NOTA CALI/ORDEN/PRES ORTOGRAFÍA PUNTUACIÓN EXPRESIÓN NOTA FINAL

Transcripción

1 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Dicromato de potasio b) Hidrógenofosfato de plomo (II) c) N-metil-6-metil-3-oxo-hept-4-enamida d) (NH 4 ) 4 SiO 4 e) ZnO 2 f) CH 3 COONa Res. a) K 2 Cr 2 O 7 ; b) PbHPO 4 ; c) CH 3 CH(CH 3 )CH=CHCOCH 2 CONHCH 3 ; d) ortosilicato de amonio; b) peróxido de cinc; f) etanoato de sodio. 2.- Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) En ciertas reacciones químicas, la variación de entalpía coincide con la variación de energía interna. b) La variación de entalpía de una reacción química siempre coincide con la variación de energía interna. c) Los calores de reacción a volumen constante y a presión constante son iguales en algún proceso químico. Res. a) Esta afirmación es verdadera, para reacciones en las que no se produce variación de volumen, V = 0, como sucede en las que los compuestos están en estado sólido o líquido, o en el caso de gases aquellas en las que no hay variación en el número de moles, n = 0, obtenemos, al aplicar las expresiones: H = U + p V o bien H = U + n RT, que H = U. b) Falso, como se ha demostrado en el apartado anterior hay ciertas reacciones que sí cumple esta afirmación, pero otras no, como sucede cuando V 0 o bien cuando n 0. c) Esta afirmación es verdadera, para reacciones en las que no se produce variación de volumen, V = 0, como sucede en las que los compuestos están en estado sólido o líquido, o en el caso de gases aquellas en las que no hay variación en el número de moles, n = 0, obtenemos, al aplicar las expresiones: Q p = Q v + p V o bien Q p = Q v + n RT, que Q p = Q v. Nota: Q p = H y Q v = U. 3.- Razonar en qué condiciones serán espontáneos los procesos cuyas variaciones de entalpía y de entropía son las siguientes: a) H > 0; S > 0. b) H > 0; S < 0. c) H < 0; S > 0. d) H < 0; S < 0. Res. Cuando el valor de la energía libre de Gibbs de una reacción es menor que cero, la reacción es espontánea. Esta energía se puede calcular utilizando la expresión de la energía libre de Gibbs: G = H - T S a) Reacción endotérmica hacia más desorden. G < 0, cuando H < T S, normalmente ocurrirá a temperaturas altas, por tanto, la reacción será espontánea a estas temperaturas. b) Reacción endotérmica hacia menos desorden. En este caso, los términos entálpico, H, y entrópico, - T S, serán positivos y la reacción será siempre, a cualquier temperatura, no espontánea. c) Reacción exotérmica hacia más desorden. En este caso, los dos términos serán negativos; por tanto, será espontánea a cualquier temperatura. d) Reacción exotérmica hacia menos desorden. G < 0, cuando H > T S, normalmente ocurrirá a temperaturas bajas, por tanto la reacción será espontánea a estas temperaturas.

2 4.- La siguiente gráfica nos muestra cómo varían las concentraciones de los reactivos y productos a lo largo del tiempo en el siguiente equilibrio químico: a) Cuáles son las concentraciones iniciales de los reactivos y productos? b) Cuáles son las concentraciones de cada especie en el equilibrio? c) En qué instante se alcanzó éste? d) Escriba la expresión de la constante de equilibrio y determínela? Res. a) De la gráfica podemos observar que para t = 0 se cumple que [HI] = 0 ; [H 2 ] = [I 2 ] = 1,0 mol/dm 3. b) Las concentraciones de cada especie química en el equilibrio son aquellas que permanecen constantes con el tiempo. Observando la gráfica obtenemos: [HI] = 1,6 mol/dm 3 ; [H 2 ] = [I 2 ] = 0,1 moles/dm 3. c) En la gráfica podemos observar que el instante, en que las concentraciones de las especies químicas comienzan a ser constantes (condición de haber alcanzado equilibrio químico), será t 4. d) Aplicando la LAM obtenemos la constante de equilibrio para la reacción reversible: H 2(g) + I 2(g) 2 HI ; K c = [HI] 2 /[H 2 ][I 2 ] = 1,6 2 / 0,1 0,1 = 256.

3 5.- En un recipiente cerrado y vacío de 20 L se introducen 480 g de pentacloruro de antimonio. Se eleva la temperatura a C y se establece el siguiente equilibrio: SbCl 5(g) SbCl 3(g) + Cl 2(g) El valor de K p para este equilibrio a C y es de 0,093. Calcula: a) El valor de K c para este equilibrio a C. b) El grado de disociación del pentacloruro de antimonio. c) Los gramos de tricloruro de antimonio en el equilibrio. Datos: Masas atómicas: Cl = 35,5; Sb = 122; R = 0,082 atm L mol -1 K -1. Res. En primer lugar, calculamos la masa molecular de cada molécula para averiguar la masa de su mol (el mol de cualquier sustancia puede definirse como: el número de gramos de una sustancia igual a su masa molecular). M molecular pentacloruro de antimonio = ,5 = 299,5, entonces la masa de su mol será 299,45 g. M molecular tricloruro de antimonio = ,5 = 228,5, entonces la masa de su mol será 228,5 g. a) Como K c = K p (RT) - n y en nuestro caso, n = = 1; K c = 0,093 (0, ) -1 = 2, mol/l; solución: K c = 2, b) En primer lugar, calculamos la concentración inicial del pentacloruro de de antimonio: c 0 = n 0 / V = (m 0 /M)/ V = (480 g / 299,5 g mol -1 )/20 L = 0,08 mol/l, después, calculamos el grado de disociación, α: SbCl 5(g) SbCl 3(g) + Cl 2(g) Concentraciones iniciales en mol/l: 0, Concentraciones en el equilibrio (moles/l): c 0 (1 α) c 0 α c 0 α Aplicamos la LAM al equilibrio: K c = [SbCl 3 ][Cl 2 ]/[SbCl 5 ] = c 0 α c 0 α /c 0 (1 α) = c 0 α 2 /(1 α), sustituyendo datos obtenemos: 2, = 0,08 α 2 /(1- α) ; 0,08 α 2 + 2, α - 2, = 0 ; cuya resolución nos da como única solución válida: α = 0,1618; α (%) = α 100 = 0, = 16,18 %. c) La concentración, en el equilibrio, del tricloruro de antimonio es c 0 α = 0,08 mol/l 0,1618 = = 0,0129 mol/l, el número de moles será: 0,0129 mol/l 20 L = 0,258 moles, y el número de gramos será: m = 0,258 moles 228,5 g/mol = 58,953 g.

4 6.- Se dispone de una disolución de 2 g de ácido benzoico en 500 ml de agua. Calcula el ph de la disolución y la cantidad de NaOH 0,5 M necesaria para su neutralización. En qué zona de ph estará su punto de equivalencia? Elige un indicador adecuado. Datos: K a (C 6 H 5 COOH) = 6,3 10-5, masas atómicas C = 12; H = 1 y O = 16. Res. En primer lugar, calculamos la masa molecular del ácido benzoico para averiguar la masa de su mol (el mol de cualquier sustancia puede definirse como: el número de gramos de una sustancia igual a su masa molecular). M molecular ácido benzoico = = 122, entonces la masa de su mol será 122 g. En segundo lugar, calculamos la concentración inicial del ácido benzoico y la del agua: c 0 = n 0 / V = (m 0 /M)/ V = (2 g / 122 g mol -1 ) / 0,5 L = 0,0328 mol/l; [H 2 O] = n 0 / V = (m 0 /M)/ V = (1.000 g / 18 g mol -1 ) / 1 L = 55,5556 moles/l; después, calculamos el grado de disociación, α: Según la teoría ácido-base de Brönsted y Lowry la disociación del ácido será: C 6 H 5 COOH (ac) + H 2 O C 6 H 5 COO - (ac) + H (ac) Concentraciones iniciales en mol/l: 0, , Concentraciones en el equilibrio (moles/l): c 0 (1 α) 55,5556 c 0 α c 0 α Aplicamos, a este equilibrio, la LAM: K c = [C 6 H 5 COO - ][H 3 O + ]/[C 6 H 5 COOH][H 2 O] ; por definición la constante de disociación del ácido es: K a = K c [H 2 O] = K c 55,5556 = [C 6 H 5 COO - ][H 3 O + ]/[C 6 H 5 COOH]; haciendo las oportunas sustituciones obtenemos la ecuación de dilución de Ostwald: K a = c 0 α c 0 α /c 0 (1 α) = c 0 α 2 /(1 α), sustituyendo datos obtenemos: 6, = 0,0328 α 2 /(1- α) ; 0,0328 α 2 + 6, α - 6, = 0 ; cuya resolución nos da como única

5 solución válida: α = 0,0429; α (%) = α 100 = 0, = 4,29 % ; con lo que el ph será: ph = - log [H 3 O + ] = - log c 0 α = - log (0,0328 0,0429) = 2,85. Respecto a la neutralización, la reacción es: C 6 H 5 COOH + NaOH C 6 H 5 COONa + H 2 O Con lo que, llegado al punto de equivalencia, el número de equivalentes de ácido es igual al número de equivalentes de bases, y por tratarse de un ácido monoprótico y una base monobásica, podemos decir que el número de equivalentes, tanto del ácido como de la base es idéntico al número de moles, por tanto, V a M a = V b M b ; y sustituyendo datos obtenemos: 500 ml 0,0328 mol/l = V b 0,5 mol/l; despejando V b = 500 0,0328/0,5 = 32,8 ml. Respecto al ph en el punto de equivalencia: El ph lo da la sal que nace cuando se neutraliza el ácido con la base, en nuestro caso, la sal benzoato de sodio (sal de ácido débil y base fuerte). El catión Na + se solvata. C 6 H 5 COONa + H 2 O C 6 H 5 COO - + Na + El anión benzoato sufre la hidrólisis en base a la siguiente reacción: C 6 H 5 COO - + H 2 O C 6 H 5 COOH + OH - Por tanto, el ph en el punto de equivalencia será débilmente básico, con lo que la fenoftaleína sería un buen indicador para el proceso, ya que el rango de ph en el que se produce el cambio de color es: ph = 8,0 (incoloro) < > ph = 9,5 (rojo carmín).