Examen de Química Selectividad Cataluña 2025 · Juny Serie 1

Exercici 1

Els halògens són els elements que presenten la configuració electrònica de la capa de valència $\mathrm{ns^2\,np^5}$ i es troben a la natura formant molècules diatòmiques. El mot halogen prové del grec i significa 'que forma sals'. D'altra banda, els metalls alcalins són els elements que presenten la configuració electrònica de la capa de valència $\mathrm{ns^1}$.

a)

Expliqueu per què, a temperatura ambient, el $\mathrm{F_2}$ és un gas, el $\mathrm{Br_2}$ és un líquid i el $\mathrm{I_2}$ és un sòlid.

Raoneu per què aquests tres elements formen molècules diatòmiques i és difícil trobar-los en forma d'àtoms aïllats a la natura.

Quin tipus d'enllaç s'estableix entre un halogen i un metall alcalí? Justifiqueu la resposta i poseu un exemple d'un compost amb aquest tipus d'enllaç.

b)

Els valors de les taules de sota corresponen als radis atòmics i a les energies d'ionització de tres elements: liti, fluor i sodi. Escriviu les configuracions electròniques de cada element.

Radi atòmic (Å)

1,82

0,42

2,27

Energia d'ionització (kJ·mol⁻¹)

1 681,0

496,0

520,2

DADES:

Nombres atòmics: $Z(\mathrm{Li}) = 3$; $Z(\mathrm{F}) = 9$; $Z(\mathrm{Na}) = 11$; $Z(\mathrm{Br}) = 35$; $Z(\mathrm{I}) = 53$.

Nombre d'Avogadro: $N_A = 6{,}02\times 10^{23}\text{ mol}^{-1}$.

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

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

$1\text{ nm} = 10^{-9}\text{ m}$.

Assigneu a cada element el radi i l'energia d'ionització que li corresponen. Raoneu la resposta segons el model atòmic de càrregues elèctriques.

Element

Radi atòmic (Å)

Energia d'ionització (kJ·mol⁻¹)

Liti (Li)

Fluor (F)

Sodi (Na)

Calculeu si un fotó de llum blava de $\lambda = 420\text{ nm}$ seria capaç d'ionitzar l'àtom que té una energia d'ionització de $520{,}2\text{ kJ mol}^{-1}$.

Exercici 2

L'amoníac verd no s'obté a partir de les plantes. Per a produir-lo cal aconseguir primer hidrogen verd mitjançant un procés d'electròlisi de l'aigua amb energia elèctrica generada a partir de fonts renovables. Posteriorment, l'hidrogen reacciona amb nitrogen atmosfèric a través d'un procés conegut com a síntesi de Haber-Bosch, que permet l'obtenció d'amoníac en presència d'un catalitzador. Aquest procés no és econòmic per les condicions de pressió i temperatura que requereix i l'ús de catalitzadors.

En un reactor d'acer d'una planta pilot s'introdueix una barreja de nitrogen atmosfèric i hidrogen verd i s'escalfa a $1\,000\text{ K}$, fins que s'assoleix l'equilibri.

$$\mathrm{N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)} \quad \Delta H < 0$$

a)

S'analitza el contingut de la mescla. Els resultats obtinguts es mostren a la taula següent:

Substància · Concentració en l'equilibri ($\text{mol L}^{-1}$)

$\mathrm{N_2(g)}$ · 0,142

$\mathrm{H_2(g)}$ · 1,84

$\mathrm{NH_3(g)}$ · 0,36

Escriviu l'expressió de la constant d'equilibri en concentracions ($K_c$) de la reacció i calculeu el seu valor a $1\,000\text{ K}$. Calculeu també el valor de la constant d'equilibri $K_p$ a $1\,000\text{ K}$. [1,25 punts]

b)

Responeu raonadament a les preguntes següents: [1,25 punts]

Dades

Constant universal dels gasos ideals: $R = 0{,}082\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1}$

L'àcid salicílic o àcid 2-hidroxibenzoic ($\text{C}_6\text{H}_4\text{OHCOOH}$) és un àcid orgànic monopròtic present a l'escorça del salze. A les farmàcies s'utilitza per a preparar cremes per les seves propietats exfoliants i hidratants. Perquè l'exfoliació sigui efectiva la crema ha de tenir un $\text{pH}$ entre $3{,}0$ i $4{,}0$. En una farmàcia estan fent una crema receptada per un dermatòleg en la qual hi ha $0{,}1\text{ grams}$ d'aquest àcid per cada $100\text{ grams}$ de crema.

L'envàs de l'àcid salicílic se subministra etiquetat amb els pictogrames següents:

Dades:

Densitat de la crema: $1\text{ g}\text{ mL}^{-1}$.

Massa molar de l'àcid salicílic ($\text{C}_6\text{H}_4\text{OHCOOH}$): $138{,}12\text{ g}\text{ mol}^{-1}$.

Constant d'acidesa de l'àcid salicílic, a $25\text{ }^\top\!\!\text{C}$: $K_a(\text{C}_6\text{H}_4\text{OHCOOH}) = 1{,}07 \times 10^{-3}$.

a)

Justifiqueu si aquesta crema tindrà un $\text{pH}$ òptim per a actuar com a exfoliant. Indiqueu què representen els pictogrames de l'àcid salicílic i de quins perills ens alerten. [1,25 punts]

b)

Escriviu la reacció de valoració de l'àcid salicílic amb l'hidròxid de sodi. Justifiqueu qualitativament, amb les reaccions d'hidròlisi necessàries, si el $\text{pH}$ en el punt d'equivalència és àcid, bàsic o neutre. Raoneu quin dels tres gràfics següents (gràfic A, gràfic B o gràfic C) representa la corba de valoració que s'obté. [1,25 punts]

Gràfic A

Gràfic B

Gràfic C

Exercici 4

Responeu només a DUES de les quatre qüestions plantejades (a, b, c i d).

El cloroetè ($\text{CH}_2=\text{CHCl}$), també anomenat clorur de vinil, figura entre els compostos químics més produïts arreu del món perquè és el monòmer a partir del qual s'obté el clorur de polivinil (PVC), un plàstic ben conegut i molt utilitzat per a fer canonades, persianes o finestres, entre d'altres aplicacions.

El clorur de vinil es pot obtenir a partir d'acetilè ($\text{CH}\equiv\text{CH}$) i clorur d'hidrogen segons la reacció de síntesi següent:

$$\text{CH}\equiv\text{CH(g)} + \text{HCl(g)} \rightarrow \text{CH}_2=\text{CHCl(g)}$$

Després, aquest compost pot reaccionar fàcilment amb el clor per a donar 1,1,2-tricloroetà, un dissolvent organoclorat:

$$\text{CH}_2=\text{CHCl(g)} + \text{Cl}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CH}_2\text{Cl}-\text{CHCl}_2\text{(l)}$$

DADES:

Substància · $\text{CH}\equiv\text{CH(g)}$ · $\text{HCl(g)}$ · $\text{CH}_2=\text{CHCl(g)}$

Entalpia estàndard de formació a $298\text{ K}$ $\Delta H_f^\circ\ (\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$ · $-226{,}9$ · $-92{,}3$ · $-37{,}26$

Substància · $\text{C}-\text{C}$ · $\text{C}-\text{H}$ · $\text{C}=\text{C}$ · $\text{Cl}-\text{Cl}$ · $\text{C}-\text{Cl}$

Entalpia d'enllaç a $25\ ^\circ\text{C}$ i $1\text{ atmosfera}$ $(\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$ · $348$ · $412$ · $608$ · $242$ · $328$

Constant universal dels gasos ideals: $R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$; $R = 8{,}314\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Nombres atòmics: $Z(\text{H}) = 1$; $Z(\text{C}) = 6$; $Z(\text{Cl}) = 17$.

Electronegativitat segons l'escala de Pauling: $\text{H} = 2{,}2$; $\text{C} = 2{,}5$; $\text{Cl} = 3{,}2$.

a)

Expliqueu a partir de quin tipus de reacció de polimerització s'obté el PVC. Formuleu tots els isòmers del dicloroetè i el tricloroetà i digueu quin tipus d'isomeria presenten. Anomeneu-los amb el seu nom sistemàtic segons la IUPAC. Raoneu si algun isòmer del tricloroetà presenta estereoisomeria òptica.

[1,25 punts]

Exercici 4

Responeu només a DUES de les quatre qüestions plantejades (a, b, c i d).

El cloroetè ($\text{CH}_2=\text{CHCl}$), també anomenat clorur de vinil, figura entre els compostos químics més produïts arreu del món perquè és el monòmer a partir del qual s'obté el clorur de polivinil (PVC), un plàstic ben conegut i molt utilitzat per a fer canonades, persianes o finestres, entre d'altres aplicacions.

El clorur de vinil es pot obtenir a partir d'acetilè ($\text{CH}\equiv\text{CH}$) i clorur d'hidrogen segons la reacció de síntesi següent:

$$\text{CH}\equiv\text{CH(g)} + \text{HCl(g)} \rightarrow \text{CH}_2=\text{CHCl(g)}$$

Després, aquest compost pot reaccionar fàcilment amb el clor per a donar 1,1,2-tricloroetà, un dissolvent organoclorat:

$$\text{CH}_2=\text{CHCl(g)} + \text{Cl}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CH}_2\text{Cl}-\text{CHCl}_2\text{(l)}$$

DADES:

Substància · $\text{CH}\equiv\text{CH(g)}$ · $\text{HCl(g)}$ · $\text{CH}_2=\text{CHCl(g)}$

Entalpia estàndard de formació a $298\text{ K}$ $\Delta H_f^\circ\ (\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$ · $-226{,}9$ · $-92{,}3$ · $-37{,}26$

Substància · $\text{C}-\text{C}$ · $\text{C}-\text{H}$ · $\text{C}=\text{C}$ · $\text{Cl}-\text{Cl}$ · $\text{C}-\text{Cl}$

Entalpia d'enllaç a $25\ ^\circ\text{C}$ i $1\text{ atmosfera}$ $(\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$ · $348$ · $412$ · $608$ · $242$ · $328$

Constant universal dels gasos ideals: $R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$; $R = 8{,}314\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Nombres atòmics: $Z(\text{H}) = 1$; $Z(\text{C}) = 6$; $Z(\text{Cl}) = 17$.

Electronegativitat segons l'escala de Pauling: $\text{H} = 2{,}2$; $\text{C} = 2{,}5$; $\text{Cl} = 3{,}2$.

b)

Calculeu la calor a pressió constant i a volum constant de la reacció de síntesi del clorur de vinil en condicions estàndard a 25 °C. Justifiqueu si aquesta reacció és endotèrmica o exotèrmica en aquestes condicions.

[1,25 punts]

Endotèrmica

Exotèrmica

Exercici 4

Responeu només a DUES de les quatre qüestions plantejades (a, b, c i d).

El cloroetè ($\text{CH}_2=\text{CHCl}$), també anomenat clorur de vinil, figura entre els compostos químics més produïts arreu del món perquè és el monòmer a partir del qual s'obté el clorur de polivinil (PVC), un plàstic ben conegut i molt utilitzat per a fer canonades, persianes o finestres, entre d'altres aplicacions.

El clorur de vinil es pot obtenir a partir d'acetilè ($\text{CH}\equiv\text{CH}$) i clorur d'hidrogen segons la reacció de síntesi següent:

$$\text{CH}\equiv\text{CH(g)} + \text{HCl(g)} \rightarrow \text{CH}_2=\text{CHCl(g)}$$

Després, aquest compost pot reaccionar fàcilment amb el clor per a donar 1,1,2-tricloroetà, un dissolvent organoclorat:

$$\text{CH}_2=\text{CHCl(g)} + \text{Cl}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CH}_2\text{Cl}-\text{CHCl}_2\text{(l)}$$

DADES:

Substància · $\text{CH}\equiv\text{CH(g)}$ · $\text{HCl(g)}$ · $\text{CH}_2=\text{CHCl(g)}$

Entalpia estàndard de formació a $298\text{ K}$ $\Delta H_f^\circ\ (\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$ · $-226{,}9$ · $-92{,}3$ · $-37{,}26$

Substància · $\text{C}-\text{C}$ · $\text{C}-\text{H}$ · $\text{C}=\text{C}$ · $\text{Cl}-\text{Cl}$ · $\text{C}-\text{Cl}$

Entalpia d'enllaç a $25\ ^\circ\text{C}$ i $1\text{ atmosfera}$ $(\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$ · $348$ · $412$ · $608$ · $242$ · $328$

Constant universal dels gasos ideals: $R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$; $R = 8{,}314\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Nombres atòmics: $Z(\text{H}) = 1$; $Z(\text{C}) = 6$; $Z(\text{Cl}) = 17$.

Electronegativitat segons l'escala de Pauling: $\text{H} = 2{,}2$; $\text{C} = 2{,}5$; $\text{Cl} = 3{,}2$.

c)

Calculeu l'entalpia de la reacció d'obtenció de l'1,1,2-tricloroetà a partir del clorur de vinil en condicions estàndard a 25 °C utilitzant les energies d'enllaç. Raoneu quin signe tindrà l'entropia ($\Delta S$) d'aquesta reacció i justifiqueu qualitativament si serà espontània a temperatures altes o baixes.

[1,25 punts]

Exercici 4

Responeu només a DUES de les quatre qüestions plantejades (a, b, c i d).

El cloroetè ($\text{CH}_2=\text{CHCl}$), també anomenat clorur de vinil, figura entre els compostos químics més produïts arreu del món perquè és el monòmer a partir del qual s'obté el clorur de polivinil (PVC), un plàstic ben conegut i molt utilitzat per a fer canonades, persianes o finestres, entre d'altres aplicacions.

El clorur de vinil es pot obtenir a partir d'acetilè ($\text{CH}\equiv\text{CH}$) i clorur d'hidrogen segons la reacció de síntesi següent:

$$\text{CH}\equiv\text{CH(g)} + \text{HCl(g)} \rightarrow \text{CH}_2=\text{CHCl(g)}$$

Després, aquest compost pot reaccionar fàcilment amb el clor per a donar 1,1,2-tricloroetà, un dissolvent organoclorat:

$$\text{CH}_2=\text{CHCl(g)} + \text{Cl}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CH}_2\text{Cl}-\text{CHCl}_2\text{(l)}$$

DADES:

Substància · $\text{CH}\equiv\text{CH(g)}$ · $\text{HCl(g)}$ · $\text{CH}_2=\text{CHCl(g)}$

Entalpia estàndard de formació a $298\text{ K}$ $\Delta H_f^\circ\ (\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$ · $-226{,}9$ · $-92{,}3$ · $-37{,}26$

Substància · $\text{C}-\text{C}$ · $\text{C}-\text{H}$ · $\text{C}=\text{C}$ · $\text{Cl}-\text{Cl}$ · $\text{C}-\text{Cl}$

Entalpia d'enllaç a $25\ ^\circ\text{C}$ i $1\text{ atmosfera}$ $(\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1})$ · $348$ · $412$ · $608$ · $242$ · $328$

Constant universal dels gasos ideals: $R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$; $R = 8{,}314\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Nombres atòmics: $Z(\text{H}) = 1$; $Z(\text{C}) = 6$; $Z(\text{Cl}) = 17$.

Electronegativitat segons l'escala de Pauling: $\text{H} = 2{,}2$; $\text{C} = 2{,}5$; $\text{Cl} = 3{,}2$.

d)

Raoneu quin tipus de reaccions es produeixen en l'obtenció del clorur de vinil i de l'1,1,2-tricloroetà.

Quina geometria té la molècula d'acetilè? Justifiqueu la resposta segons la teoria de repulsió dels parells d'electrons de la capa de valència (RPECV).

Raoneu si la molècula de clorur de vinil serà polar.