Examen de Química PAU Baleares 2024 · Ordinaria

El premi Nobel de Química de l'any 2017 va ser concedit als investigadors Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson (figura 1) pel desenvolupament de noves tècniques que permeten l'observació i la determinació estructural de biomolècules en alta resolució. Un exemple de biomolècula és la vainilina (figura 2).

a)

i)

Determina el pes molecular de la vainilina.

El premi Nobel de Química de l'any 2017 va ser concedit als investigadors Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson (figura 1) pel desenvolupament de noves tècniques que permeten l'observació i la determinació estructural de biomolècules en alta resolució. Un exemple de biomolècula és la vainilina (figura 2).

a)

ii)

Indica dos grups funcionals presents a la vainilina.

b)

Anomena el compost següent: $\text{CH}_3\text{COOH}$.

El premi Nobel de Química de l'any 2017 va ser concedit als investigadors Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson (figura 1) pel desenvolupament de noves tècniques que permeten l'observació i la determinació estructural de biomolècules en alta resolució. Un exemple de biomolècula és la vainilina (figura 2).

b)

Formula el compost següent: sulfat de ferro (III).

Una pila electroquímica és un dispositiu amb el qual es pot generar electricitat mitjançant una reacció química d'oxidació-reducció.

Es construeix una pila electroquímica amb la notació següent:

$$\text{Cd (s)} \mid \text{Cd}^{2+}\text{ (aq, 1M)} \parallel \text{Cu}^{2+}\text{ (aq, 1M)} \mid \text{Cu (s)}$$

Dades:

Potencials estàndard de reducció:

$$E^\circ(\text{Cd}^{2+}/\text{Cd}) = -0{,}40\text{ V}$$

$$E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}34\text{ V}$$

a)

Escriu les semireaccions que tenen lloc a l'ànode i al càtode de la pila.

b)

Quina és la força electromotriu (FEM) estàndard d'aquesta pila?

c)

És espontani el procés redox que té lloc a la pila? Justifica la resposta.

Sí

No

3A. (2 punts)

3A. a) Explica, de forma raonada, les evidències experimentals següents:

i)

El $\text{I}_2$ és un sòlid a temperatura ambient, mentre que el $\text{Cl}_2$ és un gas.

ii)

La temperatura d'ebullició de l'aigua és de $100\text{ }^{\circ}\text{C}$, mentre que la del $\text{H}_2\text{S}$ és de $-60\text{ }^{\circ}\text{C}$.

3A. (2 punts)

3A. b) Donats els següents nombres quàntics d'un determinat orbital: $n = 3$ i $m_l = -2$.

i)

Indica el valor del nombre quàntic $\ell$.

ii)

Es pot assegurar que es tracta d'un orbital de tipus p? Justifica la resposta.

Sí

No

4A. (2 punts) La formamida ($\mathrm{HCONH_2}$), també coneguda com a metanamida, s'utilitza en la fabricació de paper com a suavitzant per descompondre les fibres de paper. A altes temperatures, la formamida es descompon en amoníac ($\mathrm{NH_3}$) i monòxid de carboni ($\mathrm{CO}$) d'acord amb l'equilibri químic següent:

$$\mathrm{HCONH_2}\,\text{(g)} \rightleftharpoons \mathrm{NH_3}\,\text{(g)} + \mathrm{CO}\,\text{(g)} \quad \Delta H^0 > 0$$

En un recipient de $10\text{ L}$ de volum on prèviament s'ha fet el buit, hi dipositem $9{,}0\text{ g}$ de formamida i l'escalfem fins a aconseguir una temperatura de $500\text{ K}$. Quan s'assoleix l'equilibri químic, la pressió a l'interior del reactor és d'$1{,}56\text{ atm}$. En aquestes condicions:

a)

Calcula el valor de la constant d'equilibri en concentracions ($K_c$).

b)

Raona com es veurà afectat el rendiment de la reacció directa en els supòsits següents:

i)

si s'augmenta el volum del reactor.

ii)

si s'augmenta la temperatura de la reacció.

5A. (2 punts) Uns autors han proposat que la cinètica de la reacció química de descomposició del peròxid d'hidrogen ($\mathrm{H_2O_2}$) en presència de iodur ($\mathrm{I^-}$) és de primer ordre respecte del $\mathrm{H_2O_2}$ i també respecte del $\mathrm{I^-}$.

A partir d'aquesta informació, indica, de forma raonada, la veracitat de les afirmacions següents:

a)

Un augment de la concentració de $\mathrm{H_2O_2}$ no té cap efecte sobre la velocitat de reacció.

b)

Quan augmenta la temperatura a la qual es produeix la descomposició del $\mathrm{H_2O_2}$, augmenta la velocitat de reacció.

c)

Les unitats de la constant de velocitat de la reacció química de descomposició del $\mathrm{H_2O_2}$ són: $\mathrm{mol\ L\ s^{-1}}$.

d)

Quan afegim un catalitzador a la reacció de descomposició del $\mathrm{H_2O_2}$, l'energia d'activació de la reacció augmenta.

1B. (2 punts) Per a l'elaboració casolana de iogurt a partir de la llet es poden utilitzar bacteris, com el Lactobacillus bulgaricus, els quals produeixen àcid làctic, un àcid orgànic monopròtic (figura 3).

a)

Calcula el pH d'un iogurt, a 25 °C, que conté 8,1 g L −1 d'àcid làctic, considerant que l'únic àcid present i responsable de la seva acidesa és l'àcid làctic.

(Dades: constant d'acidesa de l'àcid làctic, a 25 °C, K a = 1,25 × 10 −4)

b)

Al laboratori, podem determinar la quantitat d'àcid làctic present en una dissolució aquosa per volumetria utilitzant hidròxid de sodi (NaOH) 0,1 M com a dissolució valorant.

i)

ii)

2B. (2 punts) La formació dels precipitats de clorur de plata (AgCl), bromur de plata (AgBr) i iodur de plata (AgI) és la base de la determinació d'aquests anions mitjançant una valoració de precipitació. Per determinar el contingut d'anió clorur (Cl −) en 25,0 mL d'una mostra d'aigua, es duu a terme una valoració amb una dissolució de nitrat de plata (AgNO 3) 0,01 M. Per aconseguir la precipitació completa de Cl − en forma de AgCl es consumeixen 30,0 mL de la dissolució de AgNO 3 0,01 M.

a)

Quina és la concentració de Cl − (en g L −1) en aquesta mostra d'aigua?

g L −1

b)

Calcula la solubilitat molar del AgCl en aigua a 25 °C.

Dades: A 25 °C, K ps (AgCl) = 1,8 × 10 −10

3B. (2 punts) Considera els següents elements químics de la taula periòdica: potassi (K), amb nombre atòmic igual a 19, i calci (Ca), amb nombre atòmic igual a 20.

a)

Escriu les configuracions electròniques del K i del Ca.

b)

Quin dels dos elements té el radi atòmic més petit? Justifica la resposta.

c)

Explica, de forma raonada, quin és l'ió més probable per al K.

d)

Per a l'element Ca, és veritat que la segona energia d'ionització és més gran que la primera energia d'ionització? Raona la resposta.

4B. (2 punts) El sulfat de potassi ($\mathrm{K_2SO_4}$) és un compost utilitzat com a additiu alimentari (codi E515) amb la finalitat de regular l'acidesa. Una de les formes d'obtenir el $\mathrm{K_2SO_4}$ és a partir de la reacció del bromur de potassi ($\mathrm{KBr}$) amb àcid sulfúric ($\mathrm{H_2SO_4}$), d'acord amb la reacció química següent:$$\mathrm{KBr\,(s) + H_2SO_4\,(aq) \rightarrow Br_2\,(l) + K_2SO_4\,(s) + SO_2\,(g) + H_2O\,(l)}$$

a)

Ajusta les reaccions iònica i molecular corresponents a la reacció química anterior pel mètode de l'ió-electró.

b)

Quin volum de $\mathrm{SO_2\,(g)}$ s'obtindrà, a 1 atmosfera de pressió i a una temperatura de $50\ \mathrm{^\circ C}$, quan es fan reaccionar $130\ \mathrm{g}$ de $\mathrm{KBr}$ amb $\mathrm{H_2SO_4}$ en excés?

5B. (2 punts)

a)

Justifica la geometria i la polaritat de les molècules següents segons la teoria de repulsió de parells electrònics de la capa de valència (TRPECV): $\mathrm{NH_3}$ (amoníac) i $\mathrm{BCl_3}$ (triclorur de bor).

b)

Justifica si alguna de les molècules anteriors podrà formar enllaços d'hidrogen.

5B. (2 punts)

c)

Indica el significat del pictograma següent, que apareix a la fitxa de seguretat química de l'amoníac: