junio 02 - Mestre a casa

COMUNIDAD VALENCIANA / JUNIO 02. LOGSE / QUÍMICA / BLOQUE A /
EXAMEN COMPLETO
El alumno debe elegir uno de los dos boques de problemas (A o B) y contestar a los dos
problemas propuestos en la opción elegida.
En el bloque C el alumno debe elegir y contestar cuatro de las seis cuestiones propuestas
BLOQUE A
1.- Se dispone de 80 ml de una disolución 0,15 m de ácido clorhídrico, disolución A, y de
100 ml de una disolución 0,1 M de hidróxido de sodio, disolución B. Se quiere saber:
a) El pH de la disolución A.
b) El pH de la disolución B.
c) Si se mezclan las dos disoluciones, ¿cuánto valdrá el pH de la resultante?
2.- El ácido acético (CH3 COOH) se obtiene industrialmente por la reacción entre
metanol (CH3 OH) y monóxido de carbono.
a) Razonar si la reacción es exo o endotérmica.
b) Calcular la cantidad de energía intercambiada al hacer reaccionar 50 Kg de metanol
con 30 Kg de monóxido de carbono, si el rendimiento de la reacción es del 80 %.
Datos:
Entalpías de formación: (metanol) = -238 KJ / mol
(ácido acético) = -485 KJ / mol
(monóxido de carbono) = - 110 KJ / mol
Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16.
OPCIÓN B
1.- El CO2 reacciona rápidamente con el H2 S a altas temperaturas, según la reacción
siguiente:
CO2 (g) + H2 S (g)
COS (g) + H2 O (g)
En un experimento se ponen 4,4 g de CO2 en un recipiente de 2,5 litros a 337ºC, y una
cantidad suficiente hasta que la presión total es de 10 atm, y se alcanza el equilibrio. En
la mezcla obtenida después se encontraron 0,01 moles de agua. Determinar:
a) El número de moles de cada una de las especies en le equilibrio.
b) El valor de Kc.
c) El valor de Kp.
Datos: Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16; S = 32.
R = 0,082 (atm · l) / (mol · K)
2.- El zinc metálico reacciona con nitrato de potasio en presencia de ácido sulfúrico,
dando sulfato de amonio, sulfato de potasio o sulfato de zinc y agua, según la reacción:
Zn + KNO3 + H2 SO4 τ (NH4 )2SO4 + K2 SO4 + ZnSO4 + H2 O
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a) Ajustar la reacción.
b) ¿Cuántos gramos de zinc reaccionan con 45,45 g de nitrato de potasio?
c) Indicar qué compuesto actúa como reductor y cuál es la variación de electrones que
tiene lugar?
Masas atómicas: N = 14; O = 16; K = 39; Zn = 65,3.
BLOQUE C
1.- Según la teoría del modelo de repulsión de los pares electrónicos de la capa de
valencia, indicar para las moléculas de metano, CH4 , tricloruro de fósforo, PCl3 y
hexafluoruro de azufre, SF6 :
a) El número de pares de electrones del enlace y de pares de electrones solitarios.
b) La ordenación espacial de los pares de electro nes de valencia en torno al átomo
central.
c) La geometría de la molécula.
2.- Ordenar razonadamente estos elementos: sodio, aluminio, magnesio, fósforo y cloro,
según:
a) Su poder reductor.
b) Su carácter metálico.
c) Su electronegatividad.
3.- La reacción para la obtención industrial de amoníaco está basada en la reacción:
N2 (g) + 3 H2 (g)
2 NH3 (g)
D Hº = -92 KJ
Razonar qué efecto producirá sobre el equilibrio:
a) Una disminución del volumen del reactor a temperatura constante.
b) Un aumento de temperatura a presión constante.
c) La adición de un catalizador.
4.- a) ¿Cuál es la diferencia entre el concepto de ácido y base de Arrhenius y de Brönsted
y Lowry?
b) Dados los siguientes ácidos:
HClO4 (ácido fuerte)
HF (Ka = 7 · 10-4 )
HClO (Ka = 3,2 · 10-8 )
Escribir sus bases conjugadas respectivas.
c) Ordenar, razonadamente, las bases conjugadas del apartado b) en orden creciente de
fuerza como bases.
5.- a) Formular los siguientes compuestos:
sulfato de sodio, óxido de aluminio, ácido hipoyodoso, 2- pentanol, etil- metil- amina
b) Nombrar estos compuestos:
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NaH2 PO4 ; PbO2 , BeCl2 , CH3 – CONH2 , CH3 – CH = CH – CH2 – CH3
6.- Se sabe que los potenciales normales de reducción de los metales potasio, cadmio y
plata, valen:
Eº (K+ / K) = - 2,92 V
Eº (Cd2+ / Cd) = - 0,40 V
Eº (Ag + / Ag) = - 0,80 V
Se quiere saber:
a) Si reaccionarán con una disolución 0,1 M de ácido clorhídrico.
b) En cada caso, el potencial que corresponde al proceso.
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SOLUCIONES
Problema A1
a) Se escribe la disociación total del ácido fuerte, teniendo en cuenta que por ello la
concentración inicial de ácido será la misma que la final de los iones:
HCl + H2 O τ H3 O+ + Cl[ ]inicial
0,15
[ ]final
--
-0,15
-0,15
Por la definición de pH se tiene:
pH = - log [H3 O+] = 0,82
b) Con el hidróxido de sodio, como base fuerte:
NaOH
[ ]inicial
τ
Na+ + OH-
0,1
--
--
--
0,1
0,1
[ ]final
Ahora se determina el pOH, y a continuación el pH:
pOH = - log [OH-] = 1
pH = 14 - 1 = 13
c) Al mezclar el ácido con la base, se forma una sal neutra, pues procede de ácido y base
fuertes, pero al determinar el número de moles que reaccionará de las dos especies, se tiene
que el HCl está en exceso, luego sobrarán protones, y la mezcla tendrá carácter ácido:
moles HCl = 0,08 · 0,15 = 0,012 moles
moles NaOH = 0,1 · 0,1 = 0,01 moles
HCl + NaOH τ
Moles iniciales
0,012
0,01
Moles finales
0,002
--
NaCl + H2 O
--
--
0,01
Con los moles de ácido sobrantes, se escribe de nuevo la reacción de disociación:
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HCl + H2 O
n inicial
0,002
n final
--
τ H3 O+ + Cl--
--
0,002
0,002
Luego la concentración de protones presente en el volumen total será:
[H3 O+] = 0,002 / 180 = 0,011 M
De nuevo, por la definición de pH se tiene:
pH = - log [H3 O+] = 1,95
Como era de esperar, el pH corresponde a una disolución ácida.
Problema A2
a) Se escribe la reacción entre el alcohol y el monóxido de carbono:
CH3 OH + CO
τ
CH3COOH
Como los datos de entalpías son todos de formación, se puede determinar directamente la
entalpía de la nueva reacción:
DH = - 485 – (-238 – 110) = - 137 KJ/mol
Como es un valor negativo, la reacción será exotérmica, transcurre con desprendimiento de
energía.
b) Se determinan los moles de metanol y de CO contenidos en las masas de que se dispone:
n metanol = 50 Kg / 32 = 1562,5 moles
n CO = 30 Kg / 28 = 1071,43 moles
Por la relación estequiométrica, se tiene que reacciona mol a mol, y como hay más moles de
metanol, éste será el reactivo en exceso, y se trabajará con el reactivo limitante, el CO:
1 mol de CO
1071,43
desprende 137 KJ
x
De donde:
x = 146,78 · 103 KJ se desprenden si el rendimiento es del 100 %
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Con un rendimiento inferior, la cantidad de energía desprendida será menor:
100 %
146,78 · 103 KJ
80 %
x
De donde:
x = 146,78 · 103 · 0,8 = 117,42 · 103 kJ (desprendidos)
Cuestión 2
Lo primero es colocar los elementos en el sistema periódico, puesto que las propiedades que
se van a estudiar son periódicas. Se observa que pertenecen al 2º Periodo.
La cuestión es como varía cada propiedad en este periodo:
Na
Mg
Al
Si
P
Cl
a) El que un elemento sea reductor, quiere decir que es capaz de oxidarse, es decir, de perder
electrones.
Por ello, el que tenga más facilidad para perder electrones, adquiriendo así una configuración
más estable, será el más reductor, y esto es lo que les ocurre a los metales alcalinos y
alcalinotérreos:
Na > Mg > Al > Si > P > Cl
b) El carácter metálico, en el sistema periódico, varía disminuyendo de izquierda a derecha y
por ello:
Na > Mg > Al > Si > P > Cl
c) La electronegatividad es una propiedad que mide la fuerza con que un átomo atrae al par de
electrones de un enlace covalente, y aumenta hacia la derecha y hacia arriba en el sistema
periódico:
Cl > P > Si > Al > Mg > Na
Cuestión 3
Por el principio de Le Chatelier, si sobre un sistema en equilibrio se introduce alguna
modificación, dicho sistema tenderá a evolucionar ene le sentido que se oponga a tal cambio:
a) Una disminución de volumen está provocada por un aumento de presión, lo cual provoca
que el equilibrio se desplace en el sentido en que se reduzca el número de moles de gases, en
este caso, hacia la derecha, aumentando la producción de amoníaco.
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b) Si se eleva la temperatura, el equilibrio evoluciona en el sentido en que se absorba calor,
esto es, en que sea endotérmica. En este caso, hacia la izquierda, pues tal y como está escrito
el equilibrio, la entalpía es negativa.
c) La presencia de un catalizador solamente modifica la velocidad de una reacción, no
desplaza el equilibrio.
Cuestión 4
a) Según Arrhenius, un ácido es aquella especie que en disolución acuosa se disocia
desprendiendo protones. Y base, la especie que al disociarse cede iones OH-.
Para Brönsted, un ácido es una molécula o ión, que en disolución tiende a ceder protones,
mientras que las bases son aquellas que captarían protones, existiendo así pares ácido- base
conjugados.
b) Se escriben las reacciones de disociación de los tres ácidos, siendo equilibrios en los dos
últimos casos, por tratarse de ácidos débiles, disociados parcialmente:
HClO 4 + H2 O τ H3 O+ + ClO 4 HF + H2 O
H3 O+ + F-
HClO + H2 O
H3 O+ + ClO -
Las bases conjugadas serán, por tanto:
ClO 4 - conjugado del ácido perclórico, HClO 4
F- conjugado del ácido fluorhídrico, HF
ClO - conjugado del ácido hiplocloroso, HClO
c) Existe una relación constante entre la constante de disociación un ácido y la de su base
conjugada:
Kw = Ka · Kb
Donde Kw es el producto iónico del agua, que a 25º C vale 10-14
Por ello, a un ácido fuerte (con Ka alta), le corresponderá una base débil (con Kb pequeña), y
viceversa. En orden creciente, la fuerza de las bases conjugadas anteriores será:
ClO 4 - < F- < ClO Cuestión 5
a) Sulfato de sodio: Na2 SO4
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Óxido de aluminio: Al2 O3
Ácido hipoyodoso: HIO
2- pentanol: CH3 – CHOH – CH2 – CH2 – CH3
etil- metil-amina: CH3 – NH – CH2 – CH3
b) NaH2 SO4:: Dihidrógeno fosfato de sodio.
PbO2 : Óxido de plomo (IV)
BeCl2 : Cloruro de berilio.
CH3 – CONH2: Etanoamida.
CH3 – CH = CH – CH2 – CH3 : 2- penteno.
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