Examen de Química PAU País Vasco 2024 · Extraordinaria

En un reactor cerrado de 2 L se introducen 0,31 moles de $\text{H}_2\text{O}$ y 0,44 moles de $\text{CH}_4$ y la mezcla se calienta a 850 °C. Cuando se alcanza el equilibrio de la reacción, se observa que hay 0,26 moles de $\text{CO}$.

$\text{CH}_4\text{ (g)} + \text{H}_2\text{O (g)} \rightleftharpoons \text{CO (g)} + 3\text{ H}_2\text{ (g)}$

a)

Calcular las presiones parciales de cada uno de los gases en equilibrio. (1,00 p)

b)

Calcular las constantes de equilibrio $K_p$ y $K_c$. (1,00 p)

c)

Predecir si es una reacción endotérmica o exotérmica, si al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza hacia los productos. Justificar brevemente. (0,50 p)

Endotérmica

Exotérmica

La disolución acuosa de ácido hipocloroso 0,01% en masa se emplea como antiséptico en la desinfección de superficies infectadas por virus.

a)

Calcular la concentración molar del ácido en esa disolución. Considerar que la densidad de la disolución es de 1 g/mL. (0,50 p)

b)

Determinar el pH de la disolución si la constante de acidez es $K_a = 3,5\cdot 10^{-8}$. (0,75 p)

c)

Escribir la reacción que tendrá lugar frente a una misma cantidad de KOH. ¿Cómo será el pH final (ácido, básico o neutro)? (0,75 p)

Ácido

Básico

Neutro

d)

Calcular la constante de basicidad de la base conjugada del ácido hipocloroso. (0,50 p)

La combustión de 1 mol de acetileno (etino, $\text{C}_2\text{H}_2$) libera 1301,4 kJ:

$\text{C}_2\text{H}_2\text{ (g)} + \frac{5}{2}\text{ O}_2\text{ (g)} \rightarrow 2\text{ CO}_2\text{ (g)} + \text{H}_2\text{O (l)}$

Datos:

$\Delta H_f^0\text{ (kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\text{): } \text{CO}_2\text{ (g)} = -393,8;\ \text{H}_2\text{O (l)} = -285,8;\ \text{C}_2\text{H}_2\text{ (l)} = 210,4$

$S^0\text{ (J}\cdot\text{mol}^{-1}\text{K}^{-1}\text{): } \text{C}_2\text{H}_2\text{ (g)} = 227,4;\ \text{C}_2\text{H}_2\text{ (l)} = 134,8$

a)

Calcular la entalpía de formación del acetileno gaseoso. (1,00 p)

b)

¿Cuál es la variación de entalpía del proceso de vaporización $(\text{l} \rightleftharpoons \text{g})$ del acetileno? (0,50 p)

c)

¿Cuál es la variación de entropía del proceso de vaporización del acetileno? (0,50 p)

d)

Determinar la temperatura de ebullición del acetileno considerando que la especie líquida y gaseosa se encuentran en equilibrio. (0,50 p)

La reacción entre $\mathrm{KMnO_4}$ y $\mathrm{KCl}$ se da en ambiente ácido en presencia de $\mathrm{H_2SO_4}$.

Si $E^\circ(\mathrm{MnO_4^-/Mn^{2+}}) = +1{,}51\text{ V}$ y $E^\circ(\mathrm{Cl_2/Cl^-}) = +1{,}36\text{ V}$:

$$\mathrm{KMnO_4(aq) + H_2SO_4(aq) + KCl(aq) \rightarrow MnSO_4(aq) + Cl_2(g) + H_2O(l) + K_2SO_4(aq)}$$

a)

Indicar la especie oxidante y la reductora. ¿Será la reacción espontánea?

b)

Ajustar la reacción molecular por el método del ion-electrón.

c)

Calcular la masa de $\mathrm{Cl_2}$ que se obtiene al mezclar $100\text{ mL}$ de una disolución de $\mathrm{KMnO_4}\ 0{,}5\text{ M}$ y $10\text{ g}$ de $\mathrm{KCl}$, si el rendimiento de la reacción es del $69\%$.

d)

¿Será espontánea la oxidación del cloruro en ambiente básico sabiendo que el permanganato se reduce a $\mathrm{MnO_2}$? $E^\circ(\mathrm{MnO_4^-/MnO_2}) = +0{,}60\text{ V}$.

B1. El fosfato de plata $\mathrm{Ag_3PO_4}$ es una sal insoluble que se empleaba en fotografía.

a)

Si en el punto de saturación y a $20\ \mathrm{^{\circ}C}$ se disuelven $7,4\ \mathrm{mg}$ de la sal en un litro de agua, calcular la constante de solubilidad ($K_s$) a esa temperatura (1,00)

b)

Considerando que los fotógrafos preparaban esta sal a partir de nitrato de plata y fosfato de sodio, ¿precipitará $\mathrm{Ag_3PO_4}$ al mezclar $0,5\ \mathrm{L}$ de una disolución $0,02\ \mathrm{M}$ de $\mathrm{AgNO_3}$ con $0,2\ \mathrm{L}$ de una disolución $0,10\ \mathrm{M}$ de $\mathrm{Na_3PO_4}$? (1,00)

Se pretende determinar la concentración exacta del ácido acético en el vinagre comercial. Para ello, se toma $1\ \mathrm{mL}$ de vinagre y se emplea una disolución acuosa $0{,}08\ \mathrm{M}$ de $\mathrm{NaOH}$ como valorante.

a)

Explicar los pasos necesarios para llevar a cabo la valoración acompañándolo con un dibujo esquemático. [1,00]

b)

Si en el punto de equivalencia se han consumido $12{,}5\ \mathrm{mL}$ de la disolución de $\mathrm{NaOH}$, calcular la concentración de ácido acético y determinar la acidez en vinagre expresándolo en «$\mathrm{g\ \text{ácido acético} / 100\ mL\ \text{disolución}}»$. [1,00]

Los investigadores han descubierto los elementos X, Y y Z en un meteorito. Los últimos hallazgos muestran que los átomos presentan 1, 5 y 7 electrones de valencia, respectivamente y en los tres casos, el número de protones está entre 11 y 18.

a)

Escribir las configuraciones electrónicas de los tres átomos y los cuatro números cuánticos del último electrón de valencia del elemento X. [0,50]

b)

Ordenar los átomos en orden creciente de radio atómico. [0,50]

Los investigadores han descubierto los elementos X, Y y Z en un meteorito. Los últimos hallazgos muestran que los átomos presentan 1, 5 y 7 electrones de valencia, respectivamente y en los tres casos, el número de protones está entre 11 y 18.

c)

Dibujar la estructura de Lewis de la molécula $\text{YZ}_3$. ¿Cuál es su geometría molecular? ¿Es polar?

[0,50 p]

C2. En la electrólisis del LiCl, se pasa una corriente de 4 A durante 10 h a través de la disolución.

a)

Describir las reacciones que tienen lugar en los electrodos. (0,75)

b)

Calcular cuánto Li metálico se forma ($F = 96500\text{ C}\cdot\text{mol}^{-1}$, $M(\text{Li}) = 6,941\text{ g/mol}$). (0,75)

C3. Considera las siguientes sustancias: $\text{Cu}_2\text{O}$, $\text{H}_2\text{O}$, $\text{H}_2\text{S}$, $\text{C (diamante)}$.

Temperaturas de fusión a asignar: $3550\ \text{°C},\ 1235\ \text{°C},\ 0\ \text{°C},\ -86\ \text{°C}$.

Sustancia · a) Tipo de enlace · b) Interacciones intermoleculares · c) $T_f$ (°C)

Cu₂O

H₂O

H₂S

C (diamante)

c)

C4. Partiendo de la molécula butan-1-ol:

a)

Dibujar la fórmula semidesarrollada de un isómero de posición y un isómero de cadena y nombrarlos. (0,50)

b)

El compuesto A se puede obtener de la reacción entre el butan-1-ol y un oxidante fuerte. A reacciona con el butan-1-ol para dar el compuesto B. Identificar los compuestos A y B, proponer las dos reacciones y nombrar todas las especies orgánicas que participan en ellas. (1,00)