QUÍMICA Juni 005 INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN La prueba cnsta de ds partes. En la primera parte se prpne un cnjunt de cinc cuestines de las que el alumn reslverá únicamente tres. La seunda parte cnsiste en ds pcines de prblemas, A y B. Cada una de ellas cnsta de ds prblemas; el alumn pdrá ptar pr una de las pcines y reslver ls ds prblemas planteads en ella, sin que pueda eleir un prblema de cada pción. Cada cuestión prblema puntuará sbre un máxim de ds punts. N se cntestará ninuna preunta en este impres. TIEMPO: una hra y treinta minuts. PRIMERA PARTE Cuestión 1.- Dadas las siuientes mléculas: BeCl, Cl CO, NH 3 y CH 4. Dats.- Númers atómics (Z: Be 4, Cl 17, C 6, O 8, N 7, H 1 Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. a Escriba las estructuras de Lewis.. Aluns elements liers cm el Be, tienen tendencia a quedar hipvalentes, es decir, cn una estructura electrónica que n llea a la de as nble, incumpliend la rela del ctet pr defect. (Otrs elements que también incumplen esta rela sn el B, Al, Ga e Dispnibles (D 7 4 6 4. e Necesaris (N 4 8 3 : e Cmpartids (C N D 3 4 8 e Slitaris (S D C 4 8 16 D 5 3 1 8. N 8 3 14 : C N D 14 8 6 S D C 8 6 D 4 4 1 8. N 8 4 16 : C N D 16 8 8 S D C 8 8 0 b Determine sus emetrías (puede emplear la Tería de Repulsión de Pares Electrónics de Hibridación. BeCl. Mlécula lineal cn ánul de enlace de 180º. El átm central (Be, frma rbitales híbrids tip sp, cn ls que se une mediante ds enlaces cvalentes (σ idéntics cn ls rbitales atómics p z semicupads de ls átms de F. Cl CO. Mlécula trinal plana cn ánuls de enlace próxims a 10º. El átm central (C frma 3 rbitales híbrids tip sp cn ls que se une a ls rbitales atómics tip p de ls ds átms de clr y del átm de xien mediante enlaces cvalentes (σ. Ls rbitales atómics p z del carbn y xíen que quedan semicupads frmar un enlace lateral (π cn l que se frma el dble enlace CO. NH 3. Mlécula piramidal cn el N en el vértice de la pirámide. EL nitróen frma cuatr rbitales híbrids del tip sp 3, cupand tres de ells en frmar enlaces cvalentes (σ cn ls rbitales atómics 1s del hidróen, quedand el cuart cupad pr un par de e slitaris. Ests e slitaris distrsinan ls ánuls de enlace de ls teórics de la hibridación sp 3 (109º. Juni 005
CH 4. Mlécula tetraédrica. El C cupa el centr del tetraedr y ls H ls vértices. El átm de C frma cuatr rbitales híbrids sp3 cn ls que se une a ls rbitales atómics 1s de ls átms de hidróen. c Razne si aluna de las mléculas puede frmar enlaces de hidróen. De las mléculas prpuestas, la única que presenta enlaces de hidróen es el NH 3, ya que es la única que psee un átm que cumpla las siuientes cndicines: - Alta electrneatividad - Radi pequeñ que permita acercarse al hidróen. Ls únics átms que cumplen estas cndicines sn el F, el O y el N. d Justifique si las mléculas BeCl y NH 3 sn plares n plares. BeCl. Mlécula cn enlaces plarizads que pr emetría se anulan y hacen que la mlécula sea APOLAR NH 3. Mlécula cn fuerte plaridad. Ls enlaces sn plares, n se anulan pr simetría y además psee un par de electrnes slitaris que cntribuyen a defrmar la nube e y aumentar su plaridad. Cuestión.- Justifique qué ph (ácid, neutr básic tienen las siuientes dislucines acusas: a Nitrat de ptasi b Acetat de sdi. c Clrur de amni. d Nitrit de sdi. Dats.- K. (HAc 10 5 ; Ka (NH 4 10 9 ; Ka (HNO 10 3 Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts K H O KOH H KNO H O K NO : 3 3 ph 7 NEUTRO. La sal se NO3 H O HNO3 OH discia en ds ines que prceden de un ácid (HNO 3 y una base (KOH muy fuertes, cmprtándse cm base cnjuada débil (NO 3 y cm ácid cnjuad débil (K, que carecen de la frtaleza necesaria para pder llevar a cab la reacción de hidrólisis. Na H O NaOH H NaAc H O Na Ac : ph > 7 BÁSICO. De ls ds Ac H O HAc OH ines que prduce la sal, el Na es un ácid cnjuad extremadamente débil ya que prviene de una base muy fuerte (NaOH. El acetat (Ac, prviene del ácid acétic, ácid débil, y pr tant su base cnjuada es capaz de prducir la reacción de hidrólisis y enerar un aument del ph de la dislución. NH H O NH OH H NH Cl H O NH Cl : 4 4 4 4 ph < 7 ÁCIDO. El Cl es Cl H O HCl OH una base cnjuada muy débil pr prceder de un ácid fuerte (HCl, n prduce hidrólisis. El ión amni (NH4 prcede de una base débil y se cmprta cm base cnjuada, es capaz de prducir hidrólisis captand OH del aua y liberand prtnes (H3O, prduciend un descens en el ph de la dislución. Na H O NaOH H NaNO H O Na NO : ph > 7 BÁSICO. El Na, NO H O HNO OH cm en el apartad anterir, n prduce hidrólisis. El ión nitrit NO pr prceder de un ácid lieramente débil, se cmprta cm base cnjuada, siend capaz de prducir un lier rad Juni 005
de hidrólisis en el aua, captand prtnes y liberand xidril, prduciend un pequeñ aument del ph. Cuestión 3.- El dióxid de nitróen es un as que se presenta en la frma mnómera a 100 ºC. Cuand se disminuye la temperatura del reactr hasta 0 ºC se dimeriza para dar tetraóxid de dinitróen ases. a Frmule el equilibri químic crrespndiente a la reacción de dimerización. NO N O ( ( 4 b Es extérmica endtérmica la reacción de dimerización. Al disminuir la temperatura el equilibri se desplaza hacia la derecha, l cual, indica que se absrbe calr en sentid cntrari. La reacción es EXOTÉRMICA. H R < 0 ( N O ( Q NO 4 c Explique el efect que prduce sbre el equilibri una disminución del vlumen del reactr a temperatura cnstante. Al disminuir el vlumen del reactr a temperatura cnstante aumenta la presión del sistema. y el equilibri se desplaza hacia dnde menr vlumen cupa, hacia la derecha, favreciend la dimerización. d Explique cóm se verá afectad el equilibri si disminuye la presión ttal, a temperatura cnstante. Si disminuye la presión, el equilibri se desplaza hacia dnde más vlumen cupa, hacia la izquierda. N favrece la dimerización Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Cuestión 4.- Dada la reacción de xidación-reducción: SO 3 MnO 4 SO 4 Mn a Indique ls estads de xidación de tds ls elements en cada un de ls ines de la reacción. S : 4 SO Mn : 7 S : 6 3 : MnO 4 : SO 4 : Mn : O : O : O : b Nmbre tds ls ines. SO3 : Sulfit MnO 4 : Permananat SO 4 : Sulfat Mn : Hipmananit c Escriba y ajuste las semirreaccines de xidación y reducción en medi ácid. Semirreacción de Reducción. MnO 4 8H 5e Mn 4H O Semirreacción de Oxidación. SO 3 H O e SO 4 H d Escriba la reacción iónica lbal ajustada. Cmbinand linealmente ambas ecuacines se eliminan ls electrnes y aparece la ecuación iónica lbal. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Juni 005
Cuestión 5.- Justifique si sn verdaderas falsas las siuientes afirmacines, frmuland ls prducts de reacción: a CH H SO 4 3 CHOH CH 3 calr Se btiene prpen cm únic prduct de eliminación. Verdader. HSO4 CH3 CHOH CH3 CH3 CH CH calr Reacción de eliminación. Deshidratación H b CH 3 - CH - CH OH CH 3COOH Se btiene acetat de prpil cm prduct de cndensación esterificación. Verdader. H 3 - CH - CH OH CH3COOH CH3COO CH - CH - CH3 CH Se elimina una mlécula de aua entre ls descmpuests, frmándse el ester c CH 3 - CH CH - CH - CH 3 HCl Se btiene -clrpenten y 3-clrpenten cm prduct de sustitución. Fals. CH3 CH CH CH CH3 HCl CH3 CH CHCl CH CH3 CH3 CHCl CH CH CH 3-clrpenten -clrpenten Adición a dble enlace de un halur de alquil. Debid a que ls ds átms de carbn tiene iual rad de insaturación, se prducen pr iual ls ds isómers de psición d ClCH CH CH 3 KOH en etanl Se btiene prpanal cm prduct de adición. Fals. ClCH CH CH3 KOH en etanl CH OH CH CH3 1-prpanl Reacción de sustitución. Puntuación máxima pr apartad: 0,5 punts. 3 Juni 005
SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Prblema 1.- Dada una dislución acusa 0,005 M de ácid flurhídric, (K a 6,66 10 4 calcule: a Las cncentracines en el equilibri de HF, F y H La expresión de la cnstante de acidez permite relacinar la cncentración inicial y el rad de de disciación. F H O 3 C α Cα Cα K a HF C ( 1 α 1 α Expresión de la que l únic que se descnce es el rad de disciación (α. Ordenand la iualdad se btiene una ecuación de seund rad C α K a C α K a α K a 0 1 α sustituyend pr ls dats del enunciad y reslviend la ecuación 4 4 α 0'40 0'005α 6'66 10 α 6'66 10 0 : α 0'6 Se rechaza la slución neativa pr n tener sentid químic. Cncid el rad de disciación y la cncentración inicial, se calculan las cncentracines en el equilibri. 3 F H O C 0'005 0'4 10 ml 3 α l HF C 3 ( 1 α 0'005 ( 1 0'4 1'5 10 ml l b El ph de la dislución y el rad de disciación. 3 ph l H 3 O l10 3 α 40 % Puntuación máxima pr apartad: 1,0 punts. Prblema.- En una celda vltaica se prduce la reacción: K CrO 7 7H SO 4 6A Cr SO 4 7H O 3A SO 4 K SO 3 7 Dats.- Eº ( Cr O / Cr 1,33V; Eº ( A / A 0,80 V Masas atómicas: A 107,9; H 1; 0 16; S 3 ( 4 a Calcule el ptencial estándar de la celda. En una celda vltaica (pila vltaica se prduce una reacción catódica y tra anódica, siend el ptencial ttal de la pila la resta de ls ptenciales de reducción del cátd y del ánd. Cátd: Reducción del dicrmat a Crm (III. Ptencial de reducción 1 33 v Ánd. Oxidación de plata metálica a ión plata. Ptencial de reducción 0 80 v Eº 3 ( Celda Eº ( Cr O / Cr Eº ( A / A 1'33 0'80 0'53 v 3 7 Juni 005
b Calcule ls rams de sulfat de plata frmads a partir de,158 de plata. Pr la estequimetria de la reacción: A SO 4 3 A 6 1 1 m ( ( ( A 1 ' 158 1 n A SO 4 n A 0'0 0'01 mles M( A 107'9 ml Cncid el númer de mles de sulfat de plata se calcula su masa ml ( A SO n( A SO M( A SO 0'01( ml ( 107'9 3 4 16 3' 118 m 4 4 4 c Si se dispne de una dislución de ácid sulfúric de cncentración 1,47 L 1,calcule el vlumen de la misma que se necesita para xidar,158 de plata. Pr estequimetria, se btiene la masa de ácid sulfúric. Cncida la masa, cn la cncentración en se calcula el vlumen. L H SO 4 7 A 6 n 7 6 Cncid ls mles se calcula la masa 7 6 ( H SO n( A 0'0 0'03 mles ( H SO n( H SO M( H SO 0'03 ml 98 '87 4 ml m 4 4 4 El vlumen se btiene de la cncentración. H SO ( SO 1'47 L 4 m H 4 '87 V( L 1'555 L 1'47 1'47 L L Puntuación máxima pr apartad: a 0,5 punts; b y c 0,75 punts. ( SO 4 V( L m H Juni 005
OPCIÓN B Prblema 1.- En el prces de descmpsición térmica del carbnat de calci, se frma óxid de calci y dióxid de carbn. Sabiend que el hrn en el que curre el prces tiene un rendimient del 65%, cnteste a ls siuientes apartads. Dats.- H f carbnat de calci 106,9 kj ml 1 ; H f óxid de calci 393,1 kj ml 1 H f dióxid de carbn 635,1 kj ml 1 ; 1 k de carbón mineral desprende 8330 kj Masas atómicas: Ca 40; O 16 a Frmule la reacción y calcule su variación de entalpía. CaCO3 s CaO s CO ( ( ( La variación de entalpía de la reacción se calcula mediante la ley de Hess pr tratarse de una función de estad, y sus variacines sl depender de las cndicines iniciales finales. H R H R ν H i H f f i ( Pr ducts ν i H f i ( Re activs ( CaO H f ( CO H f ( CaCO3 ( 6351' ( 106'9 178'7 kj ml H R 3931' Reacción endtérmica ( H > 0. Absrbe calr. ( s 178'7 kj CaO( s CO ( CaCO3 b Calcule el cnsum de cmbustible (carbón mineral, en tneladas, que se requiere para btener 500 k de óxid cálcic. 500 000 500 k CaO <> 8 98'57 mles 56 r ml El calr necesari para prducir 898 57 de mles de CaO se btiene a partir de la entalpía de la reacción y de sus estequimetria. ( CaO H ( kj 8 98'57 mles CaO 178'7 kj 1595 535'7 kj Q n R ml CaO ml CaO El calr necesari para prducir la disciación térmica el carbnat de calci se btiene pr la cmbustión de carbón, siend cncida la ptencia calrífica de este pr unidad de masa. Q 1595 535 ' 7 kj m Teórica Pder Calrífic 8330 kj k Carbón ( Carbón 191'54 k Carbón Cm el rendimient del hrn n es del cien pr cien, la masa real se btiene rectificand la teórica cn el rendimient. ( Carbón m Teórica 191'54 k Carbón m Re al ( Carbón 100 100 94'7 k Carbón η 65 m (Carbón 0 9 Tm Puntuación máxima pr apartad: 1,0 punt. Juni 005
Prblema.- Se intrducen mles de COBr en un recipiente de L y se calienta hasta 73 ºC. El valr de la cnstante K c, a esa temperatura, para el equilibri COBr ( CO( Br ( es 0,09. Calcule en dichas cndicines: Dat.- R 0,08 atm L ml -1 K -1 a El númer de mles de las tres sustancias en el equilibri. A partir de la expresión de la cnstante de equilibri en función de las cncentracines, se puede encntrar una relación entre la cnstante y el númer de mles de cada especie en equilibri. n( CO n( Br CO Br V V 1 n( CO n( Br K c COBr n( COBr V n( COBr V sustituyend pr ls dats del equilibri 1 x x x K c 0'09 0' 18 x x rdenand x 0'5 x 0' 18x 0'36 0 : x 0'7 Se desprecia la slución neativa pr n tener sentid químic, pr l que en el equilibri queda: n CO n Br 0'5 mles n ( ( ( COBr 0'5 1'48 mles b La presión ttal del sistema. Se btiene a partir de la ecuación de ases ideales. n T R T P V n R T P V ( 1'48 0'5 0'08 346 P 35'7 atm c El valr de la cnstante Kp. Se btiene a partir de la relación entre K p y K c. n( ( RT 0'09 ( 0'08 346 ( 1 1 1 ' 55 K p K c Puntuación máxima pr apartad: a 1,0 punt; b y c 0,5 punts. Juni 005