Bárbara Cánovas Conesa

Transcripción

1 Junio 208 Se puede producir gas cloro haciendo uso de la siguiente reacción: K2Cr2O7 + HCl KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O a) Escribe y ajusta las semirreacciones de oxidación y reducción utilizando el método del ion-electrón. Indica el nombre del oxidante y del reductor. b) Ajusta la ecuación molecular. c) Calcula los moles de Cl2 que se producirán si se consumen totalmente 8,25 g de HCl. Datos: Masas atómicas: Cl = 35,5; H =, K2Cr2O7 + HCl KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O Oxidación Reducción (2 Cl - Cl2 + 2 e - ) x3 Cr2O H e - 2 Cr H2O Ecuación Iónica Ecuación Molecular 6 Cl - 3 Cl2 + 6 e - Cr2O H e - 2 Cr H2O 4 Cl - + Cr2O H + 2 Cl2 + 2 Cr H2O K2Cr2O7 + 4 HCl 2 KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + 7 H2O + El oxidante es el dicromato potásico y el reductor es ácido clorhídrico. Los moles de cloro molecular que se producirán a partir de 8,25 gramos de ácido clorhídrico, los hallamos estequiométricamente: K2Cr2O7 + 4 HCl 2KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + 7 H2O 8.25 gr moles? mol HCl 8.25 gr HCl 36.5 gr HCl 3 moles Cl 2 4 moles HCl = 0. 7 moles Cl 2 En un recipiente de,0 litros se introduce una mezcla de 4,0 mol de nitrógeno y 2,0 mol de hidrógeno. Se eleva la temperatura hasta 00 K estableciéndose el equilibrio N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) En ese instante, se observa que hay 0,8 moles de amoniaco en la mezcla gaseosa. Calcula: a) La constante de concentraciones KC b) La constante de presiones KP y la presión total de la mezcla gaseosa en equilibrio. c) Las presiones parciales de los componentes en el equilibrio. Dato: R= 0,082 atm L/mol K N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) T = 00 K n0 4 2 neq 4 - x 2 3x 2x V = L neq (NH3) = 0.8 moles Calculamos los moles que han reaccionado, gracias al dato de los moles en equilibrio de amoniaco: La expresión de la constante de concentraciones es: [NH 3 ] 2 eq K C = [N 2 ] eq [H 2] 3 = eq n eq (NH 3 ) = 0.8 = 2x x = 0. 4 moles ( ( 0.8 )2.2 ) (2 ) 3 K C =. 4 2

2 2 La relación entre ambas contantes de equilibrio es: K P = K C (R T) n =.4 2 ( ) 2 K P = 2. 6 La presión total la calculamos a partir de la ecuación de los gases ideales, con los moles totales: EvAU _ Química _ CLM n T = (4 0.4) + (2.2) n T = 5. 2 moles P T = n T R T = P T = atm V Las presiones parciales las hallamos por la ley de Dalton: P N2 = P N2 = atm 2.2 P P = P T χ P H2 = P H2 = atm 5.2 P { NH3 = P NH3 = atm de tabla periódica: Los elementos designados con las letras A, B, C, D y E ocupan las posiciones indicadas en el siguiente esquema a) Escribe las configuraciones electrónicas de dichos elementos. b) Basándote en ellas justifica si son o no ciertas las siguientes afirmaciones: b.) La primera energía de ionización de E es mayor que la de A. b.2) D es un gas noble y E un metal alcalinotérreo. b.3) La afinidad electrónica de B es mayor que la de A. b.4) El radio atómico de C es mayor que el de B. Las configuraciones electrónicas son: A: s 2 2s 2 B: s 2 2s 2 2p 5 C: s 2 2s 2 2p 5 3s 2 3p 6 3d 4s 2 4p 5 D: s 2 2s 2 2p 5 3s 2 3p 6 3d 4s 2 4p 6 E: s 2 2s 2 2p 5 3s 2 3p 6 3d 4s 2 4p 6 5s b.) Falsa.- la energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar un electrón de un átomo aislado en fase gaseosa en su estado fundamental y obtener un ion monopositivo gaseoso en su estado fundamental más un electrón sin energía cinética. En el caso de E (Rubidio) se necesitará menos energía para arrancar el electrón 5s que en el caso de A (Berilio) para arrancarle el electrón 2s. Puesto que en el primer caso el átomo adquiere la configuración electrónica más estable (4s 2 4p 6 ) y en el segundo caso no, quedando este último como 2s. b.2) Falsa.- el elemento D sí es un gas noble al tener la configuración electrónica más estable (Kriptón), mientras que el elemento E es un metal alcalino (Rubidio), al ser su capa de valencia 5s. b.3) Verdadera.- la afinidad electrónica es la energía que se desprende cuando un átomo neutro en estado gaseoso captura un electrón para convertirse en un ion negativo. Es una propiedad periódica que dentro de un mismo periodo, aumenta hacia la derecha, puesto que el mismo nivel electrónico está cada vez más poblado de electrones (mayor número atómico), al mismo tiempo, aumenta la carga nuclear positiva, lo que se traduce en una mayor fuerza de atracción entre el núcleo y la corteza: al átomo le cuesta más captar el electrón. Por tanto, en este caso el elemento A (grupo 2) tendrá menor afinidad electrónica que el B (grupo 7). b.4) Verdadera.- el radio atómico es una propiedad periódica que dentro de un mismo grupo aumenta conforme avanzamos en los periodos, esto es debido a que cada vez hay una capa más poblada de electrones, por tanto, el radio será mayor. En este caso el elemento C está en el periodo 4 y el B en el 2, por lo tanto C tendrá mayor radio atómico.

3 a) HCN b) HCO3 c) NH4 + d) HCl Bárbara Cánovas Conesa Escribe las fórmulas de las bases conjugadas de los siguientes ácidos: 3 Junio 208 La base conjugada del ácido cianhídrico es el anión cianuro, según la reacción: HCN + H2O H3O + + CN - La base conjugada del anión bicarbonato es el anión carbonato: HCO3 - + H2O H3O + + CO3 2- La base conjugada del catión amonio es el amoniaco, según la reacción: NH4 + + H2O H3O + + NH3 La base conjugada del ácido clorhídrico es el ión cloruro, según la reacción: HCl + H2O H3O + + Cl - De los compuestos orgánicos con fórmula molecular C5H2O, formula y nombra: a) Dos isómeros de cadena b) Dos isómeros de función. Los isómeros son moléculas que tienen la misma fórmula molecular pero distinta estructura. Los isómeros de cadena se diferencian en la estructura de las cadenas carbonadas y los isómeros de función se diferencian en su grupo funcional. 3-pentanol 2-metil-2-butanol Isómeros de Cadena CH 3 CH 2 CH CH 2 CH 3 CH 3 C CH 2 CH 3 CH 3 Isómeros de Función 2-pentanol CH 3 CH CH 2 CH 2 CH 3 Metil propil éter CH 3 CH 2 O CH 2 CH 2 CH 3 El ácido fluorhídrico está disociado al 0,5% en una disolución cuya concentración es 0,3 M. Calcula: a) La constante de disociación del ácido. b) El ph de la disolución. c) La concentración molar de todos los iones presentes en la disolución. C0 0.3 HF H + + F - Ceq 0.3(-) ph =.97 = La expresión de la constante de acidez para este ácido es: K a = [H+ ] eq [F ] eq ( )2 = [HF] eq 0.3( 0.005) K a =

4 El ph de la disolución se calcula a partir de la concentración de protones: ph = log[h + ] eq = log(0.005) ph = La concentración de los iones de la disolución es la misma para los dos: [H + ] eq = [F ] eq =. 5 3 M EvAU _ Química _ CLM 4 Muchos alcanos, sobre todo los más volátiles, se utilizan como quitamanchas ya que disuelven bien las grasas, aunque son tóxicos e inflamables. a) Los cuatro primeros alcanos son gases. Escribe su nombre y su fórmula. b) Escribe y ajusta la reacción de combustión de cada uno de ellos. c) Dibuja la estructura del primer alcano, explicando el tipo de hibridación del carbono (Z=6) Los cuatro primeros alcanos son: Metano CH4 Etano CH3 CH3 Propano CH3 CH2 CH3 Butano CH3 CH2 CH2 CH3 Las reacciones de combustión son: Metano CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O Etano C2H6 + 7 O2 2 CO2 + 3 H2O 2 Propano C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O Butano C4H O2 4 CO2 + 5 H2O El primer alcano es el metano. El carbono tiene como capa de valencia 2s 2 p 2, para poder establecer 4 enlaces necesita promocionar el electrón 2s 2 al orbital 2pz, quedando la capa de valencia como 2s p 3. En esta molécula existen cuatro enlaces simples que, según la teoría del enlace de valencia, son del tipo sigma (frontales). Con lo que hibrida el orbital 2s con el orbital 2p para formar el orbital molecular sp 3 que tiene forma tetraédrica. Estructura de Lewis Orbitales atómicos del Carbono s Tipo H H C H H sp 3 sp 3 Justifica la certeza o falsedad de las siguientes afirmaciones acerca de la velocidad de una reacción: a) Se modifica cuando se adiciona un catalizador. b) Su valor numérico es constante durante todo el tiempo que dura la reacción. c) Su valor numérico aumenta al hacerlo la temperatura a la que se realiza la reacción. d) Sus unidades pueden ser mol.s/l (a) Verdadera.- la adición de un catalizar disminuye la energía de activación de la reacción, que es la energía mínima necesaria para que se dé la reacción, por tanto, cuanto menor sea dicha energía más rápida será la reacción. (b) Falsa.- la velocidad de la reacción nos indica la variación de la concentración de reactivo por unidad de tiempo, por tanto, no puede ser constante.

5 5 Junio 208 (c) Verdadera.- la velocidad de cualquier reacción química aumenta mucho con la temperatura, debido a que aumenta la energía de los reactivos y por lo tanto, más moléculas podrán alcanzar la energía del complejo activado, siendo mayor la velocidad de la reacción. (d) Falsa.- de hecho las unidades son: v = d[reactivo] = dt mol L s = mol L s El gas fosgeno, COCl2, se obtiene con gran rendimiento mediante el proceso de equilibrio siguiente: CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g). Si la concentración de CO se incrementa mediante la adición de más CO al sistema en equilibrio, sin cambio de temperatura, cómo se verá afectada: a) la concentración de COCl2 una vez que se haya alcanzado de nuevo el equilibrio? b) la constante de equilibrio de la reacción? Según el principio de Le Châtelier: Cuando en un sistema en equilibrio se varía algún factor externo, el equilibrio se desplaza en el sentido que tienda a contrarrestar dicha variación. Para nuestra reacción si aumentamos la concentración de monóxido de carbono: CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g) (a) La concentración de fosgeno aumentará puesto que la reacción se desplazará hacia la formación de reactivos para alcanzar el nuevo equilibrio. (b) La constante de equilibrio de la reacción no se ve afectada puesto que no cambia la temperatura, que es el único factor del cual depende. Indica razonadamente si los siguientes procesos de oxidación-reducción pueden tener lugar de forma espontánea: a) Fe 2+ + ½ Cl2 Fe 3+ + Cl b) Fe 2+ + ½ Br2 Fe 3+ + Br Datos: E o (Fe 3+ /Fe 2+ ) = +0,77 V; E o (Cl2/Cl ) = +,36 V; E o (Br2/Br ) = +0,54 V. Para que un proceso redox sea espontáneo la fem de la pila tiene que ser positiva puesto que así el incremento de energía libre de Gibbs será negativo y esto significará que la reacción se dará de forma espontánea, ya que tanto los moles de electrones como la constante de Faraday son positivos: Para el primer proceso tenemos: Cátodo: Ánodo: 0 0 fem = E Cátodo E ánodo G 0 0 = n F E Pila 2 Cl 2 + e Cl Fe 2+ Fe 3+ + e fem = = V G0 < 0 Espontánea Para el segundo proceso tenemos: Cátodo: Ánodo: 2 Br 2 + e Br Fe 2+ Fe 3+ + e fem = = V G0 < 0 Espontánea