PAEU Química junio 2014

Transcripción

1 PAEU Química junio 01 1A. Responda las siguientes cuestiones: a. Defina afinidad electrónica de un elemento. (Hasta 0,8 puntos) Cómo varía en el sistema periódico? Razónelo. (Hasta 0,6 puntos) c. Explique si podemos esperar, en función del tipo de enlace químico que existe entre sus partículas, que el flúor (F ), el fluoruro de calcio (CaF ) y el calcio (Ca), sean solubles en agua. (Hasta 0,6 puntos) a. y AFINIDAD ELECTRÓNICA (AE), se define como la energía intercambiada en el proceso de incorporación de un electrón a un átomo en estado gaseoso para originar un ion negativo (anión), también en estado gaseoso. X(g) + 1e - X - (g) ; EAE; así AE +, significa que el sistema absorbe energía (endotérmico); AE -, significa que el sistema emite energía (exotérmico, se estabiliza). La variación se analizará en VALOR ABSOLUTO de AE. Significando así que a mayor AE, mayor estabilización al entrar un electrón. Carga del núcleo Número de niveles Config. electrónica Variación En un grupo En un periodo En general Hacia debajo, aumenta la carga mayor atracción del electrón entrante. Según derecha, aumenta carga núcleo mayor atracción sobre e - Hacia debajo, aumenta nº de niveles, aumenta distancia al núcleo y apantallamiento menor atracción El nivel (última capa) no cambia en un periodo, la distancia será parecida, el efecto de pantalla también y como aumenta carga núcleo mayor atracción Factor importante, según se avanza se aproxima a config. de gas inerte mayor tendencia a ganar e- Variación global en la Tabla Periódica: CONSIDERANDO EL AUMENTO DE LA AE EN LA TABLA... Hacia debajo, predomina el efecto del número de niveles, y con ello la tendencia a ganar un e- disminuye AE. Hacia la derecha (salvo excepciones) AE aumenta. Observaciones: EI, siempre es positiva (proceso endotérmico), AE puede ser positiva (proceso endotérmico), o negativa (proceso exotérmico), ya que en algunas ocasiones la entrada de un electrón supone un estado más estable que el átomo neutro. Niveles electrónicos llenos (ns, como el Be, nd 10, como Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg,, ns np 6, para gases inertes) o semillenos (np como el N) son particularmente estables y tanto las EI y las AE tienen valores más elevados que la norma general. * El FLUOR, tiene un valor de la AE, menor que el esperado (siempre considerando valores absolutos), esto se debe a su pequeño tamaño. El electrón entrante debe soportar una gran repulsión de los demás electrones presentes. c. Se debe contestar: F presenta enlace covalente apolar. en principio muy poco soluble en agua. CaF..presenta enlace iónico en principio soluble en agua Ca..presenta enlace metálico en principio muy poco soluble en agua * Observaciones: Pero el F reacciona con el agua: F + H O HF + O El CaF es insoluble en agua con un producto de solubilidad de K ps, , lo que supone una solubilidad de s, mol/l 0,016 g/l * Los alcalinotérreos al igual que los alcalinos, aunque con menos vigor, reaccioan exotérmicamente con el agua: Ca + H O Ca(OH) + H A. En la etiqueta de una botella de H SO figura una densidad de 1,8 g/cm y una pureza del 96,0%. Calcule: 1

2 PAEU Química junio 01 a. La molaridad y la fracción molar de H SO en la disolución. (Hasta 1,0 puntos) El volumen de NaOH,0 M necesario para neutralizar 10 cm de ese ácido. (Hasta 1,0 puntos) a. Si se coge 1L de disolución y se calculan los moles de H SO que hay en él, esta será la molaridad: g disolución 96 g H SO puro mol H SO 18,0 M ( mol H SO / L ) L disolución 100 g disolución 98 g H SO puro disolución La fracción molar (χ) de se H SO define como: χ H SO n H SO n H SO n total disolución n H SO n H O + Antes al calcular la molaridad se tomó 1L de disolución (180 g) y en él había 18,0 mol de H SO. Como la disolución es del 96% de pureza en H SO, el % será de H O: Luego los moles de H O en 1L serán: g disolución H O puro mol H O,09 mol H O / L ) Ldisolución 100 g disolución 18 g H O puro disolución Por tanto la fracción molar será: χ H SO n H n H SO SO 18,0 0,8 + n H O 18,0 +,09 La reacción de neutralización es: H SO + NaOH Na SO + H O estequiometría 1 1 inicialmente 0,18 x reaccionan final Se calculan los moles de H SO que van en los 10 ml de disolución: Como Mn/V nm V n ( mol H SO ) 18, , 18 mol de H SO Neutralizar significa hacer reaccionar cantidades estequiométricas de ácido y de base; por tanto los moles de ácido necesarios (x) serán de acuerdo con la estequiometría de la reacción: mol NaOH x ( mol NaOH) 0,18 mol H SO 0, 6 mol NaOH 1mol H SO Ahora se calcula el V de disolución de NaOH,0 M que contiene 0,6 mol: Como Vn/M V disolución NaOH 0,6/,0 0,18 L 180 ml disolución NaOH,0M A. El nitrato de potasio (KNO ) reacciona con dióxido de manganeso (MnO ) e hidróxido de potasio (KOH) para dar nitrito de potasio (KNO ), permanganato de potasio (KMnO ) y agua. a. Ajuste la reacción en medio básico por el método del ión-electrón. (Hasta 1,0 puntos) Calcule los gramos de nitrato de potasio necesarios para obtener 100 g de permanganato de potasio si el rendimiento de la reacción es del 75%. (Hasta 1,0 puntos) se reduce KNO + MnO + KOH KNO + KMnO + H O se oxida - reducción (NO + H O + e - - NO + OH - ) x oxidación (MnO + OH - MnO - + H O + e - ) x Ecuación iónica ajustada: - NO + H O + MnO + 8OH - - NO + 6OH - + MnO - + H O Simplificando: - NO + MnO + OH - - NO + MnO - + H O Ecuación molecular ajustada: KNO + MnO + KOH KNO + KMnO + H O 75% Esteq 1 rend Ini x Final 0,6

3 PAEU Química junio 01 Calculo los moles de permanganato que se han de obtener: 1 mol 100 g KMnO 0,6mol KMnO 158,0 g Con la estequiometría se calculan los moles de KNO necesarios: mol KNO xkno 0,6 mol KMnO 0,95 mol KNO deben reaccionar con ren dim iento 100% mol KMnO Como el rendimiento de la reacción es del 75% se necesitarán mas moles: 100 moles necesarios 0,95 mol KNO reaccionan 1, 6 mol KNO necesarios 75 reaccionan Pasado a gramos: 101,1 g,6 mol KNO necesarios 17, g KNO necesarios 1mol 1 A. Las entalpías de combustión del 1,-butadieno, C H 6 (g); hidrógeno, H (g); y butano, C H 10 (g), son: 59, kj/mol, 86,1 kj/mol y 879,1 kj/mol, respectivamente. En todos los casos, el agua formada está en estado líquido. a. Escriba las ecuaciones de esas reacciones de combustión. (Hasta 0,6 puntos) Calcule la energía de la siguiente reacción de hidrogenación del 1,-butadieno a butano: C H 6 (g) + H (g) C H 10 (g) (Hasta 1, puntos) Cuando una reacción química puede expresarse como suma algebraica de otras, su calor de reacción es igual a la misma suma algebraica de los calores de las reacciones parciales. (LEY DE HESS) Se numeran y escriben las reacciones: (1) C H 6 (g) + H (g) C H 10 (g) H 1?... () C H 6 (g) + ½ O (g) CO (g) + H O(l) H -.59, kj por mol de C H 6 (g) () H (g) + ½ O (g) H O(l) H - 86,1 kj por mol de H (g) () C H 10 (g) + 1/ O (g) CO (g) + 5H O(l) H -.879,1 kj por mol de C H 10 (g) Se desea lograr la reacción (1) mediante suma algebraica del resto. Los reactivos de (1) están como tales en la () y (), y el producto de (1) está como reactivo de (), por tanto se puede suponer: H 1 H + H H, se puede comprobar que las moléculas de O, CO y H O se compensan. Por tanto: H , 86,1 (.879,1) -,5 kj 5 A. Responda las siguientes cuestiones: a. A 98 K la solubilidad en agua del bromuro de calcio (CaBr ) es,0 10- mol dm -. Calcule Kps para el bromuro de calcio a la temperatura citada. (Hasta 1, puntos) Razone cualitativamente el efecto que producirá la adición de 1 cm de una disolución 1M de bromuro de potasio (KBr) a 1 litro de disolución saturada de bromuro de calcio. Considere despreciable la variación de volumen. (Hasta 0,8 puntos) a) CaBr Ca + Br - equilibrio - S S S, mol/l + Aplicando la definición de Kps: Kps [ Ca ] [ Br ] S ( S) Kps S S Kps S, por tanto: Kps Kps S (,0 10 ), b) El KBr se disocia total: Ahora el equilibrio de precipitación será:

4 PAEU Química junio 01 KBr K + Br - inicial CaBr - - Ca Br - final equilibrio - S S Al añadir KBr a la disolución saturada de CaBr, se añaden iones Br-. Iones presentes en el equilibrio de precipitación (ion común). De acuerdo con el principio de Le_Chatelier, el equilibrio se desplazará hacia la formación de precipitado, disminuyendo la solubilidad de este. El ion bromuro proviene del KBr y del equilibrio de solubilidad. En principio S se puede despreciar frente a Se calcula S con esta aproximación. Aplicando la Kps a este nuevo equilibrio: Kps 5 Kps S' (10 ) S' S', 10 mol / L (10 ) Como se aprecia se han despreciado S, 10-5 mol/l frente a 10 - mol/l. Lo cual es correcto. Como se ve al añadir KBr la solubilidad del CaBr disminuye, pasando de, mol/l a, 10-5 mol/l * Sin despreciar S frente a 10 - : (Hecho el cálculo con Derive) Kps 5 Kps S' (S' + 10 ) S' S',9 10 mol / L (S' + 10 ) 1B. Responda las siguientes cuestiones: a. Escriba la configuración electrónica ordenada de un átomo de estroncio en su estado fundamental. (Hasta 0,5 puntos) Explique qué ión tiene tendencia a formar este elemento. (Hasta 0,5 puntos) c. Compare el tamaño del átomo con el del ión. Explique cuál tiene mayor radio. (Hasta 0,5 puntos) d. Explique si la energía de ionización del estroncio es mayor o menor que la del calcio. (Hasta 0,5 puntos) a. 8 Sr: 1s s p 6 s p 6 s d 10 p 6 5s Tiende a ceder electrones (5s ) para formar el ion Sr + y adquirir configuración de gas noble en la última capa (s p 6 ) Sr Sr + + e - c. El ion tiene e - menos que el átomo y la misma carga nuclear por lo que el ion Sr + es más pequeño que el átomo de Sr. d. energía de ionización es la energía necesaria para arrancar un electrón a un átomo en estado gaseoso. El Ca y el Sr tienen la misma configuración electrónica externa ya que están en el mismo grupo. El Sr es más grande y los electrones de la última capa los tiene más alejados y más apantallados, menos atraidos por el núcleo, por ello es más fácil arrancar un electrón al estroncio que al calcio y por tanto la EI Sr < EI Ca. B. Se preparan 100 ml de una disolución de amoníaco diluyendo con agua ml de amoníaco del 0 % en masa y de densidad 0,89 g/ml. Calcule: a. La concentración molar de la disolución diluida. (Hasta 1,0 puntos) El ph de esta disolución (Kb (amoníaco) 1, ) (Hasta 1,0 puntos) a. Para hacer este cálculo primero se calcula la M (molaridad) de la disolución concentrada. Si se coge 1L de disolución y se calculan los moles de NH que hay en él, esta será la molaridad: g disolución 0 g NH puro 1 mol HCl 89 15,78 M ( mol NH / L disolución) L disolución 100 g disolución 17 g NH puro Ahora se utiliza la expresión de las DILUCIONES: Los moles de NH puros necesarios de la diluida han de venir de la concentrada. n diluida n concentrada, y como Mn/V... nm V Md Vd Mc Vc

5 PAEU Química junio 01 En este caso: Md 0,100 15,78 0, ,78 0,00 M d 0, mol / L 0,100 El NH es una base débil y en agua su reacción de equilibrio es: NH + H O + NH + OH - inicial: 0, equilibrio: 0, x x x + [ NH ] [OH ] x 5 K b 18, 10 [ NH ] 0, x Despreciando x frente a 0,, resulta que: [OH - ] x, mol/l poh - log [OH - ] - log x - log,8 10 -,6 Y ph 1 poh 11,8 B. Dentro de un recipiente de 10 litros de capacidad se hacen reaccionar 0,50 moles de H (g) y 0,50 moles de I (g) según la reacción H(g) + I(g) D HI(g). A 8 ºC, la constante Kc del equilibrio es 50. Calcule: a. El valor de Kp a esa temperatura. (Hasta 0,6 puntos) Los moles de yodo que quedan sin reaccionar cuando se ha alcanzado el equilibrio. (Hasta 0,6 puntos) c. Si partimos inicialmente de 0,5 moles de H (g), 0,5 moles de I (g) y moles de HI (g), cuántos moles de yodo habrá ahora en el equilibrio a la misma temperatura? (Hasta 0,8 puntos) n a. Aplicando la relación entre las constantes y como n 0.. K K ( RT ) K 50 p c c Expresando todo en mol: H (g) + I (g) HI(g) esteq 1 1 ini 0,5 0,5 - equilibrio 0,5-x 0,5-x x 0,5-0,9 0,5-0,9 0,9 0,11 0,11 0,78 Todos gases V10L t8 ºC71 K Kc50 x `[ HI ] 10 x K c x 0, 9 mol como se aprecia n 0 y por ello el volumen [ H ] [ I ] 0, 5 x 0, 5 x ( 0, 5 x ) no influye en la constate. Por tanto: n I 0, 5mol 0, 9 mol 0, 11mol Se pasan estos resultados a la tabla. Se comprueba que con estos resultados Kc tiene el valor correcto: 0,78 [ HI ] 10 K c 50, aprox correcto [ H ] [ I ] 0,11 0,11 c. Se parte en el equilibrio de otros valores iniciales, pero como las condiciones son las mismas Kc tendrá el mismo valor: H (g) + I (g) HI(g) esteq 1 1 ini 0,5 0,5 equilibrio 0,5 + x 0,5 + x - x 0,5+0,6 0,5+0,6-0,6 * Debe comprobarse el sentido de la reacción de equilibrio. Para lo cual se calcula el cociente de reacción Q con los datos iniciales. 5

6 PAEU Química junio 01 0,50 0,50,51 [ HI ] Q [ H ] [ I 10 6 ] 0,5 0,5 se desplaza hacia los reactivos, descomposición del HI., como Q > Kc la cantidad de productos debe disminuir, por lo que la reacción x [ HI ] 10 ( x) ( x) ( x) K c Kc Kc x 0, 6 mol [ H ] [ I ] 0,5 + x 0,5 + x (0,5 + x) (0,5 + x) (0,5 + x) Por tanto: n I 0,5mol + 0,6mol 0,96mol 0, 50mol Se pasan estos resultados a la tabla. Se comprueba que con estos resultados Kc tiene el valor correcto:,51 [ HI ] 10 K c 9,8 aprox correcto [ H ] [ I ] 0,50 0,50 B. Explique razonadamente los siguientes hechos: a. El cloruro de sodio tiene un punto de fusión de 801 ºC, mientras que el cloro es un gas a temperatura ambiente. (Hasta 0,7 puntos) El cobre y el yodo son sólidos a temperatura ambiente; pero el cobre conduce la corriente eléctrica, mientras que el yodo no. (Hasta 0,7 puntos) c. El etano tiene un punto de ebullición más alto que el metano. (Hasta 0,6 puntos) a. El NaCl es un compuesto iónico luego es un sólido con temperaturas de fusión elevadas. El cloro es una sustancia covalente apolar (con fuerzas intermoleculares muy débiles) y el cloro es pequeño (muy baja polarizabilidad), por lo que a temperatura ambiente es un gas. El cobre es un compuesto de enlace metálico formado por una red de iones con electrones de valencia compartidos entre todos, por lo que conduce la corriente eléctrica. El yodo es un compuesto covalente apolar con los electrones compartidos solamente por dos átomos que no pueden desplazarse y no conduce la corriente eléctrica. c. Ambas moléculas tienen enlaces C H muy poco polares y ambas tienen simentría con momento bipolar µ 0. La única fuerza que puede unir a las moléculas es la fuerza de Van der Waals, dipolos instantáneos que es mayor cuanto más grande es la molécula. Al ser el etano mayor que el metano, es más polarizable. La intensidad de los dipolos instantáneos es mayor y por tanto la temperatura de ebullición es mayor. 5B. La descomposición del hidrogenocarbonato sódico tiene lugar según la reacción: NaHCO (s) Na CO (s) + CO (g) + H O (g) ; Hº 19 kj Conteste razonadamente: a. Si la presión no varía favorece la descomposición un aumento de la temperatura? (Hasta 0,5 puntos) Favorece la descomposición un aumento de la presión? (Hasta 0,5 puntos) c. Favorece la descomposición la adición de más NaHCO? (Hasta 0,5 puntos) d. Favorece la descomposición la retirada de CO y HO? (Hasta 0,5 puntos) a. Hº es +. reacción endotérmica (absorbe energía) 6

7 PAEU Química junio 01 Si se aumenta la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Chatelier, el sistema tenderá a disminuirla, absorbiendo energía y se favorece la formación de productos. SI se favorece la descomposición del NaHCO Como ngas mol, si se aumenta la presión, de acuerdo con el principio de Le Chatelier, el sistema tenderá a disminuirla, desplazándose hacia donde haya menos mol en estado gaseoso, es decir hacia los reactivos. NO se favorece la descomposición del NaHCO c. El equilibrio no se desplaza por la adición de un sólido: Kp pco ph O. NO se favorece la descomposición del NaHCO d. Al retirar los productos, el sistema tiende a generalos descomponiendose más hidrogenocarbonato de sodio. SI se favorece la descomposición del NaHCO 7