Examen de Química PAU Madrid 2024 · Extraordinaria

Dados cuatro elementos: A, B, C y D, cuyos electrones de mayor energía poseen una configuración en su estado fundamental de: $3s^1$, $3p^1$, $3p^4$ y $3p^5$, respectivamente:

a)

[0,5 puntos] Identifique cada elemento con su configuración electrónica, nombre, símbolo, grupo y periodo.

b)

[0,5 puntos] Justifique cuál presenta mayor energía de ionización.

c)

[0,5 puntos] Escriba el símbolo de sus iones más estables y ordene esos iones en orden decreciente de su tamaño, justificando la respuesta.

d)

[0,5 puntos] Indique qué tipo de enlace se establece entre A y C y entre D con D. Escriba las fórmulas de las especies formadas.

Se lleva a cabo la siguiente secuencia de reacciones:$$\text{2-bromopropano} + \text{KOH / EtOH} \rightarrow \text{A (alqueno)}$$$$\text{A} + \text{H}_2\text{O / H}^+ \rightarrow \text{B}$$$$\text{B} + \text{oxidante (Cr}_2\text{O}_7^{2-}\text{) / H}^+ \rightarrow \text{C}$$

a)

[1 punto] Formule y nombre los compuestos orgánicos mayoritarios obtenidos: A, B y C, indique el tipo de reacción y en su caso, indique cuando se cumple la regla de Markovnikov.

b)

[0,5 puntos] ¿Son isómeros los compuestos B y C? ¿El compuesto A podría ser un posible isómero geométrico? Justifique las respuestas.

c)

[0,5 puntos] Para la siguiente reacción en medio ácido, formule y nombre los compuestos implicados, e indique el tipo de reacción: B + ácido etanoico $\rightarrow$........

Responda a las siguientes cuestiones:

a)

[0,75 puntos] Calcule el grado de disociación y el pH de una disolución 0,10 M de ácido hipobromoso, a 25 °C, si su constante de disociación, a dicha temperatura, vale $2,3\times 10^{-9}$.

b)

[0,75 puntos] Calcule la molaridad que debería tener una disolución de ácido sulfúrico para que su pH fuera igual al de la disolución anterior de ácido hipobromoso. Considere disociación completa del $\text{H}_2\text{SO}_4$.

c)

[0,5 puntos] Dados los siguientes ácidos: ácido hipobromoso ($K_a = 2,3\times 10^{-9}$) y ácido fluorhídrico ($K_a = 7\times 10^{-4}$), escriba la fórmula y el nombre de sus respectivas bases conjugadas, ordenándolas justificadamente según su fuerza creciente como bases.

La síntesis industrial del metanol viene dada por:$$\mathrm{CO\,(g) + 2\,H_2\,(g) \rightleftharpoons CH_3OH\,(g)}$$La reacción tiene lugar en un recipiente de $5{,}0\text{ L}$ y a $510\ ^\circ\mathrm{C}$ se alcanza el equilibrio, obteniéndose $0{,}78\text{ mol}$ de metanol.

Datos

$R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.

Entalpías de formación estándar a $25\ ^\circ\mathrm{C}\text{ (kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$: $\mathrm{CO\,(g)} = -110{,}5$; $\mathrm{CH_3OH\,(g)} = -238{,}7$.

a)

[0,75 puntos] Las concentraciones de cada especie en el equilibrio, si se ha partido de $1,0\text{ mol}$ de $\text{CO}$ y $2,0\text{ mol}$ de $\text{H}_2$.

b)

[0,75 puntos] Las constantes de equilibrio, $K_c$ y $K_p$.

La síntesis industrial del metanol viene dada por:$$\mathrm{CO\,(g) + 2\,H_2\,(g) \rightleftharpoons CH_3OH\,(g)}$$La reacción tiene lugar en un recipiente de $5{,}0\text{ L}$ y a $510\ ^\circ\mathrm{C}$ se alcanza el equilibrio, obteniéndose $0{,}78\text{ mol}$ de metanol.

Datos

$R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.

Entalpías de formación estándar a $25\ ^\circ\mathrm{C}\text{ (kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$: $\mathrm{CO\,(g)} = -110{,}5$; $\mathrm{CH_3OH\,(g)} = -238{,}7$.

c)

[0,5 puntos] La entalpía de reacción estándar (suponer constante a cualquier temperatura).

Se electroliza $1{,}0\text{ L}$ de disolución acuosa de nitrato de plata $0{,}10\text{ M}$ haciendo pasar, a través de ella, una corriente de $0{,}50\text{ A}$ y obteniéndose una masa de plata de $4{,}03\text{ g}$, depositada en el cátodo.

Datos

$R$: $0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$

$F$: $96485\text{ C}\cdot\text{mol}^{-1}$

Masa atómica (u): $\text{Ag} = 108{,}0$

a)

[0,5 puntos] Sabiendo que en el ánodo se desprende $\text{O}_2$, escriba las reacciones que tienen lugar en el cátodo y en el ánodo y la reacción molecular.

b)

[1 punto] Calcule cuál ha sido el tiempo de duración de la electrólisis, expresado en horas, así como la concentración molar de iones plata que quedan en disolución, una vez finalizada la electrólisis. Suponga que el volumen de la disolución no varía durante la electrólisis.

c)

[0,5 puntos] Determine el volumen de oxígeno, en $\text{mL}$, obtenido en el ánodo, durante la electrólisis, medido en condiciones de presión y temperatura de $1{,}0\text{ atm}$ y $0\text{ }^\circ\text{C}$, respectivamente.

B.1

Para cada una de las moléculas $\mathrm{PF_3}$ y $\mathrm{BCl_3}$:

a)

[0,5 puntos] Indique su geometría molecular según la teoría RPECV.

b)

[0,5 puntos] Indique la hibridación que presenta el átomo central.

c)

[0,5 puntos] Justifique su polaridad y escriba el tipo de fuerzas intermoleculares que presenta.

d)

[0,5 puntos] Razone cuál de ellas es más soluble en agua.

$\mathrm{PF_3}$

$\mathrm{BCl_3}$

B.2 Responda a las siguientes cuestiones:

a)

[0,5 puntos] Formule y nombre los posibles isómeros de fórmula $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$.

b)

[0,5 puntos] De los compuestos: 1,2-dicloroeteno y 1,1-dicloroeteno, indique de forma razonada, cuál o cuáles presentan isomería geométrica, e identifique cada isómero geométrico con su nombre completo.

c)

[1 punto] El etanol, el 1,2-dibromoetano, el cloroetano y el etano pueden obtenerse a partir del mismo compuesto. Indique de qué compuesto se trata, escriba las reacciones, condiciones, reactivos correspondientes, e indique el tipo de reacción que lleva a la obtención de cada uno de esos cuatro compuestos químicos.

B.3 A la temperatura de 45 °C se produce la reacción: $2\ \text{N}_2\text{O}_5\text{ (g)} \rightarrow 4\ \text{NO}_2\text{ (g)} + \text{O}_2\text{ (g)}$, con una velocidad de descomposición del $\text{N}_2\text{O}_5$ de $2{,}5 \cdot 10^{-6}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}$.

a)

(0,75 puntos) Determine, en esas mismas condiciones, la velocidad a la que se forma el $\text{NO}_2$ y el $\text{O}_2$.

b)

(0,75 puntos) Sabiendo que la constante de velocidad a 45 °C, es $6{,}08 \cdot 10^{-4}\ \text{s}^{-1}$, escriba justificadamente la ecuación de velocidad de la reacción y calcule la velocidad de reacción cuando la concentración de $\text{N}_2\text{O}_5$ es $0{,}10\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$.

c)

(0,5 puntos) Utilizando la ecuación de Arrhenius, justifique si es verdadera la siguiente afirmación: «La velocidad de una reacción puede aumentar si se lleva a cabo por un mecanismo diferente en el que se rebaje su energía de activación, por el uso de un catalizador adecuado».

B.4 Se mezclan 10 mL de cloruro de bario 0,10 M con 40 mL de sulfato de sodio 0,10 M.

a)

[0,75 puntos] Escriba la ecuación de la reacción entre ambas sales y la del equilibrio de solubilidad de la sal precipitante, detallando el estado de todas las especies. Calcule si precipitará sulfato de bario. Suponga volúmenes aditivos.

b)

[0,75 puntos] Calcule la concentración, en $\mathrm{g\cdot mL^{-1}}$, de $\mathrm{SO_4^{2-}}$, una vez alcanzado el equilibrio de precipitación.

c)

[0,5 puntos] Razone cómo varía la solubilidad de una disolución saturada de sulfato de bario en agua, si se le adicionan unas gotas de disolución acuosa diluida de ácido sulfúrico.

Datos

$K_s(\mathrm{BaSO_4})$: $1{,}5\cdot 10^{-9}$

Masas atómicas (u): $\mathrm{O} = 16{,}0$; $\mathrm{S} = 32{,}0$.

La reacción de oxidación del sulfato de hierro(II) con el dicromato de potasio, en medio ácido sulfúrico, produce sulfato de hierro(III), sulfato de cromo(III), sulfato de potasio y agua.

a)

[1 punto] Utilizando el método del ion electrón escriba ajustadas las semirreacciones de oxidación y reducción y las reacciones iónica y molecular.

b)

[1 punto] Calcule los mL de disolución $0{,}050\text{ M}$ de $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ que son necesarios para oxidar $50\text{ mL}$ de una disolución $0{,}30\text{ M}$ de sulfato de hierro(II).