Examen de Química PAU Asturias 2021 · Extraordinaria

A partir de los siguientes datos: Entalpía estándar de formación del $\text{LiCl(s)}$ [$\Delta\text{H}_\text{f}\;\text{LiCl(s)}$] = $-408{,}3\text{ kJ mol}^{-1}$; Entalpía de sublimación del $\text{Li(s)}$ [$\Delta\text{H}_\text{s}\;\text{Li(s)}$] = $159{,}3\text{ kJ mol}^{-1}$; Entalpía de disociación del $\text{Cl}_2\text{(g)}$ [$\Delta\text{H}_\text{D}\;\text{Cl}_2\text{(g)}$] = $244\text{ kJ mol}^{-1}$; Primera energía de ionización del $\text{Li(g)}$ [$\Delta\text{H}_{\text{ionización}}\;\text{Li(g)}$]$_1$ = $520{,}2\text{ kJ mol}^{-1}$; Afinidad electrónica del $\text{Cl(g)}$ [$\Delta\text{H}_{\text{afinidad}}\;\text{Cl(g)}$] = $-349\text{ kJ mol}^{-1}$

1A. (2,0 puntos)

A partir de los siguientes datos: Entalpía estándar de formación del LiCl(s) [$\Delta H_\mathrm{f}\ \mathrm{LiCl(s)}$] = -408,3 kJ mol$^{-1}$; Entalpía de sublimación del Li(s) [$\Delta H_\mathrm{s}\mathrm{Li(s)}$] = 159,3 kJ mol$^{-1}$; Entalpía de disociación del Cl$_2$(g) [$\Delta H_\mathrm{D}\mathrm{Cl}_2\mathrm{(g)}$] = 244 kJ mol$^{-1}$; Primera energía de ionización del Li(g) [$\Delta H_{\mathrm{ionizaci\acute{o}n}}\mathrm{Li(g)}_1$] = 520,2 kJ mol$^{-1}$; Afinidad electrónica del Cl(g) [$\Delta H_{\mathrm{afinidad}}\mathrm{Cl(g)}$] = -349 kJ mol$^{-1}$

i.

Dibuje el ciclo de Born-Haber para la formación del LiCl(s), a partir de litio metálico y cloro gas. (1,5 puntos)

ii.

Calcule la energía de red ($\Delta H_\mathrm{red}$) del LiCl(s). (0,5 puntos)

A partir de los siguientes datos: Entalpía estándar de formación del $\text{LiCl(s)}$ [$\Delta\text{H}_\text{f}\;\text{LiCl(s)}$] = $-408{,}3\text{ kJ mol}^{-1}$; Entalpía de sublimación del $\text{Li(s)}$ [$\Delta\text{H}_\text{s}\;\text{Li(s)}$] = $159{,}3\text{ kJ mol}^{-1}$; Entalpía de disociación del $\text{Cl}_2\text{(g)}$ [$\Delta\text{H}_\text{D}\;\text{Cl}_2\text{(g)}$] = $244\text{ kJ mol}^{-1}$; Primera energía de ionización del $\text{Li(g)}$ [$\Delta\text{H}_{\text{ionización}}\;\text{Li(g)}$]$_1$ = $520{,}2\text{ kJ mol}^{-1}$; Afinidad electrónica del $\text{Cl(g)}$ [$\Delta\text{H}_{\text{afinidad}}\;\text{Cl(g)}$] = $-349\text{ kJ mol}^{-1}$

1B. (2,0 puntos)

El valor de la constante del producto de solubilidad a 25 °C del carbonato de magnesio, MgCO$_3$, es de $3{,}5 \times 10^{-8}$. Calcule:

i.

la solubilidad molar del carbonato de magnesio, en agua a 25 °C. (1,5 puntos)

ii.

la masa de carbonato de magnesio, expresada en gramos, necesaria para preparar 100 mL de una disolución saturada de MgCO$_3$. (0,5 puntos)

Datos. Masas atómicas: C = 12 u; O = 16 u; Mg = 24,3 u

Para la reacción química general $\text{A} + \text{B} \rightarrow \text{productos}$, a una temperatura determinada, se obtuvieron los valores de velocidades iniciales a $25\ ^\circ\text{C}$ que se indican en la tabla:

Experimento · $[\text{A}]_0\text{ (M)}$ · $[\text{B}]_0\text{ (M)}$ · Velocidad inicial $(\text{Ms}^{-1})$

1 · 0,212 · 0,102 · $3{,}60 \times 10^{-5}$

2 · 0,212 · 0,204 · $1{,}45 \times 10^{-4}$

3 · 0,313 · 0,204 · $2{,}14 \times 10^{-4}$

2A. (2,0 puntos)

Para la reacción química general A + B $\rightarrow$ productos, a una temperatura determinada, se obtuvieron los valores de velocidades iniciales a 25 °C que se indican en la tabla:

Experimento · [A]$_0$ (M) · [B]$_0$ (M) · Velocidad inicial (M$\cdot$s$^{-1}$)

1 · 0,212 · 0,102 · 3,60 $\times 10^{-5}$

2 · 0,212 · 0,204 · 1,45 $\times 10^{-4}$

3 · 0,313 · 0,204 · 2,14 $\times 10^{-4}$

Determine la ecuación de velocidad para la reacción química, indicando el orden de reacción parcial respecto del reactivo A y del reactivo B.

a)

b)

c)

Para la reacción química general $\text{A} + \text{B} \rightarrow \text{productos}$, a una temperatura determinada, se obtuvieron los valores de velocidades iniciales a $25\ ^\circ\text{C}$ que se indican en la tabla:

Experimento · $[\text{A}]_0\text{ (M)}$ · $[\text{B}]_0\text{ (M)}$ · Velocidad inicial $(\text{Ms}^{-1})$

1 · 0,212 · 0,102 · $3{,}60 \times 10^{-5}$

2 · 0,212 · 0,204 · $1{,}45 \times 10^{-4}$

3 · 0,313 · 0,204 · $2{,}14 \times 10^{-4}$

2B. (2,0 puntos)

Se construye una pila galvánica utilizando las semicélulas siguientes: a) una lámina de zinc sumergida en una disolución acuosa de Zn$^{2+}$(ac), 1M; b) un hilo de Pt sumergido en una disolución acuosa ácida que contiene MnO$_2$(s) en suspensión y [MnO$_4^-$] = 1 M.

i.

Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción y la reacción global que se producen, de forma espontánea, durante el funcionamiento de la pila, ajustadas por el método de ión-electrón en forma iónica. Indique la especie química que actúa como oxidante y la que actúa como reductora durante el funcionamiento espontáneo de la pila. (1,5 puntos)

ii.

Calcule la fuerza electromotriz (o potencial) de la pila en condiciones estándar. (0,5 puntos)

Datos. $E^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0{,}76\ \mathrm{V}$; $E^\circ(\mathrm{MnO_4^-/MnO_2}) = +1{,}70\ \mathrm{V}$

3A. (2,0 puntos)

La determinación de la concentración de peróxido de hidrógeno, $\text{H}_2\text{O}_2$, en un agua oxigenada puede llevarse a cabo mediante la valoración denominada permanganimetría, de acuerdo con la siguiente ecuación química:

$$2\ \text{KMnO}_4(\text{ac}) + 5\ \text{H}_2\text{O}_2(\text{ac}) + 3\ \text{H}_2\text{SO}_4(\text{ac}) \rightarrow 2\ \text{MnSO}_4(\text{ac}) + 5\ \text{O}_2(\text{g}) + 8\ \text{H}_2\text{O} + \text{K}_2\text{SO}_4(\text{ac})$$

i.

Describa el procedimiento experimental a seguir en el laboratorio para llevar a cabo dicha valoración, indicando el nombre del material de laboratorio utilizado. (1,0 punto)

ii.

Para la permanganimetría de una disolución de agua oxigenada, se tomó $1\ \text{mL}$ de dicha disolución y se diluyó con agua hasta un volumen final de $20\ \text{mL}$. La valoración exacta de esta disolución consumió, en el punto de equivalencia, $15\ \text{mL}$ de una disolución acuosa de permanganato de potasio. A partir de los cálculos realizados, se obtuvo una concentración de peróxido de hidrógeno en la disolución inicial de agua oxigenada de $1,275\ \text{g}\ \text{H}_2\text{O}_2 / 100\ \text{mL}$. Determine la concentración molar de la disolución de permanganato de potasio utilizado en la valoración. (1,0 punto)

Datos. Masas atómicas: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$.

3B. (2,0 puntos)

La determinación de la concentración de ácido acético, $\text{CH}_3\text{COOH}$, en un vinagre comercial puede llevarse a cabo a través de la realización de una valoración ácido-base empleando hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, como reactivo valorante.

i.

Indique el nombre del material de laboratorio necesario para llevar a cabo dicha valoración.

(1,0 punto)

Escriba los cuatro materiales o instrumentos de laboratorio principales requeridos:

ii.

Proponga, de forma razonada, cuál de los dos indicadores que aparecen recogidos en la tabla utilizaría para identificar el punto de equivalencia, indicando el cambio de color que se observaría. Señale el material en el que se colocaría el indicador durante la valoración.

(1,0 punto)

Indicador

Color (medio ácido)

Color (medio básico)

Intervalo de pH de cambio de color

Rojo de clorofenol

Rojo

Azul

4,8 – 6,4

Rojo de fenol

Amarillo

Rojo

6,8 – 8,4

Ejercicio 4

Para la reacción: $\mathrm{I_2(g) + C_5H_8(g) \rightarrow C_5H_6(g) + 2\ HI(g)} \quad \Delta H^\circ = +92{,}5\text{ kJ mol}^{-1}$

Explique el efecto de cada uno de los siguientes factores en la cantidad de $\mathrm{HI(g)}$ presente en la mezcla en equilibrio:

i)

ii)

Ejercicio 4

Indique, de forma razonada, el carácter ácido, básico o neutro de la disolución acuosa resultante de la neutralización exacta de una disolución acuosa de amoniaco, $\mathrm{NH_3}$, con una disolución acuosa de ácido nítrico, $\mathrm{HNO_3}$.

Dato: $K_b(\mathrm{NH_3}) = 1{,}8 \times 10^{-5}$

1.

2.

Ejercicio 4

Deduzca la estructura de Lewis para la molécula de $\mathrm{CHCl_3}$. Indique y dibuje la geometría molecular del compuesto, según la TRPECV, y los ángulos de enlace aproximados.

Datos: $\mathrm{C}\ (Z = 6); \mathrm{H}\ (Z = 1); \mathrm{Cl}\ (Z = 17)$.

1.

2.

3.

°

Ejercicio 4

Teniendo en cuenta los valores de los números cuánticos $n = 3$ y $m_l = 2$, determine, justificando las respuestas:

i)

ii)

iii)

iv)

Indique el tipo de hibridación que presenta:

i)

el fósforo en la molécula $\text{PCl}_3$ (geometría de pirámide trigonal):

ii)

el carbono en la molécula $\text{CCl}_4$ (geometría tetraédrica):

Escriba las fórmulas semidesarrolladas de los siguientes compuestos:

i)

ii)

iii)

iv)

v)

vi)

Los valores de electronegatividad en la escala de Pauling de los átomos $\text{H}$ y $\text{N}$ son $2{,}1$ y $3{,}0$, respectivamente. A partir de estos datos, deduzca el carácter polar o no polar de la molécula $\text{NH}_3$, que presenta una geometría molecular de pirámide trigonal.

i)

ii)

iii)

b)

Nombre y escriba la fórmula semidesarrollada de tres de los posibles isómeros constitucionales que tiene la fórmula molecular $\text{C}_6\text{H}_{14}$. [1,5 puntos]

Isómero 1

Isómero 2

Isómero 3