SOLUCIONES DE ENUNCIADOS EN LOS QUE
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EJERCICIOS DE SELECTIVIDAD EN LOS QUE SE NECESITE FORMULAR RESPUESTA A LA PREGUNTA 4 OPCION 1 (JUNIO 2001 LOGSE) 4) Se preparan 100 ml de una disolución de amoniaco diluyendo con agua 2 ml de amoniaco del 30,0 % en peso y de densidad 0,894 g/ml. Calcular: a) la concentración de la disolución diluida y b) el pH de esta disolución. Datos: Masas atómicas: Nitrógeno = 14; Hidrógeno = 1. Kb(amoniaco) = 1,8x10-5 Masa molecular del NH3 = 14 + 3 = 17 2 ml · 0,894 g/ml = 1,788 g disolución 1,788 · 30% = 0,5364 g NH3 0,5364 g NH3/17 g cada mol = 0,03155 moles en 100 ml a) b) El amoniaco en disolución presenta el siguiente equilibrio: NH3 + H2O NH4+ + OH0,3155-x x x (si despreciamos x frente a 0,3155) pOH = - log [OH-] = -log 2,383 · 10-3 = 2,623 pH = 14 - pOH = 11,377 RESPUESTA A LA PREGUNTA 5 OPCION 2 (JUNIO 2001 LOGSE) 5) El dicromato de potasio, en medio ácido, oxida los iones cloruro hasta cloro reduciéndose a sal de cromo (III). a) Escriba y ajuste por el método ion-electrón la ecuación iónica que representa el proceso anterior, b) Calcule cuántos litros de cloro, medidos a 20°C y 1,5 atm, se pueden obtener si 20 ml de dicromato de potasio 0,20 M reaccionan con un exceso de cloruro de potasio en medio ácido. R= 0,082 atm.l.mol-'K-' La ecuación iónica es: Cr2O72- + H+ + Cl- Cr3+ + Cl2 + H2O a) Las semirreacciones de reducción y oxidación ajustadas son, respectivamente: Cr2O72- + 14H+ + 6e 2Cr3+ + H2O 2Cl- - 2e Cl2 Multiplicando la 2ª por 3, para igualar los electrones intercambiados, y sumando las dos ecuaciones: Cr2O72- + 14H+ + 6Cl- 2Cr3+ + 3Cl2 + 7H2O b) moles de Cr2O72- = 0,02 litros · 0,2 M = 0,004 moles Según la relación estequiométrica de la reacción: moles de Cl2 = 0,004 · 3 =0,0012 moles de Cl2 reaccionan Y el volumen que ocupan esos moles de Cl2 : V = nRT/P = 0,012 · 0,082 · 293/1,5 = 0,1922 litros 4) El carbonato de calcio sólido reacciona con una disolución de ácido clorhídrico para dar agua,cloruro de calcio y dióxido de carbono gas. Si se añaden 120 ml de la disolución de ácido clorhídrico, que es del 26,2 % en masa y tiene una densidad de 1,13 g/ml, a una muestra de 40,0 g de carbonato de calcio sólido, ¿cuál será la molaridad del ácido clorhídrico en la disolución cuando se haya completado la reacción? (Suponga que el volumen de la disolución permanece constante). Masas atómicas: Carbono = 12; oxígeno = 16; calcio = 40; cloro = 35,5; hidrógeno = 1 El proceso químico que tiene lugar es el siguiente: Masa molecular del CaCO3 = 40 + 12 + 3·16 = 100 Masa molecular del HCl = 1 + 35,5 = 36,5 Moles de carbonato de calcio = 40,0/100 = 0,4 moles, que precisan: 0,4·2 = 0,8 moles de HCl Se añaden 120 ml · 1,13 g/ml = 135,6 g de disolución. Es decir: 135,6 · 26,2/100 = 35,5272 g de HCl puro. Por tanto, se añaden: 35,5272/ 36,5 = 0,9733 moles HCl Quedarán en los 120 ml: 0,9733 moles añadidos - 0,8 moles consumidos = 0,1733 moles HCl Y la Molaridad será : M = 0,1733/0,120 = 1,44 M RESPUESTA A PREGUNTA 1 OPCIÓN 2 (SEPTIEMBRE 2002 LOGSE) 1) Explique por qué al mezclar 10 mi de ácido acético 0,20 M con 20 ml de hidróxido de sodio O,10 M la disolución resultante no es neutra. Indique si su pH será mayor o menor de 7 Moles de ácido = 0,01·0,2 = 0,002 moles Moles de base = 0,02· 0,1 = 0,002 moles La reacción de neutralización: CH3-COOH + NaOH CH3-COONa + H2O Los moles de ácido y base son los mismos, pero la sal formada procede de un ácido débil y base fuerte, por lo que se producirá hidrólisis del anión acetato (resultante de la disociación de la sal): CH3-COO- + H2O CH3-COOH + OHConsecuentemente la disolución resultará básica, es decir, mayor que 7 RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCIÓN 2 (SEPTIEMBRE 2002 LOGSE) 5) El dicromato de potasio, en medio ácido, puede oxidar a los iones sulfito hasta sulfato, reduciéndoselos iones dicromato hasta Cr3+ a) Ajuste la reacción por el método ión-electrón b) Determine el volumen de disolución 0,12 M de dicromato de potasio que se necesita para reaccionar, en medio ácido, con 50 ml de una disolución 0,10M de sulfito de sodio Cr2O72- + H+ + SO32- Cr3+ + SO42- + H2O a. Las semirreacciones de reducción y oxidación son respectivamente: Cr2O72- + 14H+ + 6e 2Cr3+ + 7H2O SO32 + H2O - 2e SO42- + 2H+ Multiplicando la 2ª semirreacción por 3, para igualar los electrones, y sumando Cr2O72- + 8H+ + 3SO32- 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O b. Moles de sulfito de sodio = 0,05·0,1 = 0,005 moles Según la estequiometría de la reacción (3 moles de sulfito por uno de dicromato): moles de dicromato de potasio = 0,005/3 = 0,00167 moles Y el volumen de disolución 0,12 M de dicromato de potasio = 0,00167/0,12 = 0,01389 litros RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCIÓN 1 SEPTIEMBRE 2003 4) Se dispone de una mezcla de 2,4 g de cloruro de sodio y 4,5 g de cloruro de calcio. Se disuelve en agua y a la disolución se añade nitrato de plata 0,50 M hasta conseguir la precipitación total del cloruro de plata, que se filtra, se lava con agua y se seca. a) Calcule la masa de sólido obtenido, b) Calcule el volumen de disolución de nitrato de plata utilizado. Masas atómicas: Cloro =35,5; sodio = 23; calcio = 40; plata =108. a. Masa molecular NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 Masa molecular CaCl2 = 40 + 71 = 111 Masa molecular AgCl = 108 + 35,5 = 143,5 Moles NaCl = 2,4/58,5 = 0,041 Como el NaCl se disocia: NaCl(s) Na+ (dis) + Cl- (dis), la cantidad de Cl- procedentes del NaCl será 0,041 Moles de CaCl2 = 4,5/111 = 0,041 Como el CaCl2 se disocia: CaCl2 (s) Ca2+ (dis)+ 2Cl- (dis), la cantidad de Cl- procedentes del CaCl2 será 0,041 · 2 = 0,082 La cantidad total de Cl- será = 0,041 + 0,082 = 0,123 Al añadir nitrato de plata que se disocia: AgNO3 (s) Ag+ (dis) + NO3- (dis), se produce el precipitado Ag+ (dis) + Cl- (dis) AgCl (s) Como por cada mol de Cl- precipita 1 mol de AgCl, el número de moles de precipitado será 0,123 La masa en gramos de los 0,123 moles de AgCl = 0,123 · 143,5 = 17,651 gramos b. Cada mol del Ag+ reacciona con 1 mol de Cl- para producir precipitado, es decir, se necesitan 0,123 moles de Ag+ y, por tanto, 0,123 moles de AgNO3 Por tanto el volumen de disolución 0,5 M de AgNO 3 necesario será: RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCIÓN 1 SEPTIEMBRE 2003 4) Se puede obtener cloro gaseoso por reacción en caliente de disoluciones concentradas de ácido clorhídrico y ácido nítrico, produciéndose además óxido de nitrógeno (IV) (dióxido de nitrógeno) y agua. a) Escriba la reacción y ajústela por el método ion-electrón. b) Calcule el máximo volumen de cloro que se puede obtener, a 100 °C y 1,5 atmósferas, por reacción de 200 mi de ácido clorhídrico 12 M con ácido nítrico concentrado en exceso. R= 0,082 atm.l.mol-1.K-1 a. L a reacción sin ajustar es: HCl + HNO3 Cl2 + NO2 + H2O Las semirreacciones de oxidación y reducción son: 2 Cl- - 2e Cl2 NO3- + 2H+ + 1e NO2 + H2O Multiplicando la segunda ecuación por 2, para igualar los electrones intercambiados, y sumando las 2 ecuaciones, queda una ecuación redox 2Cl- + 2NO3- Cl2 + 2NO2 + 2H2O y la ecuación molecular completa ajustada 2HCl + 2HNO3 Cl2 + 2NO2 + 2H2O b. Moles de HCl en los 200ml de disolución 12 M = 0,2 ·12 = 2,4 Por cada 2 moles de HCl puede obtenerse 1 mol de Cl2, es decir, con 2,4 moles se podrán obtener 1,2 moles de Cl2, que a 100ºC y 1,5 atmósferas ocuparán un volumen de V= nRT/p = 1,2 · 0,082 · 373/1,5 = 24,469 litros c. RESPUESTA A PREGUNTA 1 OPCION 2 JUNIO 2004 1) Explique, con las ecuaciones químicas necesarias, por qué al mezclar 20 ml de ácido clorhídrico 0,10 M con 10 ml de amoniaco 0,20 M la disolución resultante no es neutra. Indique si su pH será mayor o menor que 7. d. e. f. g. h. i. j. k. Moles de HCl = 0,1 moles/L . 0,02 L = 0,002 moles Moles de NH3 = 0,2 moles/L . 0,01 L = 0,002 moles El proceso ácido-base : HCl + NH3 NH4Cl Como el número de moles del ácido y de la base es el mismo, no hay exceso de ninguno de ellos El cloruro de amonio formado es una sal procedente de un ácido fuerte y base débil que se hidrolizará NH4Cl NH4+ + Cl- (disociación) NH4+ + H2O NH4OH + H+ (hidrólisis) Resultando la disolución ácida (por los H+ del proceso de hidrólisis), es decir su pH será menor que 7 l. RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2004 Se mezclan 3 litros de oxígeno (O2), medidos a 87ºC y 3,0 atmósferas, con 7,30 g de magnesio metálico y se dejan reaccionar para formar óxido de magnesio. Suponiendo que la reacción es completa, calcule: a) Qué reactivo está en exceso. b) Los moles de este reactivo que quedan sin reaccionar. c) La masa de óxido de magnesio que se forma Masas atómicas: Oxígeno = 16; magnesio = 24,3 R = 0,082 atm.l.mol-1.K-1 m. Masa molecular de MgO = 24,3 + 16 = 40,3 n. La reacción ajustada: 2Mg + O2 ==> 2MgO o. Moles iniciales de O2 = PV/RT = (3 . 3) / (0,082 . 360) = 0,30 moles Átomos-gramo inicales de Mg = 7,30 / 24,3 = 0,30 at-gr p. a) El reacctivo que está en exceso es el O2 q. b)Moles que reaccionan de O2 = 0,30 at-gr Mg . 1 mol O2 / 2 at-gr Mg = 0,15 moles r. Quedan sin reaccionar 0,15 moles de O2 c) Moles de MgO que se forman = at-gr de Mg inicales que reaccionan = 0,30 moles Masa MgO formada = 0,30 . 40,3 = 12,09 gramos s. RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2004 Calcule el pH de la disolución que resulta cuando se añaden 0,8 litros de ácido acético 0,25 M a 0,2 litros de hidróxido de sodio 1,0 M Ka (ácido acético) = 1,8x10-5 t. Moles iniciales de CH3-COOH = 0,8 . 0,25 = 0,2 moles Moles iniciales de NaOH = 0,2 . 1 = 0,2 moles La reacción química ácido-base: CH3-COOH + NaOH ==> CH3-COONa + H2O Como la estequiometría de la reacción es 1 mol de ácido por 1 mol de base y se obtiene 1 mol de acetato de sodio, al haber el mismo moles de ácido acético que de hidróxido de sodio, estos desaparecen y se otienen 0,2 moles de acetato de sodio Al ser una sal procedente de ácido débil y base fuerte, se producirá hidrólisis del anion tras la disociación: CH3-COONa ==> CH3-COO-+ Na+ CH3-COO- + H2O ==> CH3-COOH + OHComo el volumen total es de 1 litro CH3-COOconc. inicial conc. equilibr + H2O + OH- ==> CH3-COOH 0,2/1 . 0 0 (0,2 - x)/1 . x/1 x/1 u. v. w. x. A pl icando la constante de equilibrio para la hidrólisis. 10-14 / 1,8x10-5 = 5,5 x10-10 = (x . x) / (0,2 - x) Despreciando x frente a 0,2 y despejando, tenemos que x = [OH -] = 1,05x10-5 pOH = -log[OH-] = 4,98 ; pH = 14 -4,98 = 9,02 (básico) y. RESPUESTA A LA PREGUNTA 5 OPCION 2 JUNIO 2005 El amoniaco, gas, se puede obtener calentando juntos cloruro de amonio e hidróxido de calcio sólidos. En la reacción se forman también cloruro de calcio y agua. Si se calienta una mezcla formada por 26,75 g de cloruro de amonio y 14,8 g de hidróxido de calcio, calcule: a) Cuántos litros de amoniaco medido a 0ºC y 1,0 atmósferas, se formarán. b) Qué reactivo queda en exceso y en qué cantidad Masas atómicas: nitrógeno = 14; hidrógeno = 1,0; oxígeno = 16; cloro = 35,5; calcio = 40 R = 0,082 atm.l.mol-1.K-1 z. aa. bb. cc. dd. La reacción ajustada: 2 NH4Cl + Ca(OH)2 2 NH3 + CaCl2 + 2 H2O Masa molecular NH4Cl = 14+4+35,5 = 53,5 Masa molecular Ca(OH)2 = 40 + 2x17 = 74 Moles presentes de NH4Cl = 26,75/53,5 = 0,5 moles Moles presentes de Ca(OH)2 = 14,8/74 = 0,2 moles a) Reaccionan los 0,2 moles de Ca(OH)2, por lo que se producirán 2 x 0,2 = 0,4 moles de NH 3, que en las condiciones indicadas ocuparán: V = 0,4 x 0,082 x 273 / 1 = 8,9544 litros b) Los 0,2 moles de Ca(OH)2 reaccionan con 2x0,2 = 0,4 moles de NH4Cl, por lo que sobran de éste o quedan sin reaccionar 0,5 - 0,4 = 0,1 moles, que pesan: 0,1 x 53,5 = 5,35 gramos ee. RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 1 JUNIO 2012 4) El dicromato de potasio reacciona con yoduro de potasio en presencia de ácido sulfúrico para dar lugar a yodo molecular, sulfato de cromo (III), sulfato de potasio y agua. a) Ajuste la ecuación por el método del ión electrón. (1 punto) b) ¿Qué masa de yodo se podrá obtener si se tratan 15 mL de una disolución de dicromato de potasio 2 M con 40 mL de disolución de yoduro de potasio 1 M. (1,5 puntos) Masas atómicas: I = 127,0 ff. a) La ecuación molecular sin ajustar es: K2Cr2O7 + KI + H2SO4 I2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O La reacción de reducción es: Cr2O72- + 14 H+ + 6e 2Cr3+ + 7H2O La reacción de oxidación es: 2I- -2e I2 gg. Multiplicamos la ecuación de oxidación por 3 para igualar los electrones y sumamos las 2 ecuaciones para obtener la ecuación redox global: Cr2O72- + 14 H+ + 6I- 2Cr3+ + 7H2O + 3I2 hh. Trasladamos los coeficientes de la ecuación iónica a la molecular y ajustamos aparte los K+ y SO42- que no han intervenido en la oxidación-reducción, resultando la ecuación molecular ajustada: K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 3I2 + Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2O ii. b) En 15 mL de disolución 2 M de K2Cr2O7 hay: 0,015L·2mol/L = 0,030 moles En 40 mL de disolución 1M de KI hay: 0,040·1mol/L = 0,040 moles jj. Según la estequiometría de la reacción, 6 moles de KI reaccionan con 1 mol de K2Cr2O7, por lo que 0,040 moles de KI reaccionaran con 0,040/6 = 0,0067 moles de K2Cr2O7. Sobra dicromato de potasio por lo que el reactivo limitante es el KI. kk. Masa de I2 que puede obtenerse si reacciona todo el KI: como 6 moles de KI producen 3 moles de I2, 0,040 moles de KI producirán 0,020 moles de I2. Masa molecular del I2 = 127·2 = 254 Los 0,02 moles de I2 tendrán una masa de: 0,02 moles·254gr/mol = 5,08 gramos de I2. RESPUESTA A LA PREGUNTA 4 OPCION 2 (JUNIO 2001 LOGSE) 4) El ácido fórmico (ácido metanóico) está ionizado en un 3,2 % en una disolución 0,20 M. Calcule: a) La constante de disociación de dicho ácido a la temperatura a la que se refieren los datos anteriores, b) El porcentaje de ionización de una disolución 0,10 M de ácido fórmico, a la misma temperatura. a) El ácido fórmico es un ácido orgánico débil que se disocia según el equilibrio: H-COOH + H2O H-COO- + H3O+ 0,2 - (3,2% · 0,2) 3,2% · 0,2 3,2% · 0,2 b) H-COOH + H2O H-COO- + H3O+ 0,1-x x x 2,1157 · 10-4 = x2/(0,1-x) (si despreciamos x frente a 0,1) Tanto por uno disociado= 0,004597/0,1 =0,04597 ; es decir, 4,597 % disociado RESPUESTA A LA PREGUNTA 5 OPCION 1 (JUNIO 2001 LOGSE) 5) Los calores de combustión del metano y butano son 890 kJ/mol y 2876 kJ/mol respectivamente, a) Cuando se utilizan como combustibles, ¿cuál generaría más calor para la misma masa de gas, el metano o el butano? ¿Cuál generaría más calor para el mismo volumen de gas? b) Calcule la diferencia de calor desprendido al quemar 10 g de cada uno de estos gases, así como la diferencia al quemar 10 litros de cada uno (medidos a 0° C y 1 atm). Masas atómicas: C = 12; H = 1. Masa molecular CH4 = 12 + 4 · 1 = 16 Masa molecular C4H10 = 4 · 12 + 10 · 1 = 58 a) Para la misma masa, calor de combustión para un gramo: En el CH4 = 890/16 = 55,625 kJ/g En el C4H10 = 2876/58 = 49,586 kJ/g Es mayor en el metano Para el mismo volumen, calor de combustión para un litro (medido a 0ºC y 1 atm, 1 mol ocupa 22,4 litros) En el CH4 = 890/22,4 = 39,732 kJ/L En el C4H10 = 2876/22,4 = 128,393 kJ/L Es mayor en el butano b) Combustión de 10 gramos: En el CH4 = 55,625 · 10 = 556,25 kJ En el C4H10 = 49,586 · 10 = 495,86 kJ Diferencia = 556,25 - 495,86 = 60,39 kJ a favor de CH4 Combustión de 10 litros: En el CH4 = 39,372 · 10 = 393,72 kJ En el C4H10 = 128,393 · 10 = 1283,93 kJ Diferencia 1283,93 - 397,32 = 886,61 kJ a favor del butano RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCIÓN 1 (SEPTIEMBRE 2001 LOGSE) 5)Una mezcla de metano y acetileno (etino) se mezcla con oxígeno y se quema totalmente. Al final de la operación se recogen 2,20 g de dióxido de carbono y 0,72 g de agua. Calcular la cantidad en gramos de metano y de acetileno que se ha quemado. Masas atómicas: Carbono = 12; hidrógeno = 1; oxígeno = 16 Masa molecular CH4 = 12 + 4 = 16 Masa molecular C2H2 = 24 + 2 = 26 Masa molecular CO2 = 12 + 36 = 44 Masa molecular H2O = 2 + 16 = 18 Moles totales de CO2 obtenidos = 2,2/44 = 0,05 moles Moles totales de H2O obtenidos = 0,72/18 = 0,04 moles Las reacciones de combustión del metano y acetileno son, respectivamente: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O C2H2 + 5/2 O2 2 CO2 + H2O Según las relaciones estequiométricas, por cada "x" moles de CH4 quemados se obtienen "x" moles de CO2 y "2x" moles de H2O, y por cada "y" moles de C2H2 quemados se obtienen "2y" moles de CO2 e "y" moles de H2O, por lo que deberá cumplirse: Para CO2 : Para H2O: x + 2y = 0,05 2x + y = 0,04 Resolviendo el sistema se obtiene: x = 0,01 moles de CH4 quemados, y = 0,02 moles de C2H2 quemados que equivale a: 0,01·16 = 0,16 gramos de CH4 0,02· 26 = 0,52 gramos de C2H2 RESPUESTA A LA PREGUNTA 2 OPCIÓN 1 JUNIO 2002 2) Si queremos impedir la hidrólisis que sufre el acetato de sodio en disolución acuosa. ¿Cuál de los siguientes métodos será más eficaz? a) Añadir ácido acético a la disolución, b) Añadir NaCl a la disolución. c) Añadir HCl a la disolución, d) Ninguno, no es posible impedirla. Razone todas las respuestas. Como el acetato de sodio tras su disolución: sufre la hidrólisis del ion acetato, según el siguiente equilibrio: a) Al añadir ácido acético (que es un ácido débil, es decir, muy poco disociado), el equilibrio se desplazará hacia la izquierda impidiendo la hidrólisis (este es el único método, de los propuestos,que impide la hidrólisis) b) Al añadir ácido clorhídrico (que es un ácido fuerte, es decir, prácticamente totalmente disociado), se producirá la neutralización con los iones hidroxilo, desplazando el equilibrio hacia la derecha. (no sólo no impide la hidrólisis, sino que la facilita) c) Al añadir cloruro de sodio, ni los iones sodio ni los iones cloruro afectarán a la hidrólisis. d) Además de añadiendo ácido acético, se puede impedir la hidrólisi añadiendo una base que proporciones iones OHRESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 2 JUNIO 2002 4) Una bombona de gas contiene 27,5 % de propano y 72,5 % de butano en masa. Calcule los litros de dióxido de carbono, medidos a 25 °C y 1,2 atmósferas, que se obtendrán cuando se quemen completamente 4,0 g del gas de la bombona anterior. Masas atómicas: Carbono = 12; hidrógeno = 1. R= 0,082 atm.l.mol-1K-1. C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O C4H10 + 13/2 O2 4 CO2 + 5 H2O Masa molecular C3H8 = 44 Masa molecular C4H10 = 58 Gramos de C3H8 que se queman = 0,275 x 4 =1,1 gramos Gramos de C4H10 que se queman = 0,725 x 4 = 2,9 gramos Moles de C3H8 que se queman = 1,1/44 = 0,025 moles Moles de C4H10 que se queman = 2,9/58 = 0,05 moles Moles de CO2 producidos en la combustión de C3H8 = 0,025 x 3 = 0,075 moles Moles de CO2 producidos en la combustión de C4H10 = 0,05 x 4 = 0,20 moles Moles totales de CO2 = 0,275 moles PV = nRT; V = (0,275x 0,082 x 298)/1,2 = 5,6 litros RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCIÓN 1 (SEPTIEMBRE 2002 LOGSE) 5) a) Escribir las ecuaciones termoquímicas correspondientes a los procesos de formación estándar, a partir de sus elementos, del dióxido de carbono, agua y ácido metanóico o fórmico, y la reacción de combustión de este último, b) Determinar la entalpía estándar de combustión del ácido metanóico Datos: Punto de fusión del ácido metanóico = 8,4 °C; punto de ebullición = 100,7 °C. Entalpías de formación estándar: Agua =-285,8 kJ.mol-1; Dióxido de carbono = - 393,5 kJ.mol-1; Ácido metanóico = - 409 kJ.mol-1. a) Ecuaciones termoquímicas Formación del dióxido de carbono: C (graf) + O2 (g) CO2 (g); ΔH = -393,5 kJ·mol-1 Formación del agua: H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) ; ΔH = -285,8 kJ·mol-1 Formación del ácido fórmico:C (graf) + O2 (g) + H2 (g) H-COOH(l); ΔH =-409 kJ·mol-1 Combustión del ácido fórmico: H-COOH (l) + 1/2 O2 (g) CO2 (g) + H2O (l); ΔH = ? b) Sumando las 2 primeras ecuaciones y restando la 3º sale la ecuación correspondiente a la entalpía de combustión del ácido metanóico (+1) C (graf) + O2 (g) CO2 (g); ΔH = -393,5 kJ·mol-1 (+1) H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l); ΔH = -285,8 kJ·mol-1 (-1) C (graf) + O2 (g) + H2 (g) H-COOH(l); ΔH = -409 kJ·mol-1 -------------------------------------------------------------------------------H-COOH (l) + 1/2 O2 (g) CO2 (g) + H2O (l); ΔH = -393,5 - 285,8 - (-409) = -270,3 kJ·mol-1 RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 2 JUNIO 2003 Calcule los gramos de ácido acético que se deben disolver en agua para obtener 500 ml de una disolución que tenga pH = 2,72 Ka (ácido acético) = 1,8x10-5 Masas atómicas: hidrógeno = 1; oxígeno = 16; carbono = 12 El ácido acético es un ácido débil que se disocia según el equilibrio: CH3-COOH CH3-COO- + H+ Como el pH = - log[H+] = 2,72, se deduce que [H+] = 1,905 ·10-3 = [CH3-COO-] Llamando c a la concentración del ácido sin disociar que tenemos que calcular, se cumplirá que [CH3-COOH] = c - 1,905 ·10-3 Ka = [CH3-COO-][H+]/[CH3-COOH]; es decir, 1,8 · 10-5 = (1,905·10-3)2/(c - 1,905·10-3) Despreciando 1,905·10-3 frente a c, calculamos c c = 0,2016 M Los moles en los 500 ml serán 0,2016 · 0,5 = 0,1008 moles de ácido acético y los gramos los hallamos multiplicando por la masa molecular que es 60 0,1008 · 60 = 6,048 gramos RESPUESTA A PREGUNTA 2 OPCION 1 JUNIO 2004 2) Escriba las ecuaciones termoquímicas correspondientes a los procesos de formación estándar, a partir de sus elementos, del dióxido de carbono, agua y ácido metanóico o fórmico, y la reacción de combustión de este último. Las ecuaciones químicas para los procesos en condiciones estándar son: Formación del dióxido de carbono: C (grafito) + O 2 (g) CO2 (g) Formación del agua: H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) Formación del ácido fórmico: C (grafito) + H2 (g) + O2 (g) H-COOH (l) Combustión del ácido fórmico: H-COOH (l) + 1/2 O2 (g) CO2 (g) + H2O (l) En realidad no son procesos termoquímicos ya que no se proporcionan los datos de entalpía RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2004 Calcule el pH de la disolución que resulta cuando se añaden 0,8 litros de ácido acético 0,25 M a 0,2 litros de hidróxido de sodio 1,0 M Ka (ácido acético) = 1,8x10-5 Moles iniciales de CH3-COOH = 0,8 . 0,25 = 0,2 moles Moles iniciales de NaOH = 0,2 . 1 = 0,2 moles La reacción química ácido-base: CH3-COOH + NaOH ==> CH3-COONa + H2O Como la estequiometría de la reacción es 1 mol de ácido por 1 mol de base y se obtiene 1 mol de acetato de sodio, al haber el mismo moles de ácido acético que de hidróxido de sodio, estos desaparecen y se otienen 0,2 moles de acetato de sodio Al ser una sal procedente de ácido débil y base fuerte, se producirá hidrólisis del anion tras la disociación: CH3-COONa ==> CH3-COO-+ Na+ CH3-COO- + H2O ==> CH3-COOH + OHComo el volumen total es de 1 litro CH3-COOconc. inicial conc. equilibr + H2O + OH- ==> CH3-COOH 0,2/1 . 0 0 (0,2 - x)/1 . x/1 x/1 Aplicando la constante de equilibrio para la hidrólisis. 10-14 / 1,8x10-5 = 5,5 x10-10 = (x . x) / (0,2 - x) Despreciando x frente a 0,2 y despejando, tenemos que x = [OH -] = 1,05x10-5 pOH = -log[OH-] = 4,98 ; pH = 14 -4,98 = 9,02 (básico) RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 1 JUNIO 2007 5) Calcule el pH y el grado de disociación de una disolución que se ha preparado añadiendo 10 mL de ácido clorhídrico 0,1M a 90 mL de una disolución 0,5M de ácido acético. Ka(ácido acético) = 1,8.10-5 El volumen total (suponiendo volúmenes aditivos) = 0,01 + 0,09 = 0,1 litros Moles de HCl añadidos = 0,1x0,01 = 0,001 Moles La concentración del HCl = 0,001/0,1 = 0,01 M El ácido clorhídrico es un ácido fuerte (completamente disociado) que se disocia: HCl H+ + Cl-, La concentración de H+ que proporciona a la disolución es: 0,01 M Moles iniciales de ácido acético = 0,5x0,09 = 0,045 moles La concentración del ácido acético = 0,045/0,1 = 0,45 M El ácido acético es un ácido débil que se disocia parcialmente una concentración x: CH3-COOH H+ + CH3-COO0,45 -x x + 0,01 x (El 0,01 es el H+ proporcionado por el HCl) . Aplicando la constante de equilibrio del ácido acético: 1,8 10-5 = (x+0,01)x/(0,45-x) Despreciando x frente a 0,01 y a 0,45, queda: . 1,8 10-5 = 0,01x/0,45 ; de donde x = 0,00081 M La concentración de H+ = 0,01 + 0,00081 = 0,01081 M El pH = -log 0,0108 = 1,966 El grado de disociación (tanto por uno disociado) = 0,00081/0,45 = 0,0018 RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2007 4) Se disuelve en agua 1,00 g de un compuesto A que solo contiene hierro y cloro. Posteriormente se añade a la disolución nitrato de plata hasta conseguir que todo el cloro precipite como cloruro de plata, obteniéndose 2,26 g de esta sal. Determine la fórmula empírica del compuesto A. Masa molecular AgCl = 107,9 + 35,5 = 143,4 Calculamos la cantidad de iones cloruro precipitados como AgCl y que son los mismos que hay en 1,00 g del compuesto: 2,26 g x 35,5/143,4 = 0,5595 g En los 1,00 gramos del compuesto hay 0,5595 g de Cl- y el resto, 1 - 0,5595 = 0,4405 g, son de iones Fe y el número de moles: 0,5595/35,5 = 0,01576 moles Cl0,4405/55,8 = 0,00789 moles iones Fe Dividiendo por el menor obtendremos el número de Cl- por cada ion Fe 0,01576/0,00789 = 1,9964 2 Por lo que la fórmula será: FeCl2 RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2007 5) a) Determine la concentración de una disolución de ácido benzóico, ácido monoprótico de fórmula C 6H5COOH, sabiendo que para neutralizar 20 mL de la misma se han utilizado 15,2 mL de disolución de hidróxido de bario 0,5 M. b) Sabiendo que el hidróxido de bario es una base fuerte, determine el valor del pH en el punto de equivalencia. Ka(C6H5COOH) = 6,5 x 10-5 a )La reacción de neutralización: 2 C6H5COOH + Ba(OH)2 Ba(C6H5COO)2 + 2 H2O Moles utilizados de hidróxido de bario: 0,0152 L x 0,5 moles/L = 0,0076 moles Ba(OH)2 por lo que el número de moles del ácido benzóico será: 0,0076 x 2 = 0,0152 moles C6H5COOH y la concentración en los 20 mL 0,0152/0,020 = 0,76 M b)Como es una sal procedente de ácido débil y base fuerte, al disociarse según: Ba(C6H5COO)2 Ba2+ + 2 C6H5COOSufrirá hidrólisis el ion benzoato: C6H5COO- + H2O C6H5COOH + OH- Cálculos: Volumen total = 20 mL + 15,2 mL = 35,2 mL = 0,0352 L Según la reacción de neutralización el número de moles de Ba(C6H5COO)2 es 0,0076 moles, los mismos que de Ba(OH)2 Y al disociarse, el número de iones C6H5COO- será: 0,0076 x 2 = 0,0152 moles Y la concentración inicial de iones C6H5COO- será: 0,0152/0,0352 = 0,4318 M C6H5COO- + H2O 0,4318 - X C6H5COOH + X Aplicando la constante de equilibrio a la reacción de hidrólisis: Kh = 10-14/6,5.10--5 = X2/(0,4318-X) Despreciando X frente a 0,4318, obtenemos que: X = [OH-] = 1,24.10-5 Por lo que pOH = - log[OH-] = 4,91 Y el pH = 14 - 4,91 = 9,09 OHX Básico como corresponde a la disolución de una sal de ácido débil y base fuerte RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 2 SEPTIEMBRE 2007 4) Para determinar la concentración de una disolución de sulfato de hierro (II) se valoran 50 mL de la misma con una disolución de permanganato de potasio de concentración 1 M en medio ácido. Como consecuencia del proceso redox el hierro pasa a Fe3+ y el manganeso a Mn2+. a) Escriba y ajuste la reacción que se produce durante la valoración b) Identifique el elemento que se oxida y el que se reduce c) Sabiendo que se han consumido 22 mL de la disolución de permanganato de potasio, determine la concentración del sulfato de hierro (II) a) Fe2+ - 1e Fe+3 MnO4- + 8 H+ + 5e Mn2+ + 4 H2O Multiplicando por 5 la primera reacción para ajustar los electrones y sumando 5 Fe2+ + MnO4- + 8 H+ 5 Fe+3 + Mn2+ + 4 H2O b) la primera reacción es de oxidación en la que el Fe2+ se oxida (pierde 1 electrón) actuando como reductor la segunda reacción es de reducción en la que el MnO4- se reduce (gana 5 electrones) actuando como oxidante c) Moles de MnO4- utilizados en la valoración = 0,022 L x 1 M = 0,022 moles Como cada MnO4- oxida a 5 Fe2+, los moles de Fe2+ son = 0,022 x 5 = 0,11 moles = 0,11 moles de FeSO4 Por lo que su molaridad = moles/V = 0,11/0,05 = 2,2 M RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 1 JUNIO 2008 5)Las entalpías de combustión del propano y el butano, a 25ºC y 1 atm, son -2220 kJ/mol y -2876 kJ/mol, respectivamente a) Calcula la diferencia de calor desprendido al quemar 10 gramos de cada uno de estos gases. b) Calcula la diferencia de calor desprendido al quemar 10 litros de cada uno de estos gases, medidos a 25ºC y 1 atm. Masas atómicas: Carbono: 12; Hidrógeno: 1; R = 0,082 atm.l.mol-1.K-1 Masa molecular del propano C3H8 = 36+8 = 44 Masa molecular del butano C4H10 = 48+10 = 58 a) 10 gramos de propano son: 10/44 = 0,22727 moles Por lo que el calor desprendido por los 10 gramos de propano será: 0,22727x2220 = 504,54 kJ 10 gramos de butano son: 10/58 =0,17241 moles Por lo que el calor desprendido por los 10 gramos de butano será: 0,17241x2876 =495,85 kJ b)10 litros de cualquiera de los gases son un número de moles: n = PV/(RT) = 1x10/(0,082x298) = 0,4092 moles Por lo que el calor desprendido por el propano será: 0,4092x2220 = 908,42 kJ Y el calor desprendido por el butano será: 0,4092x2876 = 1176,86 kJ RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 2 JUNIO 2008 5)a) Determinar el pH de uma disolución acuosa que es 0,4 M en ácido acético y 0,4 M en acetato de sodio. Para el ácido acético: Ka = 1,8x10-5 b) Determina el pH de una disolución acuosa que es 0,4 M en cloruro de amonio. Para el amoniaco: Kb = 1,8x10-5 a)Se trata de una disolución amortiguadora con los siguientes equilibrios: Disociación del ácido: CH3-COOH CH3-COO- + H+ Hidrólisis de la sal después de su disociación: CH3-COONa CH3-COO- + Na+ CH3-COO- + H2O CH3-COOH + OHAplicando la constante al primer equilibrio, considerando que: [CH3-COOH] = [ácido] y [CH3-COO-] = [sal], tenemos Ka = [sal][H+]/[ácido] 1,8x10-5 = 0,4[H+]/0,4; [H+] = 1,8x10-5 ; pH = - log(1,8x10-5) = 4,7447 b)Se trata de una sal de ácido fuerte y base débil que se hidroliza después de su disociación Inicio Disociado NH4Cl 0,4 0 NH4+ 0 0,4 + Cl0 0,4 Y la hidrólisis del NH4+ : Inicio Equilibrio NH4+ 0,4 0,4 - x + H2O NH4OH 0 x + H+ 0 x Aplicando la constante al equilibrio de hidrólisis: Kw/Kb = [NH4OH][H+]/[ NH4+] 10-14/1,8x10-5 = x2/(0,4 - x); despreciando x respecto a 0,4 x = 1,49x10-5 y pH = 4,8266 RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2008 5. Una disolución 1,0 M de ácido benzoico (monoprótico) tiene una concentración de ion hidrógeno 8,0x10 -3. Determina: a) La constante de ionización del ácido benzoico. b) La concentración de ácido benzoico necesaria para que su grado de disociación sea 0,1 a) El ácido benzoico se disocia con los valores de las distintas especies que se indican C6H5-COOH 1 - 8x10-3 C6H5-COO8x10-3 + H+ 8x10-3 por lo que la constante de disociación será: Ka = (8x10-3)2/(1-8x10-3) = 6,45x10-5 b)Teniendo en cuenta que los valores de las distintas especies en función de la concentración C son los que se indican C6H5-COOH C6H5-COO- H+ + C(1 - ) .C .C 0,9C 0,1C 0,1C deberá cumplirse que 6,45x10-5 = (0,1C)2/0,9C ; de donde C= (6,45x10-5x0,9)/0,12 = 5,8x10-3 RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 2 SEPTIEMBRE 2008 5. Determina el pH y el grado de disociación de una disolución obtenida al disolver 2 g de ácido salicílico, ácido monoprótico cuya masa molar vale 138 g/mol, en 100 ml de agua, admitiendo que la presencia del soluto no afecta al volumen final de la disolución. Constantede ionización del ácido salicílico Ka = 1,1x 10-3 Moles de ácido 2/138 = 0,01449 Molaridad del ácido = 0,01449/0,1 = 0,14493 M H(Salic) 0,14493 - x H+ (Salic)- x x 1,1x10-3 = x2/(0,14493 - x) despreciando la x del denominador y despejando: x = [H+] = 0,0126263 El pH de la disolución: pH = -log[H+] = 1,8987 grado disociación del ácido = 0,0126263/0,14493 = 0,08712 ; es decir 8,712% disociado RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 1 JUNIO 2009 4. Un compuesto A contiene únicamente C, H y S. Por una parte se lleva a cabo la combustión de una muestra de 0,0116 g de dicho compuesto, obteniéndose 0,0226 g de CO2. Por otra parte se lleva a cabo una reacción en la que con 0,223 g del compuesto A se obtienen 0,576 g de sulfato de bario, en el que todo el azufre proviene del compuesto A. Determinar la fórmula empírica de A (2,5 puntos) Masas atómicas: Carbono: 12; Oxígeno: 16; Azufre: 32; Bario: 137; Hidrógeno: 1 Masas moleculares: CO2 = 44; BaSO4 = 233 Gramos de C en 0,0116 gramos del compuesto: 0,0226 . 12/44 = 6,1636 . 10-3 gramos de C Que corresponde a un % de C de: 6,1636 . 10-3/0,0116 . 100 = 53,1348 % de C Gramos de S en 0,223 gramos del compuesto: 0,576 . 32/233 = 0,07911 gramos de S Que corresponde a un % de S de: 0,07911/ 0,223 . 100 = 35,4741% de S El % de H será el resto hasta 100: 100 - 53,1348 - 35,4741 = 11,3911% de H Por cada 100 gramos de sustancia el número de átomos-gramo de cada elemento: Átomos-gramo de C: 53,1348/12 = 4,4279 Átomos-gramo de S: 35,4741/32 = 1,1086 Átomos-gramo de H: 11,3911/1 = 11,3911 Dividiendo por el menor para hallar la relación del número de átomos con respecto al S: 4,4279/1,1086 = 3,9941 4 átomos de C por cada 1 de S 1,1086/1,1086 = 1 11,3911/1,1086 = 10,2752 10 de H por cada 1 de S (aunque esta aproximación puede ser excesiva) Considerando esta aproximación, la fórmula empírica es: C4SH10 (Si aproximamos a 10,25 el último valor, tendríamos que multiplicar por 4 todas las cantidades relativas y quedaría: C16S4H41) RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 1 JUNIO 2009 5. A 50,0 ml de hidróxido de sodio 0,100 M se les añade ácido acético 0,100 M. Calcula el pH después de añadir los siguiente volúmenes de ácido: a) 25,0 ml. (1,25 puntos) b) 75,0 ml. (1,25 puntos) Para el ácido acético Ka = 1,8x10-5. Se trata de una reacción de neutralización a) moles iniciales de NaOH = 0,050 x 0,1 = 0,0050 moles de NaOH moles iniciales de CH3-COOH = 0,025 x 0,1 = 0,0025 Inicio (moles) Después de la reacción NaOH 0,0050 0,0025 + CH3COOH 0,0025 0 CH3-COONa 0 0,0025 + H2O 0 El NaOH es una base fuerte por lo que el CH3-COONa que es una sal de ácido débil y base fuerte y que se hidroliza, prácticamente no influye . El NaOH está completamente disociada según: NaOH Na+ + OHPor lo que la concentración de OH- será, siendo el volumen total de 0,075 litros: [OH-] = 0,0025/0,075 = 0,03333 M Por lo que el pOH = -log 0,3333 = 1,4771 y pH = 14 -1,4771 = 12,5229 b) moles iniciales de NaOH = 0,050 x 0,1 = 0,0050 moles de NaOH moles iniciales de CH3-COOH = 0,075 x 0,1 = 0,0075 Inicio (moles) Después de la reacción NaOH 0,0050 0 + CH3COOH 0,0075 0,0025 CH3-COONa 0 0,0050 + H2O 0 Se trata de una disolución amortiguadora, de volumen 0,125 litros, formada por: - un ácido débil de concentración 0,0025/0,125 = 0,02 M, que se disocia según: CH3COOH CH3-COO- + H+ - una sal de concentración 0,0050/0,125 = 0,04 M, que se hidroliza después de su disociación (CH 3COONa CH3-COO- + Na+ ) según: CH3-COO- + H2O CH3COOH + OHAplicando la constante de equilibrio al primer equilibrio y considerando de forma aproximada: [CH3COOH] = [concentración inicial del ácido] = 0,02 M [CH3-COO-] = [concentración inicial de la sal] = 0,04 M 1,8 x 10-5 =([CH3-COO-].[H+])/[CH3COOH] 1,8 x 10-5 =( 0,04 [H+])/0,02; De donde [H+] = 9,0 x 10-6 Y pH = -log 9,0 x 10-6 = 5,0458 RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2009 4. El ácido sulfúrico reacciona con cobre metálico para dar sulfato de cobre (II), dióxido de azufre y agua a) Ajusta la reacción por el método del ión-electrón. (1,25 puntos) b) Determina la masa de sulfato de cobre (II) que se obtendrá si se hace reaccionar 3 g de una disolución de ácido sulfúrico del 96% de riqueza con 0,8 g de cobre (1,25 puntos) Masas atómicas: Azufre: 32; Oxígeno: 16; Hidrógeno:1; Cobre: 63,5. a) La reacción sin ajustar H2SO4(ac) + Cu(s) CuSO4(ac) + SO2(g) + H2O Semireacción de reducción SO42- + 4H+ + 2e SO2 + 2H2O Semireacción de oxidación Cu Cu2+ + 2e No hay que ajustar electrones por lo que la reacción red-ox queda SO42- + 4H+ + Cu SO2 + Cu2+ + 2H2O Poniendo los coeficientes estequimétricos en la reacción original 2H2SO4(ac) + Cu(s) CuSO4(ac) + SO2(g) + 2H2O b) Masa molecular H2SO4 = 2 + 32 + 48 = 98 Masa de H2SO4 = 3 x 0,96 = 2,88 gramos Moles de H2SO4 = 2,88/98 = 0,0294 moles Moles de átomos de Cu = 0,8/63,5 = 0,0126 moles Como cada mol de Cu necesita 2 moles de H2SO4 , con los 0,126 moles se necesitarán 0,0252 moles de H2SO4. Es decir, sobra H2SO4 por lo que el reactivo limitante es el Cu. Masa molecular del CuSO4 = 63,5 + 32 + 64 = 159,5 Como por cada mol de Cu se obtiene un mol de CuSO4, tendremos que se obtienen 0,0126 x 159,5 = 2,0097 gramos de sulfato de cobre (II) RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2009 5. Se disuelven 1,5 gramos de una muestra de hidróxido de calcio en agua hasta obtener 150 ml de disolución. A continuación, se toman 20 ml de esta disolución y se neutralizan con ácido clorhídrico 0,25 M, para lo que se emplean 15 ml de este ácido. Calcula el porcentaje de hidróxido de calcio presente en la muestra (2,5 puntos) Masas atómicas: Calcio: 40; Oxígeno: 16; hidrógeno: 1 Masa molecular Ca(OH)2 = 40 + 32 + 2 = 74 Masa de muestra en los 20 ml = 1,5 x 20/150 = 0,2 gramos Reacción de neutralización: Ca(OH)2 + 2HCl CaCl2 + 2 H2O Moles HCl gastados en la neutralización = 0,015 x 0,25 = 0,00375 moles Cada 2 moles HCl gastados 1 mol Ca(OH)2 neutralizado Por 0,00375 moles HCl 0,001875 moles Ca(OH)2 puro Masa de Ca(OH)2 puro = 0,001875 x 74 = 1,13875 gramos % de Ca(OH)2 puro en la muestra = 1,13875/0,2 x 100 = 69,375% RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 2 SEPTIEMBRE 2009 4. Se puede obtener cloro gaseoso por reacción en caliente de disoluciones concentradas de ácido clorhídrico y ácido nítrico, produciéndose además óxido de nitrógeno (IV) y agua. a) Escribe la reacción y ajústala por el método ion-electrón. (1,25 puntos) b) Calcula el máximo volumen de cloro que se puede obtener, a 100ºC y 1,5 atmósferas, por reacción de 200 ml de ácido clorhídrico 12 M con ácido nítrico concentrado en exceso. (1,25 puntos) R = 0,082 al l mol-1 K-1 Reacción de oxidación: 2Cl- Cl2 + 2e Reacción de reducción: NO3- + 2H+ + 1e NO2 + H2O Multiplicando por 2 la de reducción para igualar los electrones y sumando ambas: 2Cl- + 2NO3- + 4H+ Cl2 + NO2 + H2O Por lo que la ecuación original ajustada queda: 2HCl + 2HNO3 Cl2 + 2NO2 + 2H2O b) Moles de HCl que reaccionan: 0,2 x 12 = 2,4 moles En la reacción: Cada 2 moles de HCl 1 mol de Cl2 Con 2,4 moles de HCl 1,2 moles de Cl2 Que ocuparán: V = nRT/P = (1,2x0,082x373)/1,5 = 24,4688 litros EN EL SIGUIENTE NO OS PREOCUPÉIS… EL HISRÓXIDO DE SODIO NO EXISTE (ES UN ERROR ) RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 2 JUNIO 2010 4. a) Calcula los gramos de ácido acético que es preciso disolver en agua para obtener 1 litro de una disolución que tenga un pH de 2,7. (1,25 puntos) b) Calcula el pH resultante si al litro de la disolución del apartado anterior se le añaden 4 gramos de hisróxido de sodio, admitiendo que el volumen no cambia (1,25 puntos) Masas atómicas: M(C) = 12; M(O) = 16; M(H) =1; M(Na) = 23 Para el ácido acético, Ka = 1,8x10-5 a)Como el pH = - log[H3O+] Si log[H3O+] = - 2,7 [H3O+] = antilog (-2,7) = 1,995 x 10-3 La disociación del ácido acético, en donde C es la concentración del ácido en moles/litro: CH3COOH + H2O C - 1,995 x 10-3 CH3COO- + H3O+ 1,995 x 10-3 1,995 x 10-3 Ka = [CH3COO-][ H3O+]/[CH3COOH] Es decir: 1,8x10-5 = (1,995 x 10-3)2/( C - 1,995 x 10-3) Despreciando 1,995 x 10-3 frente a C, se obtiene: C= (1,995 x 10-3)2/1,8x10-5 = 0,221 M Masa molecular del ácido acético = 60 Gramos en 1 litro de disolución de ácido acético = 0,221x60 = 13,26 gr b) Masa molecular del NaOH = 40 Moles de NaOH = 4/40 = 0,1 La reacción: CH3COOH + NaOH CH3COONa Antes reacción 0,221 0,1 0 Después reacción 0,121 0 0,1 H2O Se trata de una disolución amortiguadora en donde se producen los equilibrios correspondientes a: La disociación del ácido acético: CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+ y la hidrólisis de la sal (después de su disociación): CH3COO- + H2O CH3COOH + OHComo en ambos el equilibrio se establece entre [CH3COOH] y [CH3COO-], aplicando la teoría del equilibrio al primero de ellos y considerando que aproximadamente [CH3COOH] = [ácido] y [CH3COO-] = [sal] Ka = [sal][ H3O+]/[ácido] 1,8x10-5 = [0,1][H3O+]/[0,121] [H3O+] = 2,178x10-5 pH = - log 2,178x10-5 = 4,66 RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2010 4. Calcula el pH de la disolución que resulta de añadir 1 litro de ácido acético 0,3 molar a 1,5 litros de hidróxido de sodio 0,2 molar. (2,5 puntos) Para el ácido acético, Ka = 1,8x10-5. Kw = 10-14. Se trata de una reacción entre un ácido y una base en la que hay una neutralización completa, ya que: Moles de ácido = 1x0,3 = 0,3 moles de CH3-COOH Moles de base = 1,5x0,2 = 0,3 moles de NaOH La reacción de neutralización: CH3-COOH + NaOH CH3-COONa + Moles inicio 0,3 0,3 0 Moles finales 0 0 0,3 H2O Por lo que tendremos una disolución de 0,3 moles de CH3-COONa en un volumen de 2,5 litros (suponemos los volúmenes aditivos). La concentración de la sal será: 0,3/2,5 = 0,12 M Al ser una sal de ácido débil y base fuerte habrá reacción de hidrólisis después de su disociación: Disociación de la sal: CH3-COONa CH3-COO- + Na+ La reacción de hidrólisis del anión: CH3-COO- + Concentración inicial Concentración final H2O CH3-COOH 0,12 0 0,12 - x x OH- x Aplicando la constante para este equilibrio que toma el valor: 10-14/1,8.10-5 =5,56.10-10 5,56.10-10 = x2/(0,12 - x) Despreciando la x del denominador por pequeña frente a 0,12, calculamos el valor de x que es: [OH-] = x = 8,16.10-6 Por lo que pOH = -log(8,16.10-6 ) = 5,09; Y pH = 14 - 5,09= 8,91 RESPUESTA A PREGUNTA 2 OPCION 2 SEPTIEMBRE 2010 2. Sabiendo que para el ácido acético Ka = 1,8x10-5 y para el amoniaco Kb = 1,8x10-5, indica, justificando la respuesta, el tipo de pH (ácido, básico o neutro) que cabe esperar cuando se disuelven en agua las siguientes sales: (2,5 puntos) a) Acetato de sodio b) Cloruro de sodio c) Cloruro de amonio a) Acetato de sodio: sal de ácido débil y base fuerte. Disociación de la sal : CH3-COONa CH3-COO- + Na+ Por ser el ácido acético débil se hidroliza el anión: CH3-COO- + H2O CH3-COOH + OHEl pH resultante será básico (por los OH- producidos en la hidrólisis) b) Cloruro de sodio: sal de ácido fuerte y base fuerte. Disociación de la sal: NaCl Na+ + ClComo tanto el NaOH como el HCl son electrolitos fuertes, no se produce hidrólisis en ningún caso. El pH resultante será neutro c) Cloruro de amonio: sal de ácido fuerte y base débil. Disociación de la sal: NH4Cl NH4+ + ClComo el amoniaco es base débil se produce hidrólisis del catión: NH4+ + H2O NH3 + H3O+ El pH resultante será ácido (por los H3O+ producidos en la hidrólisis). RESPUESTA A PREGUNTA 2 OPCION 1 JUNIO 2011 2. Conteste de forma razonada: a) Una disolución de hidróxido de sodio se mezcla con otra de nitrato de magnesio ¿Qué condición tiene que cumplirse para que precipite el hidróxido de magnesio? Kps = (Mg(OH)2) = 1,2 · 10-11. (0,5 puntos) b) ¿Cómo varía la solubilidad de una sal poco soluble como el cloruro de plata al añadirle cloruro de sodio? (1 punto). a) La disolución de hidróxido de sodio: NaOH Na+ + OHAporta iones Na+ y OHLa disolución de nitrato de magnesio: Mg(NO3)2 Mg2+ + 2 NO3Aporta iones Mg2+ y NO3- Cuando se mezclan ambas, la disolución resultante contendrá los 4 tipos de iones. El hidróxido de magnesio se ioniza al disolverse: Mg(OH)2 (s) Mg2+ (ac)+ 2 OH(ac) La KPS del hidróxido de magnesio toma la forma: KPS = [Mg2+]·[ OH-]2 cuyo máximo valor permitido, que corresponde a una disolución saturada (situación de equilibrio), es 1,2 · 10-11. Si en la disolución resultante de la mezcla el producto de concentraciones [Mg2+]·[ OH]2 es mayor que 1,2 · 10-11, se producirá precipitado de Mg(OH)2 (s). b) La solubilidad del cloruro de plata AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac) Se refiere al número de moles de AgCl que contiene 1 litro de disolución saturada (máximo número de moles que pueden disolverse) y que estarán en la disolución en forma de iones Ag+ y Cl- (ya no caben más iones Ag+ y Cl- en la disolución) Si añadimos cloruro de sodio a la disolución saturada NaCl (s) Na+ (ac) + Cl- (ac) Estaremos añadiendo iones Cl- y sobrepasando el límite de iones permitidos, por lo se producirá precipitado de AgCl. En definitiva, al añadir el cloruro de sodio disminuye la solubilidad del AgCl (Efecto del ion común). RESPUESTA A PREGUNTA 2 OPCION 1 JUNIO 2012 2) Responde de forma razonada a las siguientes cuestiones, escribiendo las correspondientes reacciones químicas. No es necesario hacer ningún cálculo: a) ¿Cómo varia el pH de una disolución de amoniaco si se le añade cloruro de amonio? (0,75 puntos) b) Compare el pH de una disolución A, obtenida al mezclar volúmenes iguales de hidróxido de sodio 0,2 molar y de ácido acético 0,2 molar con el pH de una disolución B, obtenida al mezclar volúmenes iguales de hidróxido de sodio y de ácido clorhídrico 0,2 molar. (0,75 puntos) Kb del amoniaco = 1,8·10-5 ; Ka del ácido acético = 1,8·10-5 a) El amoniaco es una base débil que en disolución acuosa se disocia según el equilibrio: NH3 + H2O NH4+ + OHEl cloruro de amonio NH4Cl, que se disocia según: NH4Cl, NH4+ + Clproporciona iones NH4+ y el equilibrio de la disociación de la base se desplazará hacia la izquierda para compensar el aumento de la concentración de iones NH4+ (ley de Le Chatelier). Esto significa que disminuirá la concentración de iones OH-, es decir, disminuye la basicidad y, por tanto, aumenta el pOH. En términos de pH, si disminuye la basicidad (aumenta la acidez) y el pOH aumenta, el pH disminuye. En cualquier caso, siempre el pH será básico, mayor que 7. Conclusión: al añadir cloruro de amonio a una disolución de amoniaco el pH disminuye (será algo menos básica). b) Como en ambos casos se mezclan volúmenes iguales y de la misma concentración de ácido y base, tanto en un caso como en otro reaccionan el mismo número de moles de ácido y base (también en ambos casos la valencia como ácido y como base es 1), por lo que en ambos la neutralización llega al punto de equivalencia. - En la disolución A, la neutralización que se produce es la siguiente: CH3-COOH + NaOH CH3-COONa + H2O En la reacción, tanto el ácido como la base desaparecen y sólo tendremos en la disolución acetato de sodio, que al ser una sal procedente de ácido débil y base fuerte producirá hidrólisis del anión tras su disociación (CH3-COONa CH3-COO- + Na+): CH3-COO- + H2O CH3-COOH + OHComo en la hidrólisis se desprenden OH-, la disolución resultará básica, es decir, pH mayor que 7. - En la disolución B, la neutralización que se produce es la siguiente: HCl + NaOH NaCl + H2O Como en el caso anterior, el ácido y la base desaparecen y sólo tendremos en la disolución cloruro de sodio (Na+ + Cl-), que al ser una sal de ácido fuerte y base fuerte, no producirá hidrólisis. El pH será 7 (neutro) RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 2 JUNIO 2012 5) La entalpia de formación estándar del tricloruro de fósforo líquido y del pentacloruro de fósforo sólido son respectivamente – 317,5 kJ·mol-1 y – 454,5 kJ·mol-1. a) Calcule la entalpía estándar de la reacción en la que el tricloruro de fósforo líquido reacciona con cloro gaseoso para obtener pentacloruro de fósforo sólido. (1 punto) b) Calcule qué cantidad de energía se absorberá o desprenderá cuando 5 gramos de tricloruro de fósforo líquido reaccionen con 2 litros de cloro, medidos a 25 ºC y una atmósfera de presión. (1,5 puntos) Datos: R = 0,082 atm·L·mol-1·K-1 . Masas atómicas: P = 31,0; Cl = 35,5. a) Las ecuaciones termoquímicas correspondientes a la formación de PCl3 y del PCl5 son respectivamente: P (s) + 3/2 Cl2 (g) PCl3 (l); ∆H = -317,5 kJ/mol P (s) + 5/2 Cl2 (g) PCl5 (s); ∆H = -454,5 kJ/mol Lo que nos piden es la variación de entalpía correspondiente al proceso: PCl3 (l) + Cl2 (g) PCl5 (s); ∆H = ? Para obtener la ecuación que nos piden a partir de las que nos dan, multiplicamos la primera por -1 (le damos la vuelta) y la segunda la dejamos como está y sumamos (aplicación de la ley de Hess): PCl3 (l) P (s) + 3/2 Cl2 (g); ∆H = +317,5 kJ/mol P (s) + 5/2 Cl2 (g) PCl5 (s); ∆H = -454,5 kJ/mol -----------------------------------------------------------PCl3 (l) + Cl2 (g) PCl5 (l); ∆H = +317,5 kJ/mol + (-454,5 kJ/mol) = -137 kJ Se desprenden 137 kJ de energía (∆H negativa) por cada mol de PCl5 formado a partir de PCl3 y Cl2 b) Masa molecular de PCl3 = 137,5 Moles de PCl3 en 5 gramos = 5/137,5 =0,03636 moles Moles en 2 litros de Cl2: n = PV/RT = (1·2) /(0,082·298) = 0,08185 moles El PCl3 y el Cl2 reaccionan mol a mol, por lo que está claro que el reactivo limitante es PCl3 (el Cl2 está en exceso), por lo que reaccionan 0,03636 moles de PCl3. Si cuando reacciona 1 mol de PCl3 se desprenden 137 kJ, al reaccionar 0,03636 moles, se desprenderán: 137·0,03636 = 4,98132 kJ RESPUESTA A PREGUNTA 4 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2012 4. a) Calcule el pH de una disolución 0,6 M de NaOH. (0,75 puntos) b) A 500 mL de la disolución anterior se le añaden 200 mL de una disolución de ácido nítrico de 10% en masa y densidad 1,18 g·mL-1 ¿Qué reactivo estará en exceso? (1 punto) c) ¿Qué pH tendrá la nueva disolución, resultante de la reacción anterior? (0,75 puntos) Masas atómicas: N = 14,0; O = 16,0 a) El NaOH es una base fuerte que se disocia completamente en disolución acuosa según: NaOH —> Na+ + OHInicio: 0,6 0 0 Disociación: 0 0,6 0,6 pOH = -log[OH-] = -log0,6 = -0,2218 pH = 14 – 0,2218 = 13,7782 b) En 500 mL de disolución 0,6M de NaOH hay: 0,5·0,6 = 0,30 moles de NaOH Los 200 mL de disolución de HNO3 añadidos tienen una masa de: 200·1,18 = 236 gramos. Sólo el 10% de la disolución es ácido puro, es decir: 10%·236 = 23,6 gramos HNO3 Masa molecular del HNO3 = 1+14+16·3 = 63 Moles de HNO3 añadidos: 23,6/63 = 0,3746 moles En la reacción se neutralizan los 0,30 moles de NaOH con otros 0,30 moles de HNO3 HNO3 + NaOH —> NaNO3 + H2O Inicio: 0,3746 0,30 0 0 Final reacción: 0,0746 0 0,30 0,30 Queda un exceso de HNO3 sin reaccionar de 0,0647 moles c) El HNO3 en exceso está en un volumen de 700 mL (500+200 suponiendo volúmenes aditivos), por lo que su concentración será: 0,0746/0,7 = 0,1066 M. El nitrato de sodio (sal procedente de ácido fuerte y base fuerte) formado no influye en la acidez de la disolución, sólo el ácido nítrico que no se ha neutralizado. El ácido nítrico es un ácido fuerte completamente disociado según: HNO3 + H2O —> NO3- + H3O+ Inicio: 0,1066 0 0 Disociación: 0 0,1066 0,1066 El pH = -log[H3O+] = -log0,1066 = 0,9724 RESPUESTA A PREGUNTA 5 OPCION 1 SEPTIEMBRE 2012 5. En la combustión de 10 gramos de pentano líquido en condiciones estándar se desprenden 398 kJ. a) Calcule la entalpía de combustión del pentano líquido. (1 punto) b) Sabiendo que las entalpías estándar de formación del agua líquida y del dióxido de carbono son de -241,8 kJ·mol-1 y -393,5 kJ·mol-1 respectivamente, calcule cuál es la entalpía de formación estándar del pentano líquido. (1,5 puntos) Masas atómicas: C= 12,0; O = 16,0. a) La entalpía de combustión del pentano corresponde a la combustión de 1 mol de la sustancia: C5H12 + 8O2 —> 5CO2 + 6H2O; ∆H =¿? Masa molar C5H12 = 12·5 + 12 = 72 g/mol En la combustión de 1 gramo de pentano se desprenden: 398/10 = 39,8 kJ En la combustión de 1 mol de pentano se desprenderán: ∆H = 39,8·72 = 2865,6 kJ b) Nos piden la entalpía de formación del pentano que corresponde al proceso: 5C + 6H2 —> C5H12 ; ∆H = ¿? Disponemos de los siguientes datos: Entalpía de formación del dióxido de carbono: Entalpía de formación del agua: Entalpía de combustión del pentano: C + O2 --- CO2 ; ∆H = -393,5 kJ H2 + ½ O2 --- H2O ∆H = -241,8 kJ C5H12 + 8O2 ---- 5CO2 + 6H2O ∆H = -2865,6 kJ Para obtener lo que nos piden a partir de los datos de que disponemos: La primera ecuación la multiplicamos por 5: La segunda ecuación la 5C + 5O2 —> 5CO2 ; ∆H = -393,5·5 = -1967,5 kJ 6H2 + 3O2 —> 6H2O ∆H = -241,8·6 = -1450,8 multiplicamos por 6: kJ La tercera ecuación la multiplicamos 5CO2 + 6H2O —> C5H12 + 8O2 ∆H = +2865,6 kJ por -1: Y sumamos las 3 ecuaciones: 5C + 6H2 —> C5H12 ∆H = -1967,5 -1450,8 + 2865,6 = -552,7 kJ RESPUESTA A PREGUNTA 1 OPCION 2 SEPTIEMBRE 2012 1) Kps del hidróxido de calcio es 5,0·10-6 a) Escriba la ecuación del equilibrio de solubilidad y la expresión de su producto de solubilidad. (0,75 puntos) b) Considerando el equilibrio anterior, indique qué sucederá si a una disolución acuosa saturada de hidróxido de calcio en equilibrio con hidróxido de calcio sólido se le añade: b1) Agua b2) Cloruro de calcio b3) Ácido clorhídrico (0,75 puntos) a) En una disolución saturada de hidróxido de calcio se establece un equilibrio entre el sólido, que se disuelve, y los iones presentes en la disolución, que precipitan. El equilibrio se representa: Ca(OH)2 (s) <— —> Ca2+ (ac) + 2 OH- (ac) La expresión de la constante del producto de solubilidad del hidróxido de calcio será: KPS = [Ca2+] [OH-]2 = 5,0·10-6 b) b1) Al añadir agua, la disolución dejará de estar saturada en los iones Ca2+ y OH- y, consecuentemente, habrá tendencia a disolverse más sólido hasta llegar de nuevo a la saturación, es decir, el equilibrio se desplazará hacia la derecha. b2) El cloruro de calcio es una sal que al disolverse se disocia según: CaCl2 <— —> Ca2+ + 2 Cl-. Al proporcionar iones Ca2+ a la disolución, está sobrepasará la saturación y se producirá precipitación de sólido para alcanzar de nuevo la saturación justa, es decir, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda. b3) El HCl es un ácido fuerte que se disocia totalmente: HCl + H2O —> Cl-. + H3O+ El ión H3O+ reaccionará con los OH- de la disolución (neutralización) haciéndolos desaparecer, quedando la disolución sin saturar. Habrá tendencia a producirse disolución del sólido hasta alcanzar de nuevo la saturación, es decir, el equilibrio se desplazará hacia la derecha. RESPUESTA A PREGUNTA 2 OPCION 2 SEPTIEMBRE 2012 2. Conteste razonadamente a las siguientes cuestiones: a) ¿Cuál es el signo de la variación de entropía en los siguientes procesos? (1 punto) a1) La combustión de gas propano con oxígeno para dar dióxido de carbono y vapor de agua. a2) La reacción de hierro metálico con oxígeno para dar óxido de hierro (II). a3) La disolución de cloruro de sodio en agua. b) ¿Cómo influye el estado de división de los reactivos sobre la velocidad de reacción en los procesos anteriores? (0,5 puntos) a) La variación de entropía de un proceso está relacionado con la variación del desorden de las partículas que intervienen en el proceso. Cuando aumenta el desorden la variación de entropía será positiva y cuando disminuye el desorden será negativa. Siguiendo este criterio: a1) Combustión del propano: C3H8 (g) + 5O2 (g) —> 3CO2 (g) + 4H2O (g) Vemos que en los reactivos hay 6 moléculas de gas (1+5) y en los productos hay 7 moléculas también de gas (3+4). Podemos decir que se produce un ligero aumento del desorden de las partículas. La variación de entropía es positiva. a2) Oxidación del hierro: Fe (s) + 1/2 O2 (g) —> FeO (s) Vemos que un sólido cristalino Fe (iones ordenados) se une con un gas O2 (moléluas desordenadas) para formar un sólido FeO también cristalino (iones ordenados), es decir, que disminuye el desorden de las partículas. La variación de entropía es negativa. a3) Disolución del cloruro de sodio: NaCl (s) —> Na+ (ac) + Cl- (ac) Un sólido cristalino NaCl rompe su estructura y sus iones se dispersan en el agua que lo disuelve. Aunque se produce solvatación (moléculas de agua se ordenan alrededor de los iones), podemos decir que se produce un aumento del desorden. Variación de entropía positiva. b) En general, un mayor grado de división de los reactivos facilita una mayor superficie de contacto entre las partículas de reactivos lo que llevará a una mayor probabilidad de choques entre ellas y a una mayor velocidad de reacción. b1) Tanto el propano como el oxígeno a temperaturas y presiones ambientales son gases, por lo que están completamente divididos y no procede hablar de un mayor o menor grado de división. En todo caso, a presiones altas y temperaturas bajas, el propano fácilmente licua y en ese caso la superficie de contacto entre el propano y el oxígeno sería exclusivamente la superficie del líquido, disminuyendo la velocidad de reacción. b2) Entre la oxidación de un trozo de hierro sólido y la misma masa de hierro en virutas (por ejemplo), la superficie de contacto entre el hierro y las moléculas de oxígeno sería mucho mayor cuando el Fe está en forma de virutas. La velocidad de reacción aumentaría con la división del hierro metálico. b3) Entre disolver un trozo de NaCl cristalizado y la misma masa de sal troceada, la superficie de contacto entre el cristal y las moléculas de agua (que producen la solvatación) seria mayor cuando está troceada. Al aumentar la división del cloruro de sodio aumenta la velocidad de disolución. RESPUESTA A PREGUNTA 3 OPCION 2 SEPTIEMBRE 2012 5) El cobre reacciona con ácido nítrico concentrado para dar nitrato de cobre (II) y dióxido de nitrógeno. a) Escriba la ecuación iónica ajustada. (0,75 puntos) b) Calcule la pureza de una muestra de cobre si al tratar 10 gramos de dicha muestra con un exceso de ácido nítrico concentrado se desprenden 3 L de dióxido de nitrógeno medidos a 25ºC y 1 atm de presión. (1,25 puntos) c) Teniendo en cuenta la reacción anterior, indique qué semisistema tendrá un potencial de reducción más positivo el Cu2+/Cu o el NO3-/NO2 (0,5 puntos) Masas atómicas: Cu = 63,5; R = 0,082 atm·L·mol-1·K-1. a) La reacción sin ajustar: Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO2 + H2O Es una reacción red-ox en la que se produce: Reducción: NO3- + 2H+ + 1e NO2 + H2O Oxidación: Cu – 2e Cu2+ Multiplicando la primera ecuación por 2 (para igualar los electrones intercambiados) y sumando queda la ecuación iónica ajustada: Cu + 2NO3- + 4H+ Cu2+ + 2NO2 + 2H2O b) PV = nRT; n = (PV)/RT = (1·3)/(0,082·298) = 0,1228 moles de NO2 producidos. Cada átomo-gramo de Cu produce 2 moles de NO2 por lo que el número de átomosgramo de Cu que han reaccionado serán: 0,1228/2 = 0,06138 at-gr de Cu. Los gramos de Cu que reaccionan: 0,06138·63,5 = 3,8979. Y el %: 3,8979/10·100 = 38,9794%. c) El de mayor potencial de reducción será, naturalmente, el semisistema que sufre la reducción, es decir, el semisistema NO3-/NO2 En el de menor potencial de reducción se producirá la oxidación, es decir, el semisistema Cu2+/Cu.
