Examen de Química PAU Valencia 2024 · Ordinaria

Problema 1. En el laboratorio, pueden obtenerse pequeñas cantidades de dicloro, $\mathrm{Cl_2(g)}$, haciendo reaccionar permanganato de potasio, $\mathrm{KMnO_4(ac)}$, con cloruro de potasio, $\mathrm{KCl(ac)}$, en medio ácido de acuerdo con la siguiente ecuación química no ajustada:$$\mathrm{KMnO_4(ac) + KCl(ac) + H_2SO_4(ac) \rightarrow MnSO_4(ac) + Cl_2(g) + K_2SO_4(ac) + H_2O(l)}$$

a)

Escriba la semirreacción de oxidación y la de reducción, así como la reacción global ajustada, tanto en su forma iónica como molecular. [1 punto]

b)

Si se mezclan $150\text{ mL}$ de la disolución A (que contiene $2{,}5\text{ g}$ de $\mathrm{KMnO_4}$ y un exceso de $\mathrm{H_2SO_4}$) y $250\text{ mL}$ de la disolución B (que contiene $\mathrm{KCl}$ a concentración $0{,}12\text{ M}$ y un exceso de $\mathrm{H_2SO_4}$), calcule el volumen de $\mathrm{Cl_2}$ producido, medido a $20\text{ }^\circ\mathrm{C}$ y $723\text{ mmHg}$. [1 punto]

Datos

Masas atómicas relativas: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{O} = 16{,}0$; $\mathrm{Cl} = 35{,}5$; $\mathrm{K} = 39{,}1$; $\mathrm{Mn} = 54{,}9$.

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

Problema 2. A $400\text{ }^\circ\mathrm{C}$, el cloruro de amonio, $\mathrm{NH_4Cl(s)}$, se descompone en cloruro de hidrógeno, $\mathrm{HCl(g)}$, y amoníaco, $\mathrm{NH_3(g)}$, de acuerdo con la siguiente ecuación química:$$\mathrm{NH_4Cl(s) \rightleftharpoons HCl(g) + NH_3(g)}, \quad K_p = 16{,}4\text{ a }400\text{ }^\circ\mathrm{C}.$$En un matraz donde se ha hecho el vacío, se deposita un exceso de $\mathrm{NH_4Cl}$ y se calienta hasta alcanzar los $400\text{ }^\circ\mathrm{C}$.

a)

Calcule la presión total en el recipiente una vez se alcanza el equilibrio. [1 punto]

b)

En un experimento independiente, se introducen $1\text{ mol}$ de $\mathrm{HCl}$ y $1\text{ mol}$ de $\mathrm{NH_3}$ en un matraz de $10\text{ L}$ de volumen y se mantiene a $400\text{ }^\circ\mathrm{C}$. ¿Cuál es el número de moles de $\mathrm{NH_4Cl}$ formado al alcanzarse el equilibrio? [1 punto]

Dato

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

Problema 3. El ácido benzoico ($\text{C}_7\text{H}_6\text{O}_2$) es un ácido monoprótico ($\text{HA}$, $K_a = 6{,}25\cdot 10^{-5}$), empleado como aditivo alimentario. Se preparan $200\text{ mL}$ de una disolución acuosa que contiene $490\text{ mg}$ del ácido.

a)

Calcule el pH de la disolución. [1 punto]

b)

Calcule el volumen de disolución de $\text{NaOH}\ 0{,}05\text{ M}$ que hay que añadir a la disolución anterior para neutralizar completamente el ácido. [0,5 puntos]

c)

Deduzca, de manera cualitativa, si en el momento de la neutralización exacta, el pH de la mezcla es mayor o menor de $7{,}0$. [0,5 puntos]

Datos

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

Problema 4. En determinados dispositivos pirotécnicos se utiliza una mezcla de aluminio en polvo, $\mathrm{Al(s)}$, y perclorato de amonio, $\mathrm{NH_4ClO_4(s)}$. La mezcla reacciona de acuerdo con la siguiente ecuación química:

$$3\ \mathrm{Al(s)} + 3\ \mathrm{NH_4ClO_4(s)} \rightarrow \mathrm{Al_2O_3(s)} + \mathrm{AlCl_3(s)} + 6\ \mathrm{H_2O(g)} + 3\ \mathrm{NO(g)}$$

Datos:

Entalpías de formación estándar, $\Delta H_f^\circ\ (\mathrm{kJ\cdot mol^{-1}})$: $\mathrm{Al_2O_3(s)} = -1668{,}8$; $\mathrm{NH_4ClO_4(s)} = -294{,}1$; $\mathrm{AlCl_3(s)} = -704{,}2$; $\mathrm{NO(g)} = +90{,}3$; $\mathrm{H_2O(g)} = -241{,}8$.

Masas atómicas relativas: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{N} = 14{,}0$; $\mathrm{O} = 16{,}0$; $\mathrm{Al} = 27{,}0$; $\mathrm{Cl} = 35{,}5$.

a)

Calcule la variación de entalpía estándar del proceso, expresada en $\mathrm{kJ}$ por mol de aluminio. [1 punto]

b)

¿Cuántos gramos de $\mathrm{Al}$ y $\mathrm{NH_4ClO_4}$ se necesitan para que su reacción libere $2000\ \mathrm{kJ}$ de energía? Calcule el porcentaje en masa de cada compuesto en la mezcla. [1 punto]

%

%

Dados los elementos A y B con números atómicos 9 y 15, respectivamente:

a)

Escriba su configuración electrónica del estado fundamental e indique grupo y periodo al que pertenecen.

b)

Escriba todos los posibles valores de los números cuánticos para un electrón 2p y para un electrón 3s.

c)

Deduzca el ion más probable que formará cada uno de ellos y escriba su configuración electrónica del estado fundamental.

Dados los elementos A y B con números atómicos 9 y 15, respectivamente:

d)

Aplicando la regla del octeto, deduzca la fórmula empírica del compuesto formado por los dos elementos A y B, e indique, razonadamente el tipo de enlace.

Considere las siguientes moléculas: $\mathrm{BF_3}$, $\mathrm{CF_4}$ y $\mathrm{NF_3}$. Responda a las siguientes cuestiones:

Datos:

números atómicos, $Z$: $\mathrm{B} = 5$; $\mathrm{C} = 6$; $\mathrm{N} = 7$; $\mathrm{F} = 9$. Electronegatividades: $\mathrm{B} = 1{,}9$; $\mathrm{C} = 2{,}4$; $\mathrm{N} = 3{,}0$; $\mathrm{F} = 4{,}0$.

a)

[0,9 puntos] Dibuje la estructura electrónica de Lewis de cada una de las moléculas y deduzca su geometría.

b)

[0,5 puntos] Ordene, justificadamente las moléculas $\mathrm{BF_3}$, $\mathrm{CF_4}$, $\mathrm{NF_3}$ por orden creciente de su ángulo de enlace.

c)

[0,6 puntos] Discuta la polaridad de los enlaces de las tres moléculas, y deduzca si éstas tienen momento dipolar.

La combustión del etanol, $\text{C}_2\text{H}_6\text{O(l)}$, se produce de acuerdo con la ecuación química siguiente:

$$\text{C}_2\text{H}_6\text{O(l)} + 3\,\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\text{(g)} + 3\,\text{H}_2\text{O(l)}, \quad \Delta H^\circ = -1367\text{ kJ}$$

Datos: masas moleculares relativas: $\text{C}_2\text{H}_6\text{O} = 46$; $\text{CO}_2 = 44$.

Conteste a las siguientes cuestiones:

a)

Se trata de una reacción química

(exotérmica/endotérmica) puesto que se produce una

(liberación de energía /absorción de energía).

c)

Escriba la ecuación química correspondiente a la variación de entalpía de formación estándar ($\Delta H_f^\circ$) del etanol.

d)

Teniendo en cuenta la reacción de combustión del etanol, calcule la variación de entalpía estándar para la reacción:

$$4\text{ CO}_2(\text{g}) + 6\text{ H}_2\text{O}(\text{l}) \rightarrow 2\text{ C}_2\text{H}_6\text{O}(\text{l}) + 6\text{ O}_2(\text{g})$$

La combustión del etanol, $\text{C}_2\text{H}_6\text{O(l)}$, se produce de acuerdo con la ecuación química siguiente:

$$\text{C}_2\text{H}_6\text{O(l)} + 3\,\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\text{(g)} + 3\,\text{H}_2\text{O(l)}, \quad \Delta H^\circ = -1367\text{ kJ}$$

Datos: masas moleculares relativas: $\text{C}_2\text{H}_6\text{O} = 46$; $\text{CO}_2 = 44$.

Conteste a la siguiente cuestión:

b)

Cuando se queman completamente 23 g de etanol, se producen g de $\text{CO}_2$.

Teniendo en cuenta los potenciales estándar de reducción, responda razonadamente si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos:

Datos

Potenciales estándar de reducción, $E^\circ\text{ (V)}$: $\text{Al}^{3+}|\text{Al}: -1{,}68$; $\text{Zn}^{2+}|\text{Zn} = -0{,}76$; $\text{Cd}^{2+}|\text{Cd}: -0{,}40$; $\text{H}^+|\text{H}_2: 0{,}0$; $\text{Cu}^{2+}|\text{Cu}: +0{,}34$.

a)

Una barra de zinc es estable en una disolución acuosa de $\text{CdSO}_4\text{ 1 M}$.

Verdadero

Falso

b)

Al mezclar una disolución de $\text{CuSO}_4\text{ 1 M}$ con una de $\text{CdSO}_4\text{ 1 M}$, se forma cobre metálico.

Verdadero

Falso

c)

El cobre metálico no se disuelve en una disolución acuosa de $\text{HCl 1 M}$.

Verdadero

Falso

d)

Una disolución que contenga $\text{Zn}^{2+}\text{(ac) 1 M}$ se puede guardar en una botella de aluminio.

Verdadero

Falso

La siguiente tabla muestra datos de velocidad de la siguiente reacción química: $$2\text{ NO(g)} + \text{H}_2\text{(g)} \rightarrow \text{N}_2\text{O(g)} + \text{H}_2\text{O(g)}$$

Exp. · $[\text{NO}]\text{ (mol}\cdot\text{L}^{-1}\text{)}$ · $[\text{H}_2]\text{ (mol}\cdot\text{L}^{-1}\text{)}$ · $\text{Velocidad (mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{min}^{-1}\text{)}$

1 · 0,150 · 0,80 · 0,500

2 · 0,075 · 0,80 · 0,125

3 · 0,150 · 0,40 · 0,250

a)

Escriba la ley de velocidad para la reacción. [0,8 puntos]

b)

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

c)

Si el recipiente donde tiene lugar la reacción se comprime hasta la mitad de volumen, manteniendo la temperatura constante, la velocidad de la reacción, ¿aumenta, disminuye o permanece constante? Justifique la respuesta. [0,6 puntos]

Aumenta

Disminuye

Permanece constante

Cuestión 6

a) Nombre y formule los compuestos A, B, C y D. Indique el tipo de reacción en cada caso. [1,4 puntos]

a1)

$$\mathrm{CH_3-CH_2-CH(OH)-CH_2-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4,\text{ calor}} A + H_2O}$$

a2)

$$\mathrm{B \xrightarrow{KMnO_4,\text{ calor}} CH_3-CH_2-CO-CH_2-CH_3}$$

a3)

$$\mathrm{C + D \xrightarrow{H^+,\text{ catalizador}} CH_3-CH_2-COO-CH_2-CH_2-CH_3 + H_2O}$$

Cuestión 6

b)

Dibuje la fórmula estructural de una molécula orgánica que contenga 5 átomos de C, 10 átomos de H y 2 átomos de O. Indique los grupos funcionales que contiene esta molécula. [0,6 puntos]