Prova de Fonaments de Química. Grau de Biologia i Dobles Titulacions 27/10/2016 COGNOMS... NOM... DNI...

Transcripción

1 Poseu a totes les fulles el NOM i COGNOMS EN MAJÚSCULES i el vostre DNI. Aquest examen consta de 4 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. Les parts recuperables juntes computen un 70% de la nota de l assignatura i les parts no recuperables un 30%. 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. Part No Recuperable NR) (10 punts) A partir de la teoria VSEPR determina la forma geomètrica, angles d'enllaç i possible moment dipolar de les molècules següents: - - a) XeOF 4 b) ICl 2 c) IO 3 Dades: Z(Xe) = 54, Grup 18; Z(O) = 8, Grup 16; Z(F) = 9, Grup 17; Z(I) = 53, Grup 17; Z(Cl) = 17, Grup 17 1

2 Part Recuperable R1) (10 punts) Considera l'àcid 2-amino-3-hidroxibutanoic i contesta de manera breu i raonada a les qüestions que segueixen: a) Formula aquest àcid. b) En comparació amb al molècula de butanal, justifica quina de les dues substàncies presentarà un punt d'ebullició superior. c) Representa una parella de diastereoisòmers (diastereòmers) de la molècula de l'enunciat. d) Indica quina és la configuració absoluta (R o S) del o dels carbonis asimètrics dels dos diastereoisòmers (diastereòmers) que has representat a la pregunta anterior. Dades: Nombres atòmics: H:1, C:6, N:7, O:8 2

3 R2) (10 punts) L Alumini i el Gal li són dos elements consecutius del grup 13 de la taula periòdica amb Z = 13 i 31, respectivament. a) Escriu les seves configuracions electròniques fonamentals tot indicant les corresponents capes tancades corresponents a gasos nobles. b) A quin període de la taula periòdica pertany cadascun? c) Quina és la multiplicitat de spin dels seus estats electrònics fonamentals? Indica el nom de la multiplicitat. d) El radi del Gal li és més petit del que caldria esperar. Pots explicar per què? 3

4 R3) (10 punts) La descomposició del gas N 2 O 5 és un procés important en la química de la troposfera. A la taula següent es mostren els resultats obtinguts per a la descomposició d aquest compost en funció del temps i a una certa temperatura fixa: Temps (s) [N 2 O 5 ] (M) Amb aquesta informació, responeu raonadament les qüestions que segueixen: a) Comproveu que es tracta d una reacció que segueix una cinètica de primer ordre. b) Calculeu la constant de velocitat de la reacció indicant-ne les unitats. c) Quin és el temps de vida mitjana de descomposició del N 2 O 5? d) Quant de temps és necessari per a que es descompongui el 45% del N 2 O 5 inicial? 4

5 RESPOSTES R1) a) b) La molècula de butanal presenta un grup polar i una cadena carbonada. Es tracta d'un compost polar però no tant com l'àcid 2-amino-3-hidroxibutanoic (treonina) atès que té un grup àcid i, alhora, al llarg de la mateixa cadena alquílica té un grup alcohol i un grup amino. Aquests grups poden formar no només interaccions dipol-dipol sinó també ponts d'hidrogen. Per tant, la treonina presumiblement tindrà un punt d'ebullició més gran. (De fet la treonina és sòlida a 20 o C i 1 atm de pressió, mentre que el butanal és un líquid. El punt d'ebullició del butanal és de 75 o C mentre que la treonina es manté encara sòlida fins descompondre's a uns 256 o C) c) La molècula té dos centres quirals i cap pla de simetria (no hi ha formes meso). Això vol dir que es pot parlar d'un total de 2 2 =4 estereoisòmers. En aquests 4 compostos hi ha dues parelles d'enantiòmers i les altres parelles que es poden formar són de diastereoisòmers entre elles. En el diagrama que s'adjunta a sota es mostren totes les possibilitats (només calia indicar una de les 4 parelles de diastereoisòmers). d) En el diagrama es pot llegir la configuració absoluta de cada carboni asimètric. R2) Solució: a) Al: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1, 1s 2 = [He], [He]2s 2 2p 6 = [Ne] Al [Ne]3s 2 3p 1 Ga: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1, [Ne] 3s 2 3p 6 = [Ar] Ga [Ar] 4s 2 3d 10 4p 1 5

6 b) Al [Ne]3s 2 3p 1, 3r període Ga [Ar] 4s 2 3d 10 4p 1, 4rt període c) Tots dos són p 1 : m s = ½, S = m s = ½, 2S+1 = 2. Són estats doblet. d) El radi del Gal li hauria de ser major que el de l Alumini en trobar-se en un període superior. El radi atòmic, generalment, augmenta en un grup en augmentar el nombre quàntic principal, n, dels electrons de valència de l àtom, tot i que també habitualment es produeix un augment de la càrrega nuclear efectiva, Z* sobre aquests electrons. En aquest cas, la presencia de la capa complerta 3d 10 en la configuració electrònica del Ga fa que la Z* sobre els electrons de la capa externa de valència sigui molt gran i s apropin molt més al nucli. R3) (a) Si representem les dades de la taula tenint en compte que la cinètica és de primer ordre (eix x: temps (s), eix y: ln [N 2 O 5 ]) veurem que la tendència és lineal amb un coeficient de regressió superior a Aquest fet constitueix la comprovació que la cinètica és de primer ordre. (b) Si la cinètica de la reacció és de primer ordre: ln[n 2 O 5 ]= ln [N 2 O 5 ] 0 -kt on el pendent de la recta és k i l ordenada a l origen és ln [N 2 O 5 ] 0. Per tant, la constant de velocitat és de s -1. Per a deduir les unitats de la constant de velocitat cal tenir en compte que l equació de velocitat de la reacció tenint en compte que la cinètica és de primer ordre és: v=k[n 2 O 5 ] i com a conseqüència les unitats de la constant són s -1. (c) En les reaccions de primer ordre, el temps de vida mitja es pot calcular directament a partir de l expressió: t 1/2 =(ln2)/k. Per tant, en aquest cas, t 1/2 =(ln2)/ =855.8 s (d) En aquest cas, [N 2 O 5 ]=0.55[N 2 O 5 ] 0 =0.55(0.0310)= M (és a dir, encara roman un 55% del reactiu). Ara només cal utilitzar l equació de velocitat de l apartat (a) per a calcular el temps necessari per tal d obtenir una concentració de [N 2 O 5 ] igual a M: ln[n 2 O 5 ]= ln [N 2 O 5 ] 0 -kt ln = t t=736.1 s 6