sept 00 - Mestre a casa

COMUNIDAD VALENCIANA / SEPTIEMBRE 2000. LOGSE / QUÍMICA /OPCIÓN A
/ EXAMEN COMPLETO
CUESTIONES:
1.- Determine la Kp a 1120 K del equilibrio químico representado por
C (s) + CO2 (g) + 2 Cl2 (g)
2 COCl2 (g)
A partir de las constantes de equilibrio siguientes, a 1120 K:
C (s) + CO (g)
COCl2 (g)
2 CO (g)
CO (g) + Cl2 (g)
Kp1 = 1,3·1014
Kp2 = 1,667·102
2.- Razone cuáles de las siguientes frases son verdaderas y cuáles son falsas, referidas a una
disolución diluida de un ácido fuerte (HX). En el caso de que sean falsas vuélvelas a escribir
correctamente.
a) Hay especies X-, H+ y HX en concentraciones apreciables.
b) Hay HX en mayor proporción que X- y H+.
c) La concentración de protones es mucho mayor que la de aniones.
3.- Dadas las siguientes sustancias sólidas: H2 S, Fe, C (diamante), NaCl y H2 O. Conteste
razonadamente las siguientes preguntas:
a) ¿En qué sustancia serán más débiles las fuerzas entre las unidades que constituyen la red
cristalina? ¿Por qué?
b) ¿Qué sustancias serán conductoras en estado sólido y cuáles lo serán en estado fundido?
¿Por qué?.
4.- Para los elementos Plata y Selenio, cuyos números atómicos respectivos son 47 y 34,
indique:
a) Su situación en la tabla periódica (grupo y periodo).
b) Los números cuánticos de los electrones desapareados.
c) El estado de oxidación más probable en sus iones monoatómicos.
5.- A y B son dos hidrocarburos de fórmula molecular C6 H12 . Con objeto de determinar su
estructura, los oxidamos y comprobamos que el A origina butanona y ácido acético,
mientras que el B da lugar a ácido3-metilbutanoico y a un desprendimiento gaseoso de
dióxido de carbono. Establezca la fórmula y nombro IUPAC de A y B.
6.- a) Explique brevemente qué papel juega el ozono en las capas altas de la atmósfera y qué
riesgos entraña el fenómeno denominado “agujero de ozono”. ¿Existe alguna relación entre
en “efecto invernadero” y el “agujero de la capa de ozono”?.
b) Uno de los contaminantes atmosféricos que pueden contribuir a la destrucción del ozono
es el monóxido de nitrógeno. NO (g) + O3 (g) → NO2 (g) + O2 (g)
¿Puede esta reacción clasificarse como redox?. Si es así indique qué especie es el oxidante y
cuál es el reductor e indique los cambios de los estados de oxidación de los átomos.
c) Indique qué otro tipo de compuestos pueden también contribuir a la destrucción de la
capa de ozono. Explique brevemente y de forma simplificada el mecanismo químico por el
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cuál actúan (la reacción con el ozono). Sugiera alguna acción que pueda emprender o haya
sido ya emprendida para evitar el efecto destructivo de estos compuestos.
PROBLEMAS OPCIÓN A
1.- Sabiendo que el calor de combustión del propano,
C3 H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2 O (l)
A presión constante y temperatura de 25ºC es – 2218,8 kJ/mol, calcule:
a) La variación de energía interna, en kJ/mol.
b) La entalpía de formación estándar del agua líquida
Datos: ∆ H0 f (CO2 g) = - 393,5 kJ/mol; ∆ H0 f (C3 H8 g) = - 103,8 kJ/mol; R = 8,31 J/molK
2.- Disponemos de un vaso que contiene 100 mL de disolución 0,15 M de KOH (base fuerte)
y otro vaso que contiene 100 mL de disolución 0,15 M de NH3 (Kb = 1,8·10-5)
a) Calcule el pH y la concentración de todas las especies presentes en el equilibrio en ambas
disoluciones.
b) Escriba las reacciones de neutralización de ambas bases con ácido clorhídrico
(HCl).Calcule el volumen de disolución 0,45 M de HCl necesario para neutralizar cada
una de las disoluciones KOH y NH3 .
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SOLUCIONES:
CUESTIONES
Cuestión 1
La reacción en cuestión se obtendría a partir de las otras dos reacciones:
C (s) + CO (g)
2 CO (g)
(-2) [ COCl2 (g)
CO (g) + Cl2 (g) ]
C (s) + CO2 (g) + 2 Cl2 (g)
2 COCl2 (g)
La ley de Acción de Masas en la versión de Kp es la siguiente:
Kp =
Kp1 =
P 2 COCl 2
PCO 2 ·P 2 Cl 2
P 2 CO
PCO 2
y
Kp2 =
PCO ·PCl 2
PCOCl 2
A partir de estas expresiones se obtiene que:
Kp = K p1 / (K p2 )2
Kp = 1,3·1014 / (1,667·102 )2 = 4,678·109
Cuestión 4
a) Situación en la tabla periódica.
Plata: Ag (Z = 47) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s1
Selenio Se (Z = 34) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p4
periodo 5, grupo 11
periodo 4, grupo 16
b) Números cuánticos de los electrones desapareados.
Plata: Ag tiene 1 electrón desapareado en un orbital 5s, los números cuánticos serán:
n = nº cuántico principal = 5
l = nº cuántico secundario o azimutal.
Como estamos en un orbital s, el valor que le corresponde es l = 0
m = nº cuántico magnético, puede tomar valores desde +l hasta -l.
En este caso m = 0
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S = nº cuántico de espin, puede tomar únicamente dos valores + ½ y – ½, teniendo en cuenta que
el primero que se toma es el valor positivo, los electrones desapareados al estar solos en el orbital,
tomarán este valor.
S= + 1/2
Concluyendo:
(5, 0, 0, + ½)
Selenio: Se tiene en este caso 2 electrones desapareados en orbitales 4p.
n=4
l=1
m = puede valer +1, 0, -1; el valor +1 de menor energía está completo, entonces los electrones
desapareados se encuentran en orbitales con valor de m = 0,-1
s=+½
Conclusión: (4, 1, 0, + 1/2);
(4, 1, -1, + 1/2).
c) Iones monoatómicos:
Plata: tiende a perder un electrón, para adquirir una configuración de subnivel 4d lleno, lo cual
aporta estabilidad.
Ag → Ag+ + e-
estado de oxidación más probable = + 1
Selenio: tiende a tomar dos electrones para adquirir la configuración de gas noble, que es la más
estable:
Se + 2 e- → Se2-
estado de oxidación más estable = - 2.
Cuestión 5
oxidante
A: C6 H12
Butanona CH3 – C – CH2 – CH3 + ácido acético CH3 - COOH

O
oxidante
B: C6 H12
ácido 3-metilbutanoico CH3 – CH – CH2 – COOH + CO2 (g)

CH3
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El compuesto A tendrá la fórmula: CH3 – C = CH – CH3

CH2 – CH3
3-metil-2-penteno
El compuesto B tendrá la fórmula: CH3 – CH – CH2 – CH = CH2 4-metil-1-penteno

CH3
Cuestión 6
a) El ozono O3 , formado por la combinación de átomos de oxígeno con moléculas de oxígeno,
absorbe la luz ultravioleta de longitud de onda comprendida entre 240 y 310 nm y se descompone
para dar nuevamente O y O2 :
Luz ultravioleta
O3
O + O2
De esta forma se establece un equilibrio. La concentración de ozono se mantiene constante según
este equilibrio, pero la luz ultravioleta se está convirtiendo en energía cinética de los átomos y
moléculas de oxígeno, es decir en calor.
La consecuencia es que la mayor parte de la radiación ultravioleta del sol se absorbe antes de
alcanzar la superficie terrestre. Puesto que la radiación ultravioleta puede destruir células vivas, la
capa de ozono está protegiendo como filtro natural de todos de estos efectos dañinos.
El fenómeno denominado “agujero de la capa de ozono”, es una disminución de la concentración
de O3 en la estratosfera, el riesgo que entraña es precisamente que si la concentración sigue
disminuyendo la radiación ultravioleta del sol puede llegar a la superficie terrestre causando
destrucción de células vivas, en humanos puede dar lugar a mayor incidencia de cáncer de piel.
El efecto invernadero causado por altas concentraciones de gases como el CO2 , tiene que ver con
el agujero de la capa de ozono.
El recalentamiento que sufre la superficie terrestre al aumentar la incidencia de la luz ultravioleta
sobre esta, es debido a la disminución en la concentración de ozono en las capas altas de la
atmósfera.
b) Reacción:
NO (g) + O3 (g) → NO2 (g) + O2 (g)
Es una reacción redox, ya que el N se oxida, mientras que el O se reduce:
El oxidante es el ozono O3 y el reductor es el monóxido de nitrógeno NO
NO (g) + O3 (g) → O2 (g) + NO2 (g)
Números de oxidación: +2
+1
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0
+4
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c) Otros compuestos que contribuyen a la destrucción de la capa de ozono en la atmósfera son los
clorofluorocarbonados, principalmente CF2 Cl2 y CFCl3 .
Estas sustancias se han utilizado ampliamente como propelentes de aerosoles y como
refrigerantes.
Son compuestos inertes que, aparentemente, no experimentan ninguna reacción en las capas bajas
de la atmósferas, pero en la estratosfera sometidas a la radiación ultravioleta, se liberan átomos de
cloro que pueden catalizar la destrucción masiva del ozono según un mecanismo de radicales
libres:
CF2 Cl2
CF2 Cl + Cl
O3 + Cl
O2 + ClO
ClO + O
O2 + Cl
Los átomos de cloro se han regenerado y la reacción global es:
O + O3 → 2 O2
También se conoce que el N2 O procedente de la descomposición bacteriana de fertilizantes
nitrogenados reacciona con los átomos de O produciendo NO que cataliza la destrucción del O3 .
N2O + O → 2 NO
NO + O3 → O2 + NO2
NO2 + O → NO + O2
La reacción neta es: O3 + O → 2 O 2
Las acciones emprendidas para evitar la destrucción de la capa de ozono, son por ejemplo
eliminación de emisiones de los CFC´s, principalmente en grandes industrias pero también a nivel
particular, concienciando a la población mundial de utilizar aerosoles libres de CFC.
También evitando en lo posible la emisión de otros contaminantes como N2 O.
PROBLEMAS OPCIÓN A
Problema 1
a) Basándonos en el primer principio de la termodinámica se tiene:
∆H = ∆U + P∆V
Despejando la variación de energía interna (calor de reacción a volumen constante):
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∆U = ∆H - P∆V
El problema nos proporciona el calor de combustión a presión constante, que corresponde a la
variación de la entalpía:
∆H = -2218,8 kJ/mol
El término P∆V lo calculamos según la ley de gases ideales, sabiendo que P y T son constantes:
P∆V = ∆nRT
∆n = variación del número de moles gaseosos = 3 – 6 = -3
∆nRT = (- 3) · (8,31 ·10-3) · 298 = - 7,429 kJ/mol
Entonces la variación de la energía interna es:
∆U = - 2218,8 – ( - 7,429) = -2211,37 kJ/mol
b) La reacción de formación del agua líquida es:
H2 (g) + ½ O2 (g)
H2 O (l)
Aplicando la ley de Hess, a partir de la entalpía de formación del CO2 (g), la de formación del
C3 H8 (g) y la de combustión del C3 H8 (g), se puede obtener el valor pedido.
C3 H8 (g) + 5 O2 (g)
3 CO2 (g) + 4 H2 O (l)
(-3) · ( C (s) + O2 (g)
3 C (s) + 4 H2 (g)
CO2 (g) )
C3 H8 (g)
Sumando las reacciones anteriores se obtiene:
4 H2 (g) + 2 O2 (g)
4 H2 O (l)
∆H0 f H2 O (l) = ∆H0 f C3 H8 (g) – 3 · ∆H0 f CO2 (g) + ∆H0 c C3 H8 (g)
∆Hf H2 O (l) = - 2218,8 – 3 · ( - 393,5 ) + (-103,8) = -1142,1 kJ
Esta es la energía de formación de 4 moles de agua líquida, para calcular la energía molar de
formación debemos dividir el resultado obtenido entre cuatro:
∆H0 f H2 O (l) = -1142,1 / 4 = -285,52 kJ/mol
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Problema 2
a) Disolución de KOH 0,15 M
V = 100 mL
El hidróxido potásico es una base fuerte que en disolución acuosa se disocia completamente:
KOH → K+ + OHEn la disolución aumenta la concentración de iones hidroxilo, este aumento de concentración
influirá en el valor de pH.
[OH-] = 0,15 M
pOH = - log [OH-] = - log (0,15) = 0,83
A partir del producto de ionización del agua sabemos que:
pH + pOH = 14
pH = 14 – pOH = 14 – 0,82 = 13,17 (muy básico)
Disolución de NH3 0,15M
V = 100 mL Kb = 1,8·10-5
El amoniaco es una base débil, lo comprobamos con el valor de la constante de basicidad, el
equilibrio de hidrólisis es:
NH3 + H2 O
Inicialmente
Reacciona
Equilibrio
NH4 + + OH-
0,15
---
---
x
---
---
x
x
0,15 – x
Aplicando la ley del equilibrio se tiene:
[NH ][OH ]
=
+
Kb
−
4
[NH 3 ]
1,8·10-5 = x2 / (0,15 – x)
Se obtienen dos valores de x, uno negativo que no tiene sentido químico, y el otro valor positivo:
x = 1,63·10-3
[OH-] = 1,63·10-3 mol/L
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pOH = -log [OH-] = - log (1,63·10-3) = 2,78
Como en el caso anterior a partir del producto iónico del agua se obtiene
pH = 14 – 2,78 = 11,22 (básico)
b) En una reacción de neutralización el número de equivalentes de ácido es igual al número de
equivalentes de base.
La neutralización se representa así: H3 O+ + OH-
2 H2 O
Cada mol de iones hidronio se neutraliza con un mol de iones hidroxilo.
En el caso de la base fuerte KOH (valencia = 1):
N · V = N’ · V’
0,15 · 0,1 = 0,45 · V’
V’ (HCl) = 3,3·10-4 L = 0,33 mL
En el caso de la base débil NH3 , el resultado será:
[OH-] = 1,63·10-3 mol/L
n OH- = M · V= 1,63·10-3 · 0,1 = 1,63·10-4 moles
Se necesitan, por tanto: n H3 O+ = 1,63·10-4 moles
Lo cual supone una cantidad de moles igual del ácido fuerte:
[HCl] = 1,63·10-4 moles
Como tenemos un ácido HCl que es 0,45 M:
n=V·M
1,63·10-4 = V · 0,45
V = 3,62 · 10-4 L = 0,362 mL HCl
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