PRUEBA DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD QUÍMICA (2010)

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1 QUÍMICA PRUEBA DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD QUÍMICA (010) CEUTA Y MELILLA Instrucciones: a) Duración: 1 hora y 30 minutos b) Elija y desarrolle una opción completa, sin mezclar cuestiones de ambas. Indique, claramente, la opción elegida. c) No es necesario copiar la pregunta, basta con poner su número. d) Se podrá responder a las preguntas en el orden que desee. e) Puntuación: cuestiones ( nº 1,,3 y 4) hasta 1,5 puntos cada una. Problemas (nº 5 y 6 ) hasta puntos cada uno. f) Exprese sólo las ideas que se piden. Se valorará positivamente la concreción en las respuestas y la capacidad de síntesis. g) Se podrán utilizar calculadoras que no sean programables. OPCIÓN A 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Nitrito de plata b) Hidróxido de magnesio c) 1,1-Dicloroetano d) MoO 3 e) Ca 3 (PO 4 ) f) CH OHCH OH.- Supongamos que los sólidos cristalinos NaF, KF y LiF cristalizan en el mismo tipo de red. a) Escriba el ciclo de Born-Haber para el NaF. b) Razone cómo varía la energía reticular de las sales mencionadas. c) Razone cómo varían las temperaturas de fusión de las citadas sales. 3.- Se dispone de una disolución acuosa saturada de Fe(OH) 3, compuesto poco soluble. a) Escriba la expresión del producto de solubilidad para este compuesto. b) Deduzca la expresión que permite conocer la solubilidad del hidróxido a partir del producto de solubilidad. 1

2 c) Razone cómo varía la solubilidad del hidróxido al aumentar el ph de la disolución. 4.- Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) La entalpía de formación estándar del mercurio líquido, a 5 ºC, es cero. b) Todas las reacciones químicas en que G<0 son muy rápidas. c) A 73 ºC la entropía de una sustancia cristalina pura es cero. 5.- El gas cloro se puede obtener por reacción de ácido clorhídrico con ácido nítrico, produciéndose simultáneamente dióxido de nitrógeno y agua. a) Ajuste la ecuación iónica y molecular por el método del ion-electrón. b) Calcule el volumen de cloro obtenido, a 17 ºC y 70 mm de mercurio, cuando reaccionan 100 ml de una disolución de ácido clorhídrico 0 5 M con ácido nítrico en exceso. Dato: R = 0 08 atm L K-1 mol Disponemos de dos matraces: uno contiene 50 ml de una disolución acuosa de HCl 0 10 M, y el otro, 50 ml de una disolución acuosa de HCOOH diez veces más concentrado que el primero. Calcule: a) El ph de cada una de las disoluciones. b) El volumen de agua que se debe añadir a la disolución más ácida para que el ph de las dos sea el mismo. Dato: Ka (HCOOH) = OPCIÓN B 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Peróxido de rubidio b) Hidrogenocarbonato de calcio c) Butanona d) BeH e) HClO 4 f) CH 3 CONH.- Un tubo de ensayo contiene 5 ml de agua. Calcule: a) El número de moles de agua. b) El número total de átomos de hidrógeno. c) La masa en gramos de una molécula de agua. Datos: Densidad del agua = 1 g/ml. Masas atómicas: O = 16; H = a) Escriba la configuración electrónica de los iones S y Fe +. b) Indique un catión y un anión que sean isoelectrónicos con S. c) Justifique por qué la segunda energía de ionización del magnesio es mayor que la primera. 4.- a) Ordene de menor a mayor acidez las disoluciones acuosas de igual concentración de HNO 3, NaOH y KNO 3. Razone su respuesta.

3 b) Se tiene un ácido fuerte HA en disolución acuosa. Justifique qué le sucederá al ph de la disolución al añadir agua. 5.- En un recipiente de 1 litro de capacidad, en el que previamente se ha hecho el vacío, se introducen 0 1 mol de NO, 0 05 moles de H y 0 1 mol de agua. Se calienta el matraz y se establece el equilibrio: NO (g) + H (g) N (g) + H O (g) Sabiendo que cuando se establece el equilibrio la concentración de NO es 0 06 M, calcule: a) La concentración de todas las especies en el equilibrio. b) El valor de la constante Kc a esa temperatura. 6.- Para la reacción: CH 4 (g) + Cl (g) CH 3 Cl (l) + HCl (g) a) Calcule la entalpía de reacción estándar a 5 ºC, a partir de las entalpías de enlace y de las entalpías de formación en las mismas condiciones de presión y temperatura. b) Sabiendo que el valor de Sº de la reacción es 11 1 J K-1 mol-1 y utilizando el valor de Hº de la reacción obtenido a partir de los valores de las entalpías de formación, calcule el valor de Gº, a 5 ºC. Datos: Hºf (CH4) (g) = 74 8 kj/mol, Hºf CH 3 Cl (l) = 8 0 kj/mol, Hºf HCl (g) = 9 3 kj/mol. Entalpías de enlace en kj/mol: (C H) = 414; (Cl Cl) = 43; (C Cl) = 339; (H Cl) = 43 3

4 SOLUCIÓN DE LA PRUEBA OPCIÓN A Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Nitrito de plata b) Hidróxido de magnesio c) 1,1-Dicloroetano d) MoO 3 e) Ca 3 (PO4) f) CH OHCH OH a) Nitrito de plata: Ag NO b) Hidróxido de magnesio: Mg (OH) c) 1,1-Dicloroetano: CH(Cl )CH 3 d) MoO 3 : Trióxido de molibdeno. e) Ca 3 (PO4) : Fosfato de calcio f) CH OHCH OH : 1,-etanodiol.- Supongamos que los sólidos cristalinos NaF, KF y LiF cristalizan en el mismo tipo de red. a) Escriba el ciclo de Born-Haber para el NaF. b) Razone cómo varía la energía reticular de las sales mencionadas. 4

5 c) Razone cómo varían las temperaturas de fusión de las citadas sales. 6 a) Na (s) + ½ F Na F (s) 1 3 Na (g) + F(g) 5 4 Na + (g) + F - (g) El proceso de formación de un mol de NF (s) consta de las siguientes etapas señaladas con los números en el esquema: 1 Se produce la sublimación de los átomos de Na absorbiendo energía de sublimación +ES Ionización de los átomos de Na (g) absorbiendo energía de ionización + EI pasando a Na + (g) 3 Disociación de medio mol de F (g) para lo que se absorbe media energía de de disociación + ½ ED 4 Ionización de un mol de F (g), proceso en el que se desprende la energía que corresponde con su afinidad electrónica - AE 5 Formación de un mol de NaF (s) a partir de sus iones, se desprende energía reticular U 6 Proceso directo de formación en el que se desprende energía o entalpía de formación del NaF (s), -EF El proceso global de formación del cristal sería: EF= ES+EI+1/ ED AE U b) La Energía reticular va a variar en este caso en función del tamaño del catión ya que el anión (F - ) es el mismo y cristalizan en el mismo tipo de red. El tamaño del catión varía de la forma siguiente Li< Na<K por lo que la energía reticular es menor cuanto mayor es el radio del catión porque habrá más distancia de 5

6 separación entre las cargas eléctricas, la interacción será menor y será menor la energía que se libera en la formación de un mol del compuesto cristalino por lo que el orden requerido será: LiF > NaF < KF c) La temperatura de fusión será mayor cuanto mayor sea la energía reticular porque se necesitará mayor energía para separar los iones entre sí y romper la estructura de la red cristalina por lo que el orden requerido será: LiF > NaF>KF 3 Se dispone de una disolución acuosa saturada de Fe(OH) 3, compuesto poco soluble. a) Escriba la expresión del producto de solubilidad para este compuesto. b) Deduzca la expresión que permite conocer la solubilidad del hidróxido a partir del producto de solubilidad. c) Razone cómo varía la solubilidad del hidróxido al aumentar el ph de la disolución a) La ecuación del equilibrio de solubilidad es la siguiente: Fe (OH) 3 (s) Fe 3+ (ac) + 3 OH - (ac) Por lo que el producto de solubilidad es 3 K s = 3 Fe b) Llamamos solubilidad a la concentración de compuesto disuelto en una disolución que está en equilibrio con el sólido por lo que: Fe ( ) 3 ac s ; OH ( ) ac 3s K s = 3 OH 3 OH Fe = s. ( 3s) 3 = 7 s 4 K s= 4 s 7 6

7 c) al aumentar el ph de la disolución, disminuirá la concentración de iones H 3 O + y aumentará la concentración de OH - por lo que el equilibrio de solubilidad se desplazará hacia la izquierda para compensar el aumento de OH - siguiendo la ley de Le Chatelier por lo que disminuirá la solubilidad del hidróxido de hierro. 4 Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) La entalpía de formación estándar del mercurio líquido, a 5 ºC, es cero. b) Todas las reacciones químicas en que G<0 son muy rápidas. c) A 73 ºC la entropía de una sustancia cristalina pura es cero. a) Por convenio la entalpía de formación estándar de un elemento en estado natural es cero y el mercurio en estado natural es líquido. b) Falso, G o energía libre de Gibbs nos indica la espontaneidad de una reacción pero no tiene nada que ver con la rapidez de las reacciones solo nos indica si la reacción es espontánea o no. c) Verdadera. La entropía es una medida del grado de desorden de un sistema. La entropía es menor cuando el sistema está ordenado y disminuye con la temperatura. Un sistema cristalino a = 73º C 0º K es el caso límite que se podría alcanzar, ya que en este caso las partículas que constituyen la red cristalina estarían totalmente en reposo y, por lo tanto, la entropía valdría cero. 5 El gas cloro se puede obtener por reacción de ácido clorhídrico con ácido nítrico, produciéndose simultáneamente dióxido de nitrógeno y agua. a) Ajuste la ecuación iónica y molecular por el método del ion-electrón. b) Calcule el volumen de cloro obtenido, a 17 ºC y 70 mm de mercurio, cuando reaccionan 100 ml de una disolución de ácido clorhídrico 0 5 M con ácido nítrico en exceso. Dato: R = 0 08 atm L K-1 mol-1. a) La reacción sin ajustar es: HCl + HNO 3 7 Cl + NO + H O

8 Las especies que experimentan variación en su estado de oxidación son el cloro que pasa a Cl y el HNO 3 que pasa a NO, luego las correspondientes semirreacciones son: Semirreacción oxidación Cl - Cl + e - Semirreacción de reducción H NO e - NO +H O Multiplicando por la segunda semirreacción para ajustar el número de electrones: x ( H NO e - NO +H O ) y sumando ambas, nos queda la reacción iónica ajustada: Cl H NO 3 Cl + NO + H O Llevando los coeficientes de la reacción ajustada a la molecular nos queda: HCl + HNO 3 Cl + NO + H O b) Calculamos los moles de ácido clorhídrico N= M. V = 0,5 mol/l. 0,1 l = 0,05 moles de H Cl En la reacción iónica ajustada podemos observar que moles de ácico clorhídrico se oxidan a 1 mol de Cl luego: mol HCl 1mol de Cl 0,05 mol HCl ; x= 0,05 mol Cl x atm: Ahora calculamos el volumen que ocupa a 17ºC y 70 mmhg que son 0,95 pv=nrt; nrt 0,05. 0,08 atm.l/k mol. 90 K V 0,65 l p 0,95 atm 8

9 6 Disponemos de dos matraces: uno contiene 50 ml de una disolución acuosa de HCl 0 10 M, y el otro, 50 ml de una disolución acuosa de HCOOH diez veces más concentrado que el primero. Calcule: a) El ph de cada una de las disoluciones. b) El volumen de agua que se debe añadir a la disolución más ácida para que el ph de las dos sea el mismo. Dato: Ka (HCOOH) = a) El ácido clorhídrico es un ácido fuerte que se encuentra totalmente disociado en disolución acuosa por lo que la concentración del ión hidronio H 3 O + será 0,1 mol/l que es la concentración inicial del ácido por lo que ph =- log H 3 O = - lg 0,1 = 1 El ácido metanoico o ácido fórmico es un ácido debil por lo que su equilibrio de disociación será HCOOH + H 3 O H COO - + H 3 O + c-x x x siendo c la concentración inicial del ácido y x la de cada especie iónica en equilibrio. Ahora podemos despejar de la constante de equilibrio del ácido el valor de x HCOO. H 3O K a = HCOOH 9 x 1,8.10 c x Resolviendo la ecuación y despreciando el valor negativo que no tiene sentido químico x= 1, = O H 3 por lo que -4

10 ph= -log H 3 O = - log 1, = 1,9 b) Nos piden el volumen de agua que tendremos que añadir a la disolución de ácido clorhídrico que es la más ácida (ph=1) para que tenga un ph de 1,9, es decir, H 3 O = 1, M por lo que la disolución de HCl que debemos buscar tiene que tener una concentración de 1, mol/l. Calculamos el número de moles de HCl que hay en 50 ml de ácido clorhídrico 0,1 M M= moles/v; moles= M.V ; moles= 0,1 mol/l. 0,05 l = 0,005 mol de HCl Como la nueva molaridad que queremos es 1, volumen M calculamos el moles 0,005mol V= 0,385 l = 385 ml M 1,3.10 Luego el volumen que hay que añadir es V= 385 ml 50 ml= 335 ml OPCIÓN B Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Peróxido de rubidio b) Hidrogenocarbonato de calcio c) Butanona d) BeH e) HClO4 f) CH3CONH a) Peróxido de rubidio: Rb O b) Hidrogenocarbonato de calcio : Ca (HCO 3 ) c) Butanona : CH 3 COCH CH 3 d) BeH : Hidruro de berilio e) HClO 4: Ácido perclórico f) CH 3 CONH : etanoamida 10

11 Un tubo de ensayo contiene 5 ml de agua. Calcule: a) El número de moles de agua. b) El número total de átomos de hidrógeno. c) La masa en gramos de una molécula de agua. Datos: Densidad del agua = 1 g/ml. Masas atómicas: O = 16; H = 1. a) Utilizando la fórmula de la densidad calculamos la masa de agua contenida en los 5ml de agua: d= V m ; m= d. V= 1 g/ml. 5 ml = 5 g teniendo en cuenta la masa molar del agua M= 18 g/mol calculamos los moles de agua m 5 g n= 1,4 mol M 18 g/mol b) Primero determinamos el número de moléculas de agua: N= n N A = 1,4 mol. 6, moléculas/mol = 8, moléculas Y como cada molécula de agua posee dos átomos de hidrógeno tendremos 8, moléculas. átomos/molécula = 1, átomos de H c) Como sabemos que la un mol de agua contiene 6, moléculas de agua que corresponde a una masa de 18 g podemos calcular la masa de una molécula de agua 18g m ,0.10 molйculas 3 g 11

12 3 a) Escriba la configuración electrónica de los iones S y Fe +. b) Indique un catión y un anión que sean isoelectrónicos con S. c) Justifique por qué la segunda energía de ionización del magnesio es mayor que la primera. a) El azufre se encuentra en el grupo 16 periodo 3 luego su configuración electrónica es: 1s s p 6 3s 3p 4 Por lo cual el S - tendrá dos electrones más : 1s s p 6 3s 3p 6 El azufre pertenece al grupo 8 y al periodo 4 por lo que su configuración electrónica es: 1s s p 6 3s 3p 6 3d 6 4s El ion Fe + tendrá la misma configuración pero con la perdida de electrones 1s s p 6 3s 3p 6 3d 5 4s 1 La razón de esta configuración se debe a que los electrones tienden a situarse en los orbitales, desapareándose lo más posible b) El ión S tiene 18 electrones luego un catión con ese número de electrones puede ser el K + y un anión el Cl - c) Para justificar el hecho de que la segunda energía de ionización sea mayor que la primera podemos tener en cuenta que al arrancar un electrón a un átomo neutro la carga nuclear sigue siendo la misma y la atracción será mayor para el segundo electrón que queremos arrancar, además el apantallamiento de los electrones será menor por lo que la atracción será mayor y costará más. 1

13 4 a) Ordene de menor a mayor acidez las disoluciones acuosas de igual concentración de HNO 3, NaOH y KNO 3. Razone su respuesta. b) Se tiene un ácido fuerte HA en disolución acuosa. Justifique qué le sucederá al ph de la disolución al añadir agua. a) El ácido nítrico es un ácido fuerte que tiene un ph ácido menor que 7, el Na (OH) es una base fuerte con lo que su ph es mayor que 7 y el nitrato de potasio es una sal que proviene de un ácido fuerte y un hidróxido fuerte por lo que no sufre hidrólisis y su ph es 7 luego el orden de acidez seria: NaOH< KNO 3 < HNO 3 b) Al añadir agua a una disolución de ácido fuerte estamos aumentando el volumen con lo que disminuirá la concentración de H 3 O + por lo que el ph aumentará. 5 En un recipiente de 1 litro de capacidad, en el que previamente se ha hecho el vacío, se introducen 0 1 mol de NO, 0 05 moles de H y 0 1 mol de agua. Se calienta el matraz y se establece el equilibrio: NO (g) + H (g) N (g) + H O (g) Sabiendo que cuando se establece el equilibrio la concentración de NO es 0 06 M, calcule: a) La concentración de todas las especies en el equilibrio. b) El valor de la constante Kc a esa temperatura Llamamos x al número de moles que reaccionan y previamente dividimos los coeficientes estequiométricos por dos para tener 1 mol de NO y un mol de H y así facilitar los cálculos 13

14 NO (g) + H (g) N (g) + H O (g) Concentraciones Iniciales 0,1 0,05 0 0,1 Concentraciones en equilibrio 0,1-x 0,05-x x/ 0,1+x Sabemos que en el equilibrio la concentración de NO es 0,06 M luego 0,1-x = 0,06; x= 0,038 mol Calculamos la concentración de cada especie en equilibrio: NO 0,06M H 0,05 0,038 0, 01M 0,038 N 0, 019M H O 0,1 0,038 0, 138 b) Calculamos el valor de K c N H O K c = NO H 653,7 14

15 6 Para la reacción: CH 4 (g) + Cl (g) CH 3 Cl (l) + HCl (g) a) Calcule la entalpía de reacción estándar a 5 ºC, a partir de las entalpías de enlace y de las entalpías de formación en las mismas condiciones de presión y temperatura. b) Sabiendo que el valor de Sº de la reacción es 11 1 J K-1 mol-1 y utilizando el valor de Hº de la reacción obtenido a partir de los valores de las entalpías de formación, calcule el valor de Gº, a 5 ºC. Datos: Hºf (CH4) (g) = 74 8 kj/mol, Hºf CH 3 Cl (l) = 8 0 kj/mol, Hºf HCl (g) = 9 3 kj/mol. Entalpías de enlace en kj/mol: (C H) = 414; (Cl Cl) = 43; (C Cl) = 339; (H Cl) = 43 a) Para ver los enlaces que se rompen y se forman pondremos los distintos compuestos con su fórmula desarrollada: + Cl-Cl + H-Cl Cl Como se puede observar se produce la rotura de un enlace C-H y un enlace Cl-Cl, formándose un enlace C-Cl y un enlace H-Cl por lo que: H o = [1 mol C-H 414 kj/mol + 1 mol Cl-Cl 43 kj/mol] - [1mol C-Cl 339 kj/mol + 1 mol Cl-H 43 kj/mol] 0 0 Hº r = H enlaces rotos H enlaces formados = [1 mol C-H 414 kj/mol + 1 mol Cl-Cl 43 kj/mol] - [1mol C-Cl 339 kj/mol + 1 mol Cl-H 43 kj/mol] H o = -114 kj es la entalpía estándar de la reacción (calculada a partir de entalpías de enlace) 15

16 La variación de entalpía de una reacción se puede calcular a partir de las entalpías estándar de formación de los compuestos que intervienen según la ecuación: Hº r = H 0 f productos H 0 f reactivos H o = [1 mol CH 3 Cl H o f (CH 3 Cl (l) ) + 1 mol HCl H o f (HCl (g) )] [1 mol.ch 4 H o f(ch 4(g) ) + 1 mol Cl (g) H o f(cl (g) )] H o = [1 mol CH 3 Cl (-8,0 kj/mol) + 1 mol HCl (-9,3 kj/mol)] [1 mol CH 4 (-74,8 kj/mol) + 1 mol Cl (g) 0 kj/mol] H o = - 99,5 kj es la entalpía estándar de la reacción (calculada a partir de las entalpías de formación) Se puede apreciar diferencia entre los dos resultados debido a que el cálculo a partir de las entalpías de enlace es menos exacto que a partir de las entalpías de formación porque son valores promedios. b) Para calcular la energía libre de Gibbs utilizaremos la siguiente fórmula: Sustituyendo los valores: G = H 0 T. S 0 S 0 = -99,5 KJ/mol (98K. 11, KJ/mol)= -10,8 KJ/mol 16