Examen de Química PAU Valencia 2024 · Extraordinaria

Problema 1.

Una bombona de butano, $\mathrm{C_4H_{10}(g)}$, contiene $13{,}6\text{ kg}$. La combustión del butano genera $\mathrm{CO_2(g)}$ y $\mathrm{H_2O(l)}$.

Datos

Masas atómicas relativas: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{C} = 12{,}0$; $\mathrm{O} = 16{,}0$.

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

Entalpías de formación estándar, $\Delta H_\mathrm{f}^\circ\text{ (kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\text{)}$: $\mathrm{C_4H_{10}(g)} = -125{,}7$; $\mathrm{CO_2(g)} = -393{,}5$; $\mathrm{H_2O(l)} = -285{,}8$.

a)

Ajuste la ecuación química de combustión. Calcule el volumen teórico de aire (79 % dinitrógeno, 21 % dioxígeno, en volumen), medido a 1 atm y 25 °C, necesario para la combustión completa del butano contenido en una bombona. (1 punto)

Problema 1.

Una bombona de butano, $\mathrm{C_4H_{10}(g)}$, contiene $13{,}6\text{ kg}$. La combustión del butano genera $\mathrm{CO_2(g)}$ y $\mathrm{H_2O(l)}$.

Datos

Masas atómicas relativas: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{C} = 12{,}0$; $\mathrm{O} = 16{,}0$.

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

Entalpías de formación estándar, $\Delta H_\mathrm{f}^\circ\text{ (kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\text{)}$: $\mathrm{C_4H_{10}(g)} = -125{,}7$; $\mathrm{CO_2(g)} = -393{,}5$; $\mathrm{H_2O(l)} = -285{,}8$.

b)

Si la combustión del gas contenido en la bombona completa transcurre con un rendimiento del 85 %, calcule la cantidad de energía generada. (1 punto)

El óxido de nitrógeno(II), $\mathrm{NO(g)}$, es un gas implicado en numerosos procesos biológicos. Se puede obtener por reacción entre el dinitrógeno y el dioxígeno, de acuerdo con la ecuación química siguiente:

$$\mathrm{N_2(g) + O_2(g) \rightleftarrows 2 NO(g)}, \quad K_c = 1{,}7\cdot 10^{-3} \text{ a } 2300\text{ K}.$$

En un recipiente, cuyo volumen es de 10 litros, se introducen $0{,}25\text{ mol}$ de $\mathrm{O_2}$, $0{,}25\text{ mol}$ de $\mathrm{N_2}$ y $0{,}06\text{ mol}$ de $\mathrm{NO}$. Una vez cerrado, se calienta hasta $2300\text{ K}$ y se espera hasta alcanzar el equilibrio.

a)

Calcule las concentraciones en equilibrio de los tres compuestos. (1,2 puntos)

b)

Calcule la presión parcial de cada compuesto dentro del recipiente. (0,8 puntos)

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

Se dispone en el laboratorio de una disolución de ácido acético, $K_a = 1{,}78\cdot 10^{-5}$, de concentración desconocida. El pH de la disolución es $3{,}11$.

a)

Calcule la concentración, en $\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$, de la disolución de ácido acético. (1 punto)

b)

Si 20 mL de la disolución de ácido acético se diluyen con agua hasta alcanzar un volumen de 100 mL, ¿cuál será el pH de la disolución resultante? (1 punto)

El dióxido de estaño, $\mathrm{SnO_2(s)}$, se puede obtener en un laboratorio al reaccionar estaño con ácido nítrico concentrado, según la siguiente ecuación química no ajustada:

$$\mathrm{Sn(s) + HNO_3(ac) \rightarrow SnO_2(s) + NO_2(g) + H_2O(l)}$$

a)

Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción, así como la ecuación química global ajustada. (1,2 puntos)

b)

¿Cuántos gramos de $\mathrm{SnO_2}$ se obtendrán al reaccionar completamente $5{,}0\text{ g}$ de estaño con un exceso de ácido nítrico? ¿Qué volumen de $\mathrm{NO_2}$, medido a $23\text{ }^\circ\mathrm{C}$ y $790\text{ mmHg}$, se generará en el proceso? (0,8 puntos)

Datos

Masas atómicas relativas: $\mathrm{H = 1}$; $\mathrm{N = 14}$; $\mathrm{O = 16,0}$; $\mathrm{Sn = 118,7}$.

$R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\mathrm{L}\cdot\mathrm{mol}^{-1}\cdot\mathrm{K}^{-1}$. $760\text{ mmHg} = 1\text{ atm}$.

Considere los elementos A, B, C cuyos números atómicos son 13, 17 y 20 y sus números másicos son 27, 37 y 42, respectivamente.

a)

Indique a qué grupo y periodo de la Tabla Periódica pertenece cada uno de los tres elementos. [0,6 puntos]

b)

Escriba la configuración electrónica del estado fundamental de las especies: $\text{A}^{3+}$, $\text{B}$ y $\text{C}^{2+}$. [0,3 puntos]

c)

Determine el número de protones, neutrones y electrones para las tres especies del apartado b). [0,6 puntos]

Especie · $Z$ · $A$ · Protones · Neutrones · Electrones

$\text{A}^{3+}$ · 13 · 27

$\text{B}$ · 17 · 37

$\text{C}^{2+}$ · 20 · 42

Considere los elementos A, B, C cuyos números atómicos son 13, 17 y 20 y sus números másicos son 27, 37 y 42, respectivamente.

d)

Aplicando la regla del octeto, justifique el compuesto más probable que se formará entre los elementos B y C. [0,5 puntos]

Sean las moléculas $\text{SiF}_4$, $\text{PCl}_3$ y $\text{SO}_2$.

Datos:

números atómicos, $Z$: $\text{O} = 8$; $\text{F} = 9$; $\text{Si} = 14$; $\text{P} = 15$; $\text{S} = 16$; $\text{Cl} = 17$.

Electronegatividades: $\text{O} = 3{,}4$; $\text{F} = 4{,}0$; $\text{Si} = 1{,}6$; $\text{P} = 2{,}0$; $\text{S} = 2{,}3$; $\text{Cl} = 2{,}7$.

a)

Dibuje la estructura electrónica de Lewis de las tres especies. [0,9 puntos]

b)

Deduzca la geometría de las tres moléculas y justifique si son polares o apolares. [0,9 puntos]

Apolar

Polar

Polar

Apolar

Polar

Apolar

c)

Deduzca si el ángulo de enlace $\text{O}-\text{S}-\text{O}$ del $\text{SO}_2$ es mayor o menor que el $\text{Cl}-\text{P}-\text{Cl}$ del $\text{PCl}_3$. [0,2 puntos]

Mayor

Menor

Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. [0,5 puntos por cada apartado]

Datos:

$K_a(\text{CH}_3\text{COOH}) = 1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_b(\text{NH}_3) = 1{,}8\cdot 10^{-5}$. $K_w = 10^{-14}$.

a)

La mezcla de $80\text{ mL}$ de $\text{HCl(ac)}\ 0{,}1\text{ M}$ con $20\text{ mL}$ de $\text{Ca(OH)}_2\text{(ac)}\ 0{,}2\text{ M}$, da lugar a una disolución neutra.

Verdadera

Falsa

b)

El pH de una disolución acuosa de $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$ es $7$.

Verdadera

Falsa

c)

El pH de una disolución de $\text{NH}_3\ 0{,}5\text{ M}$ es el mismo que el de una disolución de $\text{NaOH}\ 0{,}5\text{ M}$.

Verdadera

Falsa

d)

La mezcla de $50\text{ mL}$ de $\text{CH}_3\text{COOH(ac)}\ 0{,}1\text{ M}$ con $50\text{ mL}$ de $\text{KOH(ac)}\ 0{,}1\text{ M}$, da lugar a una disolución neutra.

Verdadera

Falsa

Se dispone en el laboratorio de cuatro disoluciones, todas a concentración 1 M: A: $\text{HCl(ac)}$; B: $\text{AgNO}_3\text{(ac)}$; C: $\text{Fe(NO}_3)_2\text{(ac)}$; D: $\text{AlCl}_3\text{(ac)}$. Además, se dispone de unas láminas de $\text{Ag}$, $\text{Fe}$ y $\text{Al}$. A partir de los datos de $E^\circ$, responda razonadamente:

Datos

Potenciales estándar de reducción, $E^\circ\text{ (V)}$: $\text{Al}^{3+}|\text{Al}: -1{,}66$; $\text{Fe}^{2+}|\text{Fe}: -0{,}44$; $\text{H}^+|\text{H}_2: 0{,}00$; $\text{Ag}^+|\text{Ag}: +0{,}80$.

a)

¿Es posible obtener aluminio, $\text{Al(s)}$, a partir de la disolución D, haciendo que ésta reaccione con alguno de los tres metales de los que se dispone? [0,5 puntos]

Sí

No

b)

¿Se producirá alguna reacción al introducir una lámina de plata, $\text{Ag(s)}$, en la disolución A? [0,5 puntos]

Sí

No

c)

Se desea construir la pila galvánica que proporcione el potencial de celda más elevado.

c.1)

Indique qué disoluciones y qué metales utilizaría para construir dicha pila galvánica. [0,5 puntos]

c.2)

Escriba la semirreacción de oxidación y la de reducción, así como la reacción iónica global ajustada y calcule el potencial de la pila. [0,5 puntos]

La reacción entre los compuestos A y B para formar el compuesto C, es de primer orden respecto de A y de segundo orden respecto de B. En un experimento, donde se parte de concentraciones iniciales: $[\text{A}]_0 = 0{,}15\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}$, $[\text{B}]_0 = 0{,}50\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}$, se determina que la velocidad inicial es $2{,}5\cdot 10^{-3}\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}$.

a)

Determine la constante de velocidad de la reacción. [0,6 puntos]

b)

Determine la velocidad de reacción si las concentraciones iniciales se duplicaran. [0,7 puntos]

c)

Al añadir un catalizador, la constante de velocidad aumenta en un factor de 10. Determine la velocidad de reacción cuando las concentraciones iniciales son: $[\text{A}]_0 = 0{,}15\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}$, $[\text{B}]_0 = 0{,}50\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}$. [0,7 puntos]

Indique qué compuestos son A, B, C, D y E en las siguientes reacciones (fórmula molecular si son especies inorgánicas; nombre y fórmula estructural si se trata de moléculas orgánicas). Identifique el tipo de reacción en cada caso. [0,5 puntos cada apartado]

a)

$\text{CH}_3\text{-CH(Br)-CH}_3 + \text{OH}^- \longrightarrow \mathbf{A}$

b)

$\text{CH}_3\text{-CH=CH}_2 + \text{Cl}_2 \longrightarrow \mathbf{B}$

c)

$\text{CH}_3\text{-CH=CH}_2 + \text{O}_2 \longrightarrow \mathbf{C} + \mathbf{D}$

d)

$\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{OH} + \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-COOH} \xrightarrow{\text{H}^+,\text{ catalizador}} \mathbf{E} + \text{H}_2\text{O}$