Examen de Química PAU Baleares 2025 · Extraordinaria

El premi Nobel de Química de l'any 2024 va ser concedit conjuntament a l'investigador David Baker, pel disseny computacional de proteïnes, i als investigadors Demis Hassabis i John M. Jumper, per la predicció de l'estructura de proteïnes (figura 1). Un dels aminoàcids que formen part de les proteïnes dels éssers vius és l'alanina (figura 2).

a)

Determina el pes molecular de l'alanina.

El premi Nobel de Química de l'any 2024 va ser concedit conjuntament a l'investigador David Baker, pel disseny computacional de proteïnes, i als investigadors Demis Hassabis i John M. Jumper, per la predicció de l'estructura de proteïnes (figura 1). Un dels aminoàcids que formen part de les proteïnes dels éssers vius és l'alanina (figura 2).

b)

Identifica dos grups funcionals presents a la molècula de l'alanina.

El premi Nobel de Química de l'any 2024 va ser concedit conjuntament a l'investigador David Baker, pel disseny computacional de proteïnes, i als investigadors Demis Hassabis i John M. Jumper, per la predicció de l'estructura de proteïnes (figura 1). Un dels aminoàcids que formen part de les proteïnes dels éssers vius és l'alanina (figura 2).

c)

Formula o anomena els composts següents:

i)

ii)

El premi Nobel de Química de l'any 2024 va ser concedit conjuntament a l'investigador David Baker, pel disseny computacional de proteïnes, i als investigadors Demis Hassabis i John M. Jumper, per la predicció de l'estructura de proteïnes (figura 1). Un dels aminoàcids que formen part de les proteïnes dels éssers vius és l'alanina (figura 2).

d)

En el laboratori, es pretén valorar un àcid feble monopròtic del tipus R-COOH de concentració desconeguda amb una dissolució de NaOH 0,5 M. Explica el procediment experimental que seguiries per dur a terme la valoració àcid-base.

2A. (2 punts) L'àcid hipoclorós ($\mathrm{HClO}$) és considerat un desinfectant molt potent i, per aquest motiu, és àmpliament utilitzat per a la desinfecció en molts de centres sanitaris arran de la covid. Aquest àcid, molt sovint, s'utilitza en dissolucions de concentració $0{,}05\text{ M}$.

a)

Calcula la constant d'acidesa de l'àcid hipoclorós, sabent que a $25\text{ }^\circ\text{C}$ una dissolució aquosa $0{,}30\text{ M}$ d'aquest àcid té un $\mathrm{pH}$ de $4{,}02$.

b)

Es valoren $40\text{ mL}$ d'una dissolució de $\mathrm{HClO}\text{ }0{,}05\text{ M}$ amb una dissolució d'hidròxid de sodi ($\mathrm{NaOH}$) de concentració $0{,}1\text{ M}$.

i)

Escriu la reacció de neutralització de l'àcid hipoclorós.

ii)

Calcula el volum de $\mathrm{NaOH}\text{ }0{,}1\text{ M}$ necessari per assolir el punt d'equivalència en la valoració anterior.

2B. (2 punts) La molècula de diclor ($\mathrm{Cl_2}$) en estat gasós és un compost de gran importància en la indústria química. Un dels mètodes d'obtenció de diclor gasós és a partir de l'oxidació d'àcid clorhídric ($\mathrm{HCl}$) amb àcid nítric ($\mathrm{HNO_3}$). S'obtenen, a més del $\mathrm{Cl_2}$, $\mathrm{NO_2}$ i aigua.

a)

Escriu i ajusta pel mètode de l'ió-electró la reacció química, en forma iònica, que té lloc en aquest procés.

b)

Calcula el volum de $\mathrm{Cl_2}$, en litres, que s'obtindrà, a $25\text{ }^\circ\text{C}$ i a $1\text{ atm}$, si es fan reaccionar $500\text{ mL}$ d'una dissolució de $\mathrm{HCl}\text{ }2\text{ M}$ amb $\mathrm{HNO_3}$ en excés, suposant un rendiment de la reacció del $80\%$.

Donats els ions $\text{F}^-$ i $\text{O}^{2-}$, justifica si les afirmacions següents són verdaderes o falses:

3A. (2 punts) Considera les espècies següents: $\mathrm{Na}$, $\mathrm{CH_4}$, $\mathrm{KCl}$ i $\mathrm{H_2O}$.

Selecciona l'espècie química en cada cas i justifica la teva elecció de manera raonada:

a)

presenta interaccions de van der Waals i és un gas a temperatura ambient;

b)

presenta una elevada conductivitat elèctrica quan es troba en estat sòlid;

c)

presenta interaccions tipus enllaç d'hidrogen i es troba en estat líquid a temperatura ambient;

d)

és bon conductor de l'electricitat quan es troba en dissolució, però és molt mal conductor en estat sòlid.

Donats els ions $\text{F}^-$ i $\text{O}^{2-}$, justifica si les afirmacions següents són verdaderes o falses:

a)

Els dos ions tenen el mateix nombre de protons.

Vertader

Fals

b)

Aquestes dues espècies són isoelectròniques.

Vertader

Fals

c)

Els dos ions són isòtops del neó (Ne).

Vertader

Fals

Donats els ions $\text{F}^-$ i $\text{O}^{2-}$, justifica si les afirmacions següents són verdaderes o falses:

d)

La molècula $\mathrm{F_2O}$ és apolar.

Vertader

Fals

4A. (2 punts) L'òxid de coure (I) ($\mathrm{Cu_2O}$) fou la primera substància utilitzada com a semiconductor abans de la implantació dels derivats del silici. Actualment encara té múltiples aplicacions industrials com a pigment, fungicida, antiincrustant, etc. Aquest compost es pot obtenir a partir de la descomposició de l'òxid de coure (II) ($\mathrm{CuO}$) mitjançant la següent reacció química ajustada:

$$4\ \mathrm{CuO\,(s)} \rightleftharpoons 2\ \mathrm{Cu_2O\,(s)} + \mathrm{O_2\,(g)} \quad \text{amb } \Delta H^0 < 0$$

En un recipient, inicialment buit, de $2\text{ L}$ de capacitat, s'introdueixen $4{,}90\text{ g}$ de $\mathrm{CuO}$ i s'escalfa fins a una temperatura de $1.025\text{ }^{\circ}\text{C}$; quan s'assoleix l'equilibri químic, la pressió total dins el recipient és de $0{,}5\text{ atm}$.

a)

Calcula els mols de $\mathrm{O_2}$ que s'hauran format.

b)

Calcula els valors de $K_p$ i $K_c$.

c)

Si el mateix procés es repeteix dins un recipient d'$1\text{ L}$ de capacitat, mantenint tots els altres paràmetres constants, s'obtindrà més o menys quantitat de $\mathrm{Cu_2O}$? Justifica la resposta.

4B. (2 punts)

a)

Formula els composts següents:

i)

ii)

b)

Indica, de manera raonada, per a cada parell de composts orgànics, si aquests composts són isòmers. En cas afirmatiu, explica el tipus d'isomeria que es dona en cada un dels casos:

i)

ii)

iii)

El diòxid de sofre ($\text{SO}_2$) s'origina principalment durant la combustió de combustibles fòssils que contenen sofre, tot i que també es pot produir a partir de la descomposició del triòxid de sofre ($\text{SO}_3$) segons la següent reacció química ajustada:

$$\text{SO}_3\,\text{(g)} \rightleftharpoons \text{SO}_2\,\text{(g)} + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2\,\text{(g)}$$ Dades: Entalpies estàndard de formació a $298\text{ K}$:

$\Delta H_\text{f}^\circ (\text{SO}_3\text{, g}) = -395{,}2\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_\text{f}^\circ (\text{SO}_2\text{, g}) = -296{,}1\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

5A. (2 punts) El metanol ($\mathrm{CH_3OH}$), a més de ser emprat per a la síntesi d'altres composts químics, s'utilitza principalment per elaborar combustibles, dissolvents i anticongelants. El metanol es pot obtenir industrialment a partir de $\mathrm{CO}$ i $\mathrm{H_2}$, mitjançant el procés químic següent:

$$\mathrm{CO\,(g) + 2H_2\,(g) \rightarrow CH_3OH\,(g)}$$

Considerant les reaccions químiques següents:

i) $\mathrm{CO\,(g) + 1/2\, O_2\,(g) \rightarrow CO_2\,(g)}$ \quad $\Delta H_\text{I}^\circ = -283{,}0\text{ kJ mol}^{-1}$

ii) $\mathrm{CH_3OH\,(g) + 3/2\, O_2\,(g) \rightarrow CO_2\,(g) + 2\, H_2O\,(g)}$ \quad $\Delta H_\text{II}^\circ = -764{,}4\text{ kJ mol}^{-1}$

iii) $\mathrm{H_2\,(g) + 1/2\, O_2\,(g) \rightarrow H_2O\,(g)}$ \quad $\Delta H_\text{III}^\circ = -285{,}8\text{ kJ mol}^{-1}$

a)

Calcula l'entalpia de la reacció d'obtenció del metanol a partir de $\mathrm{CO}$ i $\mathrm{H_2}$.

b)

Quina quantitat d'energia se cedirà o s'absorbirà per obtenir 1 kg de metanol?

El diòxid de sofre ($\text{SO}_2$) s'origina principalment durant la combustió de combustibles fòssils que contenen sofre, tot i que també es pot produir a partir de la descomposició del triòxid de sofre ($\text{SO}_3$) segons la següent reacció química ajustada:

$$\text{SO}_3\,\text{(g)} \rightleftharpoons \text{SO}_2\,\text{(g)} + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2\,\text{(g)}$$ Dades: Entalpies estàndard de formació a $298\text{ K}$:

$\Delta H_\text{f}^\circ (\text{SO}_3\text{, g}) = -395{,}2\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_\text{f}^\circ (\text{SO}_2\text{, g}) = -296{,}1\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

a)

Calcula l'entalpia de la reacció anterior a 298 K.

b)

Si se sap que el valor de l'entropia ($\Delta S^\circ$), a 298 K, per a l'anterior reacció química és de $94{,}8\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\text{mol}^{-1}$; indica, de manera raonada, si aquesta reacció és espontània a la temperatura esmentada.

El diòxid de sofre ($\text{SO}_2$) s'origina principalment durant la combustió de combustibles fòssils que contenen sofre, tot i que també es pot produir a partir de la descomposició del triòxid de sofre ($\text{SO}_3$) segons la següent reacció química ajustada:

$$\text{SO}_3\,\text{(g)} \rightleftharpoons \text{SO}_2\,\text{(g)} + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2\,\text{(g)}$$ Dades: Entalpies estàndard de formació a $298\text{ K}$:

$\Delta H_\text{f}^\circ (\text{SO}_3\text{, g}) = -395{,}2\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_\text{f}^\circ (\text{SO}_2\text{, g}) = -296{,}1\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

c)

A la fitxa de seguretat del compost $\text{SO}_2$ apareix el pictograma següent. Indica'n el significat: