Examen de Química PAU Valencia 2022 · Ordinaria

Bloque I: PROBLEMAS

Problema 1. Cálculos estequiométricos.

En la fabricación del ácido sulfúrico, una de las etapas consiste en transformar el $\mathrm{SO_2}$ en $\mathrm{SO_3}$ en virtud de la siguiente ecuación química:

$$2\ \mathrm{SO_2(g)} + \mathrm{O_2(g)} \rightarrow 2\ \mathrm{SO_3(g)}$$

Un reactor de $150\ \text{litros}$ contiene aire ($20\ \%\ \text{vol.}\ \mathrm{O_2}$ y $80\ \%\ \text{vol.}\ \mathrm{N_2}$) a una presión total de $2\ \text{atm}$ y temperatura de $125\ ^\circ\text{C}$. En dicho reactor se introducen $2\ \text{moles}$ de $\mathrm{SO_2}$. La reacción, a esta temperatura, tiene un rendimiento del $75\ \%$.

Datos

Masas atómicas relativas: $\mathrm{O} = 16{,}0$; $\mathrm{S} = 32{,}1$. $R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.

a)

Calcule cuántos moles de $\mathrm{SO_2}$ y $\mathrm{O_2}$ han sobrado, así como la masa (en gramos) de $\mathrm{SO_3}$ obtenido. [1,2 puntos]

b)

Calcule la presión parcial de cada uno de los gases de la mezcla final ($\mathrm{N_2}$, $\mathrm{O_2}$, $\mathrm{SO_2}$ y $\mathrm{SO_3}$) a la temperatura indicada, así como la presión total en el interior del reactor. [0,8 puntos]

Bloque I: PROBLEMAS

Problema 2. Equilibrio químico.

Un reactor de $10\ \text{litros}$ a $1000\ ^\circ\text{C}$ contiene una mezcla en equilibrio formada por $6{,}3\ \text{mol}$ de $\mathrm{CO_2}$, $2{,}1\ \text{mol}$ de $\mathrm{H_2}$, $8{,}4\ \text{mol}$ de $\mathrm{CO}$ y un número indeterminado de moles de $\mathrm{H_2O}$. La presión total del reactor es $209\ \text{atm}$.

Dato

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

a)

Calcule $K_c$ y $K_p$ para el equilibrio $\mathrm{CO_2(g)} + \mathrm{H_2(g)} \rightleftharpoons \mathrm{CO(g)} + \mathrm{H_2O(g)}$ a $1000\ ^\circ\text{C}$. [1 punto]

b)

Si se extraen del reactor los gases $\mathrm{CO}$ y $\mathrm{H_2O}$ en su totalidad, calcule la cantidad (en moles) de las cuatro sustancias una vez se haya alcanzado el nuevo equilibrio. [1 punto]

Bloque I: PROBLEMAS

Problema 3. Reacciones ácido-base. Cálculos estequiométricos.

Se dispone de una disolución A de ácido clorhídrico comercial de densidad $1{,}19\ \text{kg}\cdot\text{L}^{-1}$ y riqueza $38\ \%\ \text{en masa}$. Para preparar una segunda disolución B, se toman $10{,}0\ \text{mL}$ de la disolución A, diluyéndose con agua destilada hasta un volumen final de $15{,}0\ \text{litros}$.

Datos

Masas atómicas relativas: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{Cl} = 35{,}5$. $K_w = 10^{-14}$.

a)

Calcule la concentración (en $\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$) del ácido clorhídrico comercial (disolución A). [0,7 puntos]

b)

Calcule la concentración (en $\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$) de la disolución B y su pH. [0,6 puntos]

c)

A $50{,}0\ \text{mL}$ de la disolución B, se añaden $25{,}0\ \text{mL}$ de una disolución $0{,}01\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$ de $\mathrm{Ca(OH)_2}$. Calcule el pH de la disolución final. Considere que los volúmenes son aditivos. [0,7 puntos]

Bloque I: PROBLEMAS

Problema 4. Reacciones red-ox. Cálculos estequiométricos.

A escala laboratorio, se pueden obtener pequeñas cantidades de cloro gaseoso mediante la reacción (no ajustada):

$$\mathrm{K_2Cr_2O_7(ac)} + \mathrm{HCl(ac)} \rightarrow \mathrm{CrCl_3(ac)} + \mathrm{Cl_2(g)} + \mathrm{KCl(ac)} + \mathrm{H_2O(l)}$$

Dato

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

a)

Escriba la semirreacción de oxidación y la de reducción, así como la ecuación química global ajustada. [1 punto]

b)

Si se hace reaccionar $125\ \text{mL}$ de $\mathrm{HCl}\ 1\ \text{M}$ con un exceso de $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$, ¿cuántos litros de $\mathrm{Cl_2}$ se obtendrán, medidos a $1\ \text{atm}$ de presión y $20\ ^\circ\text{C}$? [1 punto]

Cuestión 1. Configuración electrónica. Propiedades atómicas y periódicas.

Considere los elementos A, B, C y D, cuyos números atómicos son 16, 17, 18 y 19, respectivamente. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones: (0,5 puntos cada apartado)

a)

Escriba la configuración electrónica en estado fundamental de cada uno de los elementos propuestos, e indique a qué grupo y periodo de la tabla periódica pertenece cada uno. [0,5 puntos]

b)

Ordene los elementos por orden creciente de su primera energía de ionización. [0,5 puntos]

c)

Indique el ion más estable que podría formarse a partir de cada uno de los cuatro elementos propuestos y escriba su configuración electrónica. [0,5 puntos]

Cuestión 1. Configuración electrónica. Propiedades atómicas y periódicas.

Considere los elementos A, B, C y D, cuyos números atómicos son 16, 17, 18 y 19, respectivamente. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones: (0,5 puntos cada apartado)

d)

Deduzca la fórmula molecular del compuesto que se formaría entre los elementos A y B aplicando la regla del octeto y discuta el tipo de enlace que les une. [0,5 puntos]

Cuestión 2. Estructura molecular. Estructuras electrónicas de Lewis.

a)

Dibuje las estructuras electrónicas de Lewis para las moléculas $\mathrm{CF}_4$, $\mathrm{F}_2\mathrm{CO}$ y $\mathrm{CO}_2$. [0,6 puntos]

b)

Indique razonadamente la geometría de las tres moléculas del apartado anterior y ordene de menor a mayor los ángulos de las moléculas (F-C-F del $\mathrm{CF}_4$, F-C-F del $\mathrm{F}_2\mathrm{CO}$ y O-C-O del $\mathrm{CO}_2$). [0,8 puntos]

c)

Razone qué molécula/s del apartado (a) es/son polares. [0,6 puntos]

Datos: Números atómicos, $Z$: $\mathrm{C} = 6$; $\mathrm{O} = 8$; $\mathrm{F} = 9$. Electronegatividades (Pauling): $\mathrm{C} = 2{,}55$; $\mathrm{O} = 3{,}44$; $\mathrm{F} = 3{,}98$.

Cuestión 3. Desplazamiento del equilibrio químico.

Para el siguiente sistema en equilibrio en fase gaseosa: $$2\ \mathrm{NOCl(g)} \rightleftharpoons 2\ \mathrm{NO(g)} + \mathrm{Cl}_2\mathrm{(g)}$$ responda razonadamente a las siguientes cuestiones: (0,5 puntos cada apartado)

a)

Si se extrae del reactor parte del $\mathrm{Cl}_2\mathrm{(g)}$, ¿la relación $[\mathrm{NOCl}]/[\mathrm{NO}]$ aumenta, disminuye o permanece constante?

b)

Se observa que al aumentar la temperatura se forma más $\mathrm{NOCl}$. ¿La reacción es exotérmica o endotérmica?

c)

Si se desea aumentar la cantidad de $\mathrm{NOCl}$, manteniendo constante la temperatura, ¿se ha de aumentar o disminuir el volumen del reactor?

d)

En un reactor a volumen y temperatura constantes se introducen inicialmente $\mathrm{NOCl}$ y $\mathrm{Cl}_2$. Razone si la presión total en el equilibrio será mayor, menor o igual que la inicial.

Cuestión 4. Química ácido-base. (0,5 puntos cada apartado)

a)

Se dispone de tres disoluciones: una de $\text{HIO}_3$, otra de $\text{HClO}$ y una tercera de $\text{HNO}_2$, las tres a la misma concentración molar inicial del ácido. Razone cuál de estas disoluciones tendrá un mayor valor del pH.

b)

Ordene justificadamente, de menor a mayor basicidad, las bases conjugadas de los tres ácidos anteriores.

c)

Razone si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: "El pH de una disolución de $\text{HNO}_2$ 0,1 M es igual al de una disolución de $\text{HCl}$ de igual concentración".

d)

Razone si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: "Si a 20,0 mL de una disolución de $\text{HClO}$ 0,2 M se les añaden 40,0 mL de una disolución de $\text{NaOH}$ 0,1 M, la mezcla final tendrá un pH neutro".

Datos

$K_a(\text{HIO}_3) = 1{,}7\cdot 10^{-1}$; $K_a(\text{HNO}_2) = 4{,}5\cdot 10^{-4}$; $K_a(\text{HClO}) = 3\cdot 10^{-8}$; $K_w = 10^{-14}$.

Cuestión 5. Reactividad y formulación orgánica.

a)

Nombre los siguientes compuestos y razone cuál de ellos puede dar lugar a una cetona por oxidación. (0,8 puntos)

b)

Complete las siguientes reacciones químicas y nombre todos los compuestos orgánicos que se obtienen como productos en las mismas: (1,2 puntos)

b1) $\mathrm{CH_3-CH_2Cl + NH_3 \longrightarrow}$

b2) $\mathrm{HCOOH + CH_3-CH_2-CH_2OH \xrightarrow{H^+} }$

b3) $\mathrm{CH_3-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4,\, calor} }$

Cuestión 6. Cinética química.

Considere la reacción: $3\ \text{A(g)} + 2\ \text{B(g)} \longrightarrow 2\ \text{C(g)}$. Se ha observado que, al duplicar la concentración de A, la velocidad de la reacción aumenta cuatro veces mientras que, al disminuir la concentración de B a la mitad, la velocidad disminuye en esa misma proporción. (0,5 puntos cada apartado)

a)

Obtenga razonadamente la ley de velocidad de la reacción.

b)

Cuando las concentraciones iniciales de A y B fueron 0,1 M y 0,05 M, respectivamente, la velocidad inicial de la reacción resultó ser $2{,}82\cdot 10^{-4}\ \text{M}\cdot\text{s}^{-1}$. Calcule el valor de la constante de velocidad.

c)

En las condiciones del apartado b), calcule la velocidad de desaparición de A y la velocidad de aparición de C.

d)

Justifique por qué la velocidad de la reacción aumenta con la temperatura.