Examen de Química Selectividad Cataluña 2021 · Juny Serie 5

Els gavarrons o grataculs són els fruits del roser boscà. El color vermell del fruit madur és degut a la presència d’antocianines, que absorbeixen la radiació verda de la llum blanca que li arriba i transmeten el color vermell complementari.

a)

D’acord amb la taula de l’espectre electromagnètic visible següent, calculeu el rang de freqüència i el rang d’energia en què observem l’absorció de les antocianines. [1,25 punts]

Color de la llum absorbida · Rang de longituds d’ona

vermell · 618-780 nm

taronja · 581-618 nm

groc · 570-581 nm

verd · 497-570 nm

cian · 476-497 nm

blau · 427-476 nm

violat · 380-427 nm

b)

Expliqueu quin és el fenomen espectroscòpic en què es diferencien les tècniques d’IR i UV-Vis. [0,75 punts]

L’espectre visible es troba entre l’infraroig i l’ultraviolat. Ordeneu els tres rangs espectrals per ordre creixent d’energia. [0,5 punts]

DADES:

Constant de Planck: $h = 6{,}63 \times 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s}$

Velocitat de la llum en el buit: $c = 3{,}0 \times 10^8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$

Els halurs de plata precipitats en forma de cristalls molt fins s'utilitzen en plaques i pel·lícules fotogràfiques, ja que són molt sensibles a la llum.

Disposem de 100 mL d'una solució que conté els anions clorur, bromur i iodur, cadascun en la mateixa concentració 0,1 M. Hi afegim una solució molt concentrada de catió plata, d'una manera lenta i amb agitació contínua. Les sals d'halur de plata, que són el clorur de plata, el bromur de plata i el iodur de plata, tenen molt baixa solubilitat i precipiten a mesura que augmenta la concentració del catió.

DADES:

Productes de solubilitat: $K_{\mathrm{ps}}(\text{clorur de plata}) = 1,8 \times 10^{-10}$; $K_{\mathrm{ps}}(\text{bromur de plata}) = 7,7 \times 10^{-13}$; $K_{\mathrm{ps}}(\text{iodur de plata}) = 8,3 \times 10^{-17}$.

NOTA: Considereu negligible l'augment de volum en afegir la solució del catió.

a)

Calculeu a quina concentració del catió plata comencen a precipitar les tres sals d'halur de plata. Justifiqueu l'ordre de precipitació de les tres sals. [1,25 punts]

b)

Com es veurà afectat l'equilibri de solubilitat de les tres sals si hi afegim una solució molt concentrada de clorur de sodi després de l'addició del catió plata? [1,25 punts]

Una estratègia per a reduir despeses en la fabricació de joies consisteix a dipositar un bany d'or sobre metalls més econòmics mitjançant l'electròlisi a partir d'una sal d'or en estat d'oxidació +3. D'aquesta manera, la joia sembla d'or però només està recoberta per una capa molt fina del metall preciós.

a)

Suposant que un elèctrode és la joia i l'altre és una barra d'or metàl·lic, identifiqueu i justifiqueu l'ànode i el càtode, les seves polaritats i les reaccions que tenen lloc en el procés electrolític. Dibuixeu la cel·la electrolítica i identifiqueu-ne les parts. [1,25 punts]

b)

Determineu el rendiment d'aquesta cel·la si, quan fem passar un corrent de 2,5 A durant 7,5 min, només es dipositen 0,650 g d'or sobre la joia. [1,25 punts]

Dades

Massa atòmica relativa: Au = 197,0

Constant de Faraday: F = 9,65 × 10⁴ C·mol⁻¹

%

4. La determinació de la concentració d'una solució d'amoníac es duu a terme mitjançant una valoració àcid-base emprant una solució àcida de concentració coneguda.

Es valoren 5 mL d'una solució d'amoníac amb una solució d'àcid clorhídric 0,1 M. La corba de valoració obtinguda es representa en la figura següent:

a)

Descriviu el procediment experimental i el material necessari per a dur a terme la valoració. Calculeu la concentració de la solució d'amoníac. [1,25 punts]

b)

Calculeu la concentració d'ions hidroxil a la solució inicial d'amoníac. Digueu si el pH del punt d'equivalència és àcid, neutre o bàsic, i justifiqueu la resposta. [1,25 punts]

Àcid

Neutre

Bàsic

Dada:

Constant d'ionització de l'aigua: $K_w = 1{,}00 \times 10^{-14}$

El monòxid de nitrogen reacciona amb clor gasós a 100 °C per a obtenir clorur de nitrosil, que és un reactiu utilitzat en la síntesi de la caprolactama, emprada finalment per a l'obtenció del niló 6. La reacció d'obtenció de clorur de nitrosil a partir de clor i monòxid de nitrogen és la següent:

$$2\,\mathrm{NO(g)} + \mathrm{Cl_2(g)} \rightarrow 2\,\mathrm{NOCl(g)}$$

Duem a terme tres experiments a diferents concentracions per a determinar la velocitat inicial de la reacció de formació del clorur de nitrosil. Els resultats obtinguts són els següents:

Experiment · Concentració inicial de $\mathrm{NO}$ ($\mathrm{mol\,L^{-1}}$) · Concentració inicial de $\mathrm{Cl_2}$ ($\mathrm{mol\,L^{-1}}$) · Velocitat inicial ($\mathrm{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}$)

1 · 0,0125 · 0,255 · $2,25 \times 10^{-5}$

2 · 0,0125 · 0,510 · $4,50 \times 10^{-5}$

3 · 0,0250 · 0,255 · $9,00 \times 10^{-5}$

a)

Determineu els ordres de reacció respecte al $\mathrm{Cl_2}$ i respecte al $\mathrm{NO}$. Escriviu l'equació de velocitat. Calculeu el valor de la constant de velocitat. [1,25 punts]

b)

El diagrama d'energia d'una reacció amb dues etapes elementals presenta el perfil següent:

Marqueu en el diagrama les energies d'activació, els estats de transició (complex activat) i la variació de l'entalpia de la reacció global. La reacció global és endotèrmica o exotèrmica? Quina és l'etapa limitant de la velocitat de reacció? Justifiqueu les respostes. [1,25 punts]

6. Segons l'Organització Mundial de la Salut, hi ha grans ciutats del nostre país que superen els llindars permesos de gas $\text{NO}_2$, establerts en $40\ \mu\text{g}\cdot\text{m}^{-3}$ de mitjana anual, la qual cosa provoca diversos problemes de salut respiratòria. Aquest gas prové majorment de la conducció de vehicles amb combustible derivat del petroli.

La reacció de formació de $\text{NO}_2$ és un procés que arriba a l'equilibri d'acord amb l'equació química següent:

$$2\,\text{NO(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\,\text{NO}_2\text{(g)}$$

Per a determinar la constant d'equilibri de l'equació química anterior, vam fer un experiment en un recipient tancat i vam obtenir els resultats següents:

a)

Determineu el valor de les concentracions en l'equilibri de cada gas expressades en unitats de molaritat. Calculeu la constant d'equilibri en concentracions ($K_c$) de la reacció. Digueu si en algun moment la concentració de diòxid de nitrogen ha superat el llindar establert per l'Organització Mundial de la Salut, i justifiqueu la resposta. [1,25 punts]

b)

Experimentalment, s'ha demostrat que el valor de la constant d'equilibri $K_c$ disminueix en augmentar la temperatura. Raoneu si el procés és exotèrmic o endotèrmic. Determineu si es formarà més diòxid de nitrogen a l'estiu o a l'hivern. [1,25 punts]

DADES:

$1\ \text{mM} = 1 \times 10^{-3}\ \text{M}$.

Masses atòmiques relatives: $\text{N} = 14{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$.

Les calderes de calefacció de condensació, a diferència de les convencionals, tenen més eficiència energètica. El combustible utilitzat principalment és el gas natural, format per una mescla d'hidrocarburs en què el metà és el component majoritari. La diferència entre les dues calderes és que en fer la combustió del metà en la caldera convencional obtenim aigua en estat de vapor, mentre que en la caldera de condensació obtenim aigua en estat líquid.

DADES:

Entalpies estàndard de formació: $\Delta H_f^\circ(\mathrm{CH_4, g}) = -74{,}8\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_f^\circ(\mathrm{CO_2, g}) = -393{,}5\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_f^\circ(\mathrm{H_2O, l}) = -285{,}5\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Constant universal dels gasos ideals: $R = 8{,}31\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$.

NOTA: Totes les dades són a 25 °C.

a)

Sabem que la variació d'entalpia estàndard de la combustió d'un mol de metà per a donar vapor d'aigua és $-801{,}4\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. Escriviu la reacció de combustió del metà en la caldera de condensació i calculeu la variació d'entalpia d'aquesta reacció. Justifiqueu numèricament quina té més eficiència energètica. [1,25 punts]

b)

Compareu la calor despresa a volum constant i a pressió constant de la caldera de condensació i raoneu-ho. Feu el mateix amb la caldera convencional. [1,25 punts]