1 PAU Química. Septiembre 2006 PRIMERA PARTE Cuestión 1. La configuración electrónica del último nivel energético de un elemento es 4s 2 4p 3. De acuerdo con este dato: a) Deduzca la situación de dicho elemento en la tabla periódica. Escriba los valores posibles de los números cuánticos para su último electrón. c) Deduzca cuántos protones tiene un átomo de dicho elemento. d) Deduzca los estados de oxidación más probables de este elemento. a) Periodo 4. Grupo 15. n = 4, l = 1 (p), m = 1 (o 0 o 1), s = +1/2 o 1/2. c) Su número atómico es 33, tiene 33 protones. d) 3, 0, 3, 5. Cuestión 2. Para las siguientes especies: Br 2, NaCl, H 2 O y Fe a) Razone el tipo de enlace presente en cada caso. Indique el tipo de interacción que debe romperse al fundir cada compuesto. c) Cuál tendrá un menor punto de fusión? d) Razone qué compuesto/s conducirá/n la corriente en estado sólido, cuál/es lo hará/n en estado fundido y cuál/es no conducirá/n la corriente eléctrica en ningún caso. a) Br 2 : Enlace covalente, el bromo es electronegativo tiende a ganar un electrón, los dos átomos comparten dos electrones. NaCl: El Na (metal) tiende a perder un electrón, el Cl (no metal) tiende a ganar el electrón cedido por el Na. Enlace iónico. H 2 O: Enlace covalente, el O tiende a ganar 2 electrones y el H uno, comparten electrones en el enlace. Fe: Enlace metálico por ser el Fe un metal. Br 2 : Fuerzas de Van der Waals tipo London (dipolo instantáneo dipolo inducido) NaCl: enlace iónico H 2 O: enlace de hidrógeno Fe: enlace metálico. c) El Br 2 tendrá el menor punto de fusión porque las interacciones entre sus moléculas son las más débiles. d) El Fe conduce en estado sólido por ser metal. El NaCl en estado fundido porque se liberan los iones de la red cristalina. El Br 2 y el H 2 O no conducen la corriente (el H 2 O tiene una pequeñísima conductividad debido a los iones H + y OH ). Cuestión 3. El amoniaco reacciona a 298 K con oxígeno molecular y se oxida a monóxido de nitrógeno y agua, siendo su entalpía de reacción negativa.
2 a) Formule la ecuación química correspondiente con coeficientes estequiométricos enteros. Escriba la expresión de la constante de equilibrio K c. c) Razone cómo se modificará el equilibrio al aumentar la presión total a 298 K si son todos los compuestos gaseosos a excepción del H 2 O que se encuentra en estado líquido. d) Explique razonadamente cómo se podría aumentar el valor de la constante de equilibrio. a) 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO (g) + 6 H 2 O (l) H < 0 [ ] [ ] [ ] La concentración de agua es invariable y está incorporada en la constante de equilibrio. c) Según el Principio de Le Chatelier: Si sobre un sistema en equilibrio se ejerce una acción exterior perturbadora, el equilibrio se desplaza en el sentido en que se contrarreste esta acción. Si aumenta la presión, el equilibrio se desplaza hacia donde hay menor número de moles de gas, hacia la derecha (formación de NO), ya que, como la presión es proporcional al número de moles de gas, así se conseguirá aminorar el aumento. d) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura. Para que aumente Kc el equilibrio se tendría que desplazar hacia la derecha (aumento de NO y disminución de NH 3 y O 2 ) y eso se lograría disminuyendo la temperatura porque la reacción directa es exotérmica. Cuestión 4. En disolución ácida, el ion dicromato oxida al ácido oxálico (H 2 C 2 O 4 ) a CO 2 según la reacción (sin ajustar): Cr 2 O 7 2 + H 2 C 2 O 4 Cr 3+ + CO 2 a) Indique los estados de oxidación de todos los átomos en cada uno de los reactivos y productos de dicha reacción. Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción. c) Ajuste la reacción global d) Justifique si es espontánea o no en condiciones estándar. Datos. E Cr 2 O 7 2 /Cr 3+ = l,33 V; E CO 2 /H 2 C 2 O 4 = 0,49 V a) 2 Cr 2 O 7 + H 2 C 2 O 4 Cr 3+ + CO 2 (+6, -2) (+1, +3, -2) (+3) (+4, -2) SR de reducción: Cr 2 O 2 7 + 14 H + + 6 e - 2 Cr 3+ + 7 H 2 O (x1) SR de oxidación: H 2 C 2 O 4-2 e - 2 CO 2 + 2 H + (x3) c) Cr 2 O 2 7 + 3 H 2 C 2 O 4 + 8 H + 2 Cr 3+ + 6 CO 2 + 7 H 2 O d) Eº = 1,33 + 0,49 = 1,82 V > 0, espontánea. Cuestión 5. Para cada una de las siguientes reacciones, formule y nombre los productos mayoritarios que se puedan formar y nombre los reactivos orgánicos. a) CH 3 CH 2 CHOH CH 3 + H 2 SO 4 H CH 3 OH + CH 3 COOH
3 c) CH 3 CH=CH CH 3 + HCl d) ClCH 2 CH 2 CH 3 + KOH a) CH 3 CH 2 CHOH CH 3 + H 2 SO 4 CH 3 CH=CH CH 3 + H 2 O 2-butanol 2-buteno + agua H CH 3 OH + CH 3 COOH CH 3 COO-CH 3 + H 2 O metanol + ácido etanoico etanoato de metilo c) CH 3 CH=CH CH 3 + HCl CH 3 CH 2 CHCl CH 3 2-buteno 2-clorobutano d) ClCH 2 CH 2 CH 3 + KOH HO CH 2 CH 2 CH 3 + KCl 1-cloropropano 1-propanol ClCH 2 CH 2 CH 3 + KOH 1-cloropropano propeno CH 2 =CH CH 3 + KCl + H 2 O SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Problema 1 Sabiendo que la temperatura de ebullición de un líquido es la temperatura a la que el líquido puro y el gas puro coexisten en el equilibrio a 1 atm de presión, es decir G = 0, y considerando el siguiente proceso: Br 2 (l) Br 2 (g) a) Calcule H a 25 C. Calcule S c) Calcule G a 25 C e indique si el proceso es espontáneo a dicha temperatura. d) Determine la temperatura de ebullición del Br 2, suponiendo que H y S no varían con la temperatura. Datos a 25 C: H f Br 2 (g) = 30,91 kj mol 1 ; H f Br 2 (l) = 0; S Br 2 (g) = 245,4 J mol 1 K 1 ; S Br 2 (l) = 1 152,2 J mol 1 K a) Hº = Hº f (Br 2 (g)) Hº f (Br 2 (l)) = 30,91 0 = 30,91 kj.mol 1 1 S = S Br 2 (g) S Br 2 (l) = 245,4 152,2 = 93,2 J mol 1 K c) G = Hº T S = 30,91 298 0,0932 = 3,14 kj.mol 1 > 0, no espontánea d) G = 0; T = Hº / S = 30,91/0,0932 = 332 K = 59 ºC Problema 2. Se sabe que el ion permanganato oxida el hierro (II) a hierro (III), en presencia de ácido sulfúrico, reduciéndose él a Mn (II). a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción y la ecuación iónica global. Qué volumen de permanganato de potasio 0,02 M se requiere para oxidar 40 ml de disolución 0,1 M de sulfato de hierro (II) en disolución de ácido sulfúrico?
4 a) SR de reducción: MnO - 4 + 8 H + + 5 e - Mn 2+ + 4 H 2 O (x1) SR de oxidación: Fe 2+ - 1 e - Fe 3+ (x5) MnO 4 - + 5 Fe 2+ + 8 H + Mn 2+ + 5 Fe 3+ + 4 H 2 O OPCIÓN B Problema 1. Sabiendo que la energía que posee el electrón de un átomo de hidrógeno en su estado fundamental es 13,625 ev, calcule: a) La frecuencia de la radiación necesaria para ionizar el hidrógeno. La longitud de onda en nm y la frecuencia de la radiación emitida cuando el electrón pasa del nivel n = 4 al n = 2. Datos. h = 6,62 10 34 J s; e =1,6 10 19 C; c = 3 10 8 m/s a) Problema 2. Una disolución contiene 0,376 gramos de fenol (C 6 H 5 OH) por cada 100 ml. Sabiendo que el fenol se puede comportar como ácido débil monoprótico y que su valor de K a es 1,0 10 10, calcule: a) Las concentraciones finales de fenol y fenolato presentes en la disolución, así como el ph y el porcentaje de ionización del fenol. El volumen de disolución de hidróxido de sodio 0,2 M que se necesitaría para valorar (neutralizar) 25 ml de disolución de fenol. Datos. Masas atómicas: H = l, C = 12 y O = 16. a) C 6 H 5 OH + H 2 O C 6 H 5 O - (ac) + H 3 O + (ac) c 0 (1-α) c 0 α c 0 α
5 [ ] [ ] [ ]