Examen de Química PAU Baleares 2021 · Extraordinaria

El premi Nobel de Química de l’any 2020 va ser concedit a dues investigadores, Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna (figura 1), pel desenvolupament de la tècnica CRISPR-Cas9, o tisores genètiques, la qual permet tallar l’ADN en una posició concreta. Un dels components estructurals de l’ADN és la desoxiribosa, que presenta l’estructura química que es mostra a la figura 2:

i)

Calcula el pes molecular de la desoxirribosa.

El premi Nobel de Química de l’any 2020 va ser concedit a dues investigadores, Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna (figura 1), pel desenvolupament de la tècnica CRISPR-Cas9, o tisores genètiques, la qual permet tallar l’ADN en una posició concreta. Un dels components estructurals de l’ADN és la desoxiribosa, que presenta l’estructura química que es mostra a la figura 2:

ii)

Quin tipus d'hibridació presenta l'àtom de carboni indicat amb el número 3 a la figura de l'estructura química de la desoxirribosa? Justifica la resposta.

El premi Nobel de Química de l’any 2020 va ser concedit a dues investigadores, Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna (figura 1), pel desenvolupament de la tècnica CRISPR-Cas9, o tisores genètiques, la qual permet tallar l’ADN en una posició concreta. Un dels components estructurals de l’ADN és la desoxiribosa, que presenta l’estructura química que es mostra a la figura 2:

b)

Formula el compost següent: dietil èter.

El premi Nobel de Química de l’any 2020 va ser concedit a dues investigadores, Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna (figura 1), pel desenvolupament de la tècnica CRISPR-Cas9, o tisores genètiques, la qual permet tallar l’ADN en una posició concreta. Un dels components estructurals de l’ADN és la desoxiribosa, que presenta l’estructura química que es mostra a la figura 2:

b)

Formula el compost següent: àcid fosfòric.

2A. (2 punts) Considera les molècules de $\text{BCl}_3$ (triclorur de bor) i $\text{NH}_3$ (amoníac):

a)

Escriu l'estructura de Lewis d'ambdues molècules.

b)

Indica la geometria de la molècula de triclorur de bor segons la Teoria de la Repulsió de Parells Electrònics de la Capa de València (TRPECV).

c)

Explica la polaritat de la molècula d'amoníac.

d)

Quina de les dues molècules considerades pot presentar enllaços d'hidrogen? Justifica la resposta.

3A. (2 punts) El sulfat de coure ($\mathrm{CuSO_4}$) es va utilitzar durant molts d'anys com a additiu en piscines per a l'eliminació d'algues. Aquest compost es pot preparar tractant el coure metàl·lic amb àcid sulfúric ($\mathrm{H_2SO_4}$) segons la següent reacció química no ajustada:$$\mathrm{Cu\,(s) + H_2SO_4\,(aq) \rightarrow CuSO_4\,(aq) + SO_2\,(g) + H_2O\,(l)}$$

a)

Ajusta les reaccions iònica i molecular pel mètode de l'ió electró.

b)

Calcula el volum (en mL) d'àcid sulfúric, de densitat $1{,}98\text{ kg/L}$ i riquesa del $95\%$ (en pes), necessari per reaccionar amb $10\text{ g}$ de coure metàl·lic.

El naftalè sòlid, $\text{C}_{10}\text{H}_8\text{ (s)}$ (figura 3), se sublima en condicions ambientals de pressió i temperatura, i per això es pot utilitzar per fumigar espais tancats.

El procés de sublimació es representa segons l'equilibri químic següent:

$$\text{C}_{10}\text{H}_{8\text{ (s)}} \rightleftharpoons \text{C}_{10}\text{H}_{8\text{ (g)}}$$

amb $K_\text{c}\text{ (a } 298\text{ K)} = 4{,}29 \cdot 10^{-6}\text{ mol L}^{-1}$ i $\Delta H^\circ\text{ (a } 298\text{ K)} = 72{,}0\text{ kJ/mol}$

Inicialment, s'introdueixen $0{,}64\text{ g}$ de naftalè sòlid en un recipient tancat i buit de $20{,}0\text{ L}$ a una temperatura de $298\text{ K}$.

4A. Es consideren els apartats a i b referits a l'equilibri químic de sublimació del naftalè:

a)

Calcula el nombre de mols de naftalè presents en estat gasós una vegada que s'ha assolit l'equilibri químic a $298\text{ K}$.

b)

Calcula el percentatge de naftalè sòlid que haurà sublimat quan s'assoleixi l'equilibri químic.

%

El naftalè sòlid, $\text{C}_{10}\text{H}_8\text{ (s)}$ (figura 3), se sublima en condicions ambientals de pressió i temperatura, i per això es pot utilitzar per fumigar espais tancats.

El procés de sublimació es representa segons l'equilibri químic següent:

$$\text{C}_{10}\text{H}_{8\text{ (s)}} \rightleftharpoons \text{C}_{10}\text{H}_{8\text{ (g)}}$$

amb $K_\text{c}\text{ (a } 298\text{ K)} = 4{,}29 \cdot 10^{-6}\text{ mol L}^{-1}$ i $\Delta H^\circ\text{ (a } 298\text{ K)} = 72{,}0\text{ kJ/mol}$

Inicialment, s'introdueixen $0{,}64\text{ g}$ de naftalè sòlid en un recipient tancat i buit de $20{,}0\text{ L}$ a una temperatura de $298\text{ K}$.

4A. Es consideren els apartats c i d referits a la termoquímica i l'espontaneïtat del procés de sublimació:

c)

De quin signe és la variació d'entropia estàndard ($\Delta S^\circ$) del procés de sublimació del naftalè? Justifica la resposta.

d)

Quin efecte té la temperatura sobre l'espontaneïtat d'aquest procés? Justifica la resposta.

5A. (2 punts) L'àcid làctic ($\text{CH}_3\text{-CHOH-COOH}$) és un compost orgànic sòlid i de color blanc que s'obté per síntesi química o per fermentació microbiana de diferents carbohidrats. En solució aquosa actua com un àcid monopròtic feble perquè la seva molècula conté un únic grup funcional carboxílic (-COOH).

a)

Sabent que el valor de la constant d'acidesa ($K_a$) de l'àcid làctic (a $25\text{ }^\circ\text{C}$) és d'$1{,}41\cdot 10^{-4}$; calcula el pH d'una dissolució d'àcid làctic $0{,}50\text{ M}$.

b)

Al laboratori tenim una altra dissolució d'àcid làctic de concentració desconeguda. Per determinar-ne la concentració, se'n valoren $25{,}0\text{ mL}$ utilitzant una dissolució aquosa d'una base forta de concentració coneguda.

Indica quins dels materials de la següent llista són necessaris per fer aquesta valoració al laboratori i explica quina és la seva funció en el procés de valoració:

- balança

- bureta

- calorímetre

- espàtula

- matràs Erlenmeyer

- pila

- pont salí

- voltímetre

1B. (2 punts) Considerant els àtoms següents: S, Cl, Ca i Fe; indica de forma raonada si les afirmacions següents són vertaderes o falses.

a)

La primera energia d'ionització de l'àtom de S és major que la de l'àtom de Cl.

Vertader

Fals

b)

El radi atòmic de l'àtom de Cl és major que el radi atòmic de l'àtom de Ca.

Vertader

Fals

c)

L'àtom de Fe té major afinitat electrònica que l'àtom de Cl.

Vertader

Fals

d)

L'àtom de S és més electronegatiu que l'àtom de Ca.

Vertader

Fals

2B. (2 punts) El metanol ($\text{CH}_3\text{OH}$) és l'alcohol de cadena més curta que es pot formular. En la indústria química, la síntesi del metanol es produeix per hidrogenació del monòxid de carboni ($\text{CO}$), segons la següent reacció química ajustada que es dona en fase gasosa:

$$\text{CO}_{\text{(g)}} + 2\,\text{H}_{2\,\text{(g)}} \rightleftarrows \text{CH}_3\text{OH}_{\text{(g)}}$$

En un reactor, s'assoleix l'equilibri químic anterior a una temperatura de $673\text{ K}$, i es comprova que la pressió parcial del $\text{CO}_{\text{(g)}}$ és de $0{,}27\text{ atm}$ i la del $\text{CH}_3\text{OH}_{\text{(g)}}$ és de $0{,}20\text{ atm}$, sent la pressió total d'una atmosfera.

a)

Calcula les constants d'equilibri $K_p$ i $K_c$, ambdues a $673\text{ K}$.

atm

b)

Indica de forma raonada quins efectes tindrien sobre la formació de metanol les accions següents:

Indica de manera raonada si les afirmacions següents són vertaderes o falses:

3B. Indica de manera raonada si les afirmacions següents són vertaderes o falses:

a)

El grau de dissociació d'un àcid feble augmenta quan afegim OH⁻ (aq) a la dissolució.

Vertader

Fals

b)

El pH d'una dissolució aquosa d'àcid nítric (HNO₃) és superior al pH d'una dissolució de la mateixa concentració d'àcid clorhídric (HCl).

Vertader

Fals

d)

Una dissolució aquosa de clorur amònic (NH₄Cl) presenta un pH superior a 7. Dades: K b (NH₃) a 25 °C = 1,8·10⁻⁵.

Vertader

Fals

Indica de manera raonada si les afirmacions següents són vertaderes o falses:

c)

El pictograma següent, el qual apareix en una botella d'àcid clorhídric ($\mathrm{HCl}$) concentrat, ens indica que es tracta d'una substància perillosa per al medi ambient aquàtic.

Vertader

Fals

4B. (2 punts) Considerant les següents espècies químiques en condicions estàndard: $\text{Au}_{\text{ (s)}}$, $\text{Pb}_{\text{ (s)}}$, $\text{Sn}_{\text{ (s)}}$, $\text{Cd}_{\text{ (s)}}$, $\text{Zn}_{\text{ (s)}}$, $\text{Au}^+_{\text{ (aq)}}$, $\text{Pb}^{2+}_{\text{ (aq)}}$, $\text{Sn}^{2+}_{\text{ (aq)}}$, $\text{Cd}^{2+}_{\text{ (aq)}}$, $\text{Zn}^{2+}_{\text{ (aq)}}$ i els valors de la taula 1, contesta a les preguntes següents, justificant totes les respostes:

Taula 1. Potencials estàndard de reducció

Semireaccions

$E^0$ (volts)

$\text{Au}^+_{\text{ (aq)}} + 1\text{e}^- \rightarrow \text{Au}_{\text{ (s)}}$

$1{,}69$

$\text{Pb}^{2+}_{\text{ (aq)}} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Pb}_{\text{ (s)}}$

$-0{,}13$

$\text{Sn}^{2+}_{\text{ (aq)}} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Sn}_{\text{ (s)}}$

$-0{,}14$

$\text{Cd}^{2+}_{\text{ (aq)}} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cd}_{\text{ (s)}}$

$-0{,}40$

$\text{Zn}^{2+}_{\text{ (aq)}} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Zn}_{\text{ (s)}}$

$-0{,}76$

a)

Quina és l'espècie química que presenta major poder reductor? Justifica la resposta.

b)

Quina és l'espècie química amb major poder oxidant? Justifica la resposta.

c)

Quines de les espècies químiques considerades tenen capacitat per reduir el $\text{Sn}^{2+}$? Justifica la resposta.

d)

Quines espècies químiques combinaries per construir una pila galvànica que presentàs el màxim valor per a la força electromotriu? Justifica la resposta i indica el valor de la f.e.m.

5B. (2 punts) L'equació de velocitat per a la següent reacció química:

$$\text{H}_{2\text{ (g)}} + \text{I}_{2\text{ (g)}} \rightarrow 2\,\text{HI}_{\text{(g)}}$$

és d'ordre 1 respecte a la molècula de dihidrogen i, també, d'ordre 1 respecte a la molècula de diiode.

a)

Escriu l'equació de velocitat i indica quines unitats tindrà la constant de velocitat.

b)

Explica de forma raonada com variarà la velocitat de reacció si:

i)

augmenta la temperatura,

ii)

s'afegeix un catalitzador a la reacció.