Prova de la part recuperable de Química. Grau de Biotecnologia 22/06/2017 COGNOMS... NOM... DNI...

Transcripción

1 Poseu a totes les fulles el NOM i COGNOMS EN MAJÚSCULES i el vostre DNI. Aquest examen consta de 6 preguntes. Utilitzeu només el full assignat a cada pregunta per tal de respondre-la. Si escau, en cada full podeu escriure per davant i per darrera. Només es corregirà el que estigui escrit en bolígraf. Si no s'indica el contrari, cal raonar breument totes les respostes. Aquesta prova contribueix en un 70% a la nota final de l'assignatura.. Nota important: La còpia, trànsit d'informació, la tinença d'un mòbil o aparell similar (smartphone, tauleta, audífon, rellotge intel ligent, rellotge o calculadora de text, etc.) durant la prova comportarà suspendre l'examen amb una nota de zero, sense perjudici d'estendre la penalització més enllà, d'acord amb els articles de la Normativa sobre Organització, Desenvolupament i Avaluació dels Estudis de Grau de la Facultat de Ciències i de la Normativa Reguladora dels Processos d Avaluació i Qualificació dels Estudiants de la Universitat de Girona. 1a) (4 punts) Ordeneu de major a menor afinitat electrònica els següents elements: Na (Z = 11), Si (Z = 14) i P (Z = 15). Justifiqueu la vostra resposta. Resposta: i) Na Z = 11 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Si Z = 14 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 P Z = 15 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Si > P > Na En avançar en un període l afinitat electrònica augmenta ja que augmenta la càrrega nuclear efectiva sobre els orbitals on es situa el nou electró. La irregularitat entre el Si i el P és deguda a què, en guanyar un electró, el Si assoleix una semicapa semicompleta. 1b) (4 punts) i) Ordeneu de major a menor radi iònic els següents ions: Be 2+, Li +, F -, N 3-. Justifiqueu la resposta. ii) Ordeneu de major a menor energia d ionització els elements Be, Li, F i N. Justifiqueu la resposta. Dades: Be Z = 4; Li Z = 3; F Z = 9; N Z = 7 Resposta: Be 1s 2 2s 2 Be 2+ 1s 2 Li 1s 2 2s 1 Li + 1s 2 F 1s 2 2s 2 2p 5 F - 1s 2 2s 2 2p 6 N 1s 2 2s 2 2p 3 N 3-1s 2 2s 2 2p 6 i) N 3- > F - > Li + > Be 2+ El radi augmenta en augmentar el nombre quàntic principal. El radi atòmic disminueix en avançar en un període perquè augmenta la càrrega nuclear efectiva. ii) F > N > Be > Li L energia d ionització augmenta en avançar en un període perquè augmenta la càrrega nuclear efectiva. 1c) (2 punts) Es necessitarà la mateixa energia per arrencar un electró a He, Li + i Be 2+? Justifica la resposta. Dades: He Z = 2; Li Z = 3; Be Z = 4. Resposta: L ordre d energia serà: Be 2+ > Li + > He 1

2 Les tres espècies són isoelectròniques. En augmentar el número atòmic augmenta la càrrega nuclear i, per tant, augmenta la intensitat d atracció pel que es requereix més energia per arrencar un electró. 2

3 2) (10 punts) Pels compostos PO 3 F 2, IO 3 i PF 5 : a) Escriviu l estructura de Lewis de cada molècula. b) Indiqueu l ordre d enllaç de tots els enllaços de cada molècula. c) Determineu la geometria de cada molècula pel mètode VSEPR i escriviu el nom de la geometria. d) Per cada molècula, indiqueu quin és el valor aproximat dels angles formats entres els enllaços. e) Indiqueu quines molècules són polars. a) i + dos estructures ressonants; b) PO 3 F 2 : Ordre d enllaç P-F = 1, Ordre d enllaç P-O = 4/3 = 1.33 IO 3 : Ordre d enllaç I-O = 5/3 = 1.67 PCl 5 : Ordre d enllaç P-Cl = 1 c) Tetraèdrica, piràmide triangular bipiràmide triangular d) PO 3 F 2 : O-P-O > 109.5º, F-P-O < 109.5º IO 3 : O-I-O < 109.5º PCl 5 : veure figura e) PO 3 F 2 i IO 3 són polars, i PCl 5 és apolar. 3

4 3) (10 punts) En un laboratori de pràctiques us proposen realitzar la reacció que segueix utilitzant el procediment que teniu a continuació: Procediment: Introdueix 0.5 g de benzil en un Erlenmeyer de 50 ml i afegeix 5 ml d etanol al 95%. Agita el recipient i refreda la solució en un bany d aigua per obtenir una suspensió. Afegeix 0.1 g de borohidrur sòdic i agita suaument durant 10 minuts, temps durant el qual la solució es torna transparent. Afegeix 5 ml d aigua i escalfa la mescla a ebullició, si la solució no és transparent, filtra per gravetat. Afegeix 10 ml d aigua i deixa refredar lentament per tal de cristal litzar el compost. Aïlla la hidrobenzoïna per filtració al buit. a) Determineu el grau d oxidació del reactiu i dels productes i indiqueu si la reacció que es realitza és una reducció o una oxidació. Justifiqueu la vostra resposta. El grau d oxidació del reactiu és 2 i el grau d oxidació dels productes és 1, per tant i donat que disminueix el grau d oxidació es tracta d una reacció de reducció. b) Per què la mescla del reactiu de partida 1, etanol i aigua és una suspensió mentre que un cop s ha afegit borohidrur sòdic i han transcorregut 10 minuts la solució es torna transparent? El reactiu de partida és moderadament soluble en etanol i aigua perquè només pot participar en els ponts d hidrogen com a acceptor de pont d hidrogen. En canvi els productes són molt més solubles en etanol i aigua perquè poden formar una xarxa eficient de ponts d hidrogen participant tant com a acceptors com a donadors de ponts d hidrogen. c) Com s anomena el tipus de representació que s ha utilitzat per dibuixar els productes de reacció? Projecció de Fischer d) Si es poguessin separar els productes 2, 3 i 4 que s obtenen de la reacció i mesurar per a cada un d ells el seu punt de fusió, creieu que tindrien el mateix valor? Justifiqueu la vostra resposta. Els productes 3 i 4 són enantiòmers per tant tindrien el mateix punt de fusió, en canvi el producte 2 és diastereoisomèric amb 3 i 4 per tant tindria un valor diferent de punt de fusió. 4

5 4) (10 punts) a) Dibuixeu en línies i angles els següents compostos: 1,1-dimetilciclopentà 2-hidroxihexanal propanoat de butil cis-1-bromo-2-hexè b) Dibuixeu tres isòmers constitucionals de grup funcional de fórmula molecular C 6 H 8 O. Hi ha múltiples respostes possibles, a continuació se n mostren quatre: c) Dibuixeu dos diastereosiòmers de fórmula molecular C 7 H 15 N. d) En la reacció següent indica quin és el nucleòfil i quin és l electròfil i dibuixa les fletxes que indiquen el moviment d electrons. 5

6 5) Es vol preparar amb nitrat amònic sòlid i una solució 0,05 M d amoníac una solució amortidora de ph=8. a) (4 p) Com prepararies aquesta solució? b) (3 p) Quina és la variació de ph quan a 500 ml de la solució tampó li afegim 10 ml de HCl 0,1 M c) (3 p) Si valoréssim 100 ml de la solució 0,05 M d amoníac amb HCl 0,1 M quin seria el punt d equivalència. Dades: pka (NH 4 + ) = 9,24 N 14 O 16 H 1 A) ph =8 = pka (NH4+) + log ([NH 3 ]/[NH 4 + ]) = 9,24 + log (0,05)/ [NH 4 + ] [NH 4 + ] = 0,869 M Per preparar 1 L: 1L x 0,869 mol.l -1 x 80 g. mol -1 = 69,52 g de NH 4 NO 3 sòlid addicionat a 1 L de NH 3 0,05 M b) El HCl reacciona amb NH 3 per formar NH 4 + 0,5 x 0,05 = 0,025 mols de NH 3 inicials - 0,010 x0,1 mols que reaccionen = 0,024 mols NH 3 0,5 x 0,869 = 0,434 mols NH 4 + inicials + 0,010 x 0,1 mols formats = 0,435 mols NH 4 + V total = 0,5 + 0,010 = 0,510 L ph = pka (NH4+) + log ([NH 3 ]/[NH 4 + ]) = 9,24 + log ((0,024/0,510)/(0,435/0,510)) = 7,98 variació ph = -0,02 c) El HCl reacciona amb NH 3 per formar NH 4 + punt d equivalència V = (0,1 x 0,05)/0,1 = 0,05 L 50 ml de HCl 0,1 M ph punt d equivalència: [NH 4 + ] = 0,1 x0,05 / 0,150 = 0,0333 M ph = ½ pka (NH4+) ½ log [NH 4 + ] = 4,62-1/2 log 0,0333= 5,36 6

7 6) Un possible mètode per a obtenir energia per un marcapassos consistiria en implementar un elèctrode de Zn i un altre de Pt en els teixits orgànics. Aquests elèctrodes amb l oxigen dels fluids corporals formarien una cel.la biogalvànica amb els parells redox Zn 2+ /Zn i O 2 /H 2 O. a) (3 p) Escriure les reaccions anòdica i catòdica, la reacció global i la notació de la pila. b) (4 p) Feu una estimació del voltatge que proporcionaria una pila d aquestes característiques, considerant que la pressió parcial de l oxigen als fluids corporals és de 0,05 atm i el ph de la sang de 7,5. c) (3 p) Calcular la K de la reacció global i comentar el valor obtingut. Dades: e 0 (Zn 2+ /Zn)= -0,76 V e 0 (O 2 /H 2 O)= 1,23 V a) Ànode ( Zn Zn e - ) x 2 Càtode O H e - 2 H 2 O 2 Zn + O H e - 2 H 2 O + 2 Zn 2+ Notació : Zn - Zn 2+ ( 1,0 M) O 2 ( 0,05 atm), H + ( 3,16x10-8 M) + Pt b) Aplicació de l equació de Nernst a potencial de càtode ( no són condicions estàndard) e = e 0 0,0592/4 log (1/(0,05.(3,16x 10-8 ) 4 )) = 1,23 + 0,0198 log 4,98x10-32 = 1,23-0,62 = 0,61 V Voltatge pila= 0,61 (-0,76)= 1,37 V c) e 0 (pila) = 1,23 (-0,76) = 0,0592/4 log K log K = 134,45 Valor molt alt de la K d equilibri que indica que l equilibri està molt desplaçat cap a productes el què permet obtenir força energia de la pila. El Zn té molta tendència a oxidar-se i l oxigen a reduir-se. 7