OPCIÓN A Pregunta A1.- Considere las cuatro configuraciones electrónicas siguientes: (A) 1s 2 2s 2 2p 7, (B) 1s 2 2s 3, (C) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5, y (D) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2. a) Razone cuál(es) no cumple(n) el principio de exclusión de Pauli. b) Indique el grupo y el periodo de los elementos a los que pertenecen las configuraciones que sí lo cumplen e indique su carácter metálico o no metálico. c) Escriba las posibles combinaciones de números cuánticos para un electrón situado en un orbital 3d. d) Justifique cuál será el ion más estable del elemento D. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a) Según el principio de exclusión de Pauli no pueden pertenecer a un mismo átomo dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales. Por lo tanto, las configuraciones (A) y (B) no cumplen con el principio de exclusión de Pauli, ya que en el orbital p como máximo caben 6 electrones, y no 7; y en el orbital s como máximo caben 2 electrones, y no 3. b) (C) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 : periodo 4, grupo 17. Posee carácter no metálico, pues tiene 7 electrones en su última capa, y precisa que le donen 1 electrón para alcanzar estructura de gas noble. (D) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 : periodo 3, grupo 2. Posee carácter metálico, pues tiene 2 electrones en su última capa, que tiene que donar para alcanzar estructura de gas noble. c) Orbital 3d: n = 3, l = 2 (3, 2, 0, ±1/2) (3, 2, 1, ±1/2) (3, 2, -1, ±1/2) (3, 2, 2, ±1/2) (3, 2, -2, ±1/2) d) El ion más estable del elemento D, será el D 2+, ya que necesita donar 2 electrones para alcanzar estructura de gas noble. Pregunta A2.- Explique cuáles de las siguientes reacciones, sin ajustar, modifican su composición en el equilibrio por un cambio en la presión total. Indique cómo variarían las cantidades de los productos o los reactivos si se tratase de un aumento de presión. a) Ni (s) + CO (g) Ni(CO)4 (g) b) CH4 (g) + H2O (g) CO (g) + H2(g) 1
c) SO2 (g) + O2(g) SO3(g) d) O3 (g) O2 (g) Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos Según el principio de le Chatelier, tras un aumento de la presión total del sistema, el equilibrio se desplazará hacia donde exista un número menor de moles gaseosos para contrarrestar dicho efecto. Por lo tanto: a) Ni (s) + 4CO (g) Ni(CO)4 (g). El equilibrio se desplazará hacia la derecha, ya que únicamente tiene un mol gaseoso, frente a los 4 moles de la izquierda. b) CH4 (g) + H2O (g) CO (g) + 3H2 (g). El equilibrio se deslazará hacia la izquierda, ya que tiene menor número de moles gaseosos (2) que a la izquierda (4) c) SO2 (g) + ½ O2(g) SO3(g). El equilibrio se desplazará hacia la derecha, ya que tiene menor número de moles gaseosos (1) que a la izquierda (3/2). Pregunta A3.- El aminoácido leucina es el ácido 2 amino 4 metilpentanoico. a) Escriba su fórmula semidesarrollada. b) Formule y nombre un compuesto que sea isómero de cadena de la leucina. c) Escriba la reacción de la leucina con el metanol, nombre los productos e indique qué tipo de reacción es. d) Si en la leucina se sustituye el grupo amino por un grupo alcohol, formule y nombre el compuesto resultante. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos a) b) Ácido 2-amino-3-metilpentanoico c) CH 3 CH CH 2 CH COOH CH 3 NH 2 CH 3 CH 2 CH CH COOH CH 3 NH 2 CH 3 CH CH 2 CH COOH + CH 3OH CH 3 CH CH 2 CH COOCH 3 +H 2O CH 3 NH 2 CH 3 NH 2 2
Productos: metanoato de 2-amino-3 metilpentilo y agua. Reacción de esterificación. d) CH 3 CH CH 2 CH COOH CH 3 OH Ácido 2-hidroxi-4-metilpentanoico Pregunta A4.- Para las siguientes reacciones de neutralización, formule la reacción y calcule el ph de la disolución que resulta tras: a) Mezclar 50 ml de ácido sulfúrico 2 M con 50 ml de hidróxido de sodio 5 M. b) Añadir 0,1 g de hidróxido de sodio y 0,1 g de cloruro de hidrógeno a un litro de agua destilada. Datos. Masas atómicas: H =1,0; O = 16,0; Na = 23,0 ; Cl = 35,5. Puntuación máxima por apartado: 1 punto. a) H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O 50 ml H2SO4 2M: n = M V = 0,05 2 = 0,1 moles 50 ml NaOH 5M: n = M V = 0,05 5 = 0,25 moles 1mol H 2 SO 4 2 mol NaOH = 0,1mol H 2SO 4 x mol NaOH Entonces sobran: 0,25 0,2 = 0,05 mol NaOH. x = 2 0,1 = 0,2 mol NaOH 0,05 mol en 100 ml: M = n V = 0,05 0,1 = 0,5 M La reacción resultante será: NaOH Na + + OH - [C0] 0,5 - - [Cf] - 0,5 0,5 3
p(oh) = log[oh ] = log[0,5] = 0,3 b) NaOH + HCl NaCl + H2O ph + poh = 14 ph = 13,7 0,1g NaOH: n = m PM = 0,1 40 = 2,74 10 3 mol 0,1g HCl: n = m PM = 0,1 36,5 = 2,74 10 3 mol 1mol NaOH 1 mol HCl = mol NaOH x mol HCl x = 1 2,5 10 3 = mol HCl Entonces sobran: 2,74 10 3 2,5 10 3 = 2,4 10 4 mol HCl. 2,4 10-4 mol en 1 L: M = 2,4 10 4 M La reacción resultante será: HCl Cl - + H + [C0] 2,4 10 3 - - [Cf] - 2,4 10 4 2,4 10 4 ph = log[h + ] = log[2,4 10 4 ] = 3,62 Pregunta A5.- Se lleva a cabo la electrolisis de ZnBr2 fundido. a) Escriba y ajuste las semirreacciones que tienen lugar en el cátodo y en el ánodo. b) Calcule cuánto tiempo tardará en depositarse 1 g de Zn si la corriente es de 10 A. c) Si se utiliza la misma intensidad de corriente en la electrolisis de una sal fundida de vanadio y se depositan 3,8 g de este metal en 1 hora, cuál será la carga del ion vanadio en esta sal? Datos. F = 96485 C. Masas atómicas: V = 50,9; Zn = 65,4. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartado a); 0,75 puntos apartados b) y c) 4
a) Zn 2+ + 2e - Zn Cátodo (reducción) 2Br - Br2 + 2e - Ánodo (oxidación) b) Según la ley de Faraday: m = I t PM 96485 n Entonces: 1 = 10 t 65,4 96485 2 t = 295 s = 4,92 min c) Del mismo modo: Entonces: 3,8 = 10 3600 50,9 96485 n m = n = 5 I t PM 96485 n La carga será +5, es decir, se trata del ion V 5+. 5
OPCIÓN B Pregunta B1.- Ajuste las siguientes reacciones redox y justifique si son espontáneas: a) Cl2 + Cd Cd 2+ + Cl b) Cu 2+ + Cr Cu + Cr 3+ Datos. Eº (V): Cr 3+ /Cr = 0,74; Cu 2+ /Cu = 0,34; Cd 2+ /Cd = 0,40; Cl2/Cl = 1,36. Puntuación máxima por apartado: 1 punto. a) Cl2 + 2e - 2Cl Semireacción de reducción Cd Cd 2+ + 2e - Semireacción de oxidación Reacción ajustada: Cl2 + Cd Cd 2+ + 2Cl Eº reacción = Eº reducción - Eº oxidación = = 1,36 (-0,40) = 1,76 V > 0. La reacción es espontánea b) (Cu 2+ + 2e - Cu) 3 Semireacción de reducción (Cr Cr 3+ + 3e - ) 2 Semireacción de oxidación Reacción ajustada: 3Cu 2+ + 2Cr 3Cu + 2 Cr 3+ Eº reacción = Eº reducción - Eº oxidación = = 0,34 (-0,74) = 1,08 V > 0. La reacción es espontánea Pregunta B2.- La reacción ajustada A + B 2C tiene un orden de reacción dos respecto a A y uno respecto a B. Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) El orden total de la reacción es 2. b) Las unidades de la constante cinética son L mol 1 s 1. c) El valor de la constante cinética no se modifica si se duplica la concentración de A. d) La velocidad de la reacción es v = (1/2) d[a] / dt. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a) Falso. El orden total de la reacción será 2 + 1 = 3. b) Falso. V = k[a] 2 [B] mol mol2 = k mol k = l s l 2 l l 2 mol 2 s 6
c) Verdadero. El valor de la constante cinética únicamente depende de la temperatura. d) Falso. El coeficiente estequiométrico de A es 1, por lo que la velocidad de la reacción será: v = (1/1) d[a] / dt. Pregunta B3.- Considere los siguientes ácidos y sus valores de pka indicados en la tabla: HCOOH pka = 3,74 Ka = 1,82 10-4 HClO2 pka = 1,96 Ka =1,10 10-2 HCN pka = 9,21 Ka = 6,17 10-10 a) Justifique cuál es el ácido más débil. b) Calcule Kb para la base conjugada de mayor fortaleza. c) Si se preparan disoluciones de igual concentración de estos ácidos, justifique, sin hacer cálculos, cuál de ellas será la de menor ph. d) Escriba la reacción entre NaOH y HCN. Nombre el producto formado. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a) El ácido más débil es el HCN, ya que su constante de acidez es la más débil. b) Ka Kb = 10-14 K b = 10 14 Ka La base conjugada de mayor fortaleza será la del HCN, ya que es el ácido más débil. HCN: Kb = 1,62 10-5 c) La de menor ph será la de HClO2, ya que su pka es la menor, y por lo tanto, su constante de acidez es la mayor. d) NaOH + HCN NaCN + H2O Producto: cianuro de sodio + agua. 7
Pregunta B4.- En el siguiente sistema en equilibrio: CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g), las concentraciones de CO, Cl2 y COCl2 son 0,5 M, 0,5 M y 1,25 M, respectivamente. a) Calcule el valor de Kc. b) Justifique hacia dónde se desplazará el equilibrio si se aumenta el volumen. c) Calcule las concentraciones en el equilibrio de todos los componentes si se reduce el volumen a la mitad. Puntuación máxima por apartado; 0,5 puntos apartados a) y b); 1 punto apartado c) a) K c = [COCl 2] [CO][Cl 2 ] = 1,25 0,5 0,5 = 5 b) Si aumenta el volumen disminuirá la presión total del sistema, por lo que el equilibrio se desplazará hacia donde exista mayor número de moles gaseosos. Es decir, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda. c) Si se reduce el volumen a la mitad las nuevas concentraciones serán: CO (g) + Cl2 (g) COCl2(g) [C0] 1 M 1 M 2,5 M [Ceq] 1 x 1 x 2,5 + x K c = [COCl 2] 2,5 + x 5 = [CO][Cl 2 ] (1 x) 2 5x 2 10x + 5 = 2,5 + x 5x 2 11x + 2,5 = 0 x1 = 1,94; x2 = 0,26 Por lo tanto, las concentraciones en el equilibrio serán: [CO] = 0,74 M; [Cl2] = 0,74 M; [COCl2] = 2,76 M 8
Pregunta B5.- Se denominan gases licuados del petróleo (GLP) a mezclas de propano y butano que pueden utilizarse como combustible en diferentes aplicaciones. Cuando se quema 1 kg de una muestra de GLP en exceso de oxígeno, se desprenden 4,95 10 4 kj. Calcule: a) Las entalpías molares de combustión del propano y del butano. b) Las cantidades (en moles) de propano y butano presentes en 1 kg de la muestra de GLP. c) La cantidad (en kg) de CO2 emitida a la atmósfera en la combustión de 1 kg de la muestra de GLP. Datos. H (kj mol 1 ): propano (l) = 119,8; butano (l) = 148,0; CO2 (g) = 393,5; H2O (l) = 285,8. Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16. Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). a) Combustión del propano: C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O H 0 r = H 0 f productos - H 0 f reactivos = 4( 285,8)+3( 393,5) 1( 119,8) = -2204 kj mol 1 Combustión del butano: C4H10 +13/2 O2 4CO2 + 5H2O H 0 r = H 0 f productos - H 0 f reactivos = 5( 285,8)+4( 393,5) 1( 148,0) = -2855 kj mol 1 b) Propano: 2204 Butano: 2855 kj 1mol 1000g mol 44g C 3 H 8 1Kg kj 1mol 1000g mol 58g C 3 H 8 1Kg kj = 50091 Kg = 49224 kj Kg x 50091 y 49224 = 4,95 10 4 x + y = 1 9
Resolviendo el sistema: y = 0,68; x = 0,32 Composición: 68% en masa Butano, 32% en masa Propano En el enunciado piden composición molar: Tenemos 680 g butano: 680g 1 mol 58g Tenemos 320 g propano: 320g 1 mol 44g Composición molar butano = Composición molar propano = = 11,72 mol butano = 7,27 mol propano 11,72 11,72+7,27 = 62% 7,27 11,72+7,27 = 38% c) Combustión del propano: C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O 1 mol C 3 H 8 = 7,27 mol C 3H 8 3 mol CO 2 x = 959,64 g CO 2 Combustión del butano: C4H10 +13/2 O2 4CO2 + 5H2O x = 21,81 mol CO 2 44g 1 mol 1 mol C 4 H 10 = 11,72 mol C 4H 10 x 4 mol CO 2 x 58g = 46,88 mol CO 2 1 mol = 2719 g CO 2 Masa total de CO2 = 3678,68 g = 3,68 Kg 10