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 Cuestión 1A. Para el cnjunt de númers cuántics que aparecen en ls siguientes apartads, explique si pueden pertenecer a un rbital atómic y, en ls cass airmativs, indique de qué rbital se trata. a n 5, l, m l b n 1, l 0, m l 1/ c n, l 1, m l 1 d n, l 1, m l 0 Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. - n Númer cuántic principal. Cuantiica el radi del rbital. n 1,,, - l Númer cuántic secundari azimutal. Cuantiica la rma del rbital. l 0, 1,, n1 - m l Númer cuántic magnétic. Cuantiica la rientación del rbital. m l 0, ±1, ±, ±l a. Psible, cumple las reglas de ls númers cuántics. Crrespnde a un rbital 5d b. N es psible. m l sl puede tmar valres enters, si l 0, m l sl puede tmar el valr 0. c. N es psible. l sl puede tmar valres psitivs ó 0. d. Psible, cumple las reglas de ls númers cuántics. Crrespnde a un rbital p. Cuestión A.- Dadas las siguientes sustancias: CO, CF, H CO y HF: a Escriba las estructuras de Lewis de sus mléculas. b Explique sus gemetrías pr la tería de Repulsión de Pares de Electrnes de Valencia pr la Tería de Hibridación. c Justiique cuáles de estas mléculas tienen mment diplar distint de cer. d Justiique cuáles de estas sustancias presentan enlace de hidrógen. Dats. Númers atómics (Z: H 1; C 6; O 8; F 9; S 16 y Cl 17 Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. Para describir las estructuras de Lewis, es cnveniente cncer el númer de electrnes de valencia de la mlécula, denminads dispnibles D (suma de ls electrnes de valencia de tds ls átms que participan en la mlécula, electrnes necesaris N, (suma de ls electrnes que debería tener cada átm de la mlécula para cmpletar su ctet, electrnes cmpartids C (electrnes que rman enlace; C N D, y electrnes slitaris S (electrnes n cmpartids S N C. Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.

2 b. R.P.E.C.V. Este mdel es una extensión de la tería de Lewis y sirve para predecir la gemetría de una mlécula pliatómica. Esta basad en la dierencia de estabilidad que tiene una determinada gemetría en unción de la dispsición espacial de ls pares de electrnes (enlazantes n enlazantes que rdean al átm central de la mlécula, y que ls pares de electrnes (cmpartids y n cmpartids tienden a situarse en aquellas psicines que minimicen las repulsines entre ells. La gemetría mlecular es la dispsición de ls núcles que rman la mlécula. Para determinar la gemetría de una mlécula se deben tener en cuenta el númer de direccines electrónicas (ICE: índice de crdinación electrónic, que representa el númer de direccines en las que se acumula densidad electrónica y es igual al númer de pares slitaris (n enlazantes más el númer de enlaces, sean simples ó múltiples, y el númer de direccines gemétricas que es igual al númer de núcles a ls que se une el átm central. nº direccines electrónicas - CO :. Para minimizar las interaccines, ls pares de enlace (dble se nº direccines gemétricas dispnen de rma lineal. Lueg la estructura mlecular es lineal. nº direccines electrónicas - CF :. Para minimizar las interaccines, ls pares de enlace se dispnen nº direccines gemétricas de rma tetraédrica. Lueg la estructura mlecular es tetraédrica. nº direccines electrónicas - H CO:. Para minimizar las interaccines, ls pares de enlace se nº direccines gemétricas dispnen de rma trignal plana. Lueg la estructura mlecular es trignal cn ánguls de enlace dierentes debid a que n sn iguales tds ls enlaces, el ángul entre ls hidrógens es menr que ls ánguls de enlace entre ls hidrógens y el xígen debid al dble enlace carbn-xígen. - HF: Mlécula lineal, n tiene ninguna tra psibilidad, sl existen ds núcles. Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.

3 Tería de hibridación. El átm central de la mlécula rerganiza sus rbitales atómics para btener más y mejres direccines de enlace. El cste energétic de la prmción electrónica y de la hibridación de ls rbitales atómics se ve cmpensad cn la rmación de enlaces que rebajan más el cntenid energétic de la mlécula. Prmción e Hibr CO : Lineal. C : s p s p x p y p z 1s ;( sp ( sp p y p z El carbn prmcina sus electrnes de valencia y rma ds rbitales híbrids del tip sp que utiliza para rmar enlaces σ cn ls rbitales atómics de ls átms de xígen cn un electrón desaparead (p, ls trs ds rbitales atómics del carbn que n rman rbitales híbrids, rman enlaces π cn ls rbitales atómics del xigen que quedan cn un electrón desaparead. Mlécula lineal cn ánguls de enlace de 180º. - CF : Tetraédrica. Prm. e 1 Hibr ( ( ( ( C : s p s p x p y p z 1s ; sp sp sp sp El carbn prmcina sus electrnes de valencia y rma cuatr rbitales híbrids del tip sp que utiliza para rmar enlaces σ cn ls rbitales atómics de ls átms de lúr cn un electrón desaparead (p. Mlécula tetraédrica cn ánguls de enlace de 108º. El carbn cupa el centr del tetraedr y ls átms de lúr ls vértices. Prm. e Hibr H CO: Triangular. C : s p s p x p y p z 1s ;( sp ( sp ( sp p El carbn prmcina sus electrnes de valencia y rma tres rbitales híbrids del tip sp que utiliza para rmar tres enlaces σ, un cn un rbital atómic del xígen cn un electrón desaparead y ls trs ds cn ls rbitales atómics de ls hidrógens. El rbital atómic del carbn que n rma rbital híbrid, rma un enlace π cn un rbital atómic tip p del xigen. Mlécula trignal plana cn ánguls de enlace entrn a 10º, siend alg menr el ángul entre ls hidrógens que ls ánguls entre el hidrógen y el xígen. - HF: Mlécula lineal. Enlace σ entre el rbital atómic p del lúr cn el 1s de hidrógen. c. La plaridad se mide pr el mment diplar, magnitud cn carácter vectrial. Una mlécula será plar si sus enlaces sn plares (ls átms que l rman tienen dierente electrnegatividad y la suma vectrial de ls mments diplares n se anula pr gemetría. -CO : El enlace CO es plar (χ(o > χ(c, per la mlécula, pr gemetría es aplar debid a que la suma de ls mments diplares de ls enlaces se anula. - CF : El enlace CF es plar (χ(f > χ(c, per la mlécula, pr gemetría es aplar debid a que la suma de ls mments diplares de ls enlaces se anula. - H CO: El enlace CH es muy pc plar debid a que χ(h χ(c siend ligeramente mayr la del carbn, mientras que el enlace CO es plar, pr l tant la suma vectrial de ls mments diplares n se anula, la mlécula es plar. - HF: El enlace HF esta plarizad debid a que χ(f > χ(h, la mlécula es plar. d. Para que una mlécula rme enlaces de hidrógen debe tener enlaces tip HX, dnde X representa un átm que cumpla las siguientes cndicines: elevada electrnegatividad; tamañ pequeñ Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.

4 (X F, N, O. De las mléculas prpuestas sl rman enlaces de hidrógen el lurur de hidrógen (HF, las demás n tienen enlaces HX. Cuestión A.- Dad el equilibri C (s H O (g CO (g H (g, justiique si sn verdaderas alsas las siguientes airmacines: a La expresión de la cnstante de equilibri K p es: K p p(co. p(h / { p(c. p(h 0 } b Al añadir más carbn, el equilibri se desplaza hacia la derecha. c En esta reacción, el agua actúa cm xidante. d El equilibri se desplaza hacia la izquierda cuand aumenta la presión ttal del sistema. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. FALSA. En ls equilibris hetergénes, la cnstante sl depende las sustancias que se encuentren en el estad de aegación de mayr libertad, en el cas de equilibri hetergénes sólid-gas, las cnstantes de equilibri sl depende de las sustancias que estén en estad gases. PCO PH Kp P b. FALSA. En un equilibri hetergéne sólid-gas, el equilibri sl depende de las sustancias que se encuentren en estad gases. c. VERDADERA. El hidrógen el agua actúa cn estad de xidación 1, capta prtnes y se reduce a hidrógen mlecular cn estad de xidación 0, actuand el agua cm xidante, mientras que el carbn sólid pierde electrnes xidándse a mnóxid de carbn y actuand cm reductr. d. VERDADERA. Según Le Chatelier, Siempre que se mdiiquen las cndicines de un sistema en equilibri se prduce un desplazamient del mism en el sentid que restablezca la cndicines iniciales. Al aumentar la presión en un sistema gases, el equilibri se desplaza hacia dnde menr vlumen cupe, pniéndse de esta rma al aument de presión e intentar reestablecer el equilibri. Prblema 1A.- En la reacción de cmbustión del metanl líquid se prduce CO (g y H 0 (1. Sabiend que el metanl tiene una densidad de 0,79 g cm, calcule: a La entalpía estándar de cmbustión del metanl líquid. b La energía desprendida en la cmbustión de 1 L de metanl. c El vlumen de xígen necesari para la cmbustión de 1 L de metanl, medid a 7 ºC y 5 atm. Dats. R 0,08 atm L ml 1 K 1. Masas atómicas: C 1; 0 16; H 1. Entalpías estándar de rmación en kj ml 1 : metanl (1 9; CO (g 9; H 0 (1 9. Puntuación máxima pr apartad: a y c 0,75 punts; b 0,5 punts. Slución. a. Reacción de cmbustión del etanl: CH OH( l O( g CO ( g HO( l Pr ser la entalpía una unción de estad, sus variacines sl dependen de las cndicines iniciales y inales. HR pi H HO ( Prducts r H ( Reactivs i i i Dnde p i y r i representan ls ceicientes estequimétrics de prducts y reactivs respectivamente. Aplicand a la reacción prpuesta: ( CH OH( l H ( CO ( g H ( H O( l H ( CH ( l H ( O ( g HC Dnde: H ( O( g 0, pr tratarse de un element en estad natural. HC ( CHOH( l H ( CO( g H ( HO( l H ( CH( l 1 9 ( 9 ( 9 7 kj ml Reacción extérmica. Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.

5 b. En este apartad recmiend hacerl pr actres de cnversión mediante la ecuación termquímica del prces. CH OH( l O( g CO( g HO( l 7 kj Q 7 kj kj Factr de cnversión: Q 7 n( CH OH CHOH 1ml ml( CHOH 0, cm kj m( CH OH kj dch OH V kj Q cm 1818 kj ml M( CHOH ml M( CHOH ml ml En la cmbustión de 1 L de metanl se desprenden 1818 kj. Nta: El términ desprender se puede cambiar pr el sign negativ que en este tip de prblema sl tiene carácter cualitativ ( se absrbe, se desprende. O CH OH c. Factr de cnversión: n( O n( CH OH 1 0, cm m ( ( CH OH dch OH V n CH OH cm,69 ml M( CHOH M( CHOH ml n( O n( CHOH,69 7,0 ml Mediante la ecuación de gases ideales se btiene el vlumen (PV nrt. atm L 7,0 ml 0,08 10 K nrt V ml K O 188,7 L P 5 atm Prblema A.- Se disuelven, g de ácid metanic en agua hasta un vlumen de 50 cm. Calcule: a El ad de disciación y el ph de la dislución. b El vlumen de hidróxid de ptasi 0,5 M necesari para neutralizar 50 cm de la dislución anterir. Dats: K a 1,8 10 ; Masas atómicas: C 1, O 16, H 1 Puntuación máxima pr apartad: 1 punt. Slución. a. Ácid débil, su equilibri de disciación está regid pr su cnstante de acidez (K a. Si c es su cncentración inicial y α su ad de disciación, el cuadr de reacción será el siguiente: Aplicand la ley de Ostwald se btiene la expresión de la cnstante. HCOO HO Ka HCOOH La cncentración inicial (c se btiene mediante la deinición de mlaridad., m( HCOOH n( HCOOH M( HCOOH 6 c ml 0, ( ( ( ml V L V L L L d s d s Sustituyend en la expresión de la cnstante las cncentracines pr sus expresines en unción de c y α, se btiene una ecuación en la que pdems despejar el valr de α. Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.

6 K a HCOO H O HCOOH c α c c α c α ( 1 α 1 α Teniend en cuenta que se trata de un ácid débil (K a 1,8 10, y que su cncentración n es muy diluida, se puede plantear una hipótesis que ns permitirá simpliicar la ecuación, en el cas de n cnirmare la hipótesis, se transrmaría la ecuación en una ecuación de º ad en α. 1 α 1 K Hipótesis : Sí α < 0,05 a cα Ka cα despejand : α Ka c 1 α Sustituyend pr l dats: α K c a 1,8 10 0, El ad de disciación es del % (α 0,0. 0,0 < 0,05 Se acepta la hipótesis. El ph se btiene de la deinición cncids c y α. ph lg H O lg cα lg 0, 0,0, ( ( b. Reacción de neutralización entre un ácid y una base, se resuelve pr actres de cnversión. HCOOH KOH HCOO ( aq K ( aq HO KOH 1 n( KOH n( HCOOH HCOOH 1 Pr estar en dislución, el númer de mles se btiene de la deinición de mlaridad. M 0, MKOH VKOH MHCOOH VHCOOH : V V HCOOH KOH HCOOH ,0 L MKOH 0,5 V KOH 0 cm Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.

7 OPCIÓN B Cuestión 1B.- Cnsidere la cmbustión de tres sustancias: carbón, hidrógen mlecular y etan1. a Ajuste las crrespndientes reaccines de cmbustión. b Indique cuáles de ls reactivs prducts de las mismas tienen entalpía de rmación nula. c Escriba las expresines para calcular las entalpías de cmbustión a partir de las entalpías de rmación. d Escriba la expresión de la entalpía de rmación del etanl en unción únicamente de las entalpías de cmbustión de las reaccines del apartad a. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. s O g CO g C a. - ( ( ( 1 OH l - ( g O ( g H O( l H - H ( O ( g CO ( g H O( l C 5 b. Pr cnveni, tienen entalpía de rmación nula tds ls elements en estad natural. H ( C( s H ( O( g H ( H( g 0 c. Pr ser la entalpía una unción de estad, sus variacines sl dependen de las cndicines iniciales y inales, pr tant se pueden calcular mediante la expresión: H R pi H ( Prducts ri H ( Reactivs i i Dnde r i y p i sn ceicientes estequimétrics de reactivs y prducts respectivamente ( C( s H ( CO ( g H ( C( s H ( O ( g H ( CO ( g HC ( H ( g H ( H O( l H ( H ( g H ( O ( g H ( H O( l HC - H ( C H OH( l H ( CO ( g H ( H O( l H ( C H OH( l H ( O ( g C 5 ( CO ( g H ( H O( l H ( C H OH( l H d. Partiend de la entalpía de cmbustión del etanl, se despeja la de rmación, y se sustituyen las de rmación de H O y de CO pr las de cmbustión de H y de C respectivamente. HC( CH5OH( l H ( CO( g H ( HO( l H ( CH5OH( l H ( CH5OH( l H ( CO ( g H ( HO( l HC( CH5OH( l H ( CH5OH( l HC( C( s HC ( H( g HC( CH5OH( l Cuestión B.- Dadas las cnstantes de acidez de las especies químicas CH COOH, HF, HS0 y NH a Ordene las cuatr especies de mayr a menr acidez. b Escriba sus crrespndientes reaccines de disciación ácida en dislución acusa. c Identiique sus bases cnjugadas y rdénelas de mayr a menr basicidad. d Escriba la reacción de transerencia prtónica entre la especie química más ácida y la base cnjugada más básica. Dats. K a (CH COOH 1, ; K a (HF 7, 10 ; K a (HS0 1, 10 ; K a (NH 5, Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. La acidez mide la cncentración de prtnes, a mayr acidez mayr cncentración de prtnes, mayr ad de disciación del ácid y pr tant mayr cnstante de acidez ó disciación. Para rdenar las especies de mayr a menr acidez se rdenan de mayr a menr cnstante. Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.

8 K a (HS0 1, 10 > K a (HF 7, 10 > K a (CH COOH 1, > K a (NH 5, HS0 > HF > CH COOH > NH b. - HSO HO SO HO - HF H O F HO - CH COOH HO CH COO HO - NH HO NH HO c. Ácid HSO HF Base cnjugada (Sulat F (Flurur CH COOH CH COO (Acetat NH NH (Amniac La rtaleza de ls pares cnjugads es inversamente prprcinal a la rtaleza de la sustancia de la que prcede, a mayr rtaleza de un ácid, menr rtaleza de su base cnjugada y viceversa. El rden de mayr a menr basicidad de las bases cnjugadas será invers al rden de mayr a menr acidez de ls ácids de ls que prcede. SO NH > CH COO > F > SO d. ( aq NH ( aq SO ( aq NH ( aq HSO Cuestión B.- Cmplete las siguientes reaccines, escribiend las órmulas semidesarrlladas de tds ls cmpuests rgánics. Nmbre tds ls prducts btenids e indique el tip de reacción rgánica de que se trata en cada cas. a -buten HBr b 1-prpanl Q H SO H c ácid butanic 1-prpanl H N CH COOH ( n 5 Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Slución. a. -buten Brmur de hidrógen -brm butan. Reacción de adición electróila d ( CH CH CH CH HBr CH CH CHBr CH b. 1-prpanl calr prpen agua. Reacción de eliminación. H SO CH CH CHOH Q CH CH CH HO c. ácid butanic 1-prpanl butanat de prpil agua. Reacción de esteriicación, reacción de sustitución nucleóila. H CH CH CH COOH CHOH CH CH CH CH CH COO CH CH CH d. Ácid 6-aminhexanic Pliamida (nailn. Reacción de plimerización pr cndensación. n( H N( CH 5COOH ( CONH( CH 5 n HO n Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.

9 Prblema 1B.- Una mezcla de mles de N y 6 mles de H se calienta hasta 700 ºC en un reactr de 100 L, estableciéndse el equilibri N (g H (g NH (g. En estas cndicines se rman 8,8 g de amniac en el reactr. Calcule: a La cantidad en ams de N y de H en el equilibri. b La cnstante de equilibri Kc. c La presión ttal en el reactr cuand se ha alcanzad el equilibri. Dats. Masas atómicas: N 1, H 1; R 0,08 atm L ml 1 K 1. Puntuación máxima pr apartad: a y b 0,75 punts; c 0,5 punts. Slución. a. Para reslver el prblema es cnveniente plantear el cuadr de reacción. Si deinims x cm el númer de mles de N que reaccinan, el cuadr queda de la siguiente rma: Cncida la masa de amniac en el equilibri (8,8, se calcula x. m ( ( NH 8,8 n NH eq,8 ml M( NH 17,8 : x,8 ml : x 1, n( NH eq x Cncid el valr de x se calcula el númer de mles en el equilibri de N y de H, y a cntinuación la masa en ams de cada un. n( N x 1, 0, 58 : m( N n M 0,58 ml 8 16, ml n( H 6 x 6 1, 1, 7 : m( H n M 1,7 ml,8 ml b. Cncids ls mles de tds ls cmpuests presentes en el equilibri y el vlumen del reactr, se calcula la cnstante K c mediante su deinición. n( NH,8 NH V 100 K c,6 10 N H n( N n( H 0,58 1,7 V V c. Cncids ls mles en el equilibri de tds ls cmpnentes de la mezcla gasesa el vlumen y la temperatura, cn la ecuación de gases ideales se calcula la presión en el interir del reactr. nt n( N n( H n( NH 0,58 1,7,8 5,16 ml T K atm L 5,16 ml 0,08 97 K n R T P V n R T : P ml K,1 atm V 100 L Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.

10 Prblema B.- La electrólisis de una dislución acusa de BiCl en medi neutr rigina Bi(s y Cl (g. a Escriba las semireaccines iónicas en el cátd y en el ánd y la reacción glbal del prces, y calcule el ptencial estándar crrespndiente a la reacción glbal. b Calcule la masa de bismut metálic y el vlumen de clr gases, medid a 5 ºC y 1 atm, btenids al cab de ds hras, cuand se aplica una crriente de 1,5 A. Dats. Masas atómicas: Cl 5,5; Bi 09,0; F 9685 C ml 1 1 ; R 0,08 atm L ml 1 K Eº(Bi / Bi 0,9 V; Eº (Cl / Cl 1,6 V Puntuación máxima pr apartad: 1 punt. Slución. a. b. Factr de cnversión: Bi e 1 1 n ( Bi n( e El númer de mles de bismut se calcula pr la deinición de ml, el númer de mles de electrnes se calcula a partir de la carga que atraviesa el electrlit, teniend en cuenta que F representa la carga en culmb de un ml de electrnes. ( Bi ( ( 1 I ( F m 1 Q m Bi t : { Q I t} : M Bi F M Bi Dnde Q representa la carga que atraviesa el electrlit, I la intensidad de crriente y t el tiemp. 1 I t M ( ( Bi 1 1,5 A 700 s 09 m Bi ml 7,8 F 9685 C ml Cl 1 Factr de cnversión: 1 n Cl n e e 1 Q 1 I t 1 1,5 A 700 s n Cl F F 9685 C ml ( ( ( 0,056 ml clr. Cncids ls mles de clr, mediante la ecuación de gases ideales se calcula el vlumen de atm L 0,056 ml 0,08 98 K nrt P V nrt : V ml K 1,7 L P 1atm Nta: Recrdar que ls amperis (A sn C s 1 Mdel Prpuest pr U.C.M. CURSO (L.O.E.