MADRID QUÍMICA Juni 008 INSTRUCCIONES GENERAES Y VAORACIÓN a prueba cnsta de ds partes. En la primera parte se prpne un cnjunt de cinc cuestines de las que el alumn reslverá únicamente tres. a segunda 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 elegir un prblema de cada pción. Cada cuestión prblema puntuará sbre un máxim de ds punts. N se cntestará ninguna pregunta en este impres. TIEMO: una hra y treinta minuts. RIMERA ARTE Cuestión.- Dads ls elements Na, C, Si y Ne: a) Escriba sus cniguracines electrónicas. b) Cuánts electrnes desapareads presenta cada un en su estad undamental? c) Ordénels de menr a mayr primer ptencial de inización. Justiique la respuesta. d) Ordénels de menr a mayr tamañ atómic. Justiique la respuesta. untuación máxima pr apartad: 0,5 punts. a. Element nº Atómic (Z) Cniguración electrónica Na s ; s p 6 ; s C 6 s ; s p Si 4 s ; s p 6 ; s p Ne 0 s ; s p 6 b. Element Capa de valencia e desapareads Na s C s p x p y Si s p x p y Ne s p 6 0 c. tencial de inización es la energía necesaria para arrancar un electrón del estad undamental de un átm en estad gases. En un perid, aumenta al aumentar el númer atómic ya que aumenta la carga nuclear y pr tant la uerza de atracción del núcle sbre él. En un up aumenta al disminuir el númer atómic ya que disminuye su distancia al núcle y pr tant aumenta la uerza de atracción. Na < Si < C < Ne d. En un perid, si se desprecie el eect de repulsión que ejercen ls electrnes entre si, el tamañ del átm disminuye al aumentar el númer atómic debid a que aumenta la carga del núcle y pr tant la uerza de atracción sbre ls electrnes externs. En un up, el tamañ aumenta al aumentar el númer atómic ya que aumenta el númer de capas de electrnes que rdean al núcle. Ne < C < Si < Na
Cuestión.- Cnsidere la reacción química siguiente: Cl (g) Cl (g) Cnteste de rma raznada: a) Qué sign tiene la variación de entalpía de dicha reacción? b) Qué sign tiene la variación de entrpía de esta reacción? c) a reacción será espntánea a temperaturas altas bajas? d) Cuánt vale H de la reacción, si la energía de enlace ClCl es 4 kj? untuación máxima pr apartad: 0,5 punts. a. El prces describe la rmación del enlace en la écula de clr. Una cndición indispensable para la rmación de un enlace entre ds átms, es que el cntenid energétic de ls átms enlazads sea menr que el de ls átms libres, pr l tant en el prces se desprende energía. Según el criteri de signs, si se despende energía, esta es negativa. H R < 0 b. En el prces el sistema pasa de ds átms a una écula, disminuye el desrden, la entrpía, mide el desrden de ls sistemas, pr l tant será negativa. S R < 0 c. El criteri de espntaneidad de las reaccines químicas se ascia al sign de la variación de G < 0 : R. espntánea energía libre ( G = H T S): G = 0 : R. en equilibri G > 0 : R. n espntánea i. A T el sign de G tiende al sign de H, teniend en cuenta que H < 0; G < 0, reacción espntánea. ii. A T el sign de G tiende al sign de T S, teniend en cuenta que S < 0; G > 0, reacción n espntánea. d. Cncidas las entalpías de enlace que rman ls reactivs y ls prducts, se puede calcular la entalpía de la reacción según la expresión: H R = (Energía de enlaces rts) (Energía de enlaces rmads) En ls reactivs del prces n existe enlaces, pr l tant: H R = 0 H E (Cl ) = 4 kj Cuestión.- Cnsiderand la reacción SO (g) O (g) SO (g) razne si las siguientes airmacines sn verdaderas alsas. a) Un aument de la presión cnduce a una mayr prducción de SO. b) Una vez alcanzad el equilibri, dejan de reaccinar las éculas de SO y O entre sí. c) El valr de Kp es superir al de Kc, a temperatura ambiente. d) a expresión de la cnstante de equilibri en unción de las presines parciales es: Kp = (SO ) (O )/ (SO ) Dat. R = 0,08 atm K m untuación máxima pr apartad: 0,5 punts. a. VERDADERO. Según el principi de e Chatelier, siempre que se mdiiquen las cndicines de un sistema en equilibri se prduce un desplazamient del mism en el sentid en el que se restablezcan las cndicines iniciales. Sí se aumenta la presión, la reacción se desplaza en el sentid de riginar aquellas sustancias que cupen menr vlumen, es decir, el sistema se desplaza hacia dnde el númer de es gasess sea menr, en nuestra reacción hacia la derecha, aumentand la prducción de SO. b. FASO. El equilibri químic es un equilibri dinámic. Un sistema llega al equilibri cuand las velcidades de reacción directa e inversa se igual, ambas reaccines (directa e inversa) se
siguen prduciend, per las cncentracines de la especies presente en el sistema n varían en el tiemp. c. FASO. Según la relación entre Kp y Kc: K p = K c n ( g RT ) n(g) = n(g) R n(g) = ( ) = K c K p = K c ( RT) : K p = RT Teniend en cuenta que RT > 0 K p < K c d. FASO. Teniend en cuenta la ley de acción de masas aplicada a equilibris gasess en unción de las presines: K p = SO SO O Cuestión 4.- Se preparan dislucines acusas de igual cncentración de HCl, NaCl, NH 4 Cl y NaOH. Cnteste de rma raznada: a) Qué dislución tendrá mayr ph? b) Qué dislución tendrá menr ph? c) Qué dislución es neutra? d) Qué dislución n cambiará su ph al diluirla? Dat. Ka NH 4 = 0 9 untuación máxima pr apartad: 0,5 punts. Se deine el ph de una dislución cm: ph = lg H O A mayr cncentración de hidrni (H O ), menr ph. A mayr cncentración xidril (OH ), menr cncentración de hidrni, mayr ph. Se dispne de cuatr dislucines de igual cncentración: - HCl: Ácid uerte, ttalmente disciad. HCl H O Cl HO ph < 7 - NaCl: Sal neutra, prviene de ácid y base uerte. ( aq) Cl ( aq) H O NaCl Na Na Ácid cnjugad débil, n se hidrliza. Cl Base cnjugada débil, n se hidrliza. ph = 7 - NH 4 Cl: Sal ácida, prviene de ácid uerte y base débil. H NH Cl O 4 NH 4 NH 4 Ácid cnjugad uerte, se hidrliza. Cl Base cnjugada débil, n se hidrliza. NH H O Kh 4 NH HO ph < 7 - NaOH: Base uerte, ttalmente disciada. H NaOH O Na ( aq) OH ph > 7 a. a dislución de mayr ph es la básica, NaOH. ( aq) Cl ( aq)
b. De las ds dislucines ácidas, tendrá menr ph la de HCl, pr ser un ácid uerte y estar ttalmente disciad, la cncentración de hidrni es igual que la inicial del ácid, mientras que el ión amni sl se iniza parcialmente y la cncentración de hidrni es menr que la inicial de amni que cincide cn la inicial de la sal. c. Es de ph neutr la dislución de NaCl, ls ines que genera su disciación n se hidrlizan. d. a de NaCl. a cncentración de H O es debid a la autinización del agua, pr l tant, una dilución de la dislución n mdiica la cncentración de hidrni, en las restantes dislucines al diluir se mdiica la cncentración de hidrni, en las ácidas (HCl, NH 4 Cl) al diluir disminuye la cncentración de hidrni y aumenta el ph, en la básica (NaOH), al diluir aumenta la cncentración de hidrni y disminuye el ph Cuestión 5.- Cmplete las siguientes reaccines químicas, indique en cada cas de qué tip de reacción se trata y nmbre tds ls reactivs que intervienen y ls prducts rgánics resultantes: a) CH CH COOH CH OH b) CH = CH Br c) CH CH OH H SO 4 calr d) CH CH Br KOH untuación máxima pr apartad: 0,5 punts. a. CH CH COOH CH OH CH CH COO CH H O Ácid prpanic Metanl rpanat de metil Reacción de cndensación ó esteriicación. b. CH = CH Br CH Br CH Br Eten Brm ecular,dibrm etan Reacción de adición electróila c. CH CH OH H SO 4 calr Etanl ac. Sulúric calr Reacción de eliminación. CH = CH H O eten d. CH CH Br KOH CH CH OH KBr Brm etan Hidróxid ptásic Etanl Reacción de sustitución
SEGUNDA ARTE OCIÓN A rblema.- Sea la reacción: CH CH = CH (g) HBr (g) rduct (g) a) Cmplete la reacción e indique el nmbre de ls reactivs y del prduct mayritari. b) Calcule H de la reacción. c) Calcule la temperatura a la que la reacción será espntánea. Dats. S = 4,5 J K ; H ( CH CH = CH ) = 0,4 kj reacción ; rduct mayritari = 96,6 kj = ; H HBr 6,4 kj H untuación máxima pr apartad: a) 0,5 punts; b) y c) 0,75 punts. a. Reacción de adicción electróila, se adicina un halur de hidrgen a un alquen asimétric. a adición está regida pr la regla de Markwnik, el ragment negativ de la écula que se adicina se une preerentemente al átm de carbn del dble enlace que tiene mens átms de hidrógen. CH CHBr CH Mayritari CH CH = CH (g) HBr (g) CH CH CH Br rpen Brmur de hidrógen -brm prpan ó brmur de isprpil b. r ser la entalpía una unción de estad, sus variacines sl dependen de las cndicines iniciales y inales. a variación de la entalpía de una reacción se pueden calcular cm suma de las entalpías de rmación de ls prducts (Final) mens la suma de las entalpías de rmación de ls reactivs (Inicial). CH CH = CH (g) HBr (g) CH CHBr CH (g) H R = H H R H Reacción EXOTÉRMICA = H ( rducts) H ( Reactivs) ( CH CHBr CH ) H ( CH CH = CH ) H ( HBr) = ( 96,6) ( 0'4 ( 6'4) ) = 79'6 kj 0 R < G < 0 : c. a espntaneidad de las reaccines depende del sign de G: G = 0 : G > 0 : R. espntánea R. en equilibri R. n espntánea H = 79'6 kj G = H T S: : G = 79 6 T (0 45) S = 0' 45 kj K G = 79 6 0 045T Temperatura de equilibri ( G = 0): 79'6 0 = 79 6 0 45T Eq : T Eq = = 695K 0' 45 i. T > T Eq : G > 0, Reacción n espntánea. ii. T < T Eq : G < 0, Reacción espntánea.. a reacción será espntánea para T < 695 K
rblema.- as dislucines acusas de permanganat de ptasi en medi ácid (ácid sulúric), xidan al peróxid de hidrógen (agua xigenada) rmándse xígen, suat de manganes (II), sulat de ptasi y agua. a) Frmule y ajuste las semireaccines iónicas de xidación y reducción y la reacción ecular. b) Calcule ls ams de xígen que se liberan al añadir un exces de permanganat a 00 m de peróxid de hidrógen 0,0 M. c) Qué vlumen cuparía el O btenid en el apartad anterir, medid a C y 70 mm Hg? Dats. R = 0,08 atm K ; masa atómica: O = 6; atm = 760 mm Hg untuación máxima pr apartad: a) y b) 0,75 punts; c) 0,5 punts. a. Se rmulan ls cmpnentes de la reacción. KMnO 4 H O H SO 4 O MnSO 4 H O K SO 4 Se buscan ls elements que cambian de valencia: - Manganes: El Mn 7 gana electrnes y pasa a Mn. rces de reducción - Oxígen: El O pierde electrnes y pasa a O. rces de xidación. Se plantean pr separad las semireaccines de reducción y de xidación. Se ajusta el xígen. r estar en medi ácid, dnde alta xígen, se suman tantas éculas de agua cm átms de xígen alten. Se ajusta el hidrógen. En el miembr dnde alte hidrógen, se suman tants prtnes (H ) cm átms de hidrógen alten. Se ajusta la carga en cada una de las semireaccines intentand igualar la carga en ambs miembrs, para ell se suman se restan electrnes en el primer miembr de cada semirreacción. Se cmbinan las ecuacines para eliminar ls electrnes entre las ds, bteniéndse la reacción iónica glbal. r tante, y teniend en cuenta que el ácid utilizad es el ácid sulúric, se btiene la reacción ecular ajustada. KMnO 4 5H O H SO 4 MnSO 4 5O 8H O K SO 4 b. A partir de la reacción ecular ajustada, y mediante cálculs estequimétrics se calculan ls es de xígen cncids ls es de perxid de hidrógen que reaccinan. O = n O = n H O H O Factr de cnversión:
El númer de es de agua xigenada se btiene, pr ser una dislución, de la deinición de aridad. n( O ) = n( H O ) = M( H O ) V( H O ) = 0'0 00 0 = 0 Cncids ls es de xígen, cn la deinición de númer de es se calcula la masa de xígen. m n = : m( O ) = n( O ) M( O ) = 0 = 0'064 = 64 mg M c. Cncids ls es de xígen, la ecuación de gases ideales permite calculas el vlumen que cupan. V = nrt atm 0 0'08 94 K nrt V = = k = 0'05 70 atm 760
OCIÓN B rblema.- El acetilen etin (C H ) se btiene pr reacción del carbur de calci (CaC ) cn agua. a) Frmule y ajuste la reacción de btención del acetilen, si se prduce además hidróxid de calci. b) Calcule la masa de acetilen rmada a partir de 00 g de un carbur de calci del 85 % de pureza. c) Qué vlumen de acetilen gases se prduce a 5 C y atm cn ls dats del apartad anterir? Dats. R = 0,08 atm K ; masas atómicas: Ca = 40, C =, H = untuación máxima pr apartad: a) 0,5 punts; b) y c) 0,75 punts. a. CaC H O C H Ca( OH) b. r estequimetria: C H CaC = n ( C H ) = n( CaC ) R 85 m 00 m( CaC ) Impura = = 00 = 00 M( CaC ) M( CaC ) 64 M C H '66 6 = 69' = ( C H ) = n( C H ) m = '66 c. Cncid el númer de es, cn la ecuación de gases ideales se btiene el vlumen. atm 66 0'08 98 K nrt V = nrt V = = K = '5 atm rblema.- Se tiene una dislución de ácid nítric de ph =,0. a) Determine el númer de es de ión nitrat en dislución sabiend que el vlumen de la misma es de 50 m. b) Calcule la masa de hidróxid de sdi necesaria para neutralizar 5 m de la dislución anterir. c) Determine el ph de la dislución btenida al añadir 5 m de hidróxid de sdi 0,00 M a 5 m de la primera dislución de ácid nítric, supniend que ls vlúmenes sn aditivs. Dats. Masas atómicas: Na = ; 0= 6; H = untuación máxima pr apartad: a) 0,5 punts; b) y c) 0,75 punts. a. Ácid uerte ttalmente disciad n NO = H O = 0 ph = 0 ' = 5 0 ( NO ) = M V = 5 0 50 0 = '5 0 b. Reacción de neutralización. En el prces de neutralización td el ácid es cnsumid pr la base de rma que al inalizar la reacción n queda nada ni de ácid ni de base. Según la estequimetria: NaOH HNO = n ( NaOH) = n( HNO ) m NaOH = M HNO HNO M NaOH V
r tratarse de un ácid uerte mnprótid (un sl prtón), la cncentración del ácid cincide cn la cncentración de prtnes. ph M HNO = H O = 0 = 5 0 ( NaOH) m = 5 0 5 0 40 = 5 0 5 0 40 = 5 0 = 5 mg m NaOH c. Al mezclar una dislución de ácid cn tra de base, el númer de es de ácid y de base se mantiene cnstante, per sus cncentracines n, debid a que se ha mdiicad el vlumen. primer es calcular las nuevas cncentracines de ácid y base. n ácid = n ácid i ( ácid) V( ácid) = M( ácid) V M i i 5 0 5 0 = M( HNO) 50 0 : M( HNO) = '5 0 n ( base) i = n( base) ( base) V( base) = M( base) V M i i 0 5 0 = M( NaOH) 50 0 : M( NaOH) = 0'5 0 Cncida la cncentración de ácid que queda sin reaccinar, y teniend en cuenta que es un ácid uerte mnprótid: H O = HNO = 0 M ( 0 ) ' 7 ph = lg H O = lg =