Examen de Química PAU Aragón 2024 · Ordinaria

1. (2 puntos) Cuando reacciona aluminio con clorato de potasio en presencia de ácido clorhídrico se obtiene cloruro de aluminio, cloruro de potasio y agua.

a)

Escriba y ajuste la ecuación iónica por el método del ion-electrón y escriba la ecuación molecular completa. Indique el agente oxidante y el reductor. (1,20 puntos)

b)

Si partimos de 15 g de aluminio y 400 mL de una disolución 0,5 M de clorato de potasio, calcule los gramos de cloruro de aluminio que se obtendrían. (0,8 puntos)

Masas atómicas: Al = 27; Cl = 35,5.

Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

a)

Considere la siguiente reacción sin ajustar y los potenciales estándar de reducción de los reactivos:

$$\mathrm{NO + I_2 + H_2O \dashrightarrow HNO_3 + HI} \qquad \varepsilon^\circ(\mathrm{NO_3^-/NO}) = +0{,}96\ \text{V};\; \varepsilon^\circ(\mathrm{I_2/I^-}) = +0{,}53\ \text{V}$$

¿En qué sentido, derecha o izquierda, transcurrirá esta reacción de forma espontánea? ¿Qué reactivo es el que se reduce y cuál se oxida en la reacción espontánea? (1 punto)

Izquierda

Derecha

Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

b) En la reacción de potasio con azufre: $2\text{ K} + \text{S} \rightarrow \text{K}_2\text{S}$, ¿son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones? Indique la semirreacción que ocurre en cada caso:

i)

El potasio capta electrones y por lo tanto es el oxidante. (0,5 puntos)

ii)

El azufre es la especie que se reduce. (0,5 puntos)

3. (2 puntos) La solubilidad en agua del $\mathrm{MgF_2}$, a $25\ ^\circ\mathrm{C}$, es de $2{,}71\cdot 10^{-3}\ \mathrm{M}$.

a)

Escriba el equilibrio de solubilidad del $\mathrm{MgF_2}$, calcule el valor de su producto de solubilidad y las concentraciones molares de los iones fluoruro y magnesio en una disolución saturada. (1 punto)

b)

Se disuelven 7,2 mg de $\mathrm{MgSO_4}$ en 150 mL de agua, ¿cuál será la cantidad máxima de $\mathrm{NaF}$, en gramos, que podemos añadir a esa disolución sin que precipite $\mathrm{MgF_2}$? Considere que el $\mathrm{MgSO_4}$ está totalmente disociado y que el volumen no cambia al añadir el $\mathrm{NaF}$. (1 punto)

Masas atómicas: Mg = 24; S = 32; O = 16; Na = 23; F = 19.

4. (2 puntos) La velocidad de la reacción $2\text{A (g)} + \text{B (g)} \rightarrow \text{C (g)}$ se ha estudiado a $300\text{ K}$ de temperatura. Los experimentos realizados se muestran en la siguiente tabla:

Experimento · $[\text{A}]_0\ (\text{mol}\cdot\text{L}^{-1})$ · $[\text{B}]_0\ (\text{mol}\cdot\text{L}^{-1})$ · $v_0\ (\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1})$

1 · 0,25 · 0,25 · 0,015

2 · 0,25 · 0,50 · 0,030

3 · 0,50 · 0,50 · 0,120

a)

Deduzca los órdenes parciales de los reactivos y el orden total de la reacción. Escriba también la expresión de la ecuación de velocidad. (1 punto)

b)

Calcule la constante de velocidad, $k$, y especifique sus unidades. (0,5 puntos)

c)

Indique, de forma razonada, si sería posible aumentar la velocidad de reacción en el experimento 1 sin modificar la concentración de los reactivos ni aumentar la temperatura. (0,5 puntos)

Considere los elementos químicos X e Y con números atómicos 56 y 16, respectivamente, y razone si son verdaderas o falsas las siguientes cuestiones:

Razone si son verdaderas o falsas las siguientes cuestiones:

a)

Los números cuánticos $(n, l, m_l)$ del último electrón (electrón diferenciador) del elemento con número atómico 56 son $(6, 2, 0)$. (0,5 puntos)

Verdadera

Falsa

c)

El elemento $\text{X}$ es el más electronegativo de los dos, pero $\text{Y}$ tiene un mayor radio atómico. (0,5 puntos)

Verdadera

Falsa

d)

El catión $\text{K}^+$ es isoelectrónico con el ion más probable del elemento $\text{Y}$. (0,5 puntos)

Verdadera

Falsa

Considere los elementos químicos X e Y con números atómicos 56 y 16, respectivamente, y razone si son verdaderas o falsas las siguientes cuestiones:

Razone si es verdadera o falsa la siguiente cuestión:

b)

La combinación de los dos elementos dará un compuesto de fórmula $\text{XY}$. (0,5 puntos)

Verdadera

Falsa

6. (2 puntos) Las estructuras de Lewis de las moléculas $\text{SiCl}_4$ y $\text{AsH}_3$ son las que se muestran en la figura de la derecha:

a)

Prediga sus geometrías moleculares según la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV). Razone si sus geometrías electrónicas coinciden con las moleculares. (1 punto)

b)

Deduzca la hibridación del átomo central de la molécula de $\text{SiCl}_4$. Razone la respuesta. (0,5 puntos)

c)

Explique si alguna de estas moléculas puede formar enlaces de hidrógeno. (0,5 puntos)

7. (2 puntos) Una de las etapas de la fabricación industrial de ácido nítrico consiste en la siguiente reacción entre dióxido de nitrógeno y agua:

$$3\,\text{NO}_2\,(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}\,(\text{l}) \rightleftarrows 2\,\text{HNO}_3\,(\text{ac}) + \text{NO}\,(\text{g})$$

a)

Calcule la entalpía de la reacción anterior a partir de los siguientes datos e indique si es una reacción endotérmica o exotérmica: (1 punto)

A: $2\,\text{NO}\,(\text{g}) + \text{O}_2\,(\text{g}) \rightleftarrows 2\,\text{NO}_2\,(\text{g}) \quad \Delta H^\circ = -173\,\text{kJ}$

B: $2\,\text{N}_2\,(\text{g}) + 5\,\text{O}_2\,(\text{g}) + 2\,\text{H}_2\text{O}\,(\text{l}) \rightleftarrows 4\,\text{HNO}_3\,(\text{ac}) \quad \Delta H^\circ = -255\,\text{kJ}$

C: $\text{N}_2\,(\text{g}) + \text{O}_2\,(\text{g}) \rightleftarrows 2\,\text{NO}\,(\text{g}) \quad \Delta H^\circ = +181\,\text{kJ}$

Exotérmica

Endotérmica

b)

¿Cuánto calor se pondrá en juego si se quieren obtener $5\,\text{kg}$ de ácido nítrico? ¿Qué volumen de $\text{NO}$, medido a $298\,\text{K}$ y $1\,\text{atm}$, se obtendrá junto a ese ácido nítrico? (1 punto)

Datos: $R = 0{,}082\,\text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$. Masas atómicas: $\text{H} = 1$; $\text{N} = 14$; $\text{O} = 16$.

8. (2 puntos)

a)

Considere las siguientes reacciones:

A) $2\,\text{NOBr}\,(\text{g}) \rightleftarrows 2\,\text{NO}\,(\text{g}) + \text{Br}_2\,(\text{g}) \quad K_c(\text{A}) = 0{,}25$

B) $\text{NO}\,(\text{g}) + 1/2\,\text{Br}_2\,(\text{g}) \rightleftarrows \text{NOBr}\,(\text{g}) \quad ¿K_c(\text{B})?$

Indique las expresiones de $K_c$ de ambos procesos. Teniendo en cuenta el valor de $K_c$ para la reacción A, calcule el valor de $K_c$ para la reacción B. (1 punto)

b)

Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones sobre este proceso:

$$\text{CS}_2\,(\text{g}) + 4\,\text{H}_2\,(\text{g}) \rightleftarrows \text{CH}_4\,(\text{g}) + 2\,\text{H}_2\text{S}\,(\text{g}) \quad \Delta H^\circ > 0$$

i) El valor de $K_c$ es igual al valor de $K_p$. (0,5 puntos)

Verdadera

Falsa

ii) Un aumento de la temperatura de reacción mejorará la producción de metano. (0,5 puntos)

Verdadera

Falsa

9. (2 puntos)

a)

Se prepara una disolución acuosa $0{,}2\,\text{M}$ de una base ($\text{B}^-$) cuyo $\text{pH}$ es $11{,}38$. Plantee el equilibrio ácido-base y calcule la $K_b$ de dicha base y su grado de disociación. (1,1 puntos)

b)

Se quiere neutralizar con $\text{KOH}$ el $\text{HCl}$ presente en $10\,\text{mL}$ de una disolución de $\text{HCl}$ comercial que tiene una riqueza en masa del $35\%$ y una densidad de $1{,}2\,\text{g/mL}$. Disponemos de $5\,\text{g}$ de $\text{KOH}$ ¿serán suficientes para llevar a cabo esa neutralización? (0,9 puntos)

Masas atómicas: $\text{K} = 39$; $\text{Cl} = 35{,}5$; $\text{O} = 16$; $\text{H} = 1$.

No

Sí

10. (2 puntos) Considere la siguiente tabla de especies ácidas y básicas:

a)

Complete las casillas en blanco de la tabla incorporando la fórmula del ácido o de la base conjugada y $K_a$ o $K_b$, según corresponda. Justifique las respuestas. (1 punto)

Ácido

Base

$K_a$

$K_b$

$\text{NH}_3$

$1{,}8\cdot 10^{-5}$

$\text{CH}_3\text{COOH}$

$1{,}8\cdot 10^{-5}$

$\text{NO}_2^-$

$2{,}6\cdot 10^{-11}$

$\text{HCO}_3^-$

$4{,}7\cdot 10^{-11}$

b)

Ordene los ácidos recogidos en la tabla de mayor a menor fortaleza. Razone la respuesta. (0,5 puntos)

c)

Se neutraliza completamente una disolución de $\text{NH}_3$ con otra de $\text{HCl}$. Justifique el pH (ácido, básico o neutro) de la disolución neutralizada. (0,5 puntos)