Examen de Química PAU Baleares 2021 · Ordinaria

El diòxid de nitrogen ($\text{NO}_2$), a més de ser un gas corrosiu per a la pell i el tracte respiratori, és un gas contaminant, que es forma en les reaccions de combustió a alta temperatura i elevades pressions.

El diòxid de nitrogen ($\text{NO}_2$) pot reaccionar amb l'ozó present a l'atmosfera segons la reacció química ajustada següent:

$$2\text{NO}_{2\text{ (g)}} + \text{O}_{3\text{ (g)}} \rightleftharpoons \text{N}_2\text{O}_{5\text{ (g)}} + \text{O}_{2\text{ (g)}}$$ Diversos estudis experimentals han conclòs que, a una determinada temperatura, aquesta reacció segueix una cinètica de primer ordre respecte del diòxid de nitrogen i també de primer ordre respecte de l'ozó.

i.)

Escriu l'equació de velocitat de la reacció.

ii.)

A més del diòxid de nitrogen, anomena dues substàncies tòxiques produïdes pels motors de combustió interna.

El diòxid de nitrogen ($\text{NO}_2$), a més de ser un gas corrosiu per a la pell i el tracte respiratori, és un gas contaminant, que es forma en les reaccions de combustió a alta temperatura i elevades pressions.

El diòxid de nitrogen ($\text{NO}_2$) pot reaccionar amb l'ozó present a l'atmosfera segons la reacció química ajustada següent:

$$2\text{NO}_{2\text{ (g)}} + \text{O}_{3\text{ (g)}} \rightleftharpoons \text{N}_2\text{O}_{5\text{ (g)}} + \text{O}_{2\text{ (g)}}$$ Diversos estudis experimentals han conclòs que, a una determinada temperatura, aquesta reacció segueix una cinètica de primer ordre respecte del diòxid de nitrogen i també de primer ordre respecte de l'ozó.

1A. b) Anomena la substància següent:

El diòxid de nitrogen ($\text{NO}_2$), a més de ser un gas corrosiu per a la pell i el tracte respiratori, és un gas contaminant, que es forma en les reaccions de combustió a alta temperatura i elevades pressions.

El diòxid de nitrogen ($\text{NO}_2$) pot reaccionar amb l'ozó present a l'atmosfera segons la reacció química ajustada següent:

$$2\text{NO}_{2\text{ (g)}} + \text{O}_{3\text{ (g)}} \rightleftharpoons \text{N}_2\text{O}_{5\text{ (g)}} + \text{O}_{2\text{ (g)}}$$ Diversos estudis experimentals han conclòs que, a una determinada temperatura, aquesta reacció segueix una cinètica de primer ordre respecte del diòxid de nitrogen i també de primer ordre respecte de l'ozó.

1A. b) Anomena la substància següent:

2A. (2 punts) La reacció química següent, que té lloc en medi àcid, correspon a un procés redox:

$\text{KI}_{\text{(aq)}} + \text{KNO}_{2\text{(aq)}} + \text{H}_2\text{SO}_{4\text{(aq)}} \rightarrow \text{I}_{2\text{(aq)}} + \text{NO}_{\text{(g)}} + \text{H}_2\text{O}_{\text{(l)}} + \text{K}_2\text{SO}_{4\text{(aq)}}$

a)

Ajusta la reacció iònica i molecular pel mètode de l'ió electró.

b)

Calcula el volum de $\text{NO}_{\text{(g)}}$ que es genera quan, en un medi àcid, reaccionen $2\text{ mols de KI}_{\text{(aq)}}$ amb un excés de $\text{KNO}_{2\text{(aq)}}$, mesurat a $1\text{ atm}$ i $25\text{ }^\circ\text{C}$.

3A. (2 punts) Considera les molècules següents: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2$, $\text{CHCl}_3$ i $\text{Cl}_2\text{O}$.

a)

Escriu l'estructura de Lewis de la molècula $\text{Cl}_2\text{O}$.

b)

Justifica la polaritat de les molècules $\text{CHCl}_3$ i $\text{Cl}_2\text{O}$.

Polar

Apolar

Polar

Apolar

c)

Indica, de forma raonada, si la molècula $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2$ pot formar enllaços d'hidrogen amb l'aigua.

Sí

No

La dissolució aquosa del gas clorur d'hidrogen ($\mathrm{HCl}$) dona com a resultat un àcid fort, l'àcid clorhídric, el qual es dissocia totalment. Aquest compost és utilitzat en nombrosos processos químics.

a)

Quin és el pH de $100\text{ mL}$ d'una dissolució aquosa de $\text{HCl } 0{,}2\text{ M}$?

b)

Dins un matràs aforat buit de $500\text{ mL}$ de capacitat, hi posam els $100\text{ mL}$ de la dissolució anterior de $\text{HCl}$ i l'enrasam amb aigua destil·lada fins a obtenir un volum final de $500\text{ mL}$. Quin serà el pH de la nova dissolució?

La dissolució aquosa del gas clorur d'hidrogen ($\mathrm{HCl}$) dona com a resultat un àcid fort, l'àcid clorhídric, el qual es dissocia totalment. Aquest compost és utilitzat en nombrosos processos químics.

c)

Descriu el procediment que cal seguir per preparar 100 mL d'una dissolució de HCl 0,05 M a partir de la dissolució de l'apartat a) (HCl 0,2 M). Fes els càlculs numèrics necessaris.

Per a l’obtenció de l’àcid sulfúric ($\text{H}_2\text{SO}_4$), una de les etapes importants és l’oxidació del diòxid de sofre ($\text{SO}_2$) per donar triòxid de sofre ($\text{SO}_3$), mitjançant la reacció química ajustada següent:

$$2\text{ SO}_{2\text{ (g)}} + \text{O}_{2\text{ (g)}} \rightleftharpoons 2\text{ SO}_{3\text{ (g)}} \qquad \Delta H < 0$$

Indica, de manera raonada, si les següents afirmacions relacionades amb aquest procés químic són vertaderes:

a)

Si augmentam la temperatura de reacció des de $25\ ^\circ\text{C}$ a $500\ ^\circ\text{C}$, la producció de $\text{SO}_{3\text{ (g)}}$ també augmentarà.

b)

Si afegim una certa quantitat de $\text{O}_{2\text{ (g)}}$ al sistema, l'equilibri es desplaçarà cap a la formació de $\text{SO}_{3\text{ (g)}}$.

d)

Si reduïm a la meitat el volum del recipient on la reacció té lloc, l'equilibri químic es desplaçarà cap a la formació de $\text{SO}_{3\text{ (g)}}$.

Per a l’obtenció de l’àcid sulfúric ($\text{H}_2\text{SO}_4$), una de les etapes importants és l’oxidació del diòxid de sofre ($\text{SO}_2$) per donar triòxid de sofre ($\text{SO}_3$), mitjançant la reacció química ajustada següent:

$$2\text{ SO}_{2\text{ (g)}} + \text{O}_{2\text{ (g)}} \rightleftharpoons 2\text{ SO}_{3\text{ (g)}} \qquad \Delta H < 0$$

Indica, de manera raonada, si la següent afirmació relacionada amb aquest procés químic és vertadera o falsa:

c)

L’ús d’un catalitzador rebaixarà l’energia d’activació tant de la reacció directa com de la reacció inversa.

1B. (2 punts) El fenol ($\mathrm{C_6H_5OH}$) és un àcid monopròtic molt feble. Una dissolució aquosa $0{,}75\text{ M}$ d'aquest compost presenta un $\mathrm{pH} = 5{,}0$.

Calcula:

a)

El grau de dissociació de la dissolució de $\mathrm{C_6H_5OH}$ $0{,}75\text{ M}$.

b)

El valor de la constant d'acidesa ($K_a$) del fenol.

c)

Dins un recipient buit, es mesclen $100\text{ mL}$ de la dissolució de fenol $0{,}75\text{ M}$ amb $100\text{ mL}$ d'una dissolució de $\mathrm{NaOH}$ $0{,}75\text{ M}$. Considerant que els volums són additius, es pot afirmar que el $\mathrm{pH}$ de la mescla resultant serà neutre? Justifica la resposta.

La formació d'amoníac, en el procés de Haber, té lloc a través de l'equilibri químic següent:

$$\mathrm{N_{2\,(g)} + 3\,H_{2\,(g)} \rightleftarrows 2\,NH_{3\,(g)}} \quad \Delta H = -92\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}},$$ $$\mathrm{K_c} = 8{,}2\ \mathrm{L^2\cdot mol^{-2}}\ (\text{a } 300\ \mathrm{^\circ C})$$

a)

Si inicialment s'introdueixen $1\text{ mol}$ de $\mathrm{N_{2(g)}}$, $2\text{ mols}$ de $\mathrm{H_{2(g)}}$ i $3\text{ mols}$ de $\mathrm{NH_{3(g)}}$ en un recipient tancat i buit de $2\text{ L}$, a $300\ ^\circ\text{C}$, es pot afirmar que el sistema es desplaçarà cap a la formació d'amoníac? Raona la resposta.

c)

Com modificaries la pressió per augmentar la formació de $\mathrm{NH_{3(g)}}$ en el procés de Haber?

La formació d'amoníac, en el procés de Haber, té lloc a través de l'equilibri químic següent:

$$\mathrm{N_{2\,(g)} + 3\,H_{2\,(g)} \rightleftarrows 2\,NH_{3\,(g)}} \quad \Delta H = -92\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}},$$ $$\mathrm{K_c} = 8{,}2\ \mathrm{L^2\cdot mol^{-2}}\ (\text{a } 300\ \mathrm{^\circ C})$$

b)

Indica si aquest procés és espontani a qualsevol temperatura.

3B. (2 punts) Indica, de manera raonada, si són certes les afirmacions següents:

a)

El radi atòmic de l'anió $\text{F}^-$ és més petit que el de l'element neutre $\text{F}$.

b)

L'àtom de $\text{S}$ té una major afinitat electrònica que l'àtom de $\text{Cl}$.

c)

Els orbitals 2d no poden existir.

d)

Les espècies següents són isoelectròniques: $\text{K}^+$, $\text{Ar}$ i $\text{Ca}^{2+}$.

4B. (2 punts) Es construeix una pila galvànica formada per un elèctrode de $\text{Ag}$ submergit en una dissolució de $\text{AgNO}_3$, un elèctrode de $\text{Zn}$ submergit en una dissolució de $\text{ZnSO}_4$, un pont salí i un voltímetre.

Dades: $E^0[\text{Ag}^+/\text{Ag}] = +0{,}799\text{ V}$; $E^0[\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}] = -0{,}763\text{ V}$

a)

Escriu les reaccions que tindran lloc a l'ànode i al càtode de la pila.

b)

Calcula el potencial de la pila.

c)

Explica quina és la funció del pont salí a la pila galvànica.

Les solucions aquoses de nitrat de plata, $\text{AgNO}_3$, s'utilitzen per detectar la presència d'ions clorur en solucions problema, a causa de la precipitació de clorur de plata, $\text{AgCl}$, que és de color blanc.

a)

Tenim una solució problema que conté ions clorur ($3{,}0 \cdot 10^{-7}\text{ M}$). Indica raonadament si precipitarà $\text{AgCl}$ quan es mesclin $20\text{ mL}$ de la solució problema d'ions clorur amb $10\text{ mL}$ d'una solució $9{,}0 \cdot 10^{-4}\text{ M}$ de nitrat de plata, a $298\text{ K}$.

Dades: a $298\text{ K}$, el valor del producte de solubilitat ($K_{\text{ps}}$) del clorur de plata és $2{,}8 \cdot 10^{-10}$. Els volums de les solucions aquoses es poden considerar additius.

Les solucions aquoses de nitrat de plata, $\text{AgNO}_3$, s'utilitzen per detectar la presència d'ions clorur en solucions problema, a causa de la precipitació de clorur de plata, $\text{AgCl}$, que és de color blanc.

b)

A la botella de nitrat de plata podem trobar els pictogrames de seguretat següents:

Quin és el significat de cada un d'aquests dos pictogrames?