Examen de Química PAU Murcia 2023 · Extraordinaria

1. Dado el elemento con configuración electrónica $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 4s^2\ 3d^{10}\ 4p^3$:

a)

Indique su nombre y símbolo atómico, así como su posición (grupo y periodo) en la Tabla Periódica. ¿Cómo se suele denominar a ese grupo? [0,50 p]

b)

Explique brevemente si las siguientes configuraciones electrónicas corresponden a un átomo excitado de dicho elemento, a un ion de dicho elemento o si no son posibles: [0,50 p]

c)

Escriba un posible conjunto de números cuánticos $(n, l, m, s)$ para un electrón $3d$. [0,25 p]

d)

¿Cuántos electrones de valencia, y cuántos electrones desapareados, tendrá este elemento, en su estado fundamental? Justifique brevemente su respuesta. [0,50 p]

e)

Indique, entre los siguientes, qué conjunto de estados de oxidación más probables corresponde a este elemento: [0,25 p]

Datos:

$\text{EI}^1(\text{Mg}) = 738\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\text{EI}^2(\text{Mg}) = 1451\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_{\text{sub}}(\text{Mg}) = 148\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_{\text{red}}(\text{MgO}) = -3791\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\text{AE}^1(\text{O}) = -141\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\text{AE}^2(\text{O}) = +798\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_{\text{disoc}}(\text{O}_2) = 498\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

a)

Dibuje el ciclo de Born-Haber para la formación del $\mathrm{MgO(s)}$ a partir de $\mathrm{Mg(s)}$ y $\mathrm{O_2(g)}$, y determine su entalpía de formación, a partir de los siguientes datos: [1,50 p]

$\mathrm{EI^1(Mg) = 738\ kJ\cdot mol^{-1}}$; $\mathrm{EI^2(Mg) = 1451\ kJ\cdot mol^{-1}}$; $\mathrm{\Delta H_{sub}(Mg) = 148\ kJ\cdot mol^{-1}}$; $\mathrm{\Delta H_{red}(MgO) = -3791\ kJ\cdot mol^{-1}}$

$\mathrm{AE^1(O) = -141\ kJ\cdot mol^{-1}}$; $\mathrm{AE^2(O) = +798\ kJ\cdot mol^{-1}}$; $\mathrm{\Delta H_{disoc}(O_2) = 498\ kJ\cdot mol^{-1}}$

Datos:

$\text{EI}^1(\text{Mg}) = 738\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\text{EI}^2(\text{Mg}) = 1451\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_{\text{sub}}(\text{Mg}) = 148\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_{\text{red}}(\text{MgO}) = -3791\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\text{AE}^1(\text{O}) = -141\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\text{AE}^2(\text{O}) = +798\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_{\text{disoc}}(\text{O}_2) = 498\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

b)

Explique la diferencia de signo entre la primera y la segunda afinidad electrónica del O. [0,50 p]

3. Observe atentamente el siguiente diagrama entálpico (perfil de reacción) y conteste a las preguntas:

a)

¿En cuántas etapas ocurre la reacción representada? (0,20 p)

b)

Indique el valor numérico de la $E_a$ de cada etapa. (0,30 p)

$\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

c)

¿Cuántos estados de transición hay en esta reacción y cuál es la energía de cada uno de ellos? (0,40 p)

$\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

$\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

d)

¿Qué etapa es la determinante de la velocidad de la reacción? Explique en qué se basa su respuesta. (0,30 p)

e)

Calcule el valor de $\Delta H$ para la reacción directa y explique si dicha reacción es exotérmica o endotérmica. (0,40 p)

$\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$

f)

Explique si la adición de un catalizador efectivo afectará a la velocidad de la reacción global y a su $\Delta H$. (0,40 p)

4. En un recipiente cerrado a $27^\circ\text{C}$ se encuentran $100\text{ g}$ de grafito en equilibrio con una mezcla de $\text{CO}_2\text{ (g)}$ y $\text{CO (g)}$, según la siguiente reacción:

$$\text{C (s)} + \text{CO}_2\text{ (g)} \rightleftharpoons 2\text{ CO (g)} \quad K_p = 50 \text{ a } 27^\circ\text{C}$$

a)

Calcule la presión parcial de cada gas sabiendo que la $P_{\text{total}}$ en el equilibrio es de $5{,}5\text{ atm}$. [1,0 p]

b)

Calcule el valor de $K_c$ para dicho equilibrio, a $27^\circ\text{C}$. [0,40 p]

c)

Explique cómo variará la presión parcial de $\text{CO}$ en los siguientes casos:

i) Si se adicionan al recipiente otros $100\text{ g}$ de grafito. [0,30 p]

ii) Si mediante un émbolo se reduce el volumen del recipiente. [0,30 p]

5. a) Escriba los procesos ácido-base (disociación, hidrólisis) que tienen lugar al disolver las siguientes sustancias en agua, indicando adecuadamente si se trata o no de un equilibrio, y cómo será el pH de la disolución resultante (neutro, ácido o básico): i) $\text{NaOH}$; ii) $\text{HCl}$; iii) $\text{NH}_3$; iv) $\text{NaCl}$; v) $\text{NH}_4\text{Cl}$. (1,60 p)

b) Indique cuál de las disoluciones anteriores será más ácida, y cuál más básica (suponiendo que se parte de cantidades equimolares de las sustancias). (0,40 p)

Datos:

$K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot 10^{-5}$

i)

ii)

iii)

iv)

v)

b)

a)

Calcule el grado de disociación de una disolución acuosa de $\mathrm{NH_3}$ (aq) ($K_b = 1{,}8\cdot 10^{-5}$) de concentración $c = 0{,}5\text{ M}$.

b)

El $\text{pH}$ de una disolución de un ácido monoprótico ($\mathrm{HA}$), de concentración $c = 2\cdot 10^{-3}\text{ M}$ es $\text{pH} = 2{,}70$. Explique numéricamente si se trata de un ácido fuerte o débil.

c)

Calcule la concentración de aniones hidroxilo, $[\mathrm{OH^-}]$, en la disolución del apartado b).

7. Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción (sin ajustar): $\text{P} + \text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_3\text{PO}_4 + \text{NO}$

a)

Indique cuál es el agente oxidante y el reductor, y cómo varían sus estados de oxidación. [0,50 p]

b)

Ajuste la reacción mediante el método del ion-electrón. [1,50 p]

8. Considere una pila galvánica formada por un electrodo de $\mathrm{Cu}$ sumergido en una disolución acuosa $1\,\mathrm{M}$ de $\mathrm{CuSO_4}$ y por un electrodo de $\mathrm{Zn}$ sumergido en una disolución acuosa $1\,\mathrm{M}$ de $\mathrm{ZnSO_4}$.

a)

Explique cuál de los electrodos actuará como cátodo y cuál como ánodo. Escriba las semirreacciones que tienen lugar en cada uno de ellos, identificándolas como oxidación o reducción, y escriba también la reacción global de la pila. [0,80 p]

b)

Calcule la fuerza electromotriz de la pila, y la variación de energía libre. [0,60 p]

c)

Explique brevemente si en este proceso se produce o se consume electricidad. [0,30 p]

d)

Razone si durante la reacción varía (y cómo) la masa de los electrodos. [0,30 p]

Datos

$E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = 0{,}34\,\mathrm{V}$; $E^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0{,}76\,\mathrm{V}$; $F = 96.500\,\mathrm{C\cdot mol^{-1}}$

9. a) Escriba las fórmulas semidesarrolladas de los siguientes pares de compuestos e indique el tipo y subtipo de isomería que presentan entre sí: [1,0 p]

i)

etil vinil éter y alil metil éter

ii)

but-1-eno y ciclobutano

b) Indique el tipo y subtipo de isomería que presentan los siguientes pares de compuestos: [0,40 p]

i)

ii)

c) Indique el tipo de reacción orgánica de que se trata (una sola palabra es suficiente): [0,20 p]

$\mathrm{CH_3-CHO + H_2 \xrightarrow{Pd\ (cat.)} CH_3-CH_2OH}$

d) Nombre las dos sustancias orgánicas que intervienen en la reacción anterior. [0,40 p]

10. a) Formule o nombre: [0,60 p]

i)

ii)

iii)

b) Dado el compuesto $\text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CHOH}-\text{CH}_3$:

i)

ii)

iii)

iv)

v)

Eliminación: $\text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CHOH}-\text{CH}_3 \xrightarrow[180\ \text{°C}]{\text{H}^+\text{ (cat.)}}$