustan las cargas sumand electrnes en el miembr dnde haya exces de carga psitiva deect de carga negativa. Semireacción de reducción : MnO Semireacción de xidación : H O 8H O 5e H Se cmbinan las semireaccines para eliminar ls electrnes. Semireacción de reducción : Semireacción de xidación : 5 Reacción iónica glbal: MnO Mn e H O ( MnO 8H 5e Mn H O) ( H O O H e ) 5H O 1H Mn 5O 8H O 10H La reacción glbal se btiene simpliicand y transrmand ls prtnes en ácid sulúric y ls ines en sales sulatadas. Reacción glbal : KMnO 5H O H SO MnSO 5O 8H O K SO Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.) 9

10 b. El apartad se realiza pr estequimetria a partir de ls mles de permanganat ptásic utilizads, que es el únic cmpuest del que cncems la cantidad exacta que ha reaccinad. Pr estar en dislución: n ( KMnO ) M V L 0, ml L 10 ml KMnO KMnO Para calcular la riqueza de la dislución cmercial de peróxid de hidrógen, se necesita calcular el númer de mles que han reaccinad de dich cmpuest. H O n( H O ) n( KMnO ) 10 7,5 10 ml KMnO ( O ) n( H O ) M( H O ) 7,5 10 ml g ml 0,55 g m H La riqueza de la dislución se btiene cmparand la masa de H O cn la de la dislución. m ( ) ( H O ) 0,55 R H O Cmercial ,75% m dislución Oxigen desprendid, se calcula a partir del númer de mles que reaccinad de H 0. O 5 n( O ) n( H O ) 7,5 10 ml H O 5 Cncids ls mles de xigen, el vlumen se calcula mediante la ecuación de gases idesles. atm L 7,5 10 ml 0,08 00 K n( O ) RT V( O ) ml K 0, L P 700 atm 70 Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO 011/01 (L.O.E.) 10