Pruebas de Acceso a las Universidades de Castilla y León

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1 Pruebas de Acceso a las Universidades de Castilla y León QUIMICA Nuevo currículo Texto para los Alumnos páginas CRITERIOS GENERALES DE EVALUACIÓN El alumno deberá contestar a uno de los dos bloques A o B con sus problemas y cuestiones, cada bloque consta de cinco preguntas. Cada una de esas preguntas puntuará como máximo dos puntos. La calificación máxima la alcanzarán aquellos ejercicios que, además de bien resueltos, estén bien explicados y argumentados, cuidando la sintaxis y la ortografía y utilizando correctamente el lenguaje científico, las relaciones entre las cantidades físicas, símbolos, unidades, etc. DATOS GENERALES Los valores de las constantes de equilibrio que aparecen en los problemas deben entenderse que hacen referencia a presiones expresadas en atmósferas y concentraciones expresadas en mol L -1. Constantes universales N A = 6,01 x 10 3 mol -1 F = C mol -1 u = 1,6605 x 10-7 kg 1 atm = 1,0133 x 10 5 N m - R = 8,3145 J K -1 mol -1 = 0,08 atm L K -1 mol -1 e = 1,60 x C Masas atómicas relativas H = 1,008 C = 1,01 N = 14,01 O = 16,00 S = 3,06 Cl = 35,45 Zn = 65,4 BLOQUE A 1.- El zinc en polvo reacciona con ácido nítrico dando nitratos de zinc (II) y de amonio. a) Ajuste la reacción por el método del ión-electrón. b) Calcule el volumen de ácido nítrico de riqueza del 40 % en peso y densidad 1,5 g cm -3 necesarios para la disolución de 10 g de zinc..- Calcule de un modo razonado: a) Cuál es el ph de 100 ml de agua destilada? b) Cuál será el ph después de añadirle 0,05 cm 3 de ácido clorhídrico 10 M? 3.- Indique razonadamente qué tipo de enlace o fuerza de atracción se rompe al: a) Fundir bromuro de litio. b) Disolver bromo molecular en tetracloruro de carbono. c) Evaporar agua. 4.- Indique, el nombre y el grupo funcional de los compuestos que responden a las siguientes fórmulas moleculares. A) CH 4 O B) CH O C) C H 6 O D) C 3 H 6 O 5.- Una muestra de 0,10 moles de BrF 5 se introduce en un recipiente de 10 litros que, una vez cerrado, se calienta a ºC estableciéndose el siguiente equilibrio: BrF 5 (g) ½ Br (g) + 5/ F (g) Cuando se alcanza el equilibrio la presión total es de,46 atmósferas. Calcule: a) El grado de disociación del BrF 5. b) El valor de la constante de equilibrio K c. Química. Propuesta /005. Pág. 1 de

2 Pruebas de Acceso a las Universidades de Castilla y León QUIMICA Nuevo currículo Texto para los Alumnos páginas BLOQUE B 1.- Al quemar 60 cm 3 de una mezcla de metano y etano, medidos a 0 ºC y 1 atm de presión, con cantidad suficiente de oxígeno, se producen 80 cm 3 de dióxido de carbono, medidos en las citadas condiciones, y agua. a) Cuál es la composición porcentual de la mezcla expresada en volumen. b) Cantidad de oxígeno, expresada en moles, necesaria para la combustión total de la mezcla..- Se tiene una disolución de ácido sulfúrico de riqueza del 98 % en peso y densidad 1,84 g cm -3. a) Calcule la molalidad del citado ácido. b) Calcule el volumen de ácido sulfúrico necesario para preparar 100 cm 3 de disolución del 0 % y densidad 1,14 g cm En el sistema periódico se encuentran en la misma columna los elementos cloro, bromo y yodo colocados en orden creciente de su número atómico. Si el número atómico del cloro es 17: a) Escriba la configuración electrónica de los tres elementos. b) Defina el primer potencial de ionización de un elemento químico y asigne a cada uno de los tres elementos el potencial de ionización que pueda corresponderle de entre los siguientes: 10,4; 11,8 y 13,1 ev. c) Defina que es afinidad electrónica. 4.- Conteste de un modo razonado a las siguientes preguntas: a) Qué valores tienen que tener las magnitudes termodinámicas para que una reacción sea espontánea? b) Podría lograrse mediante calentamiento que una reacción no espontánea a 5 ºC fuese espontánea a temperatura más alta? 5.- Se dispone de un litro de una disolución de un ácido monoprótico débil con una concentración 0, M. El grado de disociación es del %. Calcule: a) La constante de equilibrio de disociación del ácido. b) El ph de la disolución. c) Dibuje el siguiente material de laboratorio: bureta, probeta y matraz erlenmeyer. Química. Propuesta /005. Pág. de

3 1.- El zinc en polvo reacciona con ácido nítrico dando nitratos de zinc (II) y de amonio. a) Ajuste la reacción por el método del ión-electrón. b) Calcule el volumen de ácido nítrico de riqueza del 40 % en peso y densidad 1,5 g cm -3 necesarios para la disolución de 10 g de zinc. Solución: M (HNO 3 ) = 63 g mol. a) La reacción molecular es: Zn + HNO 3 Zn(NO 3 ) + NH 4 NO 3 + H O Las semirreacciones de oxido-reducción son: Zn e Zn + NO H e NH H O Para eliminar los electrones intercambiados, se multiplica la semirreacción de oxidación por 4 y se suman, obteniéndose la reacción iónica ajustada: 4 Zn 8 e 4 Zn + NO H e NH H O 4 Zn + NO H + 4 Zn + + NH H O y sustituyendo estos coeficientes en la ecuación molecular, teniendo presente que los 10 H + corresponden a 10 HNO 3, se obtiene la reacción ajustada: 4 Zn + 10 HNO 3 4 Zn(NO 3 ) + NH 4 NO H O. b) Como 4 moles de Zn reaccionan con 10 moles de HNO 3, con 10 g de cinc reaccionarán: 1 mol Zn 10 moles HNO3 10 g Zn = 0,38 moles de HNO3, que han de estar contenidos en el volumen 65,4 g Zn 4 moles Zn de ácido nítrico que se utiliza. La concentración molar de 1 L de la disolución que se utiliza es: g disolución 1000 ml disolución 40 g HNO3 1 mol HNO3 1,5 = 7,94 M. 1 ml disolución 1 L disolución 100 g disolución 63 g HNO3 El volumen de esta disolución que contienen 0,38 moles de HNO 3, se obtiene de la expresión de n ( moles) n ( moles) 0,38 moles molaridad: M = V = = = 0,0479 L = 47,9 ml. V ( L) M 7,94 moles L Resultado: b) V = 47,9 ml. Química. Propuesta /005. Pág. 1 de

4 .- Calcule de un modo razonado: a) Cuál es el ph de 100 ml de agua destilada? b) Cuál será el ph después de añadirle 0,05 cm 3 de ácido clorhídrico 10 M? a) H O H 3 O + + OH - En una disolución de agua pura las concentraciones de iones hidronios e hidróxido son iguales. K H O = [H O ] [OH ]; = [H O ph = - log [H 3 O + ] = - log 10-7 = ] [H O ] = mol / L b) La concentración de HCl inicial en el agua es: V concentrada M concentrada = V diluida M diluida ; 0,05 ml 10 mol/l = 100,05 ml M diluida Despejando: M diluida = mol/l El ácido clorhídrico es un ácido fuerte y por ello está totalmente disociado en agua. HCl + H O Cl - + H 3 O + concentración inicial (mol/l) concentración final (mol/l) ph = - log [H 3 O + ] = - log =,3 Química. Propuesta /005. Pág. 1 de

5 3.- Indique razonadamente qué tipo de enlace o fuerza de atracción se rompe al: a) Fundir bromuro de litio. b) Disolver bromo molecular en tetracloruro de carbono. c) Evaporar agua. Solución: a) El bromuro de sodio es un compuesto iónico que para fundirlo hay que vencer la energía reticular que mantiene a los iones en la red cristalina. b) El bromo es un líquido en el que sus moléculas se unen por débiles fuerzas de Van der Waals de dispersión, que son las que hay que vencer para disolverlo en tetracloruro de carbono. c) Las moléculas de agua se unen entre sí por puentes o enlaces de hidrógeno, de mayor energía que las fuerzas de interacción de Van der Vaals, y son las que hay que vencer para evaporar agua. Química. Propuesta /005. Pág. 1 de

6 4.- Indique, el nombre y el grupo funcional de los compuestos que responden a las siguientes fórmulas moleculares. A) CH 4 O B) CH O C) C H 6 O D) C 3 H 6 O A) CH 4 O tiene el grupo hidroxilo, -OH, es un alcohol: CH 3 OH metanol B) CH O tiene el grupo carbonilo, =C=O, en un aldehído: HCHO metanal C) C H 6 O tiene el grupo oxi, -O-, es un éter CH 3 -O-CH 3 dimetiléter D) C 3 H 6 O tiene el grupo carbonilo, =C=O, se corresponde con un aldehído o con una cetona. CH 3 -CO-CH 3 propanona, CH 3 -CH -CHO propanal Química. Propuesta /005. Pág. 1 de

7 5.- Una muestra de 0,10 moles de BrF 5 se introduce en un recipiente de 10 litros que, una vez cerrado, se calienta a ºC estableciéndose el siguiente equilibrio: BrF 5 (g) ½ Br (g) + 5/ F (g) Cuando se alcanza el equilibrio la presión total es de,46 atmósferas. Calcule: a) El grado de disociación del BrF 5. b) El valor de la constante de equilibrio K c. Solución: a) Llamando x a los moles de pentafluoruro de bromo que se descompone, los moles iniciales y en el equilibrio para la descomposición son: 1 5 BrF 5 (g) Br (g) + F (g) Moles iniciales: 0,1 0 0 Moles en el equilibrio: 0,1 x 0,5 x,5 x Los moles totales en el equilibrio son: n = 0,1 x + 0,5 x +,5 x = 0,1 + x, que llevados a la ecuación de estado de los gases ideales, permite obtener el valor de x : P V,46 atm 10 L P V = n R T n = 0,1 + x = = 0, 169 moles R T 0,08 atm L mol K 1773 K (0,169 0,1) moles x = = 0,0345 moles. Los moles de cada especie en el equilibrio son: BrF 5 = 0,0655 moles; Br = 0,0173 moles; F = 0,0863 moles. El grado de disociación, expresado en tanto por ciento, es el cociente entre el BrF 5 disociado y el 0,0345 inicial multiplicado por 100: α = 100 = 34,5 %. 0,1 b) Las concentraciones en el equilibrio de las tres especies son: 0,0655 moles [BrF 5 ] = 6, ,0173 moles = M ; [Br ] = = 1, M ; 10 L 10 L 0,0863 moles [F ] = = 8, M. 10 L que sustituidas en la expresión de la constante de equilibrio K c sale de valor: K c = [ Br ] [ F ] [ BrF ] 5 ( 1,73 10 ) (8,63 10 ) 5 = = 4, ,55 10 Resultado: a) α = 34,5 %; b) K c = 4, Química. Propuesta /005. Pág. 1 de

8 1.- Al quemar 60 cm 3 de una mezcla de metano y etano, medidos a 0 ºC y 1 atm de presión, con cantidad suficiente de oxígeno, se producen 80 cm 3 de dióxido de carbono, medidos en las citadas condiciones, y agua. a) Cuál es la composición porcentual de la mezcla expresada en volumen. b) Cantidad de oxígeno, expresada en moles, necesaria para la combustión total de la mezcla. Solución: a) Las ecuaciones químicas correspondientes a la combustión del metano y etano son: CH 4 + O CO + H O; C H O 4 CO + 6 H O. El volumen de CO producido en la combustión de la mezcla de hidrocarburos, corresponde a la suma de los ml procedentes del metano más los ml del etano. Se determinan los moles totales de CO desprendidos aplicando la ecuación de estado de los gases ideales: P V 1 atm 0,080 L P V = n R T n = = = 0,00357 moles de CO. R T 0,08 atm L mol K 73 K Llamando x a los moles de CO procedentes de la combustión del metano, e y a los que procede de la combustión del etano, se obtienen los moles de metano y etano de la mezcla inicial, en función de las variables x e y, aplicando a cada uno la correspondiente relación molar deducida de su ecuación química: 1 mol CH 4 Moles de metano: x moles CO = x moles CH 4; 1 mol CO mol CH 6 Moles de etano: y moles CO = 0,5 y moles CH 6. 4 mol CO Los volúmenes que corresponden a estos moles de metano y etano en las condiciones de la combustión son: n R T x moles 0,08 atm L mol K 73 K V CH 4 : P V = n R T V = = =,4 x L. P 1 atm n R T 0,5 y moles 0,08 atm L mol K 73 K V C : H P V = n R T V = = = 11, y L. 6 P 1 atm Estableciendo un sistema de ecuaciones entre los moles de hidrocarburos quemados, y sus volúmenes en las condiciones del problema, se calculan los valores de x e y: x + y = 0,00357,4 x + 11, y = 0,06 Resolviendo por el método de sustitución: x = 0,00357 y,4 (0,00357 y) + 11, y = 0,06 0,08 11, y = 0,06 0,0 0,0 = 11, y y = = 0,00179 moles de C H 6 ; 11, x = 0, ,00179 = 0,00178 moles de CH 4. Los volúmenes de CH 4 y C H 6 son: V =,4 0,00178 = 0,04 L; V = 11, 0,00179 = 0,0 L. CH 4 C H 6 El tanto por ciento en volumen de cada hidrocarburo en la mezcla inicial es: 0,04 0,0 metano: 100 = 66,67 %; etano: 100 = 33,33 %. 0,06 0,06 b) Los moles totales de oxigeno se hallan calculando los moles necesarios para cada combustión y sumándolos: moles O para la combustión del metano: 0,00178 moles CH 4 = 0,00356 moles O ; 1 mol CH 7 moles O para la combustión del etano: 0,00179 moles CH 4 = 0,0067 moles O ; mol C H 6 y los moles totales de oxígeno son: 0, ,0067 = 0,00983 moles O. Resultado: a) 66,67 % de CH 4 y 33,33 % de C H 6 ; b) 0,00983 moles O. 4 Química. Propuesta /005. Pág. de

9 .- Se tiene una disolución de ácido sulfúrico de riqueza del 98 % en peso y densidad 1,84 g cm -3. a) Calcule la molalidad del citado ácido. b) Calcule el volumen de ácido sulfúrico necesario para preparar 100 cm 3 de disolución del 0 % y densidad 1,14 g cm -3. a) La masa de un litro de disolución es: m disolución = d V = 1,84 g/ml 1000 ml = 1840 g La masa de H SO 4 y de agua que contiene ese litro de disolución son: 98 parteshso4 mh SO = 1840 g disolución = 1803,gde soluto 4 100partes disolución m HO = 1840 g , g = 36,8 g disolvente m 1803, ghso4 MH SO4 98 g / mol mol molalidad = = = 500 m enkg 3 36,8 10 kgdisolvente kgdisolvente disolvente b) La masa de H SO 4 que contienen los 100 ml de la disolución que se desea preparar es: g 0 parteshso4 mh SO = 1,14 100mL =,8 ghso 4 4 ml 100partes disolución La masa que se debe tomar de la disolución concentrada es: 100 partes disolución mconcentrad a =,8 ghso4 = 3,7 g disoluciónconcentrada 98partesH SO Y el volumen que ocupa es: 4 m 3,7 g disolución V = = = 1,65mL disolución concentrada d g 1,84 ml Química. Propuesta /005. Pág. de

10 3.- En el sistema periódico se encuentran en la misma columna los elementos cloro, bromo y yodo colocados en orden creciente de su número atómico. Si el número atómico del cloro es 17: a) Escriba la configuración electrónica de los tres elementos. b) Defina el primer potencial de ionización de un elemento químico y asigne a cada uno de los tres elementos el potencial de ionización que pueda corresponderle de entre los siguientes: 10,4; 11,8 y 13,1 ev. c) Defina que es afinidad electrónica. Solución: a) Por pertenecer al mismo grupo, los tres elementos citados han de tener la misma configuración electrónica externa, diferenciándose cada uno del anterior en poseer 18 electrones más en la corteza, y 18 protones más en el núcleo. Las configuraciones electrónicas son: Cl (Z = 17): 1s s p 6 3s 3p 5 ; Br (Z = 35): 1s s p 6 3s 3p 6 3d 10 4s 4p 5 ; I (Z = 53): 1s s p 6 3s 3p 6 3d 10 4s 4p 6 4d 10 5s 5p 5. b) Potencial de ionización es la energía que hay que suministrar a un átomo neutro, gaseoso y en su estado electrónico fundamental, para arrancarle un electrón y convertirlo en un catión monopositivo, gaseoso y en su estado electrónico fundamental. El potencial de ionización disminuye al descender en un grupo, pues, aunque aumenta la carga nuclear, el electrón a arrancar se sitúa en niveles cada vez más alejados del núcleo, por lo que la fuerza atractiva núcleo-electrón a arrancar se va haciendo cada vez menor, disminuyendo la energía necesaria para el proceso, por lo que, al cloro corresponden el mayor valor y al yodo el menor, es decir: Cl 13,1 ev; Br 11,8 ev y I 10,4 ev. c) Afinidad electrónica es la energía desprendida cuando un átomo neutro, gaseoso y en estado electrónico fundamental, gana un electrón y se transforma en un anión mononegativo gaseoso y en su estado electrónico fundamental. El grupo de los halógenos es el que presenta una mayor tendencia para captar un electrón y adquirir configuración electrónica estable de gas noble, por lo que son los elementos de mayor afinidad electrónica, la cuál, por la misma razón que en el apartado b), disminuye al bajar en el grupo, siendo el orden de menor a mayor afinidad electrónica: I < Br < Cl. Química. Propuesta /005. Pág. de

11 4.- Conteste de un modo razonado a las siguientes preguntas: a) Qué valores tienen que tener las magnitudes termodinámicas para que una reacción sea espontánea? b) Podría lograrse mediante calentamiento que una reacción no espontánea a 5 ºC fuese espontánea a temperatura más alta? Solución: a) Para cualquier temperatura, la variación de entalpía ha de ser negativa, y la variación de entropía positiva, pues de este modo, G = H T S < 0, ya que si a una cantidad negativa se le resta otra cantidad, el resultado es siempre un valor negativo y, por ello, la reacción es espontánea. b) Cuando la variación de entalpía y entropía son positivas, la variación de energía libre G = H T S > 0 a temperaturas bajas, pues el producto T S es menor que H, y la diferencia entre ellas siempre es positiva, por lo que la reacción no es espontánea a bajas temperaturas. Por el contrario, a temperaturas altas (calentando la reacción), el producto T S es mayor que H, y la diferencia, H T S, es negativa, siendo la reacción espontánea en estas condiciones. Química. Propuesta /005. Pág. de

12 5.- Se dispone de un litro de una disolución de un ácido monoprótico débil con una concentración 0, M. El grado de disociación es del %. Calcule: a) La constante de equilibrio de disociación del ácido. b) El ph de la disolución. c) Dibuje el siguiente material de laboratorio: bureta, probeta y matraz erlenmeyer. Si el grado de disociación es del % significa que α = 0, Se construye una tabla de concentraciones para el equilibrio de ionización del ácido, HA, en agua. HA + H O Ac - + H 3 O + inicialmente (mol/l) c 0 0 equilibrio (mol/l) c (1 - α) c α c α Que sustituido en la constante del equilibrio: K a(ha) - + [A ] [H3 = O [HA] ] c α c α = = c (1- α) ( 0, mol /L 0,) 0, (1-0,) = 0,014 Como K a >> K w, es despreciable la aportación de iones hidronios por parte del agua. ph = - log [H 3 O + ] = - log (c α) = - log (0, 0,) = 1,4 Química. Propuesta /005. Pág. de