EJERCICIO. Pruebas de acceso a enseñanzas universitarias oficiales de grado Castilla y León QUÍMICA

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1 Pruebas de acceso a enseñanzas universitarias oficiales de grado Castilla y León QUÍMICA EJERCICIO Nº Páginas: 3 CRITERIOS GENERALES DE EVALUACIÓN El alumno deberá contestar a uno de los dos bloques A o B con sus problemas y cuestiones. Cada bloque consta de cinco preguntas. Cada una de las preguntas puntuará como máximo dos puntos. La calificación máxima (entre paréntesis al final de cada pregunta) la alcanzarán aquellos ejercicios que, además de bien resueltos, estén bien explicados y argumentados, cuidando la sintaxis y la ortografía y utilizando correctamente el lenguaje científico, las relaciones entre las cantidades físicas, símbolos, unidades, etc. DATOS GENERALES Los valores de las constantes de equilibrio que aparecen en los problemas deben entenderse que hacen referencia a presiones expresadas en atmósferas y concentraciones expresadas en mol L -1. El alumno deberá utilizar los valores de los números atómicos, masas atómicas y constantes universales que se le suministran con el examen. BLOQUE A 1. Responda las siguientes cuestiones: a. Defina afinidad electrónica de un elemento. (Hasta 0,8 puntos) b. Cómo varía en el sistema periódico? Razónelo. (Hasta 0,6 puntos) c. Explique si podemos esperar, en función del tipo de enlace químico que existe entre sus partículas, que el flúor (F ), el fluoruro de calcio (CaF ) y el calcio (Ca), sean solubles en agua. (Hasta 0,6 puntos). En la etiqueta de una botella de H SO 4 figura una densidad de 1,84 g/cm 3 y una pureza del 96,0%. Calcule: a. La molaridad y la fracción molar de H SO 4 en la disolución. (Hasta 1,0 puntos) b. El volumen de NaOH,0 M necesario para neutralizar 10 cm 3 de ese ácido. (Hasta 1,0 puntos) 3. El nitrato de potasio (KNO 3 ) reacciona con dióxido de manganeso (MnO ) e hidróxido de potasio (KOH) para dar nitrito de potasio (KNO ), permanganato de potasio (KMnO 4 ) y agua. a. Ajuste la reacción en medio básico por el método del ión-electrón. (Hasta 1,0 puntos) b. Calcule los gramos de nitrato de potasio necesarios para obtener 100 g de permanganato de potasio si el rendimiento de la reacción es del 75%. (Hasta 1,0 puntos) 4. Las entalpías de combustión del 1,3-butadieno, C 4 H 6 (g); hidrógeno, H (g); y butano, C 4 H 10 (g), son: 539,4 kj/mol, 86,1 kj/mol y 879,1 kj/mol, respectivamente. En todos los casos, el agua formada está en estado líquido. a. Escriba las ecuaciones de esas reacciones de combustión. (Hasta 0,6 puntos) b. Calcule la energía de la siguiente reacción de hidrogenación del 1,3-butadieno a butano: C 4 H 6 (g) + H (g) C 4 H 10 (g) (Hasta 1,4 puntos) 5. Responda las siguientes cuestiones: a. A 98 K la solubilidad en agua del bromuro de calcio (CaBr ) es, mol dm -3. Calcule K ps para el bromuro de calcio a la temperatura citada. (Hasta 1, puntos) b. Razone cualitativamente el efecto que producirá la adición de 1 cm 3 de una disolución 1M de bromuro de potasio (KBr) a 1 litro de disolución saturada de bromuro de calcio. Considere despreciable la variación de volumen. (Hasta 0,8 puntos) Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 1 de 1

2 Pruebas de acceso a enseñanzas universitarias oficiales de grado Castilla y León QUÍMICA EJERCICIO Nº Páginas: 3 BLOQUE B 1. Responda las siguientes cuestiones: a. Escriba la configuración electrónica ordenada de un átomo de estroncio en su estado fundamental. b. Explique qué ión tiene tendencia a formar este elemento. c. Compare el tamaño del átomo con el del ión. Explique cuál tiene mayor radio. d. Explique si la energía de ionización del estroncio es mayor o menor que la del calcio.. Se preparan 100 ml de una disolución de amoníaco diluyendo con agua ml de amoníaco del 30 % en masa y de densidad 0,894 g/ml. Calcule: a. La concentración molar de la disolución diluida. (Hasta 1,0 puntos) b. El ph de esta disolución (K b (amoníaco) = 1, ) (Hasta 1,0 puntos) 3. Dentro de un recipiente de 10 litros de capacidad se hacen reaccionar 0,50 moles de H (g) y 0,50 moles de I (g) según la reacción H (g) + I (g) D HI(g). A 448 ºC, la constante K c del equilibrio es 50. Calcule: a. El valor de K p a esa temperatura. (Hasta 0,6 puntos) b. Los moles de yodo que quedan sin reaccionar cuando se ha alcanzado el equilibrio. (Hasta 0,6 puntos) c. Si partimos inicialmente de 0,5 moles de H (g), 0,5 moles de I (g) y 4 moles de HI (g), cuántos moles de yodo habrá ahora en el equilibrio a la misma temperatura? (Hasta 0,8 puntos) 4. Explique razonadamente los siguientes hechos: a. El cloruro de sodio tiene un punto de fusión de 801 ºC, mientras que el cloro es un gas a temperatura ambiente. (Hasta 0,7 puntos) b. El cobre y el yodo son sólidos a temperatura ambiente; pero el cobre conduce la corriente eléctrica, mientras que el yodo no. (Hasta 0,7 puntos) c. El etano tiene un punto de ebullición más alto que el metano. (Hasta 0,6 puntos) 5. La descomposición del hidrogenocarbonato sódico tiene lugar según la reacción: NaHCO 3 (s) Na CO 3 (s) + CO (g) + H O (g) ; ΔHº = 19 kj Conteste razonadamente: a. Si la presión no varía favorece la descomposición un aumento de la temperatura? b. Favorece la descomposición un aumento de la presión? c. Favorece la descomposición la adición de más NaHCO 3? d. Favorece la descomposición la retirada de CO y H O? Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. de 1

3 1. Responda las siguientes cuestiones: a. Defina afinidad electrónica de un elemento. (Hasta 0,8 puntos) b. Cómo varía en el sistema periódico? Razónelo. (Hasta 0,6 puntos) c. Explique si podemos esperar, en función del tipo de enlace químico que existe entre sus partículas, que el flúor (F ), el fluoruro de calcio (CaF ) y el calcio (Ca), sean solubles en agua. (Hasta 0,6 puntos) Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 3 de 1

4 . En la etiqueta de una botella de H SO 4 figura una densidad de 1,84 g/cm 3 y una pureza del 96,0%. Calcule: a. La molaridad y la fracción molar de H SO 4 en la disolución. (Hasta 1,0 puntos) b. El volumen de NaOH,0 M necesario para neutralizar 10 cm 3 de ese ácido. (Hasta 1,0 puntos) Solución: a) La molaridad de 1 L de disolución es: g disolución 1000 ml disolución 96,0 g H SO4 1 mol H SO4 1,84 = 18,0 M. ml disolución L disolución 100 g disolución 98 g H SO4 Para calcular la fracción molar del ácido sulfúrico en la disolución hay que determinar los moles de ácido y agua contenidos en 1 L de la misma. Los moles de ácido en 1 L de disolución son 18,0, y para determinar los moles de agua hay que obtener los gramos y pasarlos a moles. Para ello, se calculan los gramos del litro de disolución, los gramos de ácido sulfúrico, se restan y los gramos de agua que se obtienen se pasan a moles, y con los moles de ácido y agua se obtiene la fracción molar del ácido. g 96 1 mol g (disol) = d V = g; g (H SO 4 ) = d V % (pure) = 1, ml = 1.776,4 g; ml g 1 mol g (agua) = ,4 = 73,6 g; moles (H O) = 73,6 g = 4,1. 18 g Luego, la fracción molar del ácido es el cociente entre sus moles y los moles totales: 18,0 moles Χ (HSO4) = = 0,81. (18,0 + 4,1) moles b) La ecuación correspondiente a la reacción de neutralización ajustada es: NaOH + H SO 4 Na SO 4 + H O, en la que se observa que la estequiometría es a 1, es decir, dos moles de base reaccionan con un mol de ácido, por lo que, determinando los moles de ácido contenidos en los 10 ml, el doble son los que se necesitan de base y, a partir de aquí se halla el volumen de la disolución básica necesaria para la neutralización del ácido. Moles (H SO 4 ) = M V = 18,0 moles ml 1 0,010 L = 0,18 moles, necesitándose 0,36 moles de base para su neutralización, los cuáles se encuentran contenidos en el volumen: moles 0,36 moles V = = = 0,18 L = 180 ml de disolución. M 1 moles L Resultado: a) 18,0 M; Χ (HSO4) = 0,81; b) V = 180 ml. Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 4 de 1

5 3. El nitrato de potasio (KNO 3 ) reacciona con dióxido de manganeso (MnO ) e hidróxido de potasio (KOH) para dar nitrito de potasio (KNO ), permanganato de potasio (KMnO 4 ) y agua. a. Ajuste la reacción en medio básico por el método del ión-electrón. (Hasta 1,0 puntos) b. Calcule los gramos de nitrato de potasio necesarios para obtener 100 g de permanganato de potasio si el rendimiento de la reacción es del 75%. (Hasta 1,0 puntos) Solución: a) La reacción que se produce corresponde a la ecuación: KNO 3 + MnO + KOH KMnO 4 + KNO + H O. Semirreacción de oxidación: MnO + 4 OH 3 e MnO 4 + H O Semirreacción de reducción: NO 3 + H O + e NO + OH Multiplicando la semirreacción de oxidación por y la de reducción por 3 se igualan los electrones y, sumándolas para eliminarlos, se tiene la reacción iónica ajustada: MnO + 8 OH 6 e MnO H O. 3 NO H O + 6 e 3 NO + 6 OH. MnO + 3 NO 3 + OH MnO NO + H O, y llevando estos coeficientes a la reacción molecular, ésta queda ajustada: MnO + 3 KNO 3 + KOH KMnO KNO + H O. 1 mol b) Los moles de permanganato que se obtienen son: 100 g = 0,63 moles, y por ser la 158 g estequiometría de la reacción 3 a, es decir, 3 moles de nitrato de potasio producen moles de permanganato, los moles de nitrato que deben de utilizarse, si la reacción fuera completa, son 0,63 3 = 0,945 moles, pero al ser el rendimiento de la reacción del 75 %, se necesitan utilizar más moles, 3 moles KNO g KNO3 cuya masa es: 0,63 moles KMnO 4 = 17,6 g de KNO 3. moles KMnO mol KNO3 Resultado: a) 17,6 g. Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 5 de 1

6 4. Las entalpías de combustión del 1,3-butadieno, C 4 H 6 (g); hidrógeno, H (g); y butano, C 4 H 10 (g), son: 539,4 kj/mol, 86,1 kj/mol y 879,1 kj/mol, respectivamente. En todos los casos, el agua formada está en estado líquido. a. Escriba las ecuaciones de esas reacciones de combustión. (Hasta 0,6 puntos) b. Calcule la energía de la siguiente reacción de hidrogenación del 1,3-butadieno a butano: C 4 H 6 (g) + H (g) C 4 H 10 (g) (Hasta 1,4 puntos) Solución: a) Las reacciones de combustión del C 4 H 6, H y C 4 H 10 con sus respectivas entalpías son: 11 C 4 H 6, (g) + O (g) 4 CO (g) + 3 H O (l) H o c =.539,4 kj mol 1 ; 1 H (g) + O (g) H O (l) H o c = 86,0 kj mol 1 ; 13 C 4 H 10 (g) + O (g) 4 CO (g) + 5 H O (l) H o c =.879,1 kj mol 1 ; b) Multiplicando la ecuación de combustión H por, incluida su entalpía, invirtiendo la ecuación de combustión del C 4 H 10, cambiando el signo a su entalpía, y sumándolas, ley de Hess, se obtiene la ecuación de obtención del butano con el valor de su entalpía: 11 C 4 H 6, (g) + O (g) 4 CO (g) + 3 H O (l) H o c =.539,4 kj mol 1 ; H (g) + O (g) H O (l) H o c = 571,6 kj mol 1 ; 13 4 CO (g) + 5 H O (l) C 4 H 10 (g) + O (g) H o c =.879,1 kj mol 1 ; C 4 H 6 (g) + H (g) C 4 H 10 (g) H o r = 31,9 kj mol 1 ; Resultado: b) H o r = 31,9 kj mol 1. Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 6 de 1

7 5. Responda las siguientes cuestiones: a. A 98 K la solubilidad en agua del bromuro de calcio (CaBr ) es, mol dm -3. Calcule K ps para el bromuro de calcio a la temperatura citada. (Hasta 1, puntos) b. Razone cualitativamente el efecto que producirá la adición de 1 cm 3 de una disolución 1M de bromuro de potasio (KBr) a 1 litro de disolución saturada de bromuro de calcio. Considere despreciable la variación de volumen. (Hasta 0,8 puntos) Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 7 de 1

8 1. Responda las siguientes cuestiones: a. Escriba la configuración electrónica ordenada de un átomo de estroncio en su estado fundamental. b. Explique qué ión tiene tendencia a formar este elemento. c. Compare el tamaño del átomo con el del ión. Explique cuál tiene mayor radio. d. Explique si la energía de ionización del estroncio es mayor o menor que la del calcio. Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 8 de 1

9 . Se preparan 100 ml de una disolución de amoníaco diluyendo con agua ml de amoníaco del 30 % en masa y de densidad 0,894 g/ml. Calcule: a. La concentración molar de la disolución diluida. (Hasta 1,0 puntos) b. El ph de esta disolución (K b (amoníaco) = 1, ) (Hasta 1,0 puntos) Solución: M (NH 3 ) = 17 g mol 1. a) La disolución de partida de amoníaco tiene una concentración molar: g disolución 1000 ml disolución 30 g NH 3 1 mol NH 3 0,894 = 15,78 M. ml disolución L disolución 100 g disolución 17 g NH 3 Los moles contenidos en ml de esta disolución son: n (NH 3 ) = M V = 15,78 moles L 1 0,00 L = 0,0316 moles, que al diluirlos hasta 100 ml n ( moles) 0,0316 moles 1 forma una disolución de concentración: M = = = 0,316 moles L ( M ). V ( L) 0,1 L b) Para calcular el ph hay que conocer la concentración de iones OH. Llamando x a la concentración de base que se disocia, las concentraciones en el equilibrio de las distintas especies que lo forman son: NH 3 (aq) + H O (l) NH + 4 (aq) + OH (aq) Concentración en el equilibrio: 0,316 x x x Que sustituidas en la constante básica, K b, del amoníaco, despreciando x en el denominador por ser muy inferior a 0,316, sale para el valor de x: + [ NH 4 ] [ OH ] 5 x 5 3 K b = 1,8 10 = x = 1,8 10 0,316 =,38 10 M. [ NH 3 ] 0,316 x Esta concentración de iones OH permite determinar el poh de la disolución, que restado de 14 proporciona el ph de la misma: poh = log [OH ] = log, = 3 log,38 = 3 0,38 =,6, y el ph: ph = 14 poh = 14,6 = 11,38. Resultado: a) [NH 3 ] = 0,316 moles L 1 ; b) ph = 11,38. Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 9 de 1

10 3. Dentro de un recipiente de 10 litros de capacidad se hacen reaccionar 0,50 moles de H (g) y 0,50 moles de I (g) según la reacción H (g) + I (g) D HI(g). A 448 ºC, la constante K c del equilibrio es 50. Calcule: a. El valor de K p a esa temperatura. (Hasta 0,6 puntos) b. Los moles de yodo que quedan sin reaccionar cuando se ha alcanzado el equilibrio. (Hasta 0,6 puntos) c. Si partimos inicialmente de 0,5 moles de H (g), 0,5 moles de I (g) y 4 moles de HI (g), cuántos moles de yodo habrá ahora en el equilibrio a la misma temperatura? (Hasta 0,8 puntos) Solución: a) De la relación entre las constantes de equilibrio K c y K p : K p = K c (R T) n, en donde n es la diferencia entre los moles de los productos y reactivos de la reacción, que en este caso vale: n = = 0, se obtiene para K p el valor: K p = K c (R T) 0 K p = K c 1 = 50. b) Lo moles de cada sustancia al inicio y en el equilibrio son, suponiendo que de I e H reaccionan x moles: H (g) + I (g) HI (g) Moles iniciales: 0,5 0,5 0 Moles en el equilibrio: 0,5 x 0,5 x x La concentración en el equilibrio de cada sustancia es: (0,5 x) moles 0,5 x x moles [H ] = [I ] = = M ; [HI] = = 0, x M. 10 L L Sustituyendo estos valores en la constante de equilibrio K c : [ HI ] (0, x) M K c = 50 = 50 (0,5 x) [ H ] [ I ] = 100 0,4 x (0,5 x) (0,5 x) M ,5 50 x + 50 x = 40 x 10 x 50 x + 1,5 = 0, que resuelta da dos valores para x; x 1 que se desprecia por ser mucho mayor que los moles de H y I introducidos, y x = 0,64 moles, que es la solución correcta. Luego, los moles de yodo que quedan sin reaccionar son: 0,5 0,64 = 0,36 moles. c) En estas condiciones el yoduro de hidrógeno se descompone para producir hidrógeno y yodo, según el equilibrio antes expuesto. Llamando x a los moles de HI que se descomponen, los moles iniciales y en el equilibrio de cada especie son: H (g) + I (g) HI (g) Moles iniciales: 0,5 0,5 4 Moles en el equilibrio: 0,5 + x 0,5 + x 4 x La concentración en el equilibrio de cada sustancia es: (0,5 + x) moles 0,5 x 4 x moles x [H ] = [I ] = = M ; [HI] = = M. 10 L L 5 Sustituyendo estos valores en la constante de equilibrio K c : ( x) M [ HI ] K 5 c = 50 = 50 (0,5 x) [ H ] [ I ] = 4 ( x) (0,5 x) (0,5 x) M ,15 5 x + 50 x = 4 x 16 x x 9 x + 5 = 0, que resuelta da dos valores para x; x 1 que se desprecia por ser negativo, y x = 0,636 moles, que es la solución correcta. Luego, los moles de yodo que aparecen ahora en el equilibrio son: 0,5 + 0,636 = 0,886 moles. Resultado: a) K p = 50; b) 0,36 moles; c) 0,886 moles. Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 10 de 1

11 4. Explique razonadamente los siguientes hechos: a. El cloruro de sodio tiene un punto de fusión de 801 ºC, mientras que el cloro es un gas a temperatura ambiente. (Hasta 0,7 puntos) b. El cobre y el yodo son sólidos a temperatura ambiente; pero el cobre conduce la corriente eléctrica, mientras que el yodo no. (Hasta 0,7 puntos) c. El etano tiene un punto de ebullición más alto que el metano. (Hasta 0,6 puntos) Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 11 de 1

12 5. La descomposición del hidrogenocarbonato sódico tiene lugar según la reacción: NaHCO 3 (s) Na CO 3 (s) + CO (g) + H O (g) ; ΔHº = 19 kj Conteste razonadamente: a. Si la presión no varía favorece la descomposición un aumento de la temperatura? b. Favorece la descomposición un aumento de la presión? c. Favorece la descomposición la adición de más NaHCO 3? d. Favorece la descomposición la retirada de CO y H O? Solución: a) Al elevar la temperatura el equilibrio evoluciona en el sentido en el que se produce absorción de calor, es decir, hacia el sentido endotérmico de la reacción, a la derecha, por lo que se favorece la descomposición. b) Un aumento de la presión provoca una disminución del volumen del reactor, por lo que, debido a la disminución de capacidad producido, el equilibrio se desplaza en el sentido en el que se produce una disminución del número de moles, es decir, en el sentido en el que aparece menor cantidad de materia, hacia la izquierda, desfavoreciendo la descomposición. c) La adición de materia sólida no influye en el equilibrio por no modificarse su concentración mientras haya sólido. d) Al retirar las sustancias gaseosas disminuye su concentración y, en consecuencia, su número de moléculas por unidad de volumen, lo que implica que el equilibrio se desplace hacia la formación de las sustancias retiradas, la derecha, favoreciéndose la descomposición del sólido. Química- Examen - Propuesta nº 5 / 014. Pág. 1 de 1