Examen de Química PAU Baleares 2023 · Extraordinaria

El premi Nobel de Química de l'any 2018 va ser concedit als investigadors Frances H. Arnold, George P. Smith i Sir Gregory P. Winter (figura 1), pel descobriment d'un nou mètode usat a l'enginyeria de proteïnes, el qual imita el procés de selecció natural amb el propòsit de dirigir les proteïnes cap a un objectiu definit.

La treonina (figura 2) és un dels aminoàcids essencials utilitzats per aquests investigadors.

i)

A partir de l'estructura química de la treonina (figura 2), determina'n la massa molecular.

El premi Nobel de Química de l'any 2018 va ser concedit als investigadors Frances H. Arnold, George P. Smith i Sir Gregory P. Winter (figura 1), pel descobriment d'un nou mètode usat a l'enginyeria de proteïnes, el qual imita el procés de selecció natural amb el propòsit de dirigir les proteïnes cap a un objectiu definit.

La treonina (figura 2) és un dels aminoàcids essencials utilitzats per aquests investigadors.

ii)

Anomena dos grups funcionals presents a la molècula de treonina.

El premi Nobel de Química de l'any 2018 va ser concedit als investigadors Frances H. Arnold, George P. Smith i Sir Gregory P. Winter (figura 1), pel descobriment d'un nou mètode usat a l'enginyeria de proteïnes, el qual imita el procés de selecció natural amb el propòsit de dirigir les proteïnes cap a un objectiu definit.

La treonina (figura 2) és un dels aminoàcids essencials utilitzats per aquests investigadors.

b)

Anomena els composts següents: KOH i FeSO 4

2A. (2 punts) En diferents països, la fluoració de l'aigua de consum humà és utilitzada per prevenir la càries dental.

a)

Si el valor del producte de solubilitat ($K_{\mathrm{ps}}$) del difluorur de calci ($\mathrm{CaF_2}$), a $25\ ^\circ\mathrm{C}$, és igual a $3{,}4\cdot 10^{-11}$, quina és la solubilitat (en mol/L) d'una dissolució saturada de $\mathrm{CaF_2}$?

mol/L

b)

Quants de mols de fluorur de sodi ($\mathrm{NaF}$) cal afegir a $2\ \mathrm{L}$ d'una dissolució aquosa, la qual conté $20\ \mathrm{mg/L}$ de $\mathrm{Ca^{2+}}$, perquè comenci a precipitar $\mathrm{CaF_2}$?

mols

3A. [2 punts]

A partir dels següents elements químics de la taula periòdica: fluor (F), neó (Ne) i sodi (Na),

a)

Determina la configuració electrònica dels elements fluor i sodi.

b)

Considerant els elements fluor i neó, quin té la primera energia d'ionització més elevada? Justifica la resposta.

c)

Considerant els elements fluor i sodi, explica de forma raonada quin formarà el catió més estable.

d)

Considerant els elements neó i sodi, quin té el radi atòmic més petit? Justifica la resposta.

4A. [2 punts]

L'àcid acètic o etanoic ($\mathrm{CH_3COOH}$) és el principal component del vinagre i és el responsable dels seus sabor i olor característics. Al laboratori tenim una dissolució d'àcid acètic de concentració desconeguda amb un valor de $\mathrm{pH}$ igual a $4{,}0$.

Dades:

$K_a(\mathrm{CH_3COOH}) = 1{,}8\cdot 10^{-5}$

a)

Calcula la molaritat de la dissolució d'àcid acètic.

b)

Es valoren $10\text{ mL}$ de la dissolució anterior d'àcid acètic amb una dissolució d'hidròxid de sodi ($\mathrm{NaOH}$) $10^{-4}\text{ M}$.

i) Escriu la reacció de neutralització de l'àcid acètic.

ii) Indica de manera raonada si el $\mathrm{pH}$ de la dissolució, en el punt d'equivalència de la valoració, serà àcid, bàsic o neutre.

5A. Indica de manera raonada si les següents afirmacions són vertaderes o falses.

a)

Per a qualsevol reacció química, el nombre inicial de mols de reactius coincideix amb el nombre total de mols de productes que es formen una vegada acabada la reacció.

Vertader

Fals

b)

Per a qualsevol reacció química, el nombre total de molècules presents a la mescla reaccionant augmenta a mesura que té lloc la reacció.

Vertader

Fals

d)

A les mateixes condicions de pressió i temperatura, volums iguals de dues substàncies en estat gasós contenen el mateix nombre de molècules.

Vertader

Fals

5A. Indica de manera raonada si les següents afirmacions són vertaderes o falses.

c)

La velocitat de qualsevol reacció química augmenta a mesura que disminueix la temperatura de reacció.

Vertader

Fals

Una dissolució aquosa A conté 1,26 g/L d’àcid nítric ($\mathrm{HNO_3}$). Una segona dissolució aquosa B conté 0,4 g/L d’hidròxid de sodi ($\mathrm{NaOH}$). Es mesclen 50 mL de la dissolució A amb 50 mL de la dissolució B.

a)

Calcula el pH resultant després de mesclar els volums indicats de les dissolucions A i B, suposant que els volums són additius.

Una dissolució aquosa A conté 1,26 g/L d’àcid nítric ($\mathrm{HNO_3}$). Una segona dissolució aquosa B conté 0,4 g/L d’hidròxid de sodi ($\mathrm{NaOH}$). Es mesclen 50 mL de la dissolució A amb 50 mL de la dissolució B.

b)

Indica el significat del següent pictograma que apareix en una botella d'àcid nítric comercial:

2B. (2 punts) A $427\ \mathrm{^\circ C}$, el clorur d'amoni ($\mathrm{NH_4Cl}$) es descompon parcialment en amoníac ($\mathrm{NH_3}$) i clorur d'hidrogen ($\mathrm{HCl}$) segons el següent equilibri químic:

$$\mathrm{NH_4Cl\,(s) \rightleftharpoons NH_3\,(g) + HCl\,(g)}$$

S'introdueix una certa quantitat de $\mathrm{NH_4Cl\,(s)}$ dins un recipient de $5\ \mathrm{L}$ de capacitat, en el qual s'havia fet prèviament el buit, i s'escalfa a $427\ \mathrm{^\circ C}$. Quan s'assoleix l'equilibri a aquesta temperatura, la pressió a l'interior del recipient és de $4560\ \mathrm{mm\ Hg}$.

a)

Calcula la constant d'equilibri en pressions ($K_p$) a $427\ \mathrm{^\circ C}$.

b)

Calcula la quantitat de $\mathrm{NH_4Cl}$ (en grams) que s'haurà descompost.

c)

Quin efecte tindrà sobre la concentració de $\mathrm{NH_3\,(g)}$ una disminució del volum del recipient? Raona la resposta.

3B. (2 punts) Indica de manera raonada si les afirmacions següents són vertaderes o falses:

a)

La molècula de triclorur de nitrogen ($\mathrm{NCl_3}$) és apolar.

Vertader

Fals

b)

L'etanol ($\mathrm{CH_3\text{-}CH_2OH}$) té un punt d'ebullició més elevat que el dimetil èter ($\mathrm{CH_3\text{-}O\text{-}CH_3}$).

Vertader

Fals

c)

Segons la teoria de repulsió de parells electrònics de la capa de valència (TRPECV), la molècula $\mathrm{BeCl_2}$ presenta una geometria lineal.

Vertader

Fals

d)

En valor absolut, l'energia reticular del clorur de sodi ($\mathrm{NaCl}$) és més elevada que l'energia reticular del clorur de potassi ($\mathrm{KCl}$).

Vertader

Fals

4B. (2 punts) L'anàlisi química de l'aigua oxigenada ($\text{H}_2\text{O}_2$) es pot dur a terme dissolent la mostra en àcid sulfúric ($\text{H}_2\text{SO}_4$) i valorant amb permanganat de potassi ($\text{KMnO}_4$), segons la següent reacció química ajustada:

$$3\text{H}_2\text{SO}_{4\text{ (aq)}} + 2\text{KMnO}_{4\text{ (aq)}} + 5\text{H}_2\text{O}_{2\text{ (aq)}} \rightarrow 2\text{MnSO}_{4\text{ (aq)}} + 5\text{O}_{2\text{ (g)}} + \text{K}_2\text{SO}_{4\text{ (aq)}} + 8\text{H}_2\text{O}_{\text{(l)}}$$

a)

Indica, de manera raonada, quina és l'espècie que actua com a oxidant a la reacció anterior. Escriu la semireacció corresponent a l'espècie oxidant.

b)

A una mostra d'aigua oxigenada s'hi afegeix un excés d'àcid sulfúric i es valora amb permanganat de potassi $0{,}2\text{ M}$, de manera que es consumeixen $25\text{ mL}$ d'aquesta dissolució. Calcula el volum d'oxigen ($\text{O}_2$), mesurat a $0\text{ }^\circ\text{C}$ i $1\text{ atm}$, que es produeix durant la valoració.

5B. (2 punts) Considera els composts orgànics següents:

1) $\text{CH}_3\text{-}\text{CH}_2\text{-}\text{CH}_2\text{-}\text{CH}_2\text{OH}$

2) $\text{CH}_3\text{-}\text{CH}_2\text{-}\text{CH}_2\text{-}\text{CHO}$

a)

Anomena els composts 1) i 2).

b)

Formula un isòmer de posició del compost 1).

c)

Formula un isòmer de funció del compost 2).