PRIMERA PARTE. c. Según el número atómico, y en el caso de ión su carga, corresponden a: X (Z = 17) Cl (Cloruro) Y (Z = 18) Ar (Argón)

Transcripción

1 UNIVESIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADID PUEBA DE ACCESO A ESTUDIOS UNIVESITAIOS (LOGSE) Curs (Septiembre) MATEIA: QUÍMICA INSTUCCIONES GENEALES Y VALOACIÓN La prueba cnsta de ds partes. En la primera parte se prpne un cnjunt de cinc cuestines de las que el alumn reslverá únicamente tres. La segunda parte cnsiste en ds pcines de prblemas, A y B. Cada una de ellas cnsta de ds prblemas; el alumn pdrá ptar pr una de las pcines V reslver ls ds prblemas planteads en ella, sin que pueda elegir un prblema de cada pción. Cada cuestión prblema puntuará sbre un máxim de ds punts. N se cntestará ninguna pregunta en este impres. TIEMPO: una hra y treinta minuts PIMEA PATE Cuestión 1.- A las siguientes especies: X, Y y Z +, les crrespnden ls númers atómics 17, 18 y 19, respectivamente. a) Escriba la cnfiguración electrónica de cada una de ellas. b) Ordene raznadamente, de menr a mayr, las diferentes especies según su tamañ y su energía de inización. c) Qué especies sn X e Y? d) Qué tip de enlace presenta ZX? Describa brevemente las características de este enlace. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. Para hacer la cnfiguración electrónica de ls ines habrá que tener en cuenta la carga del ión. Para catines (+), el númer de electrnes será Z q, para anines (), el númer de electrnes será Z q. X (Z 17): 1s ; s p 6 ; s p 5+1 1s ; s p 6 ; s p 6 Y (Z 18): 1s ; s p 6 ; s p 6 Z + (Z 19): 1s ; s p 6 ; s p 6 ; s 1 1s ; s p 6 ; s p 6 b. Pr tratarse de especies iselectrónicas (igual númer de electrnes), ambas prpiedades dependerán de la carga númer prtnes del núcle (Z), a mayr Z mayr carga nuclear y pr tant mayr fuerza de atracción sbre ls electrnes, pr l tant menr tamañ y mayr energía para extraerls adi atómic: Z + < Y < X Energía de inización: Z + > Y > X c. Según el númer atómic, y en el cas de ión su carga, crrespnden a: X (Z 17) Cl (Clrur) Y (Z 18) Ar (Argón) d. KCl. Enlace iónic, caracterizad prque la fuerza atractiva es de tip electrstátic. Ls átms que frman el enlace ceden y captan electrnes cnvirtiéndse en ines de diferente sign que quedan unids pr fuerzas del tip Culmb. A temperatura ambiente sn sólids, frman redes cristalinas, sn durs per frágiles, tienen punts de fusión y ebullición elevads y sn cnductres de segunda clase, es decir, sl cnducen la electricidad fundids disuelts. 1

2 Cuestión.- Dadas las siguientes mléculas: CH, NH, SH, BH. a) Justifique sus gemetrías m1ecu1ares en función de la hibridación del átm central. b) azne qué mléculas serán plares y cuáles ap1ares. c) De qué tip serán las fuerzas intermleculares en el CH? d) Indique, raznadamente, pr qué el NH es el cmpuest que tiene mayr temperatura de ebullición. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. - CH : Hibridación sp en el átm central (C). Cada un de ls cuatr rbitales híbrids frma un enlace σ cn cada átm de hidrógen. Gemetría tetraédrica. - NH : Hibridación sp en el átm central (N). Tres de ls cuatr rbitales híbrids frma un enlace σ cn cada átm de Hidrógen el tr rbital híbrid queda cupad pr un par de electrnes n cmpartids. Gemetría piramidal, cupand el nitrógen el vértice de la pirámide. - SH : Hibridación sp en el átm central (S). Ds de ls cuatr rbitales híbrids frma un enlace σ cn cada átm de Hidrógen ls trs rbitales híbrids queda cupad pr un par de electrnes n cmpartids. Gemetría plan angular. -BH : Hibridación sp, el átm de br se cmprta cm hipvalente (cmpleta cn 6 e ). Cada un de ls tres rbitales híbrids frma un enlace σ cn ls átms de hidrógen. Gemetría trignal plana. b. La plaridad de una mlécula depende del mment diplar de sus enlaces (diferencia de electrnegatividad entre ls átms que l frman), y de la gemetría mlecular, dad el carácter vectrial de la magnitud que la define. - Plares: NH y SH. Ls enlaces N H y S H sn plares debid a la diferencia de electrnegatividad entre ls átms que l frman, y la gemetría mlecular n cnsigue anular ls mments diplares de ls enlaces. Además en estas ds mléculas existen para de electrnes n cmpartid en el átm central que favrecen su plaridad. - Aplares: CH y BH. Ls enlaces C H están plarizads (χ e (C) > χ e (H)), per la gemetría mlecular cmpensa uns cn trs. Ls enlaces B H sn muy pc plares (χ e (B) χ e (H)), y además la gemetría cmpensa ls pequeñs mment diplares de ls enlaces. c. Pr tratarse de una mlécula cvalente, las fuerzas de interacción entre ellas serán del tip Van der Waals, pr ser aplar serán de dispersión (dipl instantáne). d. Es debid a la frmación de enlaces de hidrógen entre las mléculas de NH.

3 Cuestión.- Cnsiderand el diagrama de energía que se muestra, para la reacción A B + C, cnteste raznadamente a las siguientes preguntas: a) Cuál puede ser la causa de la diferencia entre la curva 1 y la? b) Para cuál de las ds curvas la reacción transcurre a mayr velcidad? c) Qué les sucederá a las cnstantes de reacción si se aumenta la temperatura? d) La reacción es extérmica endtérmica? Slución. a. El us de catalizadres. Ls catalizadres sn sustancias ajenas a la reacción que n se alteran en el prces y que la presencia de pequeñas cantidades mdifica la velcidad de reacción disminuyend (catalizadr psitiv) aumentand (catalizadr negativ) la energía de activación del prces, sin alterar las variacines de las funcines de estad. b. La curva ds. A menr energía de activación aumenta el númer de chques efectivs y aumenta la velcidad de reacción. Otra frma de raznarl es mediante la ecuación de Arrhenius ( k A T e ) y la ecuación integrada de velcidad (v k A n ). La cnstante de velcidad es expnencialmente inversa a la energía de activación. Si E a disminuye, la cnstante de velcidad aumenta y según la ecuación de integrada, la velcidad aumenta. Ea Ea c. Según la ecuación de Arrhenius ( k A T e ), la cnstante de velcidad es expnencialmente directa a la temperatura. Si la T aumenta, la cnstante también aumenta. d. El cntenid energétic de ls prducts es menr que el de ls reactivs, según pne de manifiest el perfil de la reacción, pr l tant en el transcurs de la reacción se desprenderá calr. eacción EXOTÉMICA ( H < 0). Cuestión.- En una pila electrquímica, el ánd está frmad pr una barra de cbre sumergida en una dislución acusa de nitrat de cbre (TI), mientras que el cátd cnsiste en una lámina de plata sumergida en una dislución acusa de nitrat de plata. a) Frmule las semirreaccines del ánd y del cátd. b) Frmule la reacción glbal iónica y mlecular de la pila. c) Explique de frma justificada pr qué se trata de una pila galvánica. d) Indique raznadamente el sign de Gº para la reacción glbal. Dats. Eº(Ag + /Ag) 0,80 V; Eº(Cu + /Cu) 0, V. Slución. a. Semirreacción anódica (Oxidación): Cu e Cu + Semirreacción catódica (educción): Ag + + e Ag b. La reacción iónica glbal se btiene cmbinand adecuadamente las ds semireaccines para eliminar ls electrnes.

4 eacción mlecular. Teniend en cuenta ls ines prtadres (nitrats NO ): Cu + AgNO Ag + Cu(NO ) c. Es una pila galvánica prque es un sistema que permite btener energía eléctrica a partir de energía química (reacción de xidación/reducción). La energía eléctrica se btiene cm resultad de ds reaccines parciales (semireaccines). Semirreacción de xidación (perdida de e ) y semirreacción de reducción (ganancia de electrnes), que se llevan cab en cmpartimentes independientes llamads electrds que están unids mediante una sustancia cnductra en el denminad puente salin. Cuand ls electrds de la pila se pnen en cntact mediante un circuit extern, cmienza la generación de energía eléctrica, transfiriéndse electrnes del ánd al cátd de frma espntánea. d. La variación de la energía libre de una pila es función del ptencial de la pila según: Gº n F Eº Si Eº > 0, Gº < 0 y el prces es espntáne Eº 0,6 V Gº < 0. ESPONTÁNEO Cuestión 5.- Para el siguiente cmpuest: CH C CH CH CH a) Indique su nmbre sistemátic b) Escriba su reacción cn ydur de hidrógen e indique el nmbre del prduct mayritari c) Frmule y nmbre ls isómers de psición del cmpuest del enunciad. Puntuación máxima pr apartad: a) 0,5 punts, b) y c) 0,75 punts. Slución. a. -metil, -buten b. Mayritari: -Yd, -metil butan c. Isómers de psición: Igual función química per distinta psición del grup funcinal. -Metil 1-buten -Metil 1 buten

5 OPCIÓN A SEGUNDA PATE Prblema 1.- Para la reacción de hidrgenación del eten (CH CH ), determine: a) La entalpía de reacción a 98 K. b) El cambi de energía Gibbs de reacción a 98 K. c) El cambi de entrpía de reacción a 98 K. d) El interval de temperaturas para el que dicha reacción n es espntánea. Dats a 98 K CH CH CH CH Hº f (kj ml ) 5, 8,7 Gº f (kj ml ) 68.1,9 Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts Slución. Para la reacción: Pt Catalizadr CH CH ( g) + H ( g) CH CH ( g) Se pide: a. H : Pr ser la entalpía una función de estad, sus variacines sl dependen de las cndicines iniciales y finales. H ν H Prducts ν H eactivs nula. i f f ( ) i i f ( ) i ( C H ) H ( C H ) + H ( H ) ( ) H H 6 f f Pr tratarse de un element en estad natural, la entalpía de frmación del hidrógen gases es f H H eacción EXOTÉMICA. ( C H ) H ( C H ) 8,7 5, 7 kj ml 6 f b. G : Al igual que en el cas de la entalpía, la energía libre de Gibbs es una función de estad y pr tant sus variacines se calculan cn la misma expresión aplicada a la energía libre. G ν i G f ( Prducts) i ν i G f ( eactivs) i También en este cas, la energía libre de frmación de ls elements en estad natural es nula. G G f ( C H 6 ) G f ( C H ),9 68,1 01kJ ml eacción ESPONTÁNEA. c. S : Se calcula a partir de la definición de energía libre. Gº Hº T Sº Despejand la variación de entrpía: Hº Gº 7 01 Sº 0,10 kj ml K T 98 eacción cn DISMINUCIÖN DE DESODEN ( ) 0 J ml K d. Pr H < 0 y S < 0, a temperaturas bajas la reacción es espntánea (predmina H ) y a temperaturas altas n espntánea (predmina T S ). La temperatura a la que se prduce el cambi de espntaneidad se denmina temperatura de equilibri y se calcula teniend en cuenta que G 0. H 7 kj ml G H T S 0 TEq 11 K S 0,10 kj ml K La reacción n es espntánea T > 11 K 5

6 Prblema.- Una dislución acusa de amniac de us dméstic tiene una densidad de 0,96 gr cm y una cncentración del 6,5 % en pes. Determine: a) La cncentración mlar de amniac en dicha dislución. b) El ph de la dislución. c) El ph de la dislución resultante al diluir 10 veces. Dats. Masas atómicas: N 1, H 1; K b (amníac) 1, Puntuación máxima pr apartad: a) 0,5 punts, b) y c) 0,75 punts. Slución. a. Para calcular la cncentración de la dislución cncida su densidad y riqueza (% en pes) se elige un vlumen cualquiera, cn la densidad se calcula la masa de la dislución. La masa de la dislución y la riqueza permiten calcular la masa de slut que dividida pr su masa mlecular se transfrma en ls mles de slut. Dividiend ls mles de slut entre el vlumen inicial en litrs se btiene la cncentración mlar de la dislución. Para V 1 L 1000 cm : m V d 1000 cm 0,96 gr cm 96 gr 6'5 m s m d s 96 6,5 gr NH d + s d+ s d+ s + n( NH ) NH n '68 ml V L 1L ( ) ( ) ( ) m NH M NH 6'5 gr 17 gr ml,68 M,68 ml b. Pr tratarse de un ácid débil mantiene un equilibri de disciación regid pr la cnstante de basicidad (K b ). K b NH + OH NH c c α c α c α ( 1 α) 1 α Hipótesis: Si α < 0,05 1 α 1 K b 1,8 10 K b c α α, 10 c,68 Se acepta la hipótesis Cncid el grad de disciación se calcula la cncentración de OH. OH c α,68, 10 0,1 M poh lg OH lg 0,1 ph 1 poh < α ( ) c. Igual que en el cas anterir sl que cambiand la cncentración inicial del amniac pr haberse diluid. En una dilución, el númer de mles de slut n varía. M i Vi M f Vf Teniend en cuenta que V f 10Vi M i,68 M f 0,68 M OH c poh lg OH α< 0, k b 1,8 10 α c,68, ,57 10 c 0,68 lg (,57 10 ), 6 ph 1 poh 1,6 11, 6

7 OPCIÓN B Prblema 1.- El valr de la cnstante de equilibri a 700 K para la reacción HI (g) H (g) + I (g) es 0,018. Si se intrducen,0 mles de HI en un recipiente de 5 L que estaba vací y se deja alcanzar el equilibri: a) Cuánts mles de I se frman? b) Cuál es la presión ttal? c) Cuál será la cncentración de HI en el equilibri si a la misma temperatura se aumenta el vlumen al dble? Dats. 0,08 atm L K l ml. Puntuación máxima pr apartad: a) 1 punt, b) y c) 0,5 punts. Slución. a. Equilibri hmgéne en fase gasesa del que se cnce ls mles iniciales de idur de hidrgen y la cnstante de equilibri. Teniend en cuenta la estequimetria de reacción, si x sn ls mles de idur de hidrógen disciad, x serán ls mles de yd e hidrógen frmads, el cuadr de reacción queda de la siguiente frma: H I Según la ley de acción de masas: K HI Debid a que en el equilibri n hay variación en el númer de mles gasess entre reactivs y prducts, la cnstante se puede expresar en función del númer de mles. n( H ) n( I ) V V n( H ) n( I ) x x x x K n( HI) ( n( HI) ) ( x) ( x) x V Operand se despeja x x x K K K x 0' mles de I x x 1+ K 1+ 0,018 b. La presión de equilibri se calcula mediante la ecuación de gases ideales teniend en cuenta que, en el prces de disciación n hay variación del númer de mles entre prducts y reactivs, y pr tant, el númer de mles gasess en el equilibri cinciden cn el númer de mles iniciales. atm L n ml 0, K Eq T n T P ml K Eq, atm V V 5 L c. El equilibri n se mdifica pr variacines de presión de vlumen ya que n(g) 0, per al aumentar el vlumen, disminuye la cncentración. n( HI) x 0, HI 0,6 ml L V V 5 7

8 Prblema.- El ácid clrhídric se btiene industrialmente calentand clrur de, sdi cn ácid sulfúric cncentrad. a) Frmule y ajuste la reacción que tiene lugar.. b) Cuánts kilgrams de ácid sulfúric de una cncentración del 90 % en pes se necesitará para prducir 100 kg de ácid clrhídric cncentrad al 5 % en pes? c) Cuánts kilgrams de clrur de sdi se emplean pr cada tnelada de sulfat de sdi btenid cm subprduct? Dats. Masas atómicas: H 1, 0 16; Na ; S ; CI 5,5. Puntuación máxima pr apartad: a) 0,5 punts, b) y c) 0,75 punts. Slución. a. NaCl + H SO HCl + Na SO b. Pr estequimetria de la reacción: SO HCl 1 n 1 ( ) M( HCl) 1 m HCl ( ) M( HCl) m HCl ,8 10 6,5 H Pura ( H SO ) n( HCl) Cncid el númer de mles de ácid sulfúric se calcula la masa de ácid pur. gr m H SO Pur n H SO M H SO 0,8 10 ml gr 7 ml ( ) ( ) ( ) Kg Cncida la masa de ácid pur se calcula la de impur. m( H SO ) Pur 7 m( H SO ) , Kg c. Pr estequimetria: NaCl m( Na SO ) gr n( NaCl) n( Na SO ) 1 10 ml Na SO 1 M( Na SO ) 1 gr ml m ( NaCl) n( NaCl) M( NaCl) 1 10 ml 58,5 gr 8 10 gr 8 Kg ml Tm Na SO mles 8