Examen de Química PAU Baleares 2026 · Ordinaria

El premi Nobel de Química de l'any 2025 va ser concedit de forma conjunta als investigadors S. Kitagawa, R. Robson i O. M. Yaghi (figura 1) pel desenvolupament de xarxes metal·loorgàniques (MOF). Aquests materials presenten una àrea superficial extraordinària i s'utilitzen, entre altres aplicacions, com a sensors químics molt selectius. Un pas comú en la síntesi de MOF és la preparació de dissolucions dels precursors metàl·lics i orgànics. Un precursor orgànic molt utilitzat és l'àcid acètic ($\mathrm{CH}_3\mathrm{COOH}$) (figura 2).

a)

L'àcid acètic és un àcid feble. Quan es dissol en aigua, es dissocia parcialment i cedeix un únic protó ($\text{H}^+$). A quin àtom de la molècula representada a la figura 2 es troba enllaçat aquest protó? Raona la resposta.

d)

Quan s'utilitza $\text{CH}_3\text{COOH}$, és habitual afegir $\text{NaOH}$ per ajustar el pH del medi. En aquestes condicions té lloc una reacció de neutralització. Escriu l'equació química ajustada de la reacció entre $\text{CH}_3\text{COOH}$ i $\text{NaOH}$ i identifica quin és l'àcid i quina és la base segons la teoria de Brønsted-Lowry.

El premi Nobel de Química de l'any 2025 va ser concedit de forma conjunta als investigadors S. Kitagawa, R. Robson i O. M. Yaghi (figura 1) pel desenvolupament de xarxes metal·loorgàniques (MOF). Aquests materials presenten una àrea superficial extraordinària i s'utilitzen, entre altres aplicacions, com a sensors químics molt selectius. Un pas comú en la síntesi de MOF és la preparació de dissolucions dels precursors metàl·lics i orgànics. Un precursor orgànic molt utilitzat és l'àcid acètic ($\mathrm{CH}_3\mathrm{COOH}$) (figura 2).

b)

Indica de forma raonada quin tipus d'hibridació presenta l'àtom de carboni indicat amb el número 2 a la molècula d'àcid acètic (figura 2).

El premi Nobel de Química de l'any 2025 va ser concedit de forma conjunta als investigadors S. Kitagawa, R. Robson i O. M. Yaghi (figura 1) pel desenvolupament de xarxes metal·loorgàniques (MOF). Aquests materials presenten una àrea superficial extraordinària i s'utilitzen, entre altres aplicacions, com a sensors químics molt selectius. Un pas comú en la síntesi de MOF és la preparació de dissolucions dels precursors metàl·lics i orgànics. Un precursor orgànic molt utilitzat és l'àcid acètic ($\mathrm{CH}_3\mathrm{COOH}$) (figura 2).

c.i)

Escriu la fórmula del nitrat de zinc, un precursor inorgànic freqüent en la síntesi de MOF.

El premi Nobel de Química de l'any 2025 va ser concedit de forma conjunta als investigadors S. Kitagawa, R. Robson i O. M. Yaghi (figura 1) pel desenvolupament de xarxes metal·loorgàniques (MOF). Aquests materials presenten una àrea superficial extraordinària i s'utilitzen, entre altres aplicacions, com a sensors químics molt selectius. Un pas comú en la síntesi de MOF és la preparació de dissolucions dels precursors metàl·lics i orgànics. Un precursor orgànic molt utilitzat és l'àcid acètic ($\mathrm{CH}_3\mathrm{COOH}$) (figura 2).

c.ii)

Escriu el nom de la molècula orgànica $\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–OH}$, utilitzada com a dissolvent en alguns processos de síntesi de MOF.

Pregunta 2. Contesta només un dels dos apartats: 2A o 2B

2A. (2 punts) Considera les espècies químiques següents: $\text{I}_2$ (iode sòlid), $\text{CH}_4$ (metà), $\text{MgCl}_2$ (clorur de magnesi), $\text{Cu}$ (coure) i $\text{CH}_3\text{OH}$ (metanol).

Per a cadascuna de les situacions descrites a continuació, selecciona l'espècie de la llista anterior que millor s'hi adapti i justifica la teva elecció basant-te en el tipus d'enllaç o forces intermoleculars.

a)

Un sòlid molecular a temperatura ambient, que se sublima fàcilment quan augmenta la temperatura.

b)

Un compost amb un alt punt de fusió (>700 °C) que, en estat sòlid, no condueix l'electricitat, però sí en estat líquid o en dissolució aquosa.

c)

Una espècie química que presenta alta conductivitat elèctrica i tèrmica, així com una elevada ductilitat.

d)

Un compost molecular polar que, en estat líquid o en dissolució aquosa diluïda, presenta enllaços d'hidrogen com a força intermolecular dominant.

Pregunta 2. Contesta només un dels dos apartats: 2A o 2B

2B. (2 punts) Donats els ions $\text{Mg}^{2+}$ i $\text{Na}^+$, justifica si les afirmacions següents són vertaderes o falses:

a)

El radi iònic de l'ió $\text{Mg}^{2+}$ és major que el radi atòmic de l'àtom de magnesi neutre ($\text{Mg}$).

Vertader

Fals

b)

L'ió $\text{Na}^+$ i l'àtom de neó ($\text{Ne}$) són espècies isoelectròniques.

Vertader

Fals

c)

L'energia necessària per obtenir $\text{Mg}^{2+}$ a partir de $\text{Mg}^+$ és superior a l'energia necessària per obtenir $\text{Mg}^+$ a partir de $\text{Mg}$.

Vertader

Fals

d)

En el compost $\text{MgO}$, la proporció d'ions és 1:1, igual que en el $\text{NaCl}$.

Vertader

Fals

3A. (2 punts) L'àcid fòrmic ($\mathrm{HCOOH}$), també conegut com a àcid metanoic, és l'àcid orgànic més senzill i es troba de manera natural en el verí de les formigues i en alguns vegetals. És un àcid carboxílic feble que es dissocia parcialment en dissolució aquosa. A $25\ ^\circ\mathrm{C}$, la seva constant d'acidesa, $K_a$, té un valor d'$1{,}8 \times 10^{-5}$.

En un laboratori s'analitza una dissolució d'àcid fòrmic $0{,}20\ \mathrm{M}$.

a)

Calcula el pH de la dissolució d'àcid fòrmic $0{,}20\ \mathrm{M}$.

b)

Si es dilueixen $100\ \mathrm{mL}$ d'aquesta dissolució amb aigua destil·lada fins a un volum final de $500\ \mathrm{mL}$, el pH de la dissolució resultant serà major o menor que el de la dissolució inicial? Justifica la resposta.

c)

Per determinar experimentalment el punt final d'una valoració d'àcid fòrmic amb una base forta (per exemple, $\mathrm{NaOH}$), es disposa dels indicadors següents:

Indicador

Interval de viratge

Color

Taronja de metil

3,1 - 4,4

Vermell $\rightarrow$ groc

Verd de bromocresol

3,8 - 5,4

Groc $\rightarrow$ blau-verd

Fenolftaleïna

8,2 - 10,0

Incolor $\rightarrow$ rosa

Quin indicador seria el més adequat? Justifica la resposta.

3B. (2 punts) En un laboratori de química es construeix una pila galvànica amb un elèctrode de coure submergit en una dissolució de $\text{CuSO}_4$ i un elèctrode de zinc submergit en una dissolució de $\text{Zn(NO}_3\text{)}_2$, connectats mitjançant un pont salí i un voltímetre per mesurar la diferència de potencial entre els elèctrodes.

Dades de potencials estàndard de reducció:

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

$E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\text{ V}$

$E^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\text{ V}$

a)

Calcula el potencial estàndard de la pila galvànica.

b)

Escriu la semireacció que té lloc al càtode.

c)

Explica les funcions del pont salí en aquesta pila galvànica.

d)

Si s'introdueix una barra de ferro en una dissolució de $\text{CuSO}_4$, es recobrirà de coure? Justifica la resposta.

4A. (2 punts) El iodur d'hidrogen ($\text{HI}$) és un reactiu important en la síntesi de fàrmacs i en la indústria química. Aquest compost es pot obtenir industrialment a partir dels seus elements en fase gasosa, segons l'equilibri homogeni següent:

$$\text{H}_2\text{ (g)} + \text{I}_2\text{ (g)} \rightleftharpoons 2\text{ HI (g)} \quad \text{amb } \Delta H^\circ < 0 \text{ (exotèrmica)}$$

En un reactor tancat de $10{,}0\text{ L}$, inicialment buit, s'introdueixen $2{,}0\text{ mols}$ de $\text{H}_2\text{ (g)}$ i $2{,}0\text{ mols}$ de $\text{I}_2\text{ (g)}$. La mescla s'escalfa fins a una temperatura de $450\ ^\circ\text{C}$, en la qual la constant d'equilibri $K_c$ té un valor de $49{,}0$.

a)

Una vegada assolit l'equilibri, calcula el nombre de mols de dihidrogen que hauran reaccionat.

b)

Determina el valor de la pressió total de la mescla gasosa en l'equilibri.

c)

Calcula el valor de $K_p$ per a aquest equilibri a $450\ ^\circ\text{C}$.

d)

Si, una vegada assolit l'equilibri químic a $450\ ^\circ\text{C}$, augmentam la temperatura del sistema fins a $500\ ^\circ\text{C}$, la concentració de $\text{HI (g)}$ en el recipient augmentarà o disminuirà? Justifica la resposta.

4B. (2 punts)

a)

Indica el nom del grup funcional de cadascun dels composts que apareixen a les figures 3 i 4, respectivament:

b)

Formula i indica, de forma raonada, per a cada parell de composts orgànics, si són isòmers. En cas afirmatiu, explica el tipus d'isomeria que es dona en cada cas:

i) but-1-è i but-2-è

ii) etanoat d'etil i àcid butanoic

El metanol ($\text{CH}_3\text{OH}$) és un biocombustible i un reactiu fonamental en la indústria química. La seva combustió completa amb oxigen ($\text{O}_2$) és una reacció que s'estudia per a l'emmagatzematge d'energia i per entendre els processos de combustió neta. La reacció química ajustada és la següent:

$$2\ \text{CH}_3\text{OH}\ (\text{l}) + 3\ \text{O}_2\ (\text{g}) \rightarrow 2\ \text{CO}_2\ (\text{g}) + 4\ \text{H}_2\text{O}\ (\text{l})$$

Dades

Entalpies estàndard de formació ($\Delta H_\text{f}^\circ$) a $298\text{ K}$:

$\Delta H_\text{f}^\circ\ (\text{CH}_3\text{OH},\ \text{l}) = -239{,}2\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\Delta H_\text{f}^\circ\ (\text{CO}_2,\ \text{g}) = -393{,}5\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\Delta H_\text{f}^\circ\ (\text{H}_2\text{O},\ \text{l}) = -285{,}8\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

a)

Calcula l'entalpia estàndard de reacció ($\Delta H^\circ$) a 298 K per a la combustió completa del metanol i indica si es tracta d'una reacció endotèrmica o exotèrmica.

b)

Sabent que el valor de l'entropia estàndard de reacció ($\Delta S^\circ$) a 298 K és de $-390{,}2\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$, determina si aquesta reacció és espontània a 298 K. Raona la resposta a partir del càlcul de l'energia lliure de Gibbs ($\Delta G^\circ$).

El metanol ($\text{CH}_3\text{OH}$) és un biocombustible i un reactiu fonamental en la indústria química. La seva combustió completa amb oxigen ($\text{O}_2$) és una reacció que s'estudia per a l'emmagatzematge d'energia i per entendre els processos de combustió neta. La reacció química ajustada és la següent:

$$2\ \text{CH}_3\text{OH}\ (\text{l}) + 3\ \text{O}_2\ (\text{g}) \rightarrow 2\ \text{CO}_2\ (\text{g}) + 4\ \text{H}_2\text{O}\ (\text{l})$$

Dades

Entalpies estàndard de formació ($\Delta H_\text{f}^\circ$) a $298\text{ K}$:

$\Delta H_\text{f}^\circ\ (\text{CH}_3\text{OH},\ \text{l}) = -239{,}2\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\Delta H_\text{f}^\circ\ (\text{CO}_2,\ \text{g}) = -393{,}5\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\Delta H_\text{f}^\circ\ (\text{H}_2\text{O},\ \text{l}) = -285{,}8\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

c)

A la fitxa de seguretat del metanol apareixen diversos pictogrames. Un és el següent. Indica quin significat té.

El metanol ($\text{CH}_3\text{OH}$) és un biocombustible i un reactiu fonamental en la indústria química. La seva combustió completa amb oxigen ($\text{O}_2$) és una reacció que s'estudia per a l'emmagatzematge d'energia i per entendre els processos de combustió neta. La reacció química ajustada és la següent:

$$2\ \text{CH}_3\text{OH}\ (\text{l}) + 3\ \text{O}_2\ (\text{g}) \rightarrow 2\ \text{CO}_2\ (\text{g}) + 4\ \text{H}_2\text{O}\ (\text{l})$$

Dades

Entalpies estàndard de formació ($\Delta H_\text{f}^\circ$) a $298\text{ K}$:

$\Delta H_\text{f}^\circ\ (\text{CH}_3\text{OH},\ \text{l}) = -239{,}2\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\Delta H_\text{f}^\circ\ (\text{CO}_2,\ \text{g}) = -393{,}5\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\Delta H_\text{f}^\circ\ (\text{H}_2\text{O},\ \text{l}) = -285{,}8\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

5B. (2 punts) El monòxid de nitrogen ($\text{NO}$) és un contaminant atmosfèric emès pels motors de combustió. A l'atmosfera pot reaccionar amb oxigen ($\text{O}_2$) per formar diòxid de nitrogen ($\text{NO}_2$), el qual és un precursor de la boira fotoquímica. En un estudi de laboratori per simular aquest procés en fase gasosa, es duu a terme la reacció següent:

$$2\ \text{NO (g)} + \text{O}_2\text{ (g)} \rightarrow 2\ \text{NO}_2\text{ (g)}$$

Un equip d'investigadors realitza experiments a $500\text{ K}$ per determinar l'equació de velocitat d'aquesta reacció química. Mesuren la velocitat inicial ($v_0$) de formació de $\text{NO}_2$ per a diferents concentracions inicials dels reactius. Les dades que han obtingut són les següents:

Experiment

$[\text{NO}]_0$

($\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$)

$[\text{O}_2]_0$

($\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$)

$v_0$

($\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}$)

1

$0{,}010$

$0{,}010$

$2{,}5 \times 10^{-3}$

2

$0{,}020$

$0{,}010$

$1{,}0 \times 10^{-2}$

3

$0{,}010$

$0{,}020$

$5{,}0 \times 10^{-3}$

a)

Determina els ordres de reacció respecte al $\text{NO}$ i al $\text{O}_2$.

b)

Escriu l'equació de velocitat completa.

c)

Calcula el valor de la constant de velocitat ($k$) a $500\text{ K}$, amb les seves unitats.