1) (10 punts) Per a l àtom de brom (Z=35) en el seu estat fonamental:

Transcripción

1 NM i CGNMS... GG... GM... DNI... Poseu a TTES les fulles el nom i cognoms en MAJÚSCULES, els grups gran i mitjà i el vostre DNI. Aquesta prova consta de 8 preguntes. Comproveu que disposeu de tots els enunciats. Per respondre utilitzeu només l'espai assignat a cada pregunta. Disposeu del formulari de consulta adjunt que cal retornar en acabar la prova. Cal raonar breument totes les respostes (excepte en els casos on s'indiqui el contrari). Només es corregirà el que estigui escrit en bolígraf. La qualificació d'aquesta prova pondera un 70% de la nota global de l'assignatura. 1) (10 punts) Per a l àtom de brom (Z=35) en el seu estat fonamental: a) Predigueu la configuració electrònica en funció de la del gas noble amb nombre atòmic immediatament inferior. b) Predigueu el nombre d electrons de valència. c) Predigueu el nombre d electrons desaparellats i el nombre quàntic (m s ) de la funció de spin que descriu a cadascun d ells. d) Predigueu els 3 nombres quàntics (n, l, m l ) de la funció orbital que descriu l electró que s extraurà per formar el ió Br +1. e) Calculeu, utilitzant les regles d Slater, la càrrega nuclear efectiva sobre aquest electró i l energia (en kj mol ) necessària per extreure l. Solucions: a) Z Br = 35: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 ; [Ar] 4s 2 3d 10 4p 5 o [Ar] 3d 10 4s 2 4p 5 b) Br: [Ar] 3d 10 4s 2 4p 5 ; 17 electrons de valència, 10 a la capa interna de valència (3d) i 7 a la capa externa de valència (4s 4p) c) 1 electró desaparellat m s = ½ o - ½ d) Br: [Ar] 3d 10 4s 2 4p 5 ; s extraurà un electró 4p: n = 4, l = 1, m l =, 0 ó +1 1

2 e) Z* = Z S i ; Z Br = 35 Br: (1s) 2 (2s2p) 8 (3s3p) 8 (3d) 10 (4s4p) 7 ; S 4p = (6 x 0.35) + (18 x 0.85) + (10 x 1) = 27.4 Z* Br = Z V - S 4p = = 7.6 Energia de l electró = -(Energia necessària per extreure l); Energia de l electró: (formulari) ev n n* ,7 4,0 4,2 n* i = 3.7; ev = ev; 2

3 NM i CGNMS... GG... GM... DNI... 2) (10 punts) A l hora d analitzar un producte d origen natural, és necessari dissoldre l en un dissolvent fluorat polar. En el laboratori disposeu de dos dissolvents fluorats: SF 2 i SF 6. A través de les estructures de Lewis i de la geometria electrònica i molecular de les molècules de dissolvent, predigueu raonadament quin o quins d aquests dissolvents podreu fer servir. Dades: Z(S)=16 ; Z(F)=9 Solució: Podrem fer servir aquells dissolvents formats per molècules polars Z S = 16; 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 : [Ne] 3s 2 3p 4 ; 6 electrons de valència Z F = 9; 1s 2 2s 2 2p 5 : [He] 2s 2 2p 5 ; 7 electrons de valència SF 2 : (1 x 6) + (2 x 7) = 20 electrons de valència a la molècula SF 6 : (1 x 6) + (6 x 7) = 48 electrons de valència a la molècula Podrem fer servir només el SF 2 3

4 NM i CGNMS... GG... GM... DNI... 3) (10 punts) A continuació es mostren 6 molècules orgàniques que incorporen varis grups funcionals. 1 Llimonè 2 Muscona 3 Ibuprofè C 2 H H H H H 4 Vanillina 5 Aspirina 6 Geraniol Responeu a les qüestions que segueixen (no cal raonar les respostes): a) Quina/es de les sis molècules té/tenen anells aromàtics? 3, 4, 5 b) Quina/es de les sis molècules té/tenen un grup alcohol? 4, 6 c) Quina/es de les sis molècules té/tenen un grup èster? 5 d) Doneu la fórmula molecular del compost 1. C 10 H 16 d) Quina/es de les sis molècules té/tenen només un únic carboni amb hibridació sp 3? 4, 5 e) Algunes de les sis molècules tenen un carboni quiral. Escolliu-ne una i marqueu el carboni quiral amb un asterisc. Hi ha tres possibles respostes: * 1 Llimonè * 2 Muscona * 3 Ibuprofè C 2 H 4

5 4) (10 punts) Per la reacció: H 2(g) + I 2(g) 2 HI (g) les constants de velocitat a 326 o C i a 410 o C són, respectivament, M s i M s. a) Calculeu l energia d activació. b) Assumint que l'equació d'arrhenius és vàlida per a totes les temperatures, per a quina temperatura la constant de velocitat és màxima? Calculeu la constant de velocitat a aquesta temperatura. Respostes a) T 1 = 326 o C = 599 K; T 2 = 410 o C = 683 K; E a = 160 kj/mol b) La constant de velocitat augmenta amb la temperatura, per tant la constant de velocitat és màxima a temperatura infinita. 5

6 NM i CGNMS... GG... GM... DNI... 5) (10 punts) En un recipient d'1 litre de capacitat, en què prèviament s'ha fet el buit, s introdueixen 6 g de PCl 5(g). S'escalfa a 250 º C i s'estableix l'equilibri següent: PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl 2(g) Si la pressió total en l'equilibri és 2 atmosferes, calculeu: a) El grau de dissociació del PCl 5. b) El valor de la constant K p a aquesta temperatura. Dades: Masses atòmiques: P = 31 uma ; Cl = 35.5 uma. Respostes a) Les pressions parcials es poden calcular si sabem el nombre de mols mitjançant la fórmula PV = nrt. Per calcular els mols en equilibri partim de l equilibri de dissociació del PCl 5 : PCl 5 PCl 3 + Cl 2 Mol inicials n Mol equilibri: n 0 (1-α) n 0 α n 0 α Nombre total de mols en equilibri: mol (PCl 5 ) + mol (PCl 3 ) + mol (Cl 2 ) n eq = n 0 - n 0 α + n 0 α + n 0 α = n 0 (1+α) Per la pressió total sabem els mols en equilibri: n eq = Peq.V RT = 0,082 at.l.k 2 atm.1l.mol.( ) K = 0,0466 mol Els mols inicials de PCl 5 són els que corresponen a 6 g: n 0 = 6 g = 0,0288 mol ,5 g.mol. neq Com que n eq = n 0 (1+α), el grau de dissociació serà α = = n0 6

7 b) Per calcular la K p es pot fer a partir dels mols presents en l equilibri i de les seves pressions parcials: mol (PCl 5 ) = n 0 (1-α) = 0,0288 (1-0,618) = 0,0110 mol mol (PCl 3 ) = mol (Cl 2) = n 0 α = 0,0288.0,618) = 0,0178 mol Les pressions corresponents es poden calcular mitjançant l equació de gasos ideals: P (PCl 5 ) = 0,0110 mol. 0,082 atm.l.k 1l.mol.523K = 0,46 atm P (PCl 3 ) = P (Cl 2 ) = 0,0178 mol. 0,082 atm.l.k 1l.mol.523K = 0,77 atm També es pot resoldre en funció de les pressions: PCl 5 PCl 3 + Cl 2 P inicials P P equilibri: P 0 -x x x Pressió total en equilibri: P (PCl 5 ) + P (PCl 3 ) + P (Cl 2 ) P eq = P 0 -x + x + x = P 0 +x La pressió total sabem que és 2 atm, mentre que la pressió inicial serà la corresponent als 6 g de PCl 5, que hem vist que són 0,0288 mols: P 0 = n0.r.t V = 0,0288 mol. 0,082 atm.l.k 1l.mol.523K = 1,23 atm Com que P eq = P 0 +x, x = 0,77 atm, i correspon a P(PCl 3 ) = P(Cl 2 ) I la pressió de PCl 5 serà P 0 -x = 1,23-0,77= 0,46 atm De totes dues formes trobem les pressions parcials que ens condueixen a trobar K p : K p = PPCl3.P PCl5 Cl2 = 0,77. 0,77 = ,46 També es podria haver calculat K c a partir de les concentracions i llavors aplicar la relació entre K c i K p. 7

8 6) (10 punts) Considereu una pila galvànica formada per un elèctrode de Ag (s) submergit en una dissolució de AgN 3 i un elèctrode de Pb (s) submergit en una dissolució de Pb(N 3 ) 2. Per aquesta pila indiqueu: a) La reacció que tindrà lloc a l'ànode. b) La reacció que tindrà lloc al càtode. c) La reacció global. d) El potencial de la pila. Dades: Eº(Ag + /Ag) = 0.80 V ; Eº(Pb 2+ /Pb) = V. Respostes a. En l'ànode es produeix l'oxidació de la forma reduïda del parell que té menor potencial: Pb Pb e - b. Al càtode es produeix la reducció de la forma oxidada del parell que té major potencial. Ag e - Ag c. La reacció global s'obté combinant les dues semireaccions per eliminar els electrons. Pb Pb e - 2 x [ Ag e - Ag ] Pb + 2 Ag + Pb Ag d. El potencial d'una pila s'obté restant el potencial del càtode menys el potencial de l'ànode. Eº = Eº (Ag + I Ag) - Eº (Pbº I Pb 2+ ) = 0,80 - (-0,13) = 0.93 V 8

9 NM i CGNMS... GG... GM... DNI... 7) (10 punts) Tenim 200 ml d'una dissolució que és alhora 0.30 M en àcid acètic i 0.20 M en acetat de sodi. Calculeu el ph. Si afegim 10 ml d'hcl 0.20 M, calculeu el nou ph. Si cal, suposeu que els volums són additius. Dades: K a (HAc) = Respostes: a) CH 3 CH/CH 3 C - : dissolució reguladora o tampó Per tant: ph = pka 1 + log(cb/ca) K a (HAc) = pka 1 = 4.74 ph = log(0.20/0.30) = 4.56 b) HCl H + + Cl - Nº mols CH 3 C - = x 0.2 = 0.04 Nº mols CH 3 CH = x 0.3 = 0.06 Nº mols HCl = x 0.2 = CH 3 C - + H + CH 3 CH 0,04 0,002 0,06 0,04-0,002-0,06 + 0, (mols) ph = log( 0.038/v / 0.062/v ) = 4.53 (estrictament, no cal saber amb exactitud el volum final) o bé emprant les concentracions a partir de considerar volums additius: Ca = 0,062/ = 0,295 Cb = 0,038/ = 0,181 ph = log(0.181/0.295) =

10 8) (10 punts) Si a litres de dissolució M de nitrat de plata s'afegeixen mols d'àcid acètic, precipitarà l'acetat de plata? Considereu que el volum de la solució no canvia. Dades: K ps (AgAc) = ; K a (HAc) = Resposta: [HAc] = 0.080/0.500 = 0.16 M CH 3 CH + H 2 CH 3 C - + H 3 + 0,16 X X X K a = = X 2 /(0.16-X) Simplificant: X<< 0.16 i X = (M) Producte iònic: AgCH 3 C (s) Ag + (aq) + CH 3 C - (aq) (K ps = ) [Ag + ] [Ac - ] = 10-2 x = > (Kps) Sí. Es produirà la precipitació de l'acetat de plata. 10