Examen de Química Selectividad Cataluña 2025 · Juny Serie 4

Exercici 1

Els telèfons intel·ligents contenen entre trenta i setanta elements químics; tots són essencials per al funcionament d'aquests aparells. Per exemple, en les bateries els elements majoritaris són el liti, el cobalt i el carboni; els vidres de les pantalles s'han endurit (per fer-los més resistents) mitjançant un intercanvi d'ions de sodi per ions de potassi, i per al funcionament de les connexions electròniques s'utilitzen metalls com el coure, l'or i la plata.

DADES:

Nombres atòmics: $Z(\text{Li}) = 3$; $Z(\text{C}) = 6$; $Z(\text{Na}) = 11$; $Z(\text{K}) = 19$; $Z(\text{Co}) = 27$.

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

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

a)

Escriviu la configuració electrònica dels elements que s'utilitzen en les bateries dels telèfons intel·ligents. Justifiqueu a quin grup, període i bloc de la taula periòdica pertany cadascun.

Raoneu, segons la configuració electrònica i el model atòmic de càrregues elèctriques, si el radi atòmic del sodi serà més gran o més petit que el radi atòmic del potassi.

[1,25 punts]

b)

Sabent que l'energia d'ionització de la plata és de $731\text{ kJ mol}^{-1}$, calculeu la freqüència i la longitud d'ona que hauria de tenir un fotó capaç d'ionitzar un àtom de plata. Expliqueu per què el signe de l'energia d'ionització és positiu.

[1,25 punts]

Exercici 2

El llautó és un aliatge de zinc i coure molt present en la vida quotidiana. Per la seva brillantor i el seu color daurat, s'utilitza en joieria, en bijuteria, en rellotgeria i en la fabricació d'instruments musicals.

a)

Se submergeix una mostra de llautó en una dissolució d'àcid clorhídric i s'observa que es desprenen unes bombolles d'hidrogen. Escriviu les semireaccions d'oxidació-reducció del zinc i del coure amb l'àcid clorhídric. A partir dels potencials estàndard de reducció, justifiqueu si les bombolles d'hidrogen que s'observen són conseqüència de la reacció del zinc, del coure o de tots dos elements amb l'àcid clorhídric. [1,25 punts]

b)

Una peça d'un aliatge de massa 20,0 g que conté coure metàl·lic s'utilitza com a ànode en una cel·la electrolítica. Aquesta peça se submergeix en una dissolució d'àcid clorhídric i s'hi fa circular un corrent de 2,0 A fins que tot el coure ha reaccionat. Calculeu quantes hores cal fer passar aquest corrent perquè es desprenguin 2,8 L d'hidrogen gasós a 1,0 atm de pressió i a 25 °C. Calculeu la massa de coure que ha reaccionat. [1,25 punts]

DADES

Potencials estàndard de reducció a 25 °C: $E^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0{,}76\ \mathrm{V}$; $E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = 0{,}34\ \mathrm{V}$; $E^\circ(\mathrm{H^+/H_2}) = 0{,}00\ \mathrm{V}$.

Constant de Faraday: $F = 96\,500\ \mathrm{C\cdot mol^{-1}}$.

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

Massa atòmica relativa: $\mathrm{Cu} = 63{,}5$.

Exercici 3

El 13 d'octubre de 1908, el químic alemany Fritz Haber va registrar la patent del procés que porta el seu nom, amb el qual s'obté amoníac a partir d'hidrogen gasós i nitrogen gasós a pressions altes i en presència d'un catalitzador. L'amoníac que es forma es va separant de la resta de gasos i es va recollint en un recipient. L'amoníac és el segon producte químic més produït al món; el 70 % de la producció es destina a fertilitzants i la resta s'utilitza com a matèria primera per a fabricar plàstics, productes de neteja o tèxtils, entre d'altres.

$$\mathrm{N_2(g) + 3\ H_2(g) \rightleftharpoons 2\ NH_3(g)}$$

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

Enllaç · $\mathrm{N\equiv N}$ · $\mathrm{H-H}$ · $\mathrm{N-H}$

Entalpies d'enllaç a $25\text{ }^\circ\mathrm{C}$ ($\mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$) i a $1\text{ atm}$ · 954 · 436 · 388

a)

Expliqueu què és l' energia d'enllaç. Calculeu l'entalpia d'aquesta reacció en condicions estàndard a 25 °C. Calculeu també l'energia interna d'aquesta reacció en condicions estàndard a la mateixa temperatura. [1,25 punts]

Exercici 3

El 13 d'octubre de 1908, el químic alemany Fritz Haber va registrar la patent del procés que porta el seu nom, amb el qual s'obté amoníac a partir d'hidrogen gasós i nitrogen gasós a pressions altes i en presència d'un catalitzador. L'amoníac que es forma es va separant de la resta de gasos i es va recollint en un recipient. L'amoníac és el segon producte químic més produït al món; el 70 % de la producció es destina a fertilitzants i la resta s'utilitza com a matèria primera per a fabricar plàstics, productes de neteja o tèxtils, entre d'altres.

$$\mathrm{N_2(g) + 3\ H_2(g) \rightleftharpoons 2\ NH_3(g)}$$

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

Enllaç · $\mathrm{N\equiv N}$ · $\mathrm{H-H}$ · $\mathrm{N-H}$

Entalpies d'enllaç a $25\text{ }^\circ\mathrm{C}$ ($\mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$) i a $1\text{ atm}$ · 954 · 436 · 388

b)

En un recipient de 2,5 L s'introdueixen 0,9 mol de $\mathrm{N_2}$ i 1,5 mol de $\mathrm{H_2}$. Una vegada assolit l'equilibri a una determinada temperatura, la concentració de $\mathrm{H_2}$ és de 0,2 M. Calculeu la concentració en l'equilibri de $\mathrm{NH_3}$ i de $\mathrm{N_2}$. Raoneu per què aquesta reacció es fa a pressions altes i per què l'amoníac obtingut se separa de la resta de gasos. [1,25 punts]

Exercici 4

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

L’anomenat PLA (àcid polilàctic) o fibra de PLA és un polímer que es va començar a desenvolupar en els primers anys del segle XXI. Els seus usos són diversos; s’empra, per exemple, com a fil en la impressió 3D o en vasos biodegradables. És un bioplàstic que es pot obtenir a partir del blat de moro o de la remolatxa sucrera. Industrialment s’obté a partir de l’àcid làctic (substància A) o bé de la lactida (substància B).

L’àcid làctic és un àcid orgànic monopròtic de fórmula molecular $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$ que es pot produir tant per síntesi artificial com a partir de fonts naturals i que s’utilitza com a intermediari sintètic en moltes indústries de síntesi orgànica i en diverses indústries bioquímiques. La lactida es pot obtenir normalment per la reacció entre dues molècules d’àcid làctic, que formen un dièster cíclic de fórmula molecular $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_4$.

Dades

Masses atòmiques relatives: $\text{H} = 1{,}0$; $\text{C} = 12{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$.

Dades espectroscòpiques a la regió de l’infraroig

Enllaç · Interval de nombre d’ona ($\text{cm}^{-1}$)

O—H · 3 650-3 300

C—H · 3 000-2 850

C=O · 1 750-1 650

C=C · 1 650-1 500

C—O—C (èter) · 1 300-1 000

C—O (alcohol) · 1 260-1 000

a)

L'àcid làctic (A) o àcid 2-hidroxipropanoic ($\text{CH}_3\text{—CH(OH)—COOH}$) és un sòlid de color blanc que es troba a la llet i als productes làctics. La seva constant d'acidesa a $25\text{ }^\circ\text{C}$ és $K_\text{a} = 1{,}38 \times 10^{-4}$. Calculeu el pH d'una dissolució $1{,}0 \times 10^{-3}\text{ M}$ d'àcid làctic. Quants grams necessitaríeu per a preparar $500{,}0\text{ mL}$ d'aquesta dissolució? Quin és el material de vidre que és imprescindible utilitzar per a preparar aquesta dissolució de concentració exactament coneguda? Justifiqueu la resposta. [1,25 punts]

Exercici 4

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

L’anomenat PLA (àcid polilàctic) o fibra de PLA és un polímer que es va començar a desenvolupar en els primers anys del segle XXI. Els seus usos són diversos; s’empra, per exemple, com a fil en la impressió 3D o en vasos biodegradables. És un bioplàstic que es pot obtenir a partir del blat de moro o de la remolatxa sucrera. Industrialment s’obté a partir de l’àcid làctic (substància A) o bé de la lactida (substància B).

L’àcid làctic és un àcid orgànic monopròtic de fórmula molecular $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$ que es pot produir tant per síntesi artificial com a partir de fonts naturals i que s’utilitza com a intermediari sintètic en moltes indústries de síntesi orgànica i en diverses indústries bioquímiques. La lactida es pot obtenir normalment per la reacció entre dues molècules d’àcid làctic, que formen un dièster cíclic de fórmula molecular $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_4$.

Dades

Masses atòmiques relatives: $\text{H} = 1{,}0$; $\text{C} = 12{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$.

Dades espectroscòpiques a la regió de l’infraroig

Enllaç · Interval de nombre d’ona ($\text{cm}^{-1}$)

O—H · 3 650-3 300

C—H · 3 000-2 850

C=O · 1 750-1 650

C=C · 1 650-1 500

C—O—C (èter) · 1 300-1 000

C—O (alcohol) · 1 260-1 000

b)

Encircleu i anomeneu els grups funcionals presents en les molècules d'àcid làctic (A), de làctida (B) i de les substàncies C i D de la taula de la pàgina següent. Expliqueu què és la quiralitat molecular. Identifiqueu si hi ha algun centre quiral en l'àcid làctic (A) i en la molècula C, i justifiqueu la resposta. [1,25 punts]

Exercici 4

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

L’anomenat PLA (àcid polilàctic) o fibra de PLA és un polímer que es va començar a desenvolupar en els primers anys del segle XXI. Els seus usos són diversos; s’empra, per exemple, com a fil en la impressió 3D o en vasos biodegradables. És un bioplàstic que es pot obtenir a partir del blat de moro o de la remolatxa sucrera. Industrialment s’obté a partir de l’àcid làctic (substància A) o bé de la lactida (substància B).

L’àcid làctic és un àcid orgànic monopròtic de fórmula molecular $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$ que es pot produir tant per síntesi artificial com a partir de fonts naturals i que s’utilitza com a intermediari sintètic en moltes indústries de síntesi orgànica i en diverses indústries bioquímiques. La lactida es pot obtenir normalment per la reacció entre dues molècules d’àcid làctic, que formen un dièster cíclic de fórmula molecular $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_4$.

Dades

Masses atòmiques relatives: $\text{H} = 1{,}0$; $\text{C} = 12{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$.

Dades espectroscòpiques a la regió de l’infraroig

Enllaç · Interval de nombre d’ona ($\text{cm}^{-1}$)

O—H · 3 650-3 300

C—H · 3 000-2 850

C=O · 1 750-1 650

C=C · 1 650-1 500

C—O—C (èter) · 1 300-1 000

C—O (alcohol) · 1 260-1 000

c)

Les molècules C i D són isòmers de l'àcid làctic (A) o de la làctida (B)? En el cas que ho siguin, identifiqueu quin és l'isòmer de l'àcid làctic (A) i quin és l'isòmer de la làctida (B), i indiqueu en cada cas de quin tipus d'isomeria es tracta. Argumenteu les respostes. Escriviu un estereoisòmer geomètric de la molècula C. [1,25 punts]

Exercici 4

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

L’anomenat PLA (àcid polilàctic) o fibra de PLA és un polímer que es va començar a desenvolupar en els primers anys del segle XXI. Els seus usos són diversos; s’empra, per exemple, com a fil en la impressió 3D o en vasos biodegradables. És un bioplàstic que es pot obtenir a partir del blat de moro o de la remolatxa sucrera. Industrialment s’obté a partir de l’àcid làctic (substància A) o bé de la lactida (substància B).

L’àcid làctic és un àcid orgànic monopròtic de fórmula molecular $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$ que es pot produir tant per síntesi artificial com a partir de fonts naturals i que s’utilitza com a intermediari sintètic en moltes indústries de síntesi orgànica i en diverses indústries bioquímiques. La lactida es pot obtenir normalment per la reacció entre dues molècules d’àcid làctic, que formen un dièster cíclic de fórmula molecular $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_4$.

Dades

Masses atòmiques relatives: $\text{H} = 1{,}0$; $\text{C} = 12{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$.

Dades espectroscòpiques a la regió de l’infraroig

Enllaç · Interval de nombre d’ona ($\text{cm}^{-1}$)

O—H · 3 650-3 300

C—H · 3 000-2 850

C=O · 1 750-1 650

C=C · 1 650-1 500

C—O—C (èter) · 1 300-1 000

C—O (alcohol) · 1 260-1 000

d)

Al gràfic de la pàgina següent, identifiqueu els principals senyals de l'espectre d'infraroig (IR) que us permetin poder assignar l'espectre a l'àcid làctic (substància A). Indiqueu si hi ha senyals que no apareixerien en l'espectre d'IR de la làctida (substància B), i si en l'espectre d'aquesta substància seria esperable algun senyal més que permetés diferenciar-la. Argumenteu les respostes. [1,25 punts]