UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID

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1 UNIVRSIDADS PÚBLICAS D LA CMUNIDAD D MADRID PRUBA D ACCS A LAS NSÑANZAS UNIVRSITARIAS FICIALS D GRAD Septiemre 0 MATRIA: QUÍMICA INSTRUCCINS GNRALS Y VALRACIÓN La pruea cnsta de ds pcines, A y B, Y el alumn deerá escger una de las pcines y reslver las cinc preguntas planteadas en ella, sin que pueda elegir preguntas de diferentes pcines. Cada pregunta puntuará sre un máxim de ds punts. N se cntestará ninguna pregunta en este impres. TIMP: una hra y treinta minuts PCIÓN A Pregunta la.- Para ls elements A, B, C y D, de númers atómics 3, 0, 0 y 3, respectivamente: a) scria la cnfiguración electrónica de cada un de ells. ) Indique su situación en la tala periódica (perid y grup). c) Justifique si ls siguientes númers cuantias pueden crrespnder a ls electrnes mas externs de algun de ells, indicand a cual: (,, 0, /); (3, 0,, /); (3,,, /); (,,, /). d) Justifique cual de ests elements tiene la menr reactividad química. Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. Slución. a. - Z 3: s s Liti (Li) - Z 0: s s p Neón (Ne) - Z 0: s s p 3s 3p s Calci (Ca) - Z 3: s s p 3s 3p s 3d 0 p Brm (Br). - Z 3 (Liti). º Perid, grup (Metales alcalins). - Z 0 (Neón) º Perid, grup 8 (Gases nles) - Z 0 (Calci) º Perid, grup (Metales alcalinterres) - Z 3 (Brm) º Perid, grup 7 (Halógens) c. - (,, 0, /) Sunivel p, puede crrespnder a ls electrnes externs del Neón - (3, 0,, /) Sunivel 3s, n crrespnde a ningun de ls elements. - (3,,, /) Sunivel 3d, n crrespnde a ningun de ls elements. - (,,, /) Sunivel p, puede crrespnder a ls electrnes externs del Brm. d. l gas nle es el que mens tendencia tiene a reaccinar deid a que ya tiene cmpleta la capa de valencia, y pr tant n tiene tendencia ni a ganar ni a perder electrnes. Pregunta A.- Las siguientes afirmacines sn tdas falsas. Reescríalas para que sean crrectas, justificand ls camis realizads: a) Una dislución acusa 0,0 M de acid nítric tiene ph. ) Un acid muy déil (a < 0 8 ) en dislución acusa da lugar a un ph ligeramente superir a 7. c) l valr de la cnstante de asicidad de la piridina (, 0 9 ) es veces el de la anilina ( 0 0 ) y, a igualdad de cncentracines, su grad de disciación es veces mayr. d) Para aumentar una unidad el ph de una dislución acusa de NaH es necesari duplicar su cncentración. Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. Slución. a. l ácid nítric es un ácid fuerte, se discia ttalmente, y la cncentración de prtnes cincide cn la cncentración inicial del ácid. [ H3 ] [ HN3] 0,0M ; ph lg[ H3 ] lg( 0,0) Si la cncentración de un ácid fuerte es 0 M, el ph de la dislución será.. Un ácid pr muy déil que sea siempre da un ph inferir a 7. Si la cncentración de prtnes prcedentes de la disciación del ácid es inferir a 0 7, hará que sumar la cncentración de prtnes prcedentes de la autinización del agua (0 7 ), teniend una cncentración de prtnes mayr que 0 7 y un ph menr que 7. c. Para ácids y ases extremadamente déiles ( i < 0 8 ) y en cncentracines n muy diluidas, el grad de disciación se puede relacinar cn la cnstante de inización pr la expresión:

2 Cmparand: c i Piridina C H N Anilina C H NH ( C H N) c ( C H NH ) c CHN c CHN ( CHN) ( C H NH ) c CHNH Teniend en cuenta que ( C H N) ( C H NH ) ( CHNH ) ( C H NH ) CHN CHNH CHNH C HN ; CHN C CHNH HNH CHNH A igualdad de cncentración, el grad de disciación de la piridina será el dle que el de la anilina. d. Las ases fuertes cm el NaH en dislución acusa se discian ttalmente, dand una cncentración de xidrils (H ) igual a la cncentración de la ase. ph lg[ H ] 3 : ph( NaH) lg w [ H ] [ H ] w 3 H Si se duplica la cncentración de la ase, se duplica la cncentración de xidrils. ph NaH lg w lg w lg lg w lg H H H p H NaH ph NaH lg ( ) ( ) ( ) Si se duplica la cncentración de NaH, el ph aumenta en lg unidades. Pregunta 3A.- Se intenta xidar cre metálic (Cu Cu e ) pr reacción cn acid nítric, acid sulfúric y acid clrhídric. Cnsiderand ls ptenciales indicads: a) scria y ajuste las semirreaccines de reducción de ls tres ácids. ) Calcule º para las reaccines de xidación del cre cn ls tres ácids y justifique que sl una de ellas es espntánea. Dats. º(Cl /Cl ),3 V; º(Cu /Cu) 0,3 V; º(N 3 /N) 0,9 V; º(S /S ) 0,7 V. Puntuación máxima pr apartad: punt. Slución. a. Cl e Cl º,3 V N3 H 3e N H S H e S H. - Cre ácid nítric: º 0,9 V º 0,7 V 3 ( Cu Cu e ) ( N H 3e N H ) 3Cu N3 8H - Cre ácid sulfúric: S 3 H Cu S e H C 3Cu Cu Cu S e H S N H H º 0 3 V º 0,9 V º 0 3 V º 0,7 V º 0, V > 0 spntanea º 0,7 V < 0 N espntánea

3 - Cre ácid clrhídric. l cre n se puede xidar en presencia de ácid clrhídric deid a que el clr en el ácid clrhídric esta en su mínim estad de valencia ( ) y n puede aceptar más electrnes. Pregunta A.- l acetilen etin (C H ) se hidrgena para prducir etan. Calcule a 98 : a) La entalpía estándar de la reacción. ) La energía de Gis estándar de reacción. c) La entrpía estándar de reacción. d) La entrpía mlar del hidrgen. Dats a 98 º f / kj ml Gº f / kj ml Sº / J ml C H C H Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. Slución. CH H CH a. Pr ser la entalpía una función de estad, sus variacines sl dependen de las cndicines iniciales y finales, para una reacción química: R pi ( Prducts) ri ( Reactivs) fi fi r i y p i sn ls ceficientes estequimétrics de reactivs y prducts. H R f ( CH ) [ f ( CH ) f ( H )] 8 ( 7 0) 3 kj ml Reacción extérmica. Pr tratarse de un element en estad natural, Hf ( H ) 0. La energía de Gis es una función de estad, y su variación en una reacción tamién se hace cm diferencia entre prducts y reactivs. G R pi G ( Prducts) ri G ( Reactivs) fi fi G R Gf ( CH ) [ Gf ( CH ) Gf ( H )] 33 ( 09 0) kj ml Reacción espntánea Pr tratarse de un element en estad natural, Gf ( H ) 0 c. Aunque la entrpía tamién es una función de estad, su variación en la reacción n se puede hacer cm diferencia entre prducts y reactivs ya que descncems el valr de la entrpía mlar de hidrógen, pr l que la calculams pr la definición de energía Gis. ( ) G R R T S R ; R R G R 3 S 0,3 kj ml T 98 S R 3 J ml l sistema se rdena d. La entrpía mlar del hidrógen se despeja de la expresión: S R pi Si Prducts ri Si Reactivs Sº ( H ) Sº ( C H ) Sº ( C H ) R ( ) ( ) ( C H ) [ Sº ( C H ) Sº ( H )] S Sº ( S ) ( 3) ( ) 3, J ml R Pregunta A.- Cuand se pnen 0,7 mles de N en un reactr de 0 L a 39 se estalece el equiliri N (g) N (g) y la presión es de 3,3 atm. Calcule: a) La cncentración mlar de tdas las especies en el equiliri. ) l valr de c. c) Si el sistema se cmprime hasta reducir el vlumen a 8 L cual seria la presión ttal en el equiliri? Dat. R 0,08 atm L ml. Puntuación máxima pr apartad: a) y c) 0,7 punts; ) 0, punts. Slución. a. Para reslver el prlema es cnveniente plantear el siguiente cuadr de reacción, dnde x representa ls mles de N que se discian. 3

4 l númer ttal de mles en el equiliri es la suma de ls mles de N y de N. nt ( eq) n( N) q n( N ) q 0,7 x x 0,7 x l númer de mles en el equiliri, se puede calcular mediante la ecuación de gases ideales cncidas las cndicines del equiliri (P, V y T). n PV 3,3atm 0L T, ml RT atm L 0,08 39 ml Cncids ls mles ttales en el equiliri se calculan ls mles disciads de N. n T eq 0,7 x, ; x 0, ml ( ) Cncids ls mles de N disciads se calculan ls mles de cada cmpuest en el equiliri, y dividiend ests pr el vlumen las cncentracines en el equiliri. n ( ) [ ] ( N ) 0,8 n N 0,7 x 0,7 0, 0,8 ml N q 0,08 M V 0 n ( ) [ ] ( N ) 0,8 n N x 0, 0,8 ml N q 0,08 M V 0. [ N] [ N ] 0,08 c 0, 0,08 c. Para calcular la nueva presión una vez alcanzad el equiliri después de la perturación, es necesari calcular el númer de mles de cada cmpnente en el nuev equiliri. Para calcular las nuevas cndicines del equiliri se tiene en cuenta que el valr de la cnstante n depende del vlumen. n N c [ N ] V n N [ N ] n N V n N V Al disminuir el vlumen del sistema, y siend diferente el númer de mles gasess en reactivs y prducts, el equiliri se desplaza hacia dnde menr vlumen cupe, hacia la izquierda (reactivs). Si se denmina cm x ahra al númer de mles de N que se dimerizan para vlver a frmar N, el cuadr de reacción queda de la siguiente frma: grad. Llevand ls valres del equiliri a la expresión de la cnstante, se llega a una ecuación de segund N ( 0,8 x) x ; 0, 8 0,8 ( 0,8 x) n c ; 0, V nn 8 x 0,8 x,3 N válida x,88x 0, 0 : x 0,0 Válida Cncid x se calculan ls mles de cada cmpnente en el nuev equiliri. 0,0 n( N ) q 0,8 0,307 ml n N q 0,8 0,0 n T n N n N 0,307 0,78,093 ; ( ) 0,78 ml ( ) ( ) ( ) ml q q q

5 Cncids ls mles en el equiliri, cn la ecuación de gases ideales se calcula la nueva presión. atm L,093 ml 0,08 39 nrt P ml atm V 8 L

6 PCIÓNB Pregunta B.- Cnsidere ls prcess de licuación del hidrgen: H (g) H (l), l,0 kj ml ; y de cmustión del mism gas: H (g) ½ (g) H (g), c kj ml. Justifique si las siguientes afirmacines sn verdaderas falsas: a) n ams prcess S<0. ) Ams prcess sn espntánes a cualquier temperatura. c) Para la cmustión H (l) (g) H (g) se tiene c kj ml. d) La energía de cada enlace H es / kj ml. Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. Slución. a. Verdader. n ams prces disminuye el númer de mles gasess ( n(g)<0), disminuyend el desrden del sistema y pr tant disminuye la entrpía el sistema.. Fals. n ams prces y S tienen el mism sign (negativas), pr l que la espntaneidad del prces depende de la temperatura. Pr ser amas negativas, a ajas temperaturas G<0 y el prces será espntáne, a altas temperaturas G>0 y el prces será n espntáne. c. Verdader. Aplicand Hess: H g g H ( ) ( ) ( l) H ( g) ( ) l ( g) H kj ml H H C kj ml d. Fals. Cnsidera nulas las entalpías de enlace H H y. R l kj ml ( Rts) ( Frmads) ( H H) ( ) ( H 0) ( H ) ( H H) ( ) Pregunta B.- l hidróxid de magnesi es pc slule en agua ( s,8 0 ). a) Frmule el equiliri de dislución del hidróxid de magnesi y escria la expresión para s. ) Calcule la sluilidad en ml L. c) Cm afectaría a la sluilidad la adición de acid clrhídric? d) Cm afectaría a la sluilidad la adición de clrur de magnesi? Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. Slución. a. Mg( H) ( s) Mg ( aq) H ( aq) s [ Mg ] [ H ]. Si se disuelven s mles pr litr de la sal, el cuadr de reacción será: R Sustituyend en la expresión de la cnstante se tiene una relación entre la cnstante de sluilidad y la sluilidad de la sal. s 3 [ Mg ] [ H ] s ( s) s ; s 3 s 3,8 0 L, 0 ml c. Al añadir un ácid fuerte, ls prtnes del ácid reaccinan cn H del hidróxid frmand agua, al disminuir la cncentración de H, el sistema se desplaza hacia la derecha para vlver a recuperar el equiliri, dislviéndse mas cantidad de Mg(H), y aumentand su sluilidad. d. Al añadir MgCl se prduce el efect de ión cmún, aumentand la cncentración de Mg l que desplaza el equiliri hacia la izquierda y disminuye la sluilidad.

7 Pregunta 3B.- Nmre y frmule, según crrespnda, las siguientes parejas de mléculas rgánicas: a) CH 3 C CH CH 3 y utanal. ) CH 3 CH CH CH H y -metil--prpanl. c) CH 3 CH CH y acid 3-pentenic. d) CH 3 CH CH NH CH 3 y fenilamina. Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. Slución. a. CH 3 C CH CH 3 Butanna Butanal CH 3 CH CH CH. CH 3 CH CH CH H -utanl -metil--prpanl c. CH 3 CH CH Ácid prpanic acid 3-pentenic CH 3 CHCH CH CH d. CH 3 CH CH NH CH 3 N-metilprpilamina fenilamina Pregunta B.- A 0 ml de una dislución acida de Mn, M se le añade un trz de,7 g de Ni(s), teniéndse Mn y Ni. a) scria y ajuste las semirreaccines de xidación y reducción, y la reacción iónica glal. ) Justifique cuantitativamente que el Mn sea el reactiv limitante. c) Calcule la cncentración final de ines Ni y Mn en dislución, supniend que el vlumen n ha variad. d) Determine la masa de Ni que queda sin reaccinar. Dat. Masa atómica Ni 8,7. Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. Slución. a. Se pide ajustar la reacción: Mn Ni H Mn Ni Semireaccines iónicas sin ajustar Semireacción de reducción : Mn Semireacción de xidación : Mn Ni Ni l ajuste de masas se realiza en medi ácid, ls xígens se ajustan cn mléculas de agua y ls hidrógens cn prtnes. Semireacción de reducción : Mn 8H Mn H Semireacción de xidación : Ni Ni l ajuste de cargas se hace sumand electrnes. Semireacción de reducción : Mn Semireacción de xidación : 8H e Mn Ni Ni H e La reacción iónica glal se tiene cminand las ds sermireaccines para eliminar ls electrnes. Semireacción de reducción : ( Mn 8H e Mn H) Semireacción de xidación : Ni Ni e Reacción iónica glal : Mn Ni H ( ) Mn Ni 8H 7

8 . Para determinar el reactiv limitante se cmparan las fraccines del númer inicial de mles de reactivs y sus ceficientes estequimétrics, la menr de las fraccines crrespnderá al reactiv limitante. n( Mn ) 3 M( Mn ) V( Mn ), 0 0 0, 03 m( Ni),7 n ( Ni) M( Ni) 8,7 0,0 n( Mn ) n( Ni) < Reactiv limitante Mn c. Pr factres de cnversión: Ni n( Ni ) n( Mn ) 0,0 0, ml Mn Mn n( Ni ) n( Mn ) 0,0 ml Mn Mn d. n( Ni) n( Ni) n( Ni) ( ) m Ni M Ni n Ni V 0, ; [ ] ( ) Ni 3 M n Mn V 0, ; [ ] ( ), M,7 exc Reacc m n( Ni ) Frmad 0, 0,0 ml ( ) 8,7 g ml ( Ni) n( Ni) M( Ni) 0,0 ml 8,7,87 g exc exc Pregunta B.- l fenl (C H H) es un acid mnprótic muy déil. Una dislución acusa 0,7 M de fenl tiene un ph,0. Calcule: a) l grad de disciación. ) l valr de a del fenl. c) La dislución inicial se diluye hasta cnseguir que el grad de disciación sea 3,0 0. Cual será la cncentración ttal de fenl tras la dilución? d) Cual es el ph de la dislución del apartad c)? Puntuación máxima pr apartad: 0, punts. Slución. a. l fenl es un ácid déil que se discia según el siguiente cuadr de reacción, en el que c es la cncentración inicial y el grad de disciación. Pr definición de ph: CHH c c c H exc exc C H c [ ] ph lg H3 Teniend en cuenta el cuadr de reacción: [ ] ( c ) ph lg ; c 0 ; H3 c ph ph 0 c H 3 c 0,33 0 0,7. Aplicand la ley de stwald al equiliri de disciación del fenl: [ CH ] [ H3 ] c c c 0,7,33 0 a 0,7,33 0,3 0 [ C ] ( ) HH c,33 0 ( ) 0 c. l valr de la cnstante de inización del ácid n varia al diluir la dislución. 0 [ C H ] [ H ] c 3 ( ),3 0 ( 3 0 ) a ; c a 0, M [ CHH] d. ph lg[ H ] lg( c ) lg( 0, 3 0 ), 3 ( ) 8