EXTREMADURA / JUNIO 01. LOGSE / QUÍMICA / BLOQUE A / EXAMEN COMPLETO

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Pilar Castellanos Martín
hace 5 años
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1 1.- El ácido sulfúrico reacciona con el cloruro de sodio para dar sulfato de sodio y ácido clorhídrico. Se añaden 50 ml de ácido sulfúrico del 98% en peso y densidad 1,835 g/cm 3 sobre una muestra de 87 g de cloruro de sodio. Suponiendo que la reacción es completa: a) Qué reactivo se encuentra en exceso, y cuántos moles del mismo quedan sin reaccionar? b) Qué masa de sulfato de sodio se obtiene en la reacción? 2.- Explique el concepto de hibridación y aplíquelo al caso del carbono en el C 4 y el C 2 4. Números atómicos: C = 6, = Conteste razonadamente: a) Puede ser espontánea una reacción endotérmica?. En caso afirmativo, en qué condiciones? b) Ordene según su entropía, de forma razonada: 1 g de hielo, 1 g de vapor de agua, 1 g de agua líquida. 4.- Se tienen 500 ml de una disolución de ácido clorhídrico del 5% en peso y densidad 1,05 g/cm 3. Se añaden 28 g de hidróxido sódico, y se agita hasta su disolución total. Suponiendo que no hay variación de volumen, calcule el p una vez completada la reacción ácido- base entre el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico añadido. 5.- En un recipiente de 2 litros se introducen 0,020 moles de N 2 O 4. Una vez cerrado y calentado a 30ºC, el N 2 O 4 gaseoso se disocia parcialmente en NO 2 según la reacción: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) En el equilibrio existen 0,012 moles de NO 2. a) Qué porcentaje de N 2 O 4 se ha disociado (expresar cono % en moles)? b) Calcule la constante Kc a la temperatura indicada. Masas atómicas: = 1,0; S = 32,1; O = 16,0; Na = 23,0; Cl = 35,5. (*) Doble nomenclatura: ácido sulfúrico = ácido tetraoxosulfúrico (VI) sulfato de sodio = tetraoxosulfato (VI) de sodio

2 Solución: 1. a) La reacción que tiene lugar, ya ajustada es la siguiente: 2 SO NaCl Na 2 SO Cl ay que determinar los moles de cada especie que se hacen reaccionar, y relacionándolos con la estequiometría de la reacción, identificar el reactivo limitante, y a su vez el que se halla en exceso: n NaCl = 87 / 58,5 = 1,48 moles Para hallar los moles de 2 SO 4, se debe calcular primero la concentración de ácido presente en la disolución de densidad conocida: Conc. 2 SO 4 = 1835 (98 / 100) = 1798,3 g / L Ahora se puede determinar la concentración molar de esta disolución, y con ella y el volumen tomado para la reacción (50 ml = 0,05 L), los moles aportados: M = 1798,3 / 98 = 18,35 mol / L n 2 SO 4 = 18,35 0,05 = 0,9175 moles Por la estequiometría de la reacción se tiene: 1 mol 2 SO 4 2 moles NaCl 0,9175 x x = 1,835 moles de NaCl se necesitarían para consumir todo el ácido. Como los moles de cloruro sódico reales son solamente 1,48, el NaCl será el reactivo limitante, estando en exceso el 2 SO 4, y sobrando de éste: n 2 SO 4 exceso = 0,9175 0,74 = 0,1775 moles Los moles de ácido que se consumen, se calculan también teniendo en cuenta la estequiometría de la reacción: 1 mol 2 SO 4 2 moles NaCl x 1,48 x = 0,74 moles de sulfúrico consumidos

3 b) Ahora relacionamos el reactivo limitante, que marca el fin de la reacción, con uno de los productos: 1 mol Na 2 SO 4 2 moles NaCl x 1,48 x = 0,74 moles de Na 2 SO 4 m Na 2 SO 4 = 0, = 105,08 g 2. La hibridación de orbitales atómicos consiste en la combinación lineal de los orbitales atómicos de un mismo elemento para dar el mismo número de orbitales híbridos que los atómicos de partida, con la misma energía y forma entre sí, pero con distinta orientación en el espacio: El carbono presenta hibridación sp 2 en los compestos en los que se une a otro átomo de carbono por enlace doble, por ejemplo el eteno: C 2 = C 2 En primer lugar se escribe la configuración electrónica fundamental del C: C (Z = 6): 1s 2 2s 2 2p 2 (cov = 2) C (Z = 6): 1s 2 2s 1 2p 3 (cov = 4) La hibridación sp 2 implica la combinación lineal de un orbital 2s con 2 orbitales 2p, dando 3 orbitales híbridos sp 2 dirigidos hacia los vértices de un triángulo equilátero; pero queda un orbital 2p sin hibridar, perpendicular al plano del triángulo. 2s 2p 2p 3 orbitales sp 2 Al enlazarse 2 átomos de C, habrá un enlace ó (frontal) entre orbitales híbridos sp 2 de los 2 C, pero además, otro enlace tipo ð (lateral y más débil) entre los orbitales 2p sin hibridar de ambos C: ð C C C ó C ð

4 En el metano, C 4, el carbono presenta hibridación sp 3. Esta hibridación se da en los compuestos en los que se une a otro átomo de carbono por enlace sencillo, o en este caso, donde los 4 enlaces C son sencillos: C (Z = 6): 1s 2 2s 2 2p 2 (cov = 2) C (Z = 6): 1s 2 2s 1 2p 3 (cov = 4) La hibridación sp 3 implica la combinación lineal de un orbital 2s con 3 orbitales 2p, dando 4 orbitales híbridos sp 3, dirigidos hacia los vértices de un tetraedro regular. 2s 2p 4 orbitales sp 3 Al enlazarse 4 átomos de, habrá 4 enlaces ó (frontales) entre orbitales híbridos sp 3 del C y los orbitales 1s de los cuatro : C C 3. a) La espontaneidad de una reacción la marca el signo de la variación de la energía libre de Gibbs, cuando ésta sea un valor negativo, la reacción será espontánea. La expresión de dicha variación es: G = T S Siendo: = entalpía. S = entropía. T = temperatura del proceso en grados Kelvin. Para una reacción endotérmica se cumple que > 0, puesto que el sistema absorbe calor del entorno; luego si el valor de entropía es positivo y en valor absoluto se cumple que: T S >

5 El signo de G será negativo, y la reacción es espontánea. Por consiguiente muchas reacciones endotérmicas son espontáneas a altas temperaturas. b) La entropía es una función termodinámica de estado que mide el desorden del sistema, siendo este desorden mayor cuanto mayor grado de libertad tengan las partículas de la sustancia: S sólido < S líquido < S gas Ya que en un sólido las partículas ocupan posiciones fijas, y sólo pueden vibrar en torno a ellas, en un líquido el movimiento de partículas es más libre, y en un gas hay gran agitación. S hielo < S agua < S vapor 4. La reacción que tiene lugar entre el ácido y la base, lleva a la formación de sal y agua: Cl + NaO NaCl + 2 O ay que determinar los moles de cada especie que se hacen reaccionar, y relacionándolos con la estequiometría de la reacción, identificar el reactivo limitante, y a su vez el que se halla en exceso: n NaO = 28 / 40 = 0,7 moles Para hallar los moles de Cl, se debe calcular primero la concentración real de ácido presente en la disolución de densidad conocida: Conc. Cl = 1050 (5 / 100) = 52,5 g / L Ahora se puede determinar la concentración molar de esta disolución, y con ella y el volumen tomado parar la reacción (500 ml = 0,5 L), los moles aportados: M = 52,5 / 36,5 = 1,43 mol / L n Cl = 1,43 0,5 = 0,715 moles Según la estequiometría de la reacción se tiene: 1 mol Cl 1 moles NaO 0,715 x x = 0,715 moles de NaO se necesitarían para consumir todo el ácido.

6 Como los moles de base reales son sólo 0,7, será ésta el reactivo limitante, estando en exceso el ácido, y sobrando de él: n Cl exceso = 0,715 0,7 = 0,015 moles Al ser el Cl un ácido fuerte, estará totalmente disociado en sus iones: Cl + 2 O Cl O + Luego los moles de protones en disolución serán los mismos que del ácido, y su concentración se halla dividiéndolos entre el volumen total (0,5 L): [ 3 O + ] = 0,015 / 0,5 = 0,03 M p = -log [ 3 O + ] = -log (0,03) = 1,52 El valor obtenido de p, lo que confirma el carácter ácido de la disolución final. 5. a) Se llama al porcentaje en moles (en tanto por uno) de N 2 O 4 disociado, o de NO 2 formado; y se escribe el equilibrio entre ambas especies, especificando los moles iniciales y los del momento del equilibrio: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) Moles iniciales 0,02 -- Moles disociados 0,02 Moles equilibrio 0,02 (1 - ) 2 0,02 El enunciado dice que los moles de producto en el equilibrio son 0,012, luego igualando este valor a la expresión de los moles en función de, se puede determinar lo que vale : 0,012 = 2 0,02 = 0,3 = 30% b) La expresión de Kc para este equilibrio es: Kc = [NO 2 ] 2 / [N 2 O 4 ]

7 Luego sustituyendo las concentraciones por sus valores (moles en el equilibrio/ volumen total), se tiene el dato pedido: n N 2 O 4 = 0,02 (1 0.3) = 0,014 moles n NO 2 = 2 0,02 0,3 = 0,012 moles Kc = (0,012 / 2) 2 / (0,014 / 2) Kc = 5,

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