Unibertsitatera sartzeko hautaprobak 004 Ekaina KIMIKA Bloke oso bat (A zein B) erantzun behar da eta, halaber, euskezten diren bost galderetatik, hiru. Problema eta galdera bakoitza, gehien dela, bina punturekin balioetsiko da. A1.- Demagun igerileku bateko ura berotu nahi dela, horretarako butanogasaren galdara bat erabiliz. a) Idatzi butanoaren errekuntza-ekuazioa b) Kalkulatu erreakzio horri dagokion entalpia-aldaketa c) Kalkulatu ura 14 ºC-tik 7ºC-raino berotzeko beharko den energia, baldin igerilekuak 100 m 3 ur baditu. d) Kalkulatu erabili behar den butano-bonbonen kopurua, bonbona bakoitza 1,5 kg-koa bada. Datuak: uraren bero espezifikoa, c e =4,18 kj/k.kg uraren dentsitatea=1000 kg/m 3 Formazio-entalpia estandarrak o Hº f, kj/mol: CO =-394; H O=-86; Butano=-14,7 Masa atomikoak o H=1; C=1; O=16 Idatzi butanoaren errekuntza-ekuazioa Errekuntzak oxigenoarekin egiten diren konbinazioak dira, CO eta H O emateko, hidrokarburoen kasuan. Gure kasuan, butanoa CH 3 -CH -CH -CH 3 (edo C 4 H 10 ) denez: 13 C4H 10 + O 4 CO + 5 HO Kalkulatu erreakzio horri dagokion entalpia-aldaketa Entalpia-aldaketa kalkulatzeko bide bat baino gehiago dago; hemen Hess-en legearen aplikazio gisa planteatuko da. Hona hemen datuak (substantzien formazioentalpiak) eta konbinatuz lortutako konbustioaren ekuazio kimikoa. 4 x C (s) + O (g) CO (g) Hº 1= -394 kj 1 5 x H (g) + O (g) HO Hº = -86 kj C4H 10 (g) 4 C(s) + 5 H (g) Hº 3= 14 kj -------------------------------------------------------- 13 C4H 10 (g) + O (g) 4 CO (g) + 5 HO Hº= -88 kj Hautaproba 004 ekaina 1 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
Lehenengo ekuazioa 4 aldiz biderkatuta dago, konbustioaren ekuazio kimikoan 4 mol CO behar direlako; bigarren ekuazioa 5 aldiz biderkatuta 5 mol H O behar direlako eta hirugarren ekuazioaren zentzua aldatuta (eta honekin batera entalpiaren balioa ere zeinuz aldatuta) butanoa erreaktibo gisa behar delako. Ondorioz, mol bat butano erretzean, 88 kj askatzen dira; butanoaren konbustioentalpia -88 kj/mol dela esan daiteke. Kalkulatu ura 14 ºC-tik 7ºC-raino berotzeko beharko den energia, baldin igerilekuak 100 m 3 ur baditu. Uraren tenperatura aldatzeko behar den energia, uraren bero espezifiko, uraren masa eta izandako tenperaturaren aldaketaren funtzioa da: Q=m.c e. T = m.c e. (T buk - T has) non Q energia da eta J edo kj-etan sartuko da, "m" masa eta kilogramotan doa, bero espezifikoa urarentzat 4,18 kj/k.kg-koa da (eta 4,18 kj/ºc.kg baita, zeren 1K aldatzen denean tenperatura, 1ºC aldatzen da baita). Gure kasuan behar den energia: Q=m.c. T = m.c. (T - T ) m ura buk e e buk has =100 m has 3 1000 kg 1 m 3 = 100.000 kg T - T = (7+73) K - (14+73) K = 13 K kj Q=100.000 kg. 4,18 K.kg 6. 13 K = 5,434.10 kj Kalkulatu erabili behar den butano-bonbonen kopurua, bonbona bakoitza 1,5 kg-koa bada. Ekuazio kimikoa eta bonbonaren masaren datuekin, bonbona batek zenbat energia eman dezakeen, azkenik bonbona-kopurua kalkulatzeko. 13 C4H 10 (g) + O (g) 4 CO (g) + 5 HO Hº= -88 kj g butano Mm(C4H 10)=4.1+10.1=58 mol butano kg Q bonbona=1,5 bonbona kj 5 =6,11.10 bonbona 6 5,434.10 kj 5 6,11.10 bonbona 1000 g 1 kg 1 mol C4H10 88 kj 58 g C4H10 1 mol C4H10 x= =8,75 bonbona behar dira kj = OHARRA: Kalkuluan -88 kantitatearen ordez 88 erabili da, zeren "-" ikurraren esanahi bakarra erreakzio exotermikoa dela da eta kalkuluak egiteko balio positiboa erabil daiteke. Hautaproba 004 ekaina Rafa Muñoa Lizardi Institutua
A.- Aspirina-pilula bakoitzak 0,5 g azido azetilsaliziliko, (HA), ditu, azido monoprotiko ahula dena, eta C 9 O 4 H 8 formula duena. Aspirina-pilula bat uretan disolbatzen da, 00 ml-ko disoluzio bat eratu arte, eta disoluzio horren ph-a neurtu egiten da, emaitza,65 izanik. a) Determinatu azido azetilsalizilikoaren aziditate-konstantea, esperientziaren tenperaturan b) Azaldu ea azido azetilsalizilikoaren gatz sodikoaren disoluzio baten ph-a 7 baino txikiagoa, handiagoa ala berdina izango den. Datuak: Masa atomikoak: H=1; C=1; O=16 Determinatu azido azetilsalizilikoaren aziditate-konstantea, esperientziaren tenperaturan Azido azetilsaliziliko HA ikurrez adieraziko dugu. Azidoa denez, uretan disolbatzean protoia askatuko du neurri jakin batean. Hona hemen disoziazio horren ekuazio kimikoa: HA + H O A + H O - + 3 Azido azetilsaliziliko horren hasierako kontzentrazioa kalkulatuko dugu, disoziazioaren ekuazio kimikoaren ondoan hasierako eta orekako (amaierako) kantitateak zehazteko. Mm(C9O4H 8)=9.1+4.16+8.1=180 mol 0,5 g HA 1 mol 0, L 180 g - HA = = 1,39.10 M has HA + H O - + 3 - Has 1,39.10 M 0 0 - A + H O Ald -x x x Buk 1,39.10 - x x x g Disoluzioaren ph-a ezaguna denez, hidronioaren kontzentrazioa kalkulatuko dugu eta ondorioz x-en balioa jakin. + + -,65-3 ph=-log H3O =,65 H3O =10 =,4.10 M + -3 x= H3O =,4.10 M Azido azetilsalizilikoaren aziditate-konstantea, beraz: - + -3 3,4.10 Gure kasuan -4 - c=1,39.10 - HA c-x -3 1,166.10 x=,4.10 A H O x Ka= = Ka= =4,3.10 Hautaproba 004 ekaina 3 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
Azaldu ea azido azetilsalizilikoaren gatz sodikoaren disoluzio baten ph-a 7 baino txikiagoa, handiagoa ala berdina izango den. Aztertu behar da gatz horren hidrolisi-erreakzioak nolakoak diren. Horretarako, gatzaren ioiek urarekin nolako erreakzioa eta zein indarrez ematen duten aztertuko dugu. Gatza NaA gisa irudikatuko dugu. Kontutan hartuko dugu, baita, sodio katioia base sendo (sodio hidroxido) batetik datorrela eta azetilsalizilato anioia azido ahul batetik. NaA Na + H O Na + A + - NaOH + H O + + 3 - - Ez da ematen A + H O AH + OH Neurri txiki batean ematen da - + Beraz, OH > H3O ph>7 Nahiz eta neurri txiki batetan (bere hidrolisi-konstantearen arabera) eman, OH - ioiak sortzen dira; ondoren hidroxilo ioiaren kontzentrazioa hidronioarena baino handiagoa litzateke, disoluzio basikoa emanez. Beraz, ph>7. Hautaproba 004 ekaina 4 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
B1.- Demagun ondoko oreka: CO (g) + H (g) CO(g) + HO(g). Oreka horren konstantea, Kc=1,50 da, 1500 K-etan. litroko matraze batean, 0,0 mol CO eta 0,0 mol H sartzen dira, eta 1500 K-eraino berotzen da. Determinatu a) substantzia bakoitzaren mol-kopurua, behin oreka lortu eta gero b) matrazearen barruan egongo den presio totala Substantzia bakoitzaren mol-kopurua, behin oreka lortu eta gero Lehenengoz, ekuazio kimikoa, mol-kopuruen taula (hasieran, aldaketak eta orekan) eta oreka-konstantearen espresioak zehaztuko ditugu. CO (g) + H (g) CO(g) + H O(g) Has 0, mol 0, mol 0 0 Ald -x -x x x Orek 0,-x 0,-x x x Kc= C CO HO O H = 1,5 Ondoren, orekako kontzentrazioak (taulan dauden balioak mol-kopuruak dira; kontzentrazioak lortzeko n/v egin behar da, non bolumena V= L da) sartuko ditugu oreka konstantearen espresioan. CO HO CO H Kc= = 1,5= x x. L L 0, mol - x 0, mol - x. L L x = (0, mol - x) Jarraian, x-en balioa kalkulatzen dugu eta orekako mol-kopuruak zehaztu. CO H O x x Kc= = 1,5= 1,5= CO H (0, mol - x) (0, mol - x) x 1,5= 1,5 (0, mol - x) = x 0, mol - x 0,45 mol - 1,5 x = x 0,45 mol =,5 x 0,45 mol x= =0,11 mol,5 OREKAN: n(co)=n(h O)=0,11 mol n(co )=n(h )=0, mol - x = 0,09 mol Hautaproba 004 ekaina 5 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
Azpimarratzekoa da ontzian beti 0,4 mol daudela beti (hasieran, nahiz prozesua ematen den bitartean, nahiz bukaeran) zeren ekuazio kimikoan agertzen diren erreaktiboen mol-kopurua (n err =) eta produktuen mol-kopurua (n prod =) berdina da ( n=0). Matrazearen barruan egongo den presio totala Presio totala kalkulatzeko, gasen ekuazio orokorra erabiliko dugu. atm.l 0,4 mol.0,08.1500 K n.r.t p= = K.mol =4,6 atm V L Hautaproba 004 ekaina 6 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
B.- Ikasturte honi dagozkion laborategiko praktiketatik bat redox balorazio bat izan da, "permanganimetria" izena hartzen duena, potasio permanganatoa erabiltzen delako. a) Azaldu, labur, praktika horretan erabilitako materialari eta erreaktiboei dagokion guztia b) Azaldu permanganatoak adierazle (indikadore) moduan jokatuko duen papera c) Demagun prozesu hau: KMnO + FeSO + H SO MnSO + K SO + Fe (SO ) + H O 4 4 4 4 4 4 3 Idatzi eta azaldu oxidaziozko eta erredukziozko erdierreakzioak. d) Idatzi erreakzio osoa, doituta Azaldu, labur, praktika horretan erabilitako materialari eta erreaktiboei dagokion guztia Praktirakareko behar diren elementuak hauek dira nagusiki: Bureta. Hemen potasio permanganato (oxidatzailea) sartuko da, zeren erabilitako potasio permanganato kantitatea zehazki jakin beharko da eta horretarako bolumen zehatza neurtzeko balio duen tresna beharko dugu. Prezipitatu-ontzia. Hemen burdin(ii) gatza (erreduktorea) sartuko dugu eta baita ingurune azidoa lortzeko balioko duen azido sulfurikoa baita. Irabiagailua. Honen bitartez, eta potasio permanganato disoluzioa gehitzen den bitartean (prezipitatu-ontzira), disoluzioa uniformea mantenduko da. Hautaproba 004 ekaina 7 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
Azaldu permanganatoak adierazle (indikadore) moduan jokatuko duen papera Permanganatoak izango duen prozesua hauxe da: KMnO 4 kolore more iluna Buretan Prezipitatu-ontzira gehitzen da + Mn kolore argia Prezipitatu- -ontzian Hasieran, permanganatoa gehitzen denean, erreakzionatu egiten du Mn + -era erreduzituz. Azken espezie honen kolorea argia denez, beheko disoluzioaren kolorea ez da aldatuko. Baliokidetza-puntua pasa ondoren, permanganato gehiago gehitzean, ez du erreakziorik emango, erreduktorerik geratzen ez delako (Fe + guztia Fe 3+ -era pasa delako) eta permanganato gisa geratuko da. Baina honek kolore more iluna duenez, beheko disoluzioa koloreztatu egingo da. Ondorioz, beheko disoluzioa koloreztatzen denean, redox erreakzioa amaitu denaren seinale da, eta hori permanaganatoaren koloreari esker antzeman da. Demagun prozesu hau: KMnO + FeSO + H SO MnSO + K SO + Fe (SO ) + H O Idatzi 4 4 4 4 4 4 3 eta azaldu oxidaziozko eta erredukziozko erdierreakzioak. Permanganato ioia erreduzitu egiten da ingurune azidoan era honetan (materia eta kargaren balantzea egin ondoren): - + - + 4 MnO + 8 H + 5 e Mn + 4 H O Erredukzio-erdierreakzioa Burdin katioia oxidatu egiten da era honetan: Idatzi erreakzio osoa, doituta Fe Fe + 1 e + 3+ - Oxidazio-erdierreakzioa Erdierreakzioak doituko ditugu, kontutan harturik elektroien kopuruak kantzelatu egin behar direla: - + - MnO 4 + 8 H + 5 e + Mn + 4 HO + 3+ - 5x Fe Fe + 1 e ------------------------------------------ - + + + 3+ 4 MnO + 5 Fe + 8 H Mn + 5 Fe + 4 H O Hautaproba 004 ekaina 8 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
Hau, ekuazio ionikoa izango litzateke. Orain, espezie ioniko horiek konposatuei esleituko deigu eta koefiziente guztiak bikoiztu, koefiziente estekiometriko guztiak osoak izateko: - + + + 3+ 4 MnO + 10 Fe + 16 H Mn + 10 Fe + 8 H O KMnO + 10 FeSO + 8 H SO MnSO + 5 Fe (SO ) + K SO + 8 H O 4 4 4 4 4 3 4 Azkenik, doituta dagoela frogatzeko, kontaketa egingo dugu: KMnO + 10 FeSO + 8 H SO MnSO + 5 Fe (SO ) + K SO + 8 H O 4 4 4 4 4 3 4 Erreak Prod K Mn O 80 80 Fe 10 10 S 18 18 H 16 16 Hautaproba 004 ekaina 9 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
Galderak C1.- Demagun ondoko konfigurazio elektronikoak ditugula: A: 1s s p B: 1s s p 1 3s 1 Arrazoitu ea ondoko baieztapenak zuzenak diren ala ez: a) Bi konfigurazio horiek, funtsezko egoeran dauden bi atomori dagozkie b) A konfigurazioa, gas noble baten atomoari dagokio c) Bi konfigurazio horiek, elementu beraren atomoei dagozkie d) A-tik elektroi bat ateratzeko, B-tik ateratzeko baino energia gehiago behar da OHARRA: Nahiz eta enuntziatuan ez aipatu, konfigurazio elektroniko horiek atomo neutroenak direla eta ez ioienak suposatuko dugu. Suposizio hori nahiko logikoa da, zeren ioien konfigurazio elektronikoak s p 6 eratakoak izaten dira normalean. Bi konfigurazio horiek, funtsezko egoeran dauden bi atomori dagozkie Ez. "A" atomoa funtsezko egoeran dago, baina "B" atomoa ez, egoera kitzikatuan dago. Hori adierazteko erabili den irizpidea hauxe da: atomoa funtsezko egoeran izateko, bere konfigurazio elektronikoa osatu behar da Aufbau arauaren ordenaren arabera (Moeller-en diagramaren bidez irudikatzen dena), hau da, 1s s p 3s... Eta "B" kasuan, "p" orbitalak osatu baino lehen "3s" betetzen hasi da. A konfigurazioa, gas noble baten atomoari dagokio Ez. Gas noble baten konfigurazio elektronikoa izateko, bete den azken maila elektronikoa era honetakoa behar du: s p 6 Bi konfigurazio horiek, elementu beraren atomoei dagozkie Bai. Biak dira karbono atomoen konfigurazio elektronikoak (bat funtsezko egoeran eta bestea egoera kitzikatuan). A-tik elektroi bat ateratzeko, B-tik ateratzeko baino energia gehiago behar da Bai. Normalean, zenbat eta baxuagoa izan maila elektronikoa energia gehiago behar izaten da elektroia kanporatzeko, ondoko diagraman adierazten den bezala. Hautaproba 004 ekaina 10 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
C.- Ondoko prozesuaren entalpia- eta entropia-aldaketak ematen dira: CaCO 3(s) CaO(s) + CO (g) Hº=17780 J Sº=160,5 J/K a) Prozesua exotermikoa al da? b) Zergatik entropia gehitu egiten da? c) Espontaneoa izango da 1000 K-eko tenperaturan? d) Eta 1000 ºC-koan? Prozesua exotermikoa al da? Ez. Entalpia-aldaketa positiboa denean, prozesua endotermikoa izaten da. Exotermikoa izateko, entalpia-aldaketa negatiboa beharko litzateke. Zergatik entropia gehitu egiten da? CaCO 3(s) CaO(s) + CO (g) Hº=17780 J Sº=160,5 J/K Koalitatiboki, ebaluatzeko entropia-aldaketa positiboa ala negatiboa den, substantzien egoera fisikoak hartzen dira kontuan. Orokorrean, entropiak honelako balioak izaten dituzte: S solido < S likido < S gas Kasu honetan, Sº=Sº prod - Sº erreak >0 entropia-aldaketa positiboa izango da produktu bat gasa delako, hau da, entropia handiko substantzia. Gogoratu behar da substantzia baten entropia desorden molekularrarekin duela zerikusi zuzena. Hautaproba 004 ekaina 11 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
Espontaneoa izango da 1000 K-eko tenperaturan? Prozesu baten espontaneitatea, Gibbs-en funtzioarekin neurtzen da, irizpideak hauek izanik: 1000 K-eko tenperaturan: G= H - T. S G= H - T. S G<0... espontaneoa G>0... ez-espontaneoa G=0... oreka J G=17780 J - 1000 K. 160,5 =1730 J >0 K Ez-espontaneoa Eta 1000 ºC-koan? Tenperatura honetan: G= H - T. S J G=17780 J - (1000 + 73) K. 160,5 =-6.514,5 J < 0 K Espontaneoa Hautaproba 004 ekaina 1 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
C3.- a) Nola bereiz daiteke, erreakzio kimiko baten bidez, alkohol primario bat eta alkohol sekundario bat? b) Goiko kasuaren adibide bat jarri, erreaktiboak eta produktuak izendatuz c) Zer gertatzen da hidrogenoa alkeno batekin erreakzionarazten bada? d) Goiko kasuaren adibide bat jarri, erreaktiboak eta produktuak izendatuz Nola bereiz daiteke, erreakzio kimiko baten bidez, alkohol primario bat eta alkohol sekundario bat? Bereizteko era bat, oxidazio-prozesua izan daiteke. Alkohol sekuundario bat zetona arte oxidatzen da. Alkohol primario bat aldehido arte oxidatuko da lehenengoz eta azido karboxiliko arte ondoren. Bi produktu hauek bereizteko erak: ph-a, bigarrena azidoa delako uretan disolbagarritasuna: zetonak ez dira uretan disolbatzen eta azido karboxilikoak bai erreaktibitatea: hidroxido batekin erreakzioa, esterifikazioa... Hautaproba 004 ekaina 13 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
Goiko kasuaren adibide bat jarri, erreaktiboak eta produktuak izendatuz Zer gertatzen da hidrogenoa alkeno batekin erreakzionarazten bada? Adizio-erreakzioa emango da, alkanoa emanez. Hona hemen eskema orokorra: Goiko kasuaren adibide bat jarri, erreaktiboak eta produktuak izendatuz Hautaproba 004 ekaina 14 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
C4.- Azaldu argiro: a) Lotura baten polaritatea b) Molekula polarrak c) Polaritatea, ur-molekularen kasuan d) Uraren propietate bereziak Lotura baten polaritatea Lotura kobalentean parte hartzen duten atomoen elektronegatibitateak berdinak ez direnean, loturako elektroiak ez dira berdin banatzen bi atomoen artean. Ondorioz, elektroien transferentzia partziala ematen da eta atomo bat karga partzial - negatiboarekin ( ) eta beste atomoa karga partzial positiboarekin ( ) geratzen dira. Polaritate hori, bektore gisa ere adieraz daiteke. Loturaren polaritatea adierazteko modua, karga partzial positibotik negatibora doan geziaren bidez da. Molekula polarrak Polaritatea, ur-molekularen kasuan - Har ditzagun bi kasu: ura eta dikloroazetilenoa. Bietan lotura polarrak daude: O-H lotura eta C-Cl loturak polarrak dira. Baina polarrak al dira molekulak? Hori jakiteko, lotura bakoitzaren polaritatea bektore gisa landu behar da eta erresultante edo ordezkaria nolakoa den aztertu. Uraren kasuan erresultantea bektore bat izango da eta molekula osoak momentu dipolarra edo polaritatea duela esan daiteke; molekula polarra da beraz. Baina dikloroazetileno molekulan momentu dipolarra adierazten duten bi bektoreak kantzelatu egiten dira eta ordezkari nulua da; molekularen momentu dipolarra nulua da eta molekula osoa apolarra da. Ikusten denez, molekularen polaritatea aztertzean oso garrantzitsua da molekularen geometria kontutan hartzea. Hautaproba 004 ekaina 15 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
Uraren propietate bereziak Ura oso molekula polarra da. Hori dela eta, zenbait propietate nabarmentzen dira. Susbtantzia ionikoak oso ondo disolbatzen ditu. Indar intermolekular oso sendoak ematen ditu (hidrogeno zubia) eta ondorioz, irakite-puntua oso altua du (bere inguruko elementuen substantziekin alderatuz: H S...). Hautaproba 004 ekaina 16 Rafa Muñoa Lizardi Institutua
C5.- Azaldu, labur, ikatzaren eta hidrokarburoen errekuntzak sorturiko kutsadura edo ingurumenaren gaineko eragina: a) baldin ez-purutasunik ez badauzkate b) baldin ez-purutasun gisan sufrea badaukate baldin ez-purutasunik ez badauzkate Konbustioan, CO sortuko da eta honek duen eragin nagusiena berotze globala da. baldin ez-purutasun gisan sufrea badaukate Berotze globala sortzeaz gain (CO ematen delako) sufrearen oxidoak ematen dira, eta oxido hauek euri azidoaren (azido sulfurikoa emanez) iturriak dira. Bi kasuetan ere eman daitezke nitrogenoaren oxidoak eta euri azidoa (azido nitrikoa) sortu. Hautaproba 004 ekaina 17 Rafa Muñoa Lizardi Institutua