Examen de Química UAB 2022 · Segon Parcial de (Gener 2022)

Pregunta 1 (2 punts). Qüestions de vertader o fals

Indiqueu per a cadascuna de les següents afirmacions si és vertadera (V) o falsa (F). (Cada resposta correcta suma 0,2 punts; cada resposta errònia resta 0,05 punts).

Pregunta 1 (2 punts). Qüestions de vertader o fals

Indiqueu per a cadascuna de les següents afirmacions si és vertadera (V) o falsa (F). (Cada resposta correcta suma 0,2 punts; cada resposta errònia resta 0,05 punts).

h. L'energia de Gibbs de reacció és la derivada de l'energia de Gibbs respecte al grau d'avanç.

Pregunta 1 (2 punts). Qüestions de vertader o fals

Indiqueu per a cadascuna de les següents afirmacions si és vertadera (V) o falsa (F). (Cada resposta correcta suma 0,2 punts; cada resposta errònia resta 0,05 punts).

f. L'$\text{H}_2\text{CO}_3$ és un àcid dipròtic amb $K_{a1} = 4\cdot 10^{-7}$ i $K_{a2} = 6\cdot 10^{-11}$. El pH d'una solució 0,1 M de $\text{NaHCO}_3$ serà bàsic, en concret 8,31.

g. Per treballar a $\text{pH} \sim 6{,}5\text{--}7{,}0$, una solució d'àcid acètic i acetat en una proporció 1:50 seria un tampó òptim, ja que el pH s'aproximaria a 6,5. Dada: $K_a(\text{HAc}/\text{Ac}^-) = 1{,}78\cdot 10^{-5}$.

i. Els estats de protonació a $\text{pH} = 3{,}0$ dels grups àcid/base ($\text{RNH}_3^+/\text{RNH}_2$; $\text{RCOOH}/\text{RCOO}^-$) de l'aminoàcid lisina són els que es mostren a la figura següent, a partir dels valors de $\text{p}K_a$ indicats:

j. Tenim una sal que conté la base conjugada completament desprotonada d'un àcid dipròtic, del qual ens donen els valors de $\text{p}K_{a1}$ i $\text{p}K_{a2}$. Podem obtenir els $\text{p}K_b$ de les bases conjugades corresponents tenint en compte el producte iònic de l'aigua mitjançant: $\text{p}K_{b1} = 14 - \text{p}K_{a2}$ i $\text{p}K_{b2} = 14 - \text{p}K_{a1}$.

Context

Data de la prova: 18 de gener de 2022

Dades generals i constants físiques:

$1\text{ atm} = 1013\text{ mbar} = 1{,}013 \times 10^5\text{ Pa}$

$R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}/(\text{mol}\cdot\text{K}) = 8{,}314\text{ J}/(\text{mol}\cdot\text{K}) = 1{,}988\text{ cal}/(\text{mol}\cdot\text{K})$

$1\text{ cal} = 4{,}18\text{ J}$

Pregunta 2 (3,5 punts). Reacció d'oxidació de NO a NO2

Considereu la reacció següent en fase gas:

$$\mathrm{NO(g) + \frac{1}{2} O_2(g) \rightleftharpoons NO_2(g)}$$

i disposeu de les dades termodinàmiques següents a $298\text{ K}$:

Substància

$\Delta_f H^{\circ}_{298}\text{ (kcal/mol)}$

$S^{\circ}_{298}\text{ (cal/K}\cdot\text{mol)}$

$\mathrm{NO}$

$21{,}60$

$50{,}3$

$\mathrm{NO_2}$

$8{,}09$

$57{,}5$

$\mathrm{O_2}$

—

$49{,}0$

a.

Calculeu $\Delta_r G^{\circ}_{298}$. [1 punt]

b.

En condicions estàndard i $T = 298\text{ K}$, la reacció és espontània? Si és que sí, ho serà sempre? Justifiqueu la resposta. [1 punt]

c.

Calculeu la constant d'equilibri ($K_p$) a $298\text{ K}$. [1 punt]

d.

Cap a on es desplaçarà l'equilibri si s'augmenta la temperatura? Justifiqueu la resposta. [0,5 punts]

Pregunta 3 (2,5 punts). Equilibri àcid-base del sulfur d'hidrogen

En els bacteris verds sulfúrics, el sulfur d'hidrogen ($\mathrm{H_2S}$) actua com l'agent reductor del $\mathrm{CO_2}$ a carbohidrats en el procés de la fotosíntesi. Calculeu les concentracions molars de totes les espècies en equilibri: $\mathrm{H_2S}$, $\mathrm{HS^-}$, $\mathrm{S^{2-}}$, $\mathrm{H_3O^+}$ i $\mathrm{OH^-}$ en una dissolució aquosa $0{,}065\text{ M}$ de $\mathrm{H_2S}$.

Dades:

$K_{a1} = 1{,}3\cdot 10^{-7}$; $K_{a2} = 76{,}1\cdot 10^{-15}$.

Context

Data de la prova: 18 de gener de 2022

Dades generals i constants físiques:

$1\text{ atm} = 1013\text{ mbar} = 1{,}013 \times 10^5\text{ Pa}$

$R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}/(\text{mol}\cdot\text{K}) = 8{,}314\text{ J}/(\text{mol}\cdot\text{K}) = 1{,}988\text{ cal}/(\text{mol}\cdot\text{K})$

$1\text{ cal} = 4{,}18\text{ J}$

Considereu la reacció industrial d'obtenció d'amoníac:

$$\mathrm{N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)}$$

a)

Calculeu l'energia lliure de Gibbs de reacció ($\Delta_r G$) a $400\text{ K}$ quan les pressions parcials de $\mathrm{N_2}$, $\mathrm{H_2}$ i $\mathrm{NH_3}$ són $4{,}20\text{ bar}$, $1{,}80\text{ bar}$ i $21{,}0\text{ bar}$, respectivament. A aquesta temperatura, la constant d'equilibri termodinàmica ($K_{\text{eq}}$) té un valor de $41$.

b)

A partir del valor obtingut de $\Delta_r G$, indiqueu si la barreja evolucionarà cap a la formació de reactius, cap a la de productes o si es troba en situació d'equilibri. Justifiqueu la resposta.