Solución. 1s 2 2s 2 2p 5 ; cumple el principio de exclusión de Pauli. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ; cumple el principio de exclusión de Pauli.

Transcripción

1 JUNIO 001 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 y 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 PRIMERA PARTE Cuestión 1. Puntuación máxima pr apartad: 1 Cnsidere las cnfiguracines electrónicas en el estad fundamental: 1. 1s s p 7 ;. 1s s 3 ; 3. 1s s p 5 ; 4. 1s s p 6 3s 1. a. Razne cuáles cumplen el principi de exclusión de Pauli. b. Deduzca el estad de xidación más prbable de ls elements cuya cnfiguración sea crrecta. a. Principi de exclusión de Pauli. En la estructura electrónica de un átm n pueden existir ds electrnes que tengan iguales ls cuatr númers cuántics. 1s s p 7 ; Incumple el principi de exclusión de Pauli. En un rbital tip p el máxim númer de electrnes que entran es 6((n, 1, 1, ½), (n, 1, 1, ½), (n, 1, 0, ½), (n, 1, 0, ½), (n, 1, 1, ½), (n, 1, 1, ½)), pr l que en este cas al mens ds e de la última capa deberán tener ls cuatr númers cuántics iguales. 1s s 3 ; Incumple el principi de exclusión de Pauli. En un rbital tip s el máxim númer de electrnes que entran es ((n, 0, 0, ½), (n, 0, 0, ½)), pr l que en este cas al mens ds e del nivel deberán tener ls cuatr númers cuántics iguales. 1s s p 5 ; cumple el principi de exclusión de Pauli. 1s s p 6 3s 1 ; cumple el principi de exclusión de Pauli. b. 1s s p 5 ; halógen, ( 1). Ganand un electrón adquiere cnfiguración de gas nble 1s s p 6 3s 1, alcalin, (+1). Perdiend un electrón adquiere cnfiguración de gas nble

2 Cuestión. Puntuación máxima pr apartad: 1 A partir de ls dats de la tabla cnteste raznadamente a las siguientes cuestines: Ácids Ka Ácid -clretanic Ácid -hidrxiprpanic Ácid 3-hidrxibutanic Ácid prpanic a. frmule cada un de ls ácids indicads b. cuál es el ácid más disciad? c. qué ácids darían ph mayr que 7 en el punt de equivalencia de su valración cn NAOH? a. Ácid -clretanic; CH Cl COOH Ácid -hidrxiprpanic; Ácid 3-hidrxibutanic; Ácid prpanic; CH 3 CHOH COOH CH 3 CHOH CH COOH CH 3 CH COOH b. El grad de disciación de un ácid es directamente prprcinal al valr de su cnstante. A mayr valr de la cnstante, mayr grad de disciación. La cnstante de un ácid es el cciente entre el prduct de las cncentracines del ácid disciad y las de ácid sin disciar. Si aumenta la cnstante, aumenta la cantidad de ácid disciad y disminuye la de ácid sin disciar, en general y aplicad sbre un equilibri de disciación de un ácid, al aumentar la cnstante el equilibri se desplaza hacia la derecha De ls ácids prpuests, el mas disciad es el -clretanic ya que su cnstante es la mayr. c. Pr ser tds ácids débiles en mayr ó menr medida, tds darán ph mayr que 7 en su valración cn NaOH. El ph será directamente prprcinal al valr de la cnstante de la base cnjugada, es decir de su frtaleza, y cm la frtaleza de la base cnjugada es inversa a la del ácid del que prviene, la base cnjugada más fuerte es el prpanat, y pr tant será la que de un mayr valr de ph en su valración cn NaOH. Cuestión 3. Puntuación máxima pr apartad: 1 Para ls siguientes equilibris: 1. N O 5 (g) 4NO (g) + O (g). N (g) + 3H (g) NH 3 (g) 3. H CO 3 (ac) H + (ac) + HCO 3 (ac) 4. CaCO 3 (s) CaO(s) + CO (g) a. Escriba las expresines de K c y K p. b. Razne qué sucederá en ls equilibris 1º, y º si se aumenta la presión a temperatura cnstante. a. Aplicand la ley de acción de masas: N O 5 (g) 4NO (g) + O (g) 4 4 NO O P P NO O K c = K p = N O5 P NO5

3 NH P 3 NH3 N (g) + 3H (g) NH 3 (g) K c = K 3 p = 3 N H PN P H + H HCO H CO 3 (ac) H + (ac) + HCO 3 3 (ac) K c = K P n tiene sentid H CO3 CaCO 3 (s) CaO(s) + CO (g) K c = CO K p = PCO b. La presión influye en aquells equilibri en ls que el númer de mles en fase gasesa de reactivs es distint al númer de mles en fase gasesa de prduct. En ests equilibris, si se aumenta la presión, el equilibri se desplaza hacia dnde mens vlumen cupe, si se disminuye la presión, el equilibri se desplaza hacia dnde más vlumen cupe. N O 5 (g) 4NO (g) + O (g) Al aumentar la presión, el equilibri se desplaza hacia la izquierda, que es dnde el sistema cupa mens vlumen. N (g) + 3H (g) NH 3 (g) Al aumentar la presión, el equilibri se desplaza hacia la derecha, que es dnde el sistema cupa mens vlumen. Cuestión 4. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 Mediante un diagrama de energía-crdenada de la reacción, justifique en cada cas si la velcidad de reacción depende de la diferencia de energía entre: a. reactivs y prducts, en cualquier estad de agregación b. reactivs y prducts, en su estad estándar c. reactivs y estad de transición d. prducts y estad de transición. dnde: E a E' a H R energía de activación de la reacción directa energía de activación de la reacción inversa entalpía de la reacción La velcidad de una reacción, a través de la cnstante, es inversamente prprcinal a la energía de activación según la ecuación de Arrhenius. Ea K = A e RT siend la energía de activación, la energía necesaria para rmper debilitar ls enlaces que frman las sustancias reaccinantes y dejar libres sus átms cnstituyentes frmand el cmplej activad, y es la diferencia energética entre el cmplej activad y ls reactivs.

4 a. FALSO. Representa la entalpía de la reacción cambiada de sign, y la velcidad de la reacción n es función de variación de entalpía b. FALSO. c. VERDADERO. d. VERDADERO, si está referida a la velcidad de la reacción inversa, FALSO sí se refiere a la velcidad de directa. Cuestión 5. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 El cmpuest HCI se btiene en la industria cm un de ls subprducts de la preparación de derivads halgenads. Una de las reaccines que da lugar a este cmpuest es: C H 6 (g) + Cl (g) C H 5 Cl(g) + HCl(g) a. Nmbre tds ls cmpuests implicads en la reacción. b. Indique el tip de reacción. c. Qué significa que el HCl sea un subprduct de la reacción? d. Prpnga un prcedimient más habitual de btención de HCl. a. Etan + Clr Clretan + Ácid clrhídric b. Reacción de sustitución electrfílica. Ls alcans reaccinan cn ls halógens(reactivs electrfílics), en especial el clr, dand una mezcla de derivads de sustitución. c. En este cas el HCl es un subprduct pr n tener interés de rden práctic(industrial, cmercial, etc.), siend el Clretan el prduct de interés de esta reacción. d. I. Cm subprduct de la btención industrial de Na CO 3, pr el métd Leblanc, cuya primera etapa es: NaCl + H SO 4 Na SO 4 + HCl II. Pr síntesis directa. Es el prcedimient industrial de btención de HCl. Cnsiste en quemar hidrógen en atmósfera de clr; el HCl resultante se disuelve en agua.

5 SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Prblema l. Se dispne de una dislución acusa 0,001 M de ácid -clretanic cuya cnstante K a es 1, Calcule: a. el grad de disciación del ácid b. el ph de la dislución c. ls grams de ácid que se necesitarán para preparar ds litrs de esta dislución Dats: Masas atómicas C=1,0; O=16,0; CI=35,5; H=1,0 Puntuación máxima pr apartad: a) 0,75; b) 0,5 y c) 0,75 a. Se pide calcular el grad de disciación de un ácid débil cncida su cnstante y su cncentración inicial. Partiend de la ecuación de disciación del ácid, se plantea un cuadr cn las cndicines iniciales y las de equilibri.. La ley de acción de masas, expresa la cnstante de disciación en función de las cncentración de las especies presentes en el medi. La cncentración de agua se incluye dentr de la cnstante pr ser el dislvente, estar en exces y permanecer prácticamente cnstante su cncentración. + ClCH COO H3O K a = ClCH COOH Expresand la cncentración de las especies en equilibri en función de la cncentración inicial del ácid(c ) y del grad de disciación(α) Cα Cα Cα Cα K a = = = C Cα C ( 1 α) 1 α sustituyend pr ls dats y rdenand, se btiene una ecuación de º grad en función de α 3 0'001 α 3 3 1'3 10 = :rdenand 0'001α + 1'3 10 α 1'3 10 = 0 1 α reslviend α = 0'66 α = 1'96 n tiene sentid químic Grad de disciación α(%) = 66 b. El ph de una dislución mide la cncentración de prtnes en equilibri y se calcula cm: + ph = lg H3 O expresand la cncentración de prtnes en función de C y α: ph = lg( Cα) sustituyend valres ph = lg 0'001 0'66 = lg 6' = 3' ( )

6 c. A partir de la definición de mlaridad: m M = 0'001( ml ) l n PM : PM 94'5 gr M = = = : 0'01 = V(l) V(l) ml V = () l despejand m = gr ( ) m gr 94'5 Prblema. Utilizand ls valres que aparecen en la tabla, tds btenids a la temperatura de 5ºC, y cnsiderand la reacción CO(g) + Cl (g) COCl (g) a. Calcule Sº de la reacción. b. Calcule Hº de la reacción. c. Calcule Gº de la reacción. d. Razne si la reacción es n espntánea. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 Cmpuest Sº (J/mlK) Hº (kj/ml) CO(g) Cl (g) COCl (g) Se pide calcular variacines de funcines de estad(entrpía S, entalpía H y energía libre de Gibbs G) para una reacción en fase gasesa. Las funcines de estad se caracterizan pr que sus variacines sl sn función de las cndicines iniciales y finales, pr l que se pueden calcular aplicand la ley Hess. Cn ls dats dispnibles, entalpías de frmación estándar( H f º) y entrpías mlares estándar(sº), se calculan mediante la ley de Hess la entalpía estándar de reacción( H R º) y la entrpía estándar de reacción( S R º), mientras que la energía libre( G) se calcula pr su definición: G = H T S R a. S = ν Sº ( prducts) ν Sº ( reactivs) i i ( Sº CO + Sº Cl ) = 88'8 ( 197'7 + '8) = 131'7 ( J ) ( COCl ) ( ) ( ) S R = Sº Reacción cn aument de rden b. H = ν H ( prducts) ν H ( reactivs) ml K R i f i f H R = H ( ) ( ( ) ( ) f COCl H f CO + H f Cl teniend en cuenta que la entalpía de frmación estándar del clr( H f ) es cer pr ser un element en su estad nrmal: H R = '8 ( 110'4 + 0) = 11'4( kj ) ml Reacción extérmica

7 c. G R = H R T S R sustituyend valres y perand en las mismas unidades(generalmente la entrpía se mide en julis y la entalpía en kiljulis) 11'4( kj 3 G ) 98( K) ( 131'7 10 )( kj ) 73'( kj R = = ) ml ml K ml d. El criteri de espntaneidad de una reacción se estudia en el sign de la variación de su energía libre, ya que el cncept de energía libre se puede cnsiderar cm la energía que un sistema está dispuest a intercambiar de frma n frzada. G < 0 : Espntanea Si: G > 0 : N - espntanea. Espntanea la reacción inversa G = 0 :Sistema en equilibri, n evlucina en ningún sentid Para la reacción prpuesta G = 73, negativa. ESPONTÁNEA OPCIÓN B Prblema 1. Un métd de btención de clr gases se basa en la xidación del ácid clrhídric cn ácid nítric, prduciéndse simultáneamente dióxid de nitrógen y agua. a. Escriba la reacción ajustada pr el métd del in-electrón. b. Determine el vlumen de clr btenid, a 5ºC y 1 atm, cuand se hacen reaccinar 500 ml de una dislución M de HCl cn ácid nítric en exces, si el rendimient de la reacción es de un 80%. Puntuación máxima pr apartad: 1 Se pide ajustar pr el métd ión-electrón una reacción redx, para a cntinuación reslver un prblema simple de estequimetria. a. HCl + HNO 3 NO + Cl + H O HCl + HNO 3 Cl + NO + H O Reacción mlecular glbal b. Partiend de la definición de mlaridad se calcula el númer de mles iniciales de HCl. n M = n = M V() l = ( ml ) 0'5() l = 1( ml) V(l) l La relación estequimétrica entre el HCl y el Cl es: Cl 1 = n ( Cl ) 1 HCl 1 = n ( Cl ) = 0' 5 Teniend en cuenta la definición de rendimient(η) Re al η (%) = 100 Teóric y aplicand al númer de mles η 80 n(cl ) R = n(teóri cs) = 0'5 = 0'

8 Cncids el númer de mles reales de clr que se btienen, el vlumen se calcula mediante la ecuación de gases ideales. P V = n R T nrt 0'4 0'08 98 V( Cl ) = = = 9'8() l P 1 Prblema. Se tiene una dislución acusa de sulfat de cbre (II). a. Calcule la intensidad de crriente que se necesita pasar a través de la dislución para depsitar 5 g de cbre en 30 minuts. b. Cuánts átms de cbre se habrán depsitad? Dats.- Masa atómica del Cu = 63,5 N A = 6, átms/ml; F = culmbis/ml. a. Reacción catódica: Cu + + e M 63'5 Cu P ( ) = = = gr eq Cu 31'75 v equ Según las leyes de Faraday, el númer de equivalentes grams depsitads ó liberads en una electrlisis es directamente prprcinal a la cantidad de carga que atraviesa el sistema. Q I t nº eq = = { Q = I t} = F F dnde F es la cnstante de Faraday, t es el tiemp e I la intensidad de la crriente. El númer de equivalentes se calcula cm: m n º eq = P eq sustituyend en la ecuación anterir m I t = Peq F igualdad de la que se cnce td except I. b. átms( Cu) = n( Cu) ( gr) C eq m F I = = Peq t 31'75 gr eq ( ) ( ) ( 30 60)( s) = 8'4 C s ( ) = 8'4( A) ( gr) 3 ( ) m Cu 5 nº N at A = N A = 6'03 10 = 4'74 10 M Cu gr ml 63'5 ml