EXAMEN II QUÍMICA de 2º Bto. A 2ª Evaluación Viernes,

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1 EXAMEN II QUÍMICA de 2º Bto. A 2ª Evaluación Viernes, NOMBRE: NOTA: 1.- (2,00 puntos) Nombra o formula las siguientes sustancias, según corresponda: a) metasilicato de itrio; b) dihidrogenoarseniato de estaño(ii); c) cianuro de potasio; d) ácido sulfhídrico; e) isopropilpentilcetona; f) m-difluorobenceno; g) 1,2-butanodiamina; h) MnO 2 ; i) LiOH; j) CdI 2 ; k) HCOOCH 2 CH 3 ; l) CH 3 O CH CH 2 ; m) CHCl CH CH CH 2 ; CH 3 CH CHO n) 2.- (2,00 puntos) a) Calcula la solubilidad del fluoruro de calcio, CaF 2, en mol/l y en g/l. b) Razona si precipitaría fluoruro de calcio al añadir a 100 ml de una disolución 0,002 M de fluoruro de sodio, NaF, 0,04 mol de cloruro de calcio, CaCl 2, considerando que al añadir esta pequeña cantidad de sodio no varía el volumen. DATOS: K ps (CaF 2 ) = 3, ; Masas atómicas: Ca 40; F 19 g/mol. 3.- (2,00 puntos) a) El ph de una disolución de amoníaco vale 12,5. Calcula los gramos de amoníaco que hay disueltos en 250 ml. b) Razona, justificándolo mediante las ecuaciones químicas pertinentes, cómo será el ph (ácido, básico o neutro) de las disoluciones de las siguientes sustancias: I) Ca(OH) 2 II) Ca(NO 3 ) 2 III) NH 4 Cl DATOS: K b (NH 3 ) = 1, ; Masas atómicas: N 14; H 1 g/mol. 4.- (2,00 puntos) Considera la reacción química: C (g) + 2 H 2 (g). a) Calcula su variación de entalpía estándar sabiendo que la entalpía de sublimación del carbono es igual a 717 kj y la entalpía estándar de formación del CH 4 es igual a 75 kj/mol. Justifica si la reacción es exotérmica o endotérmica. b) Calcula su variación de energía interna a 25 C. J Dato: R = 8,31 mol K 5.- (2,00 puntos) Se mezclan 25 ml de Ca(OH) 2 0,2 M con 75 ml de HCl, del 10 % de riqueza y 1,08 g/ml de densidad. a) Razona si hay exceso de ácido o de base. b) Calcula este exceso de ácido o base y halla el ph de la disolución resultante. Masas atómicas: Cl 35,5; H 1 g/mol.

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3 Soluciones del examen II de Química de 2º Bto. A. 2ª Evaluación Página FORMULACIÓN: a) Y 2 (SiO 3 ) 3 b) Sn(H 2 AsO 4 ) 2 c) KCN d) H 2 S CH 3 e) CH 3 CH CO CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 F F f) g) CH 2 NH 2 CHNH 2 CH 2 CH 3 h) óxido de manganeso(iv) / dióxido de manganeso i) hidróxido de litio j) yoduro de cadmio / diyoduro de cadmio k) metanoato de etilo / formiato de etilo l) etenilmetiléter / metilviniléter / metoxieteno m) 1-cloro-1,3-butadieno n) 2-fenilpropanal

4 Soluciones del examen II de Química de 2º Bto. A. 2ª Evaluación Página 2 PRODUCTO DE SOLUBILIDAD (EQUILIBRIO HETEROGÉNEO): El equilibrio de solubilidad del fluoruro de calcio es: CaF 2 (s) Ca 2+ (ac) + 2 F (ac) Inicial: c Equilibrio: c s s 2s donde c es el número de moles de sal sólida (CaF 2 ) que queremos disolver por cada litro de agua y s es la solubilidad, esto es, la concentración de una disolución saturada de esta sal a la temperatura a la que se encuentre la disolución. La expresión del producto de solubilidad es: De donde la solubilidad s en mol/l vale: s = K ps = [Ca 2+ ] [F ] 2 = s (2s) 2 = s 4s 2 = 4s 3 3 Kps 4 = 3 3, Mediante la masa molar calcularemos la solubilidad en gramos por litro: 4 = 2, mol/l M m (CaF 2 ) = = 78 g/mol 4 mol c g/l = s M m = 2, L 78 g = 0, g/l mol b) Mezclamos 100 ml de una disolución de fluoruro de sodio 0,002 M con 0,04 mol de cloruro de calcio: 100 ml NaF 0,002 M + 0,04 mol CaCl 2 sólido puro 100 ml disolución con dos solutos Como no ha cambiado prácticamente el volumen, la concentración de cloruro de sodio será la misma (0,002 M) y la de cloruro de calcio quedará: M CaCl2 = n(s) 0,04 mol = = 0,4 M V L (D) 0,1 L Las concentraciones de los iones presentes en esta disolución son: y: NaF Na + + F Inicial: 0,002 M Final: 0,002 M 0,002 M CaCl 2 Ca Cl Inicial: 0,4 M Final: 0,4 M 0,8 M Elaboramos la tabla del equilibrio de solubilidad del CaF 2. Al principio no tenemos fluoruro de calcio (queremos saber si se formará). Además, las concentraciones de los iones comunes con el fluoruro de calcio en disolución las hemos calculado arriba: CaF 2 Ca F Inicial: 0,4 M 0,002 M El producto de solubilidad (la constante de este equilibrio) es: K ps = [Ca 2+ ] [F ] 2 Las concentraciones que conocemos son las iniciales. Para saber si se llegará al equilibrio y precipita fluoruro de calcio se pueden seguir dos caminos: Nos fijamos en una de las dos concentraciones y calculamos la concentración que puede haber del otro ión para que haya equilibrio químico (para que la disolución esté saturada y ya no admita más concentración de estos iones en disolución). Por ejemplo, nos fijamos en la concentración de aniones fluoruro, 0,002 M y calculamos la que puede haber como máximo de cationes calcio: [Ca 2+ ] = K ps 3, = = 8, M [F ] 2 (0, 002) 2 Como la concentración de Ca 2+ que tenemos (0,4 M) es mayor que la máxima que puede haber sin que precipite fluoruro de calcio (8, M, resulta que sí precipitará.

5 Soluciones del examen II de Química de 2º Bto. A. 2ª Evaluación Página 3 Como conocemos las concentraciones iniciales, calculamos el cociente de reacción y lo comparamos con la constante de equilibrio: Q ps = [Ca 2+ ] ini [F ] 2 ini = 0, 4 (0, 002)2 = 0, 0008 Como Q ps > K ps, para que se alcance el equilibrio Q ps debe disminuir y la reacción se desplazará hacia la izquierda precipitando algo de CaF 2. Sí precipitará fluoruro de calcio.

6 Soluciones del examen II de Química de 2º Bto. A. 2ª Evaluación Página 4 BASE DÉBIL y ph DE DISOLUCIONES: a) El amoníaco es una base débil según la definición de Brönsted-Lowry (no según la de Arrhenius porque no tiene aniones hidróxido): NH 3 + H 2 O NH OH Nos dicen que el ph vale 12,5 (en realidad debería haber puesto 11,5 porque saldrá una concentración muy elevada de amoníaco, pero seguiremos el problema con el ph 12,5 y cuando pase algo de tiempo, corregiré el valor). El poh se calcula teniendo en cuenta que, a 25 C, la suma de ph y poh debe dar pk w = 14: poh = 14 12, 5 = 1, 5. Ahora calculamos la concentración de aniones hidróxido en disolución: poh = 1, 5 log[oh ] = 1, 5 log[oh ] = 1, 5 10 log[oh ] = 10 1,5 [OH ] = 10 1,5 M = 3, M Como vemos, [OH ] = 10 poh. Elaboramos la tabla del equilibrio ácido-base del amoníaco en agua: NH 3 + H 2 O + NH 4 + OH Inicial: c Equilibrio: c(1 α) cα cα Observamos que cα = 3, Esta es una ecuación con dos incógnitas; necesitamos otra ecuación: K b = [NH + ] [OH ] 4 cα cα cα cα = = (3, ) 2 = 1, [NH 3 ] c(1 α) c c donde hemos despreciado el grado de disociación frente a la unidad porque, al ser tan pequeña la constante de ionización básica del amoníaco, el equilibrio estará muy desplazado hacia la izquierda. Despejando la concentración inicial del amoníaco: c = (3, ) 2 1, = 55,56 M Ahora hallamos la masa de amoníaco (soluto) que hay en los 250 ml, teniendo en cuenta su masa molar: M m (NH 3 ) = = 17 g/mol b) M = n(s) V L (D) = m(s)/m m(s) ; m(s) = M V L (D) M m = 55, 56 0, = 236,13 g V L (D) I) El hidróxido de calcio es un hidróxido de un elemento alcalino-térreo, luego es una base fuerte (según la definición de Arrhenius) porque se disocia completamente en agua formando aniones hidróxido: Ca(OH) 2 Ca OH El ph será básico (ph > 7 a 25 C). II) El nitrato de calcio no sufre hidrólisis porque es una sal que procede de un ácido fuerte (ácido nítrico) y de una base fuerte (hidróxido de calcio). Así, cuando se disuelve en agua se encuentra disociado en sus iones: Ca(NO 3 ) 2 Ca NO 3 Por un lado el catión calcio no puede ceder ni aceptar cationes hidrógeno. Por otro lado, el anión nitrato es la base conjugada del ácido nítrico, pero al ser este último un ácido muy fuerte en agua, la base conjugada no tiene fuerza para actuar como base frente al agua. El ph será neutro (ph = 7 a 25 C).

7 Soluciones del examen II de Química de 2º Bto. A. 2ª Evaluación Página 5 III) El cloruro de amonio es una sal que sufre hidrólisis ácida, el ph de una disolución acuosa será ácido (ph < 7 a 25 C). Así, cuando se disuelve en agua se encuentra disociado en sus iones: NH 4 Cl NH Cl Por un lado, el anión cloruro es la base conjugada del ácido clorhídrico, pero al ser este un ácido muy fuerte en agua, su base conjugada no tiene fuerza para actuar como base frente al agua (podría actuar como base frente a ácidos más fuertes que el agua). El catión amonio es el ácido conjugado del amoníaco y como éste no es una base muy fuerte, el amonio tendrá una cierta fuerza para actuar como ácido frente al agua: NH H 2 O NH 3 + H 3 O + El ph será ácido (ph < 7 a 25 C).

8 Soluciones del examen II de Química de 2º Bto. A. 2ª Evaluación Página 6 TERMOQUÍMICA: a) Nos piden calcular la entalpía estándar de la reacción: C (g) + 2 H 2 (g) H? que, como se puede no es una reacción de formación porque, aunque se está formando 1 mol de sustancia a partir de sus elementos, uno de ellos no se encuentra en su variedad más estable en condiciones estándar; se trata del carbono, cuya variedad más estable en estas condiciones es el grafito (sólido). Nos proporcionan la entalpía de otras dos transformaciones: La primera es la sublimación del carbono, en realidad no es una reacción química, sino una transformación física (cambio de estado): C (s) C (g) H 1 = 717 kj se trata de una transformación endotérmica (se necesita energía para sublimar el grafito). Lo más importante es que se puede considerar que es una reacción de formación, en el sentido de que estamos formando un mol de sustancia a partir de sus elementos en su forma alotrópica más estable en las condiciones del problema. La segunda es la reacción de formación del metano, esto es, la formación de un mol de metano a partir de sus elementos en su variedad más estable: C (s) + 2 H 2 (g) H 2 = 75 kj Podemos resolver el problema de dos formas distintas: La forma más rápida consiste en darnos cuenta de que todas menos una son reacciones de formación, así, podemos calcular directamente la entalpía de la reacción problema como entalpía de los productos menos entalpía de los reactivos: H = H (productos) H (reactivos) = H (CH 4 (g)) (H (C (g)) + 2H (H 2 (g))) = H (CH 4 (g)) (H (C (g)) + 2H (H 2 (g))) = H (CH 4 (g)) H (C (g) 2H (H 2 (g)) = H (CH (g)) f 4 H (C (g)) f 2 H (H (g)) = = 792 kj f 2 La segunda forma consiste en aplicar la ley de Hess, combinando las dos reacciones para obtener la reacción problema. De esta manera, la sublimación del carbono se ha de invertir (multiplicar por -1) y la segunda se tiene en cuenta tal y como está: Las reacciones quedarían así: ( 1): C (s) C (g) H = 717 kj 1 1: C (s) + 2 H 2 (g) H = 75 kj 2 C (s) C (g) C (s) + 2 H 2 (g) C (g) + 2 H 2 (g) H = 717 kj 1 H = 75 kj 2 H Así: H = H + 1 H = ( 75) = = 792 kj 2 b) La energía interna se puede calcular mediante una expresión que se puede deducir del primer principio de la termodinámica: U = q + w. Aplicando este principio a un proceso a presión constante: ( U) p = q p + w p U = H + ( ( n)rt Así, como en esta reacción, la variación del número de moles de gas es, n = 1 3 = 2 mol: U = H ( n)rt = 792 ( 2) 8, = , 95 = 787,05 kj 1000

9 Soluciones del examen II de Química de 2º Bto. A. 2ª Evaluación Página 7 ÀCIDO-BASE: a) Hacemos reaccionar 25 ml de Ca(OH) 2 0,2 M con 75 ml de HCl del 10 % en masa y densidad 1,08 g/ml: 25 ml Ca(OH) 2 0,2 M + 75 ml HCl 10 %; d = 1,08 g/ml 100 ml Cálculo de los moles de Ca(OH) 2 : M = n(s) n(s) ; 0, 2 = ; n(s) = 0, 2 0, 025 = 0,005 mol V L (D) 0, 025 Cálculo de los moles de HCl: d = m(d) V ml (D) ; m(d) 1, 08 = ; m(d) = 1, = 81 g 75 % = m(s) m(d) 100; Reacción de neutralización ácido-base: m(s) 10 = ; m(s) = 81 = 8,1 g 100 M m (HCl) = , 5 = 36,5 g/mol n = m = 8, 1 = 0,2219 mol M m 36, 5 2 HCl + Ca(OH) 2 CaCl H 2 O Inicial: 0,2219 mol 0,005 mol Ahora tenemos que localizar si hay algún reactivo en exceso. Será aquél que se encuentre en mayor proporción que la estequiométrica. Para ello vamos a dividir cada uno de los moles de reactivos por su coeficiente estequiométrico: 0,2219 mol Ácido clorhídrico: = 0, mol 0,005 mol Hidróxido de calcio: = 0,005 1 mol El reactivo limitante es el hidróxido de calcio porque está en menor proporción y el reactivo en exceso es el ácido clorhídrico. b) Para averiguar la cantidad en exceso vamos a calcular cuántos moles de ácido reaccionarán: 2 mol HCl x = ; x = 0, = 0,01 mol HCl 1 mol Ca(OH) 2 0,005 mol Ca(OH) 2 Reaccionan 0,01 mol de ácido y queda un exceso sin reaccionar de: n exceso = 0, , 01 = 0,2119 mol En la siguiente tabla tenemos un resumen más completo de la reacción: 2 HCl + Ca(OH) 2 CaCl H 2 O Inicial: 0,2219 mol 0,005 mol Final: 0,2119 mol 0,2119 mol 2 0,2119 mol La sal procede de un ácido fuerte y una base fuerte, luego no sufre hidrólisis. El ph se deberá al exceso de ácido de concentración: M = n(s) 0, 2119 = = 2,119 M V L (D) 0, 1 Como es un ácido fuerte se disocia completamente: El ph resulta ser: HCl H + + Cl Inicial: 2,119 M Final: 2,119 M 2,119 M ph = log[h + ] = log 2, 119 = 0,67