EXAMEN II DE QUÍMICA de 2º Bto. A 2ª Evaluación Jueves,

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1 IES MARIANO BAQUERO MURIA Dpto. de Física y Química EXAMEN II DE QUÍMIA de 2º Bto. A 2ª Evaluación Jueves, NOMBRE: NOTA: 1.- (2,00 puntos) Formula o nombra las siguientes sustancias, según corresponda: a) nitrito de potasio; b) hidrogenocromato de platino(ii); c) peróxido de bario; d) ácido metabórico; e) ciclohexanona; f) cloruro de isopropilo; g) o-dihidroxibenceno; h) SO 3 ; i) Sn(O) 2 ; j) Li; k) 3 NO NO 2 ; l) O; m) 3 OO 2 ; n) 3 O (2,00 puntos) a) A 25 se pueden disolver como máximo 0,175 g de yoduro de plomo(ii), PbI 2, en 250 ml de agua pura. alcula la solubilidad del yoduro de plomo en moles por litro, y el producto de solubilidad del yoduro de plomo a esa temperatura. b) Se hacen reaccionar 0,50 mol de ácido acético con 1 mol de etanol a 25. uando se alcanza el equilibrio: 3 OO (l) O (l) 3 OO 2 3 (l) + 2 O (l) se ha observado que se forman 0,42 mol de acetato de etilo. alcula la constante de equilibrio K c a esa temperatura. Datos: I 127; Pb 207 g/mol. 3.- (2,00 puntos) La energía de activación para la reacción A + B + D es de 32 kj, y para su inversa, 58 kj. a) Representa aproximadamente el diagrama entálpico correspondiente y razona si la reacción es endotérmica o exotérmica. b) Suponiendo que la energía de los productos es de 30 kj, cuál será la energía de los reactivos? 4.- (2,00 puntos) a) alcula el p de una disolución 0,254 M de N 3 que está ionizada al 0,84 %. alla K b del amoníaco. b) Qué volumen de ácido clorhídrico 0,125 M se necesitaría para neutralizar por completo 50 ml de la disolución anterior de amoníaco 0,254 M? 5.- (2,00 puntos) Se sabe que la entalpía estándar de cloración del acetileno para dar 1,2-dicloroeteno: 2 2 (g) + l 2 (g) 2 2 l 2 (g) vale, = 158 kj/mol. a) alcula la energía del enlace triple,, sabiendo que la y que la energías de los enlaces,, l l, l valen, respectivamente: 611 kj/mol; 243 kj/mol y 335 kj/mol. b) Razona en qué condiciones de temperatura será espontánea esta reacción.

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3 IES MARIANO BAQUERO MURIA urso Dpto. de Física y Química Página 1 Soluciones del examen I 2ª Evaluación. Jueves, FORMULAIÓN: a) KNO 2 b) Pt(rO 4 ) 2 c) BaO 2 d) BO 2 e) O O f) 3 l 3 ( 3 ) 2 l 3 3 l O 3 3 l O O O O g) h) óxido de azufre(vi) / trióxido de azufre i) hidróxido de estaño(ii) / dihdróxido de estaño j) hidruro de litio / monohidruro de litio / hidruro(1-) de litio(1+) k) 1,3-dinitrobutano l) metanal / formaldehido m) 2-pentinoato de etenilo / 2-pentinoato de vinilo n) dimetiléter / metoximetano

4 IES MARIANO BAQUERO MURIA urso Dpto. de Física y Química Página 2 Soluciones del examen I 2ª Evaluación. Jueves, PRODUTO DE SOLUBILIDAD / EQULIBRIO OMOGÉNEO: a) alculamos primero la masa molar de la sal insoluble : M m (PbI 2 ) = = 461 g/mol El problema nos dice que la solubilidad 1 del yoduro de plomo(ii) vale 0,157 g de PbI 2 en 250 ml de agua. Por tanto, sabemos la masa de soluto que estamos disolviendo y el volumen de disolvente (agua) y, puesto que la masa que se disuelve es muy pequeña, es lógico pensar que, el volumen de la disolución que se forma es prácticamente el que ocupa el disolvente, 250 ml. Así, la solubilidad en moles por litro será: s = n(s) V L (D) = m(s)/m m(s) m(s) 0, 175 = = V l (D) M m (s) V L (D) 461 0, 25 = 1, mol/l uando se quiere disolver una cantidad suficientemente elevada c de moles de sal en un litro, observamos que sólo se disuelve una pequeña cantidad s de moles de sal por litro (solubilidad) a una temperatura dada. Equilibrio de solubilidad: K s PbI 2 (s) Pb 2+ (aq) + 2 I (aq) Inicial: c Equilibrio: c s s 2s Nos piden el valor del producto de solubilidad de la sal a esa temperatura: K s = [Pb 2+ ] [I ] 2 = s (2s) 2 = 4s 3 = 4 (1, ) 3 = 1, b) A continuación representamos el equilibrio químico homogéneo en fase líquida: 3 OO (l) O (l) 3 OO 2 5 (l) + 2 O (l) Inicial: 0,5 mol 1 mol Equlibrio: 0, 5 x 1 x x x K c uando se alcanza el equilibrio, se observa que se han formado 0,42 mol de acetato de etilo, así que deducimos que x = 0,42 mol. Ahora podemos calcular la composición, en moles, de cada sustancia en el equilibrio: n( 3 OO) = 0, 5 x = 0, 5 0, 42 = 0,08 mol n( 2 5 O) = 1 x = 1 0, 42 = 0,58 mol n( 3 OO 2 5 ) = n( 2 O) = x = 0,42 mol Llamando V al volumen en litros (que no conocemos), nos disponemos a calcular la constante de equilibrio, K c : K c = [ 3 OO 2 5 ] [ 2 O] [ 3 OO] [ 2 5 O] = 0, 42 V 0, 08 V 0, 42 V 0, 58 V = 3,80 1 Lo máximo que se puede disolver de la sal a una temperatura dada.

5 IES MARIANO BAQUERO MURIA urso Dpto. de Física y Química Página 3 Soluciones del examen I 2ª Evaluación. Jueves, INÉTIA QUÍMIA): a) Representamos el diagrama entálpico fijándonos en que la energía de activación de la reacción directa es menor que la de la inversa; esto significa que la entalpía de los reactivos es mayor (está más cerca de la del complejo activado) que la de los productos. (kj) Ea= 32 kj Ea'= 58 kj Reactivos Δ< 0 Productos amino de la reacción De acuerdo con lo que hemos comentado antes, la reacción es exotérmica porque la entalpía de los productos es menor que la de los reactivos, de manera que: = (productos) (reactivos) < 0 OBSERVAIÓN: También podríamos haber descubierto que es exotérmica hallando la entalpía de la reacción antes de representar el diagrama entálpico: = Ea Ea = = 26 kj < 0 b) Si la energía de los productos valiera 30 kj: (kj) Ea= 32 kj Ea'= 58 kj Reactivos Δ< 0 30 Productos amino de la reacción La energía de los reactivos de podría deducir a partir de la entalpía de la reacción (que también se puede deducir observando con atención el diagrama entálpico): = Ea Ea = = 26 kj Así: = (productos) (reactivos) 26 = 30 (reactivos) (reactivos) = = 56 kj Este valor también se podría haber deducido observando con atención el diagrama entálpico. PREGUNTA EXTRA: Sabrías calcular mediante el diagrama entálpico y los datos del problema cuál será la entalpía del complejo activado? Respuesta rápida, que habría que elaborar muy poco más (quizás explicando qué es el complejo activado y dónde se encuentra su energía en el diagrama entálpico): = 88 kj.

6 IES MARIANO BAQUERO MURIA urso Dpto. de Física y Química Página 4 Soluciones del examen I 2ª Evaluación. Jueves, ÁIDO-BASE (BASE DÉBIL / NEUTRALIZAIÓN): a) El amoníaco es una base débil, aceptando cationes hidrógeno del agua según el equilibrio: + N O K b + N 4 + O Inicial: 0,254 M Equlibrio: 0, 254(1 α) 0, 254α 0, 254α 0, 84 Nos dicen que se disocia en un 0,84 %, luego α = = 0, Ahora podemos calcular la concentración de las especies químicas en el equilibrio (según la tabla anterior): [N 3 ] = 0, 254(1 α) = 0, 254(1 0, 0084) = 0,2519 M [N 4 + ] = [O ] = 0, 254α = 0, 254 0, 0084 = 2, M alculamos el p: Mediante p + po = pk w = 14: po = log[o ] = log(2, 134e 3) = 2, 67 p = 14 po = 14 2, 67 = 11,33 Mediante [ 3 O + ] [O ] = K w = : [ 3 O + ] = K w [O ] = , = 4, M p = log[ 3 O + ] = log(4, ) = 11,33 Es un p básico, p > 7. alculamos K b : K b = [N 4 + ] [O ] [N 3 ] = 2, , ,2519 = (2, ) 2 0,2519 = 1, b) Tenemos que calcular el volumen de una disolución de ácido clorhídrico 0,125 M necesario para neutralizar 50 ml de la disolución de amoníaco 0,254 M. Escribimos la reacción de neutralización del ácido clorhídrico con el amoníaco (el amoníaco no es una base de Arrhenius): + l + N 3 N 4 l Inicial: V? 0,125 M 50 ml (0,254 M) Es importante observar que reaccionan mol a mol; osea, 1 mol de ácido neutraliza exactamente a 1 mol de base. Ahora podemos resolver el problema de varias formas (todas ellas equivalentes): Primera forma: omo un problema normal de estequiometría. alculamos los moles de amoníaco que queremos neutralizar: M = n(s) 50 ; n(s) = M V L = 0, 254 V L 1000 = 0,0127 mol N 3 y resolvemos el problema de estequiometría hallando los moles de ácido que se necesitan para neutralizar la base (obviamente los mismos porque la reacción ocurre mol a mol):

7 IES MARIANO BAQUERO MURIA urso Dpto. de Física y Química Página 5 Soluciones del examen I 2ª Evaluación. Jueves, Mediante regla de tres: RQ: 1 mol N 3 1 mol l = 0,0127 mol N 3 ; x = 0,0127 mol l x Utilizando fracciones unitarias: 0,0127 mol N 3 RQ mol l 0,0127 mol N 3 1 mol l 1 mol N 3 = 0,0127 mol l RQ Ahora que sabemos que necesitamos 0,0127 mol de ácido clorhídrico, calculamos su volumen: M = n(s) ; V L = n(s) 0, 0127 = = 0,1016 L = 101,6 ml V L M 0, 125 Segunda forma: Por equivalentes. Tenemos que saber que la valencia de un ácido es el número de cationes hidrógeno que cede a la base 2 y que la valencia de una base es el número de aniones hidróxido que tiene (si es una base de Arrhenius) o el número de cationes hidrógeno que acepta del ácido (si es una base de Brönsted-Lowry), como es el caso del amoníaco. Según lo dicho en el párrafo anterior, la valencia del ácido clorhídico y la del amoníaco es 1. omo reaccionan equivalente a equivalente: n eq (ácido) = n eq (base) V a N a = V b N b donde V a y V b son el volumen en litros de ácido y de base, respectivamente, y N a y N b, la normalidad (equivalentes por litro), también, de ácido y de base. V a M a v a = V b M b v b donde M es la molaridad y v es la valencia. Sustituyendo valores conocidos: V ml 50 0, = , 254 1; V 50 0, 254 ml = = 101,6 ml l 0, 125 Tercera forma: alculando los moles de cada uno e igualándolos, ya que reaccionan mol a mol (hay que utilizar el mismo moles de ácido que de base): 50 ml N 3 0,254 M n b = M b V b = 0, /1000 mol N 3 + V ml l 0,125 M n a = M a V a = 0, 125 V ml /1000 mol l 50 + V ml Igualando los moles de ácido y de base (si no reaccionaran mol a mol, sino en otra proporción, habría que establecer una igualdad diferente): n a = n b 0, = 0, 125 V ml , V ml = = 101,6 ml l 0, 125 uarta forma: Planteando primero la mezcla y, después, la reacción de neutralización. Esta forma no es recomendable en este caso, pero la detallamos aquí, porque algún alumno ha intentado resolverlo así. 50 ml N 3 0,254 M n b = M b V b = 0, /1000 mol N 3 + V ml l 0,125 M n a = M a V a = 0, 125 V ml /1000 mol l 50 + V ml 2 Es posible que un ácido sea poliprótico, pero que sólo ceda un catión hidrógeno a la base, en cuyo caso su valencia será 1, aunque tenga más hidrógenos.

8 IES MARIANO BAQUERO MURIA urso Dpto. de Física y Química Página 6 Soluciones del examen I 2ª Evaluación. Jueves, La nueva concentración de amoníaco será: c b = n b V L = 0, V ml 1000 = 12, V ml La de ácido clorhídrico será: c a = n a V L = 0, 125 V ml V ml 1000 = 0, 125 V ml 50 + V ml omo reaccionan mol a mol, estas concentraciones tienen que ser iguales: 12, 7 = 0, 125 V ml ; V ml = 12, 7 = 101,6 ml l 50 + V ml 50 + V ml 0, 125 Obsérvese que no ha hecho falta calcular las nuevas concentraciones, porque el volumen total final no se ha utilizado (50 + V ml se ha cancelado). Otra cosa hubiera sido si me piden concentraciones de sustancias que quedan en exceso o que se obtienen, o incluso el p, que es el logaritmo de una concentración; hubiera sido suficiente hallar los moles e igualarlos. PREGUNTA EXTRA: uando se neutraliza un ácido con una base te podríamos preguntar que expliques cómo sería el p resultante. La respuesta rápida 3 es: Dado que ya no queda ni ácido ni base, el p dependerá de la sal que se haya formado. En resumen es una cuestión/ejercicio de hidrólisis. En este caso se ha formado cloruro de amonio y, escribiendo las ecuaciones apropiadas tal y como tenéis en la libreta, llegaréis a la conclusión de que el p es ácido (si no sabéis hacerlo, preguntad en clase). 3 que habría que elaborar más, escribiendo las ecuaciones químicas apropiadas

9 IES MARIANO BAQUERO MURIA urso Dpto. de Física y Química Página 7 Soluciones del examen I 2ª Evaluación. Jueves, TERMOQUÍMIA (ENERGÍAS DE ENLAE / ESPONTANEIDAD): a) onocemos la entalpía estándar de la reacción de cloración del acetileno en la que se forma 1,2-dicoloreteno: 2 2 (g) + l 2 (g) 2 2 l 2 (g) = 158 kj/mol o así: (g) + l 2 (g) l l (g) = 158 kj/mol Queremos calcular la energía del triple enlace, sabiendo la de todos los demás (y la entalpía de la reacción). Mostramos las sustancias con todos sus enlaces: + l l A continuación se detallan los moles de enlaces rotos y formados: l l Enlaces rotos 1 mol 1 mol l l Enlaces formados 1 mol 2 mol l Para romper enlaces hay que aportar energía, luego la energía de estos enlaces rotos la pondremos con signo positivo; por el contrario, cuando se forman enlaces se desprende energía y ésta la pondremos con signo negativo: = E(rotos) E(formados) Sustituyendo los valores conocidos: = E( ) + E(l l) E( ) 2 E( l) 158 = E( ) Despejando la energía del enlace : 158 = E( ) 1038 E( ) = = 880 kj/mol b) Ahora, para razonar si la espontaneidad dependerá de la temperatura, analizaremos los dos factores que afectan a la espontaneidad, según G = T S. Sabemos además que para que la reacción sea espontánea, G debe ser negativo: Un factor es el entálpico,. En este caso es negativo, Del ta < 0, lo que favorece la espontaneidad de la reacción. El otro factor es el entrópico T S. En este caso, como disminuye el número de moles de gas, disminuye el desorden, por lo que la variación de entropía es negativa, S < 0, así, T S es positivo, lo que no favorece la espontanidad de la reacción. Si la reacción tiene lugar a temperaturas suficientemente bajas, podemos conseguir que este factor T S sea lo suficientemente pequeño como para que el factor determinante sea el entálpico y entonces la reacción sea espontánea (para este razonamiento debemos suponer que los valores de y S no varían mucho con la temperatura. La reacción sería espontánea a temperaturas bajas, y no lo sería a temperaturas suficientemente altas.