QUÍMICA SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla PRUEBA DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD QUÍMICA (2012) CEUTA Y MELILLA Instrucciones: a) Duración: 1 hora y 30 minutos b) Elija y desarrolle una opción completa, sin mezclar cuestiones de ambas. Indique, claramente, la opción elegida. c) No es necesario copiar la pregunta, basta con poner su número. d) Se podrá responder a las preguntas en el orden que desee. e) Puntuación: cuestiones ( nº 1,2,3 y 4) hasta 1,5 puntos cada una. Problemas (nº 5 y 6 ) hasta 2 puntos cada uno. f) Exprese sólo las ideas que se piden. Se valorará positivamente la concreción en las respuestas y la capacidad de síntesis. g) Se podrán utilizar calculadoras que no sean programables. OPCIÓN A 1.- Formule o nombre los siguientes compuestos: a) Bromato de aluminio b) Tetrahidruro de silicio c) Penta-1,3-dieno d) KH2PO4 e) CaO f) CH3CHO 2.- Dados los siguientes compuestos NaF, CH4 y CH3OH: a) Indique el tipo de enlace. b) Ordene de mayor a menor según su punto de ebullición. Razone la respuesta. c) Justifique la solubilidad o no en agua. 3.- En un vaso de agua se pone una cierta cantidad de una sal poco soluble, de fórmula general AB3, y no se disuelve completamente. El producto de solubilidad de la sal es Ks: a) Deduzca la expresión que relaciona la concentración molar de A 3+ con el producto de solubilidad de la sal. b) Si se añade una cantidad de sal muy soluble CB2. Indique, razonadamente, la variación que se produce en la solubilidad de la sal AB3. c) Si B es el ion OH¯ ¿Cómo influye la disminución del pH en la solubilidad del compuesto? 4.- Dadas las siguientes ecuaciones termoquímicas: 2 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla 1) 2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g) ΔH= -196 kJ 2) N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ΔH= -92’4 kJ Justifique: a) El signo que probablemente tendrá la variación de entropía en cada caso. b) El proceso que será siempre espontáneo. c) El proceso que dependerá de la temperatura para ser espontáneo. 5.- El dióxido de manganeso reacciona en medio de hidróxido de potasio con clorato de potasio para dar permanganato de potasio, cloruro de potasio y agua. a) Ajuste la ecuación molecular por el método del ión-electrón. b) Calcule la riqueza en dióxido de manganeso de una muestra si 1 g de la misma reacciona exactamente con 0’35 g de clorato de potasio. Masas atómicas: O=16; Cl=35’5: K=39; Mn=55. 6.- En una disolución acuosa de HNO2 0’2 M, calcule: a) El grado de disociación del ácido. b) El pH de la disolución. Dato: Ka =4’5·10-4. OPCIÓN B 1.- Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Ácido selenioso b) Óxido de titanio (IV) c) Etanamina d) SF6 e) KNO3 f) CH3CH2COCH2CH3 2.-Se disponen de tres recipientes que contienen en estado gaseoso 1 litro de metano, 2 litros de nitrógeno y 1’5 litros de ozono (O3) , respectivamente, en las mismas condiciones de presión y temperatura. Justifique: a) ¿Cuál contiene mayor número de moléculas? b) ¿Cuál contiene mayor número de átomos? c) ¿Cuál tiene mayor densidad? Masas atómicas: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16. 3.- Indique razonadamente la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Un electrón situado en un orbital 2p podría representarse por los siguientes números cuánticos (2, 1, 0, 1/2). 3 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla b) Un elemento químico que presenta propiedades químicas semejantes al carbono tiene de configuración electrónica de su capa de valencia ns2np2. c) Si un elemento químico que pertenece al grupo 2 pierde dos electrones adquiere una configuración electrónica en su capa de valencia correspondiente al grupo 18. 4.-Indique, razonadamente, si el pH de las disoluciones acuosas de las especies químicas siguientes es mayor, menor o igual a 7: a) NH3. b) NH4Cl. c) CaCl2. 5.- En una vasija de 10 L mantenida a 270 ºC y previamente evacuada se introducen 2’5 moles de pentacloruro de fósforo y se cierra herméticamente. La presión en el interior comienza entonces a elevarse debido a la disociación térmica del pentacloruro: PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) Cuando se alcanza el equilibrio la presión es de 15’6 atm. a) Calcule el número de moles de cada especie en el equilibrio. b) Obtenga los valores de Kc y Kp. Datos: R = 0’082 atm·L·K-1·mol-1. 6.-Dada la ecuación termoquímica, a 25 ºC : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔHº = − 92’3 kJ Calcule: a) El calor de la reacción a volumen constante. b) La energía libre de Gibbs a la temperatura de 25ºC. Datos: Sº [(NH3)g] = 192’3 J/mol·K; Sº[(N2 )g] = 191 J/mol·K; Sº[(H2)g ]= 130’8 J/mol·K; R =8’31 J·mol-1·K-1 SOLUCIÓN DE LA PRUEBA OPCIÓN A 1 Formule o nombre los siguientes compuestos: a) Bromato de aluminio b) Tetrahidruro de silicio c) Penta-1,3-dieno d) KH2PO4 e) CaO f) CH3CHO 4 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla a) b) c) d) Al (Br O3)3 Si H4 CH2= CH- CH= CH-CH3 Dihidrogenofosfato de potasio o dihidrogenotetraoxofosfato (V) de potasio o dihidróxido dióxido fosfato (-1) de potasio e) Óxido de calcio f) Etanal o acetaldehido 2 Dados los siguientes compuestos NaF, CH4 y CH3OH: a) Indique el tipo de enlace. b) Ordene de mayor a menor según su punto de ebullición. Razone la respuesta. c) Justifique la solubilidad o no en agua. a) El fluoruro de sodio NaF presenta enlace iónico debido a las electronegatividades tan diferentes entre los átomos. El metano CH4 presenta enlace covalente al tratarse de elementos con parecida electronegatividad. El CH3OH presenta enlace covalente por tratarse igualmente de elementos de parecida electronegatividad. b) El orden de mayor a menor según el punto de ebullición sería el siguiente: Na F > CH3OH > CH4 El Na F tendría el mayor punto de ebullición porque se trata de un compuesto iónico que forma redes cristalinas con gran fuerza electrostática entre ellas. El CH3OH forma enlaces por puentes de hidrógeno más fuertes que las fuerzas de dispersión de London que une a las moléculas de CH4 c) el Na F es un compuesto soluble en agua debido a la existencia de atracciones ion-dipolo. Las moléculas de agua, que forman dipolos eléctricos, se interponen entre los iones de la red y apantallan las fuerzas de Coulomb entre iones. Como consecuencia de ello, la red iónica se desmorona y los iones quedan libres en el disolvente y se rodeas de moléculas de agua (se hidratan). El CH3OH es también soluble en agua gracias a la formación de puentes de hidrógeno con el agua. El CH4 es una molécula apolar que es insoluble en agua. 5 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla 3 En un vaso de agua se pone una cierta cantidad de una sal poco soluble, de fórmula general AB3, y no se disuelve completamente. El producto de solubilidad de la sal es Ks: a) Deduzca la expresión que relaciona la concentración molar de A 3+ con el producto de solubilidad de la sal. b) Si se añade una cantidad de sal muy soluble CB 2. Indique, razonadamente, la variación que se produce en la solubilidad de la sal AB3. c) Si B es el ion OH¯ ¿Cómo influye la disminución del pH en la solubilidad del compuesto? a) La reacción que tiene lugar sería la siguiente: AB3 ⇆ A3+ + 3 Bs s Ks = A3 B- 3 3s = s. (3s)3 = 27 s4 Luego la A = s = 3 4 Ks 27 b) si añadimos una cantidad de una sal poco soluble CB2 esta se disociaría según la reacción: CB2 ⇆ C2+ + 2 BComo vemos aumentaría la concentración del ión B - en la disolución y el equilibrio se desplazaría hacia la izquierda de acuerdo con el principio de Le Chatelier produciéndose una disminución en la solubilidad de la sal AB3. es el llamado efecto ión común c) Si disminuimos el pH se produce un aumento de en la concentración de hidrogeniones (H3O+) por lo que reaccionarían con los grupos OH- y por 6 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla tanto disminuiría B-. Al disminuir B- la reacción se desplazaría hacia los productos aumentando la solubilidad. 4 Dadas las siguientes ecuaciones termoquímicas: 1) 2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g) ΔH= -196 kJ 2) N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ΔH= -92’4 kJ Justifique: a) El signo que probablemente tendrá la variación de entropía en cada caso. b) El proceso que será siempre espontáneo. c) El proceso que dependerá de la temperatura para ser espontáneo. a) En la primera reacción S>0 ya que aumenta el numero de moles gaseosos y por tanto aumenta el desorden. En la segunda reacción S<0 porque disminuye el numero de moles gaseosos y por tanto disminuye el desorden. b) El primero porque el proceso será espontáneo cuando G sea negativo según la expresión G= ΔH – T S y en nuestro caso al ser S>0 y ΔH<0 el G será siempre negativo. c) El segundo proceso porque G será negativo cuando IT S I < ΔH 5 El dióxido de manganeso reacciona en medio de hidróxido de potasio con clorato de potasio para dar permanganato de potasio, cloruro de potasio y agua. a) Ajuste la ecuación molecular por el método del ión-electrón. b) Calcule la riqueza en dióxido de manganeso de una muestra si 1 g de la misma reacciona exactamente con 0’35 g de clorato de potasio. Masas atómicas: O=16; Cl=35’5: K=39; Mn=55. a) 7 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla Las especies que experimentan variación en su estado de oxidación son el Mn+4 que pasa a Mn+7 y el Cl que pasa de numero de oxidación +5 a -1 luego las correspondientes semirreacciones son: Semirreacción oxidación Semirreacción de reducción Mn O4 +4 H+ + 3 e- 2 H2O + MnO2 6 H+ + Cl O3 + 6 e- Cl- + 3 H2O Multiplicando por 2 la primera semirreacción para ajustar el número de electrones y sumando ambas nos queda 2 Mn O4 + Cl- +3 H2O + 8 H+ 2 Mn O2 + Cl O3 + 4 H2O + 6 H+ Simplificando 2 Mn O4 + Cl- + 2H+ 2 Mn O2 + Cl O3 + H2O Como la reacción se encuentra en medio básico sumaremos a ambos miembros tantos OH- como H+ para dar H2O en nuestro caso 2 2 Mn O4 + Cl- + 2H+ + 2 OH- 2 Mn O2 + Cl O3 + H2O + 2 OH2 Mn O2 + Cl O3 + H2O + 2 OH- 2 Mn O4 + Cl- +2 H2O Simplificando tendremos la reacción iónica ajustada 2 Mn O4 + Cl- + H2O 2 Mn O2 + Cl O3 + 2 OH- La reacción molecular será: 2 Mn O2 + K ClO3 + 2 K OH 2 K MnO4 + K Cl + H2O b) Pasamos a moles los gramos de K ClO3 8 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla 0,35 KClO3 2,85 . 10-3 moles de K ClO3 122,5g/mol Como reaccionan dos moles de Mn O2 por cada mol de K ClO3 tenemos 2 m olesMnO2 2,85.10-3moles de KClO3= 5,7. 10-3 moles de MnO2 1 m ol KCLO3 Pasamos a gramos 5,7. 10-3 moles de MnO2 . 87 g/mol MnO2 = 0,49 g de MnO2 Calculamos ahora la riqueza: % riqueza = 0,49 g de MnO2 .100 49% 1 g im puro 6 En una disolución acuosa de HNO2 0’2 M, calcule: a) El grado de disociación del ácido. b) El pH de la disolución. Dato: Ka =4’5·10-4. a) Calculamos el grado de disociación HNO2 + c (1- ) En el equilibrio 0.2 (1- ) 9 H2O (g) N O2 + H3O+ c 0,2 c 0,2. SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla H O NO ka = 3 HNO2 2 c 2 2 2 c c(1 ) (1 ) al ser Ka muy pequeña podemos hacer la siguiente aproximación (1- ) 1 luego ka = c 2 despejando = Ka c 4,5.104 0,047 0.2 b) Dado que la H 3O c 0,2.0,047 9.48.103 , por lo que pH= -log H 3O 2 log9,48.103 2.02 OPCIÓN B 1 Formule o nombre los compuestos siguientes: a) Ácido selenioso b) Óxido de titanio (IV) c) Etanamina d) SF6 e) KNO3 f) CH3CH2COCH2CH3 a) H2SeO3 b) Ti O2 c) CH3-CH2-NH2 d) Hexafluoruro de azufre o fluoruro de azufre (VI) e) Nitrato de potasio f) pentan-3-ona o dietilcetona 2 Se disponen de tres recipientes que contienen en estado gaseoso 1 litro de metano, 2 litros de nitrógeno y 1’5 litros de ozono (O 3) , respectivamente, en las mismas condiciones de presión y temperatura. Justifique: a) ¿Cuál contiene mayor número de moléculas? b) ¿Cuál contiene mayor número de átomos? 10 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla c) ¿Cuál tiene mayor densidad? Masas atómicas: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16. a) Como las tres especies son gases y están en las mismas condiciones de presión y temperatura, mediante la ecuación de los gases ideales podemos decir: P .V = constante. V RT por lo que a mayor volumen mayor numero de moles y por tanto mayor número de moléculas luego: N2 > O3 > CH4 pV=nRT n= b) Sabemos que Número de átomos= número de moles(n) . número de Avogadro (N). Número de átomos/moléculas Como vimos antes n= constante. V luego nº de átomos= cte. V. N. Número de átomos/moléculas en cada uno de los casos tendremos nº de átomos de CH4= cte.1. N. 5= 5.cte.N nº de átomos de N2 = cte.2. N. 2= 4.cte.N nº de átomos de O3= cte.1,5 . N. 3= 4.5.cte.N por lo que el que tiene mayor número de átomos es el CH4 c) La densidad de una sustancia es d= m/V Dado que la m= n . Pm(peso molecular) M= cte. Pm. V Luego 11 y n= cte.V SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla d= cte. Pm. V cte.Pm V por lo que a mayor Pm mayor es la densidad y como el Pm del O 3 es mayor que el del CH4 y que el N2 éste será el de mayor densidad 3 Indique razonadamente la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Un electrón situado en un orbital 2p podría representarse por los siguientes números cuánticos (2, 1, 0, 1/2). b) Un elemento químico que presenta propiedades químicas semejantes al carbono tiene de configuración electrónica de su capa de valencia ns2np2. c) Si un elemento químico que pertenece al grupo 2 pierde dos electrones adquiere una configuración electrónica en su capa de valencia correspondiente al grupo 18. a) Verdadero. Cuando n=2 , l puede tomar valores desde 0 a n-1 y por tanto el valor 1 o p es posible ; ml puede tomar valores desde –l a +l luego el valor de 0 es posible y por último ms puede tomar valores de +1/2 o – ½ en este caso +1/2. b) Verdadero. El Carbono tiene de configuración electrónica 1s2 2s2 2p2 luego un elemento de configuración ns2 p2 pertenece al mismo grupo 14 y comparte las mismas propiedades químicas que el C c) Verdadero. El grupo 2 al perder dos electrones de su última capa adquiere configuración electrónica del gas noble que le precede en la Tabla Periódica 4 Indique, razonadamente, si el pH de las disoluciones acuosas de las especies químicas siguientes es mayor, menor o igual a 7: a) NH3. b) NH4Cl. 12 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla c) CaCl2. a) El NH3 en disolución acuosa produce la siguiente reacción: NH3 + H2O NH 4 + OH- luego el PH> 7 b) Al introducir NH4Cl en agua se produce la disociación de la sal: NH4Cl NH 4 + Clel anión Cl-, base conjugada muy débil de un ácido fuerte no sufre hidrólisis, sin embargo el catión NH 4 es el ácido conjugado de una base débil que se hidroliza según la reacción: NH 4 + H2O NH3 + H3O+ por lo que el pH<7 c) Al introducir CaCl2 en agua la disolución será neutra ya que es una sal que proviene de un ácido fuerte y un hidróxido fuerte por lo que no sufre hidrólisis 5 En una vasija de 10 L mantenida a 270 ºC y previamente evacuada se introducen 2’5 moles de pentacloruro de fósforo y se cierra herméticamente. La presión en el interior comienza entonces a elevarse debido a la disociación térmica del pentacloruro: PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) Cuando se alcanza el equilibrio la presión es de 15’6 atm. a) Calcule el número de moles de cada especie en el equilibrio. b) Obtenga los valores de Kc y Kp. Datos: R = 0’082 atm·L·K-1·mol-1. a) 13 SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla PCl5(g) 2,5-x En el equilibrio PCl3(g) + Cl2(g) x x Calculamos el número de moles totales PT . . V = n T . R . T NT = Y como PT .V 15.6atm.10l 3,5m oles R.T 0.082atm.l / K .m ol.543K nT = ( 2,5-x) + x +x = 2,5 + x = 3,5 ; x= 1 por lo que Moles de PCl5= 2,5 – x = 1,5 Moles de PCl3= 1 Moles de Cl2 = 1 1 mol PCl3 1 mol Cl 2 . PCl3 Cl 2 10 l 10 l b) Calculamos Kc= = 0.066 6.66.102 1,5 mol PCl5 PCl5 10 l y mediante la expresión kp= Kc. (RT) n sabiendo n= 2-1=1 tenemos que Kp= 6,66. 10-2 . ( 0,082 atm.l/K.mol . 543)1 = 2.67 6 H Dada la ecuación termoquímica, a 25 ºC : N2(g) + 3H2(g) 14 2NH3(g) SOLUCIONARIO A LAS PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PROPUESTAS POR LAS UNIVERSIDADES ANDALUZAS Departamento de Economía Financiera y Contabilidad de Melilla ΔHº = − 92’3 kJ Calcule: a) El calor de la reacción a volumen constante. b) La energía libre de Gibbs a la temperatura de 25ºC. Datos: Sº [(NH3)g] = 192’3 J/mol·K; Sº[(N2 )g] = 191 J/mol·K; Sº[(H2)g ]= 130’8 J/mol·K; R =8’31 J·mol-1·K-1 a) Cuando la reacción transcurre a volumen constante, el calor transferido es la energía interna por lo que Qv= U y cuando transcurre a presión constante Qp= H por lo que U = H - n R.T y sustituyendo U = -92,3 KJ – ( -2 . 8,3. 10-3 KJ/K.mol. 298 K) = -87,35 KJ o -87,35 KJ/mol b) Como la energía libre de Gibbs se calcula por G 0 H 0 - T .S0 tenemos que calcular el valor de S 0 : la expresión S 0 = 2. S 0 NH3 – ( S 0 N2 + 3 S 0 H2) = 2mol. 192,3 . 10-3 KJ/mol·K – 1 mol 191. 10 -3 KJ/mol·K; - 3mol. 130’8. 10-3 KJ/mol·K= -0.198 KJ/K. Luego: G 0 = -92,3 KJ- 298 K. ( -0,198 KJ/K) = -33.3 KJ 15