Examen Quimica PAU Julio 2013

La
PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD
CURSO 2012 - 2013
MATERIA: QUÍMICA
INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN
Se ha de elegir UNA de las dos PROPUESTAS presentadas. Cada propuesta consta de cinco preguntas. Cada
cuestión o problema será calificada sobre un máximo de dos puntos. El tiempo disponible para la realización de la
prueba es de 1.5 horas.
PROPUESTA I
1.- Un átomo (X) tiene 35 electrones, 35 protones y 45 neutrones y otro átomo (Y) posee 20 electrones, 20
protones y 20 neutrones.
a) Calcule el número atómico y másico de cada uno de ellos.
b) Justifique cual de los dos es más electronegativo.
c) Razone las valencias con las que pueden actuar ambos elementos.
d) Tipo de enlace que se produce entre X e Y y fórmula del compuesto resultante.
Solución.
a) El número atómico viene dado por el número de electrones que es igual que el número de protones al ser
un elemento neutro. Por lo tanto en número atómico de X es Z = 35. El número másico viene dado por el
número de protones y de neutrones, luego para X, tenemos que A = 35+45 = 80. Procediendo de igual
forma tenemos que para Y, Z = 20 y A = 40.
b) Para determinar cuál de ellos es el más electronegativo escribimos las correspondientes configuraciones
electrónicas:
Z = 35: X 1s22s22p63s23p64s23d104p5
Z = 20: Y 1s22s22p63s23p64s2
De acuerdo con su configuración electrónica el elemento tiene 7 electrones en la capa más externa
(4s24p5) es decir, le falta un electrón para adquirir la configuración de gas noble luego tiende a capturar
un electrón. Por el contrario el elemento Y tiene 2 electrones en la capa más externa (4s2) luego tiende a
ceder los 2 electrones para adquirir la configuración de gas noble en la capa anterior, por lo tanto el
elemento más electronegativo es X (Z = 35).
c) El elemento X puede capturar un electrón para adquirir la configuración de gas noble y por tanto puede
tener valencia -1. Pero también puede compartir 1 electrón y tener valencia covalente +1. Pero si
desaparea sus electrones del nivel 4, también puede actuar con valencias covalentes +3, +5 y +7.
4s
4p
4d
Comparte 1 valencia covalente +1
4s
4p
4d
Comparte 3 valencia covalente +3
4s
4p
4d
Comparte 5 valencia covalente +5
4s
4p
4d
Comparte 7 valencia covalente +7
Por su parte el elemento Y tiene dos electrones en la capa externo y tiende a cederlos por lo tanto
actuará con valencia +2.
d) Como se ha indicado el elemento X tiende a adquirir un electrón para así adquirir la configuración de gas
noble formando un anión X-, mientras que el elemento Y tiende a ceder los dos electrones formando un
catión Y2+, por lo tanto el enlace entre los dos elemento será un enlace iónico y la fórmula de dicho
compuesto será entonces YX2.
Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.
1
2.- Para cada uno de los siguientes pares, justifique qué disolución acuosa 0,1 M tiene un pH más alto.
a) Cloruro amónico (Cloruro de amonio), amoniaco (Trihidruro de nitrógeno)
b) Acetato de sodio (Etanoato de sodio) ,cloruro sódico (Cloruro de sodio)
c) Carbonato de potasio (Trioxocarbonato (IV) de potasio), carbonato de sodio (Trioxocarbonato (IV) de sodio)
d) Nitrato de sodio (Trioxonitrato (V) de sodio), ácido clorhídrico (Cloruro de hidrógeno)
Solución.
a) El cloruro amónico es una sal que en disolución acuosa da lugar al ión cloruro (Cl ) que como es el
conjugado de un ácido fuerte (HCl) se comportará como una base débil y no sufre hidrólisis y por otro
lado el ión amonio (NH4+) que es el conjugado de una base débil (NH3) y por lo tanto se comporta como
un ácido fuerte y sufre hidrólisis: NH4+ + H2O  NH3 + H3O+, por lo tanto tiene carácter ácido. Como
el amoniaco es un base tendrá un pH > 7, luego el pH más alto lo tiene el amoniaco.
b) Tenemos ahora dos sales, el acetato de sodio que en disolución da lugar al ión acetato (CH3 – COO-) que
es la especie conjugada de un ácido débil como es el ácido acético, luego se comporta como una base
+
fuerte que sufre hidrólisis: CH3 – COO + H2O  CH3 – COOH + OH , mientras que el ión Na es
una ácido conjugado muy débil y no sufre hidrólisis y por lo tanto, tiene carácter básico.
La disolución acuosa de NaCl da lugar al ión cloruro que se comporta como una base débil que no sufre
hidrólisis y por otro lado el ión Na+ que se comporta como un ácido conjugado débil que no sufre
hidrólisis, en consecuencia tiene carácter neutro. Luego el pH más alto corresponde a la disolución de
acetato sódico.
2c) La disolución de las dos sales de carbonato da lugar por un lado al ión carbonato CO3 que proviene de
un ácido débil (H2CO3) y por lo tanto el ión se comporta como una base fuerte capaz de sufrir hidrolisis:
2CO3 + H2O  HCO3
+
+
Por su parte los dos iones Na y K son los conjugados de unas bases fuertes como el NaOH y el KOH
por lo tanto ambas disoluciones tendrán del mismo pH.
d) En este caso la disolución del NaNO3 dará lugar a una disolución de carácter neutro, mientras que el
ácido clorhídrico es un ácido muy fuerte por lo cual tendrá mayor valor de pH la disolución de nitrato
sódico.
Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.
3.- Dada la siguiente reacción redox:
NaI + H2SO4 → H2S + I2 + Na2SO4 + H2O
a) ¿Cuál es la especie oxidante y cuál es la reductora? ¿Qué especie se oxida y cuál se reduce?
b) Escribe las semirreacciones de oxidación y reducción, así como la reacción global.
c) Nombra los siguientes compuestos que intervienen en la reacción anterior: NaI, H2SO4 ,H2S, Na2SO4
Solución.
a) Para poder determinar la especie oxidante y reductora, y cual se oxida y cual se reduce, procedemos a
determinar los números de oxidación de los elementos de las distintas especies químicas:
+1 -1
+1 +6 -2
+1 -2
0
+1 -6 -2
+1 -2
NaI + H2SO4 → H2S + I2 + Na2SO4 + H2O
Podemos observar que el iodo se oxida ya que su número de oxidación aumenta al pasar de -1 a 0, mientras que
el elemento que se reduce es el azufre porque su número de oxidación se reduce de +6 a -2.
Por tanto, teniendo en cuenta lo dicho, podemos afirmar que la especie oxidante es el H2SO4, al reducirse,
mientras que la especie reductora sería el NaI, al oxidarse.
b) Las semirreacciones correspondientes serían entonces:
2I
 I2 + 2 e
(semirreacción oxidación)
2+
2SO4 + 8 H + 8 e  S + 4 H2O (semirreacción reducción)
Hacemos el balance de las dos reacciones multiplicando la primera por 4 y luego sumando, con lo que nos queda:
8 I- + SO42- + 8 H+ 
S2- + 4 I2 + 4 H2O
Finalmente nos queda entonces que la reacción ajustada es:
8 NaI + 5 H2SO4
 H2S + 4 I2 + 4 Na2SO4 + 4 H2O
c) NaI: Ioduro de sodio, ioduro sódico
H2SO4: Acido Sulfúrico, Acido tetraoxosulfurico (IV), tetraoxosulfato(VI) de hidrógeno
H2S: Acido Sulfhídrico, Sulfuro de hidrógeno
Na2SO4: tetraoxosulfato (VI) de sodio, sulfato de sodio
Puntuación máxima por apartado: a) 0.4 puntos; b) 1.2 puntos, c) 0,4 puntos.
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4.- El CO2 reacciona a 337oC con H2S según:
CO2(g) + H2S(g)  COS(g) + H2O(g)
En un reactor de 2,5 L se introducen 4,4 g de CO2 y suficiente cantidad de H2S para que una vez alcanzado el
equilibrio la presión total sea 10 atm y los moles de agua en equilibrio son 0,01.
a) Calcule la composición de la mezcla en equilibrio.
b) El valor de las constantes Kp y Kc.
Solución.
a) En primer lugar procedemos a determinar el número de moles de CO2
n(CO2) = 4,4g/44 g/mol = 0,1 mol
Procedemos a realizar el balance del equilibrio teniendo en cuenta la ecuación, teniendo en cuenta que
no conocemos los moles iniciales del H2S, que llamamos a y que nos dan como dato los moles de agua
en el equilibrio:
CO2(g) + H2S(g)  COS(g) + H2O(g)
Moles iniciales:
0,1
a
0
0
Moles reaccionan:
-x
-x
+x
+x
Moles equilibrio:
0,1 –x
a–x
x
x
Como x es el numero de moles de agua en el equilibrio tenemos que: x = 0,01
Para poder calcular la composición de la mezcla en el equilibrio debemos conocemos el valor de a, para lo
Cual calculamos el número total de moles y nos queda.
ntotal = 0,1 – x + a – x + x + x = 0,1 + a
Aplicando la ecuación general de los gases ideales en las condiciones del equilibrio tenemos que:
P . V = ntotal . R . T
10 . (2,5) = (0,1 + a) . 0,082 . 610
Resultando que a = 0,4 mol. Luego entonces la composición del equilibrio es:
n (CO2) = 0,1 – 0,01 = 0,09 mol
n(H2S) = 0,4 – 0,01 = 0,39 mol
n (COS) = n (H2O= = 0,01 mol
b) Conocida la composición procedemos a calcular el valor de la constante de equilibrio Kc:
2
0,01
2,5
Kc =
[COS] [H2O]
=
[CO2] [H2S]
0,1 - 0,01
2,5
= 2,85.10-3
0,4 - 0,01
2,5
Conocido el valor de Kc podemos calcular el valor de Kp a partir de la expresión que nos relaciona
n
las dos constantes de equilibrio: Kp = Kc (RT) . Pero como en nuestro caso n = 2 – 2 = 0, pues las
las dos constantes coinciden, Kp = Kc
-1
-1
Datos: Masas atómicas C = 12 u; O = 16 u; R = 0,082 atm L mol K
Puntuación máxima por apartado: a) 1.2 puntos; b) 0.8 puntos.
3
5.- Sabiendo que las entalpías de combustión del etano [C2H6(g)] y eteno [C2H4(g)] son -1559,7 y -1410,9
−1
KJ・ mol , respectivamente, y que las entalpías de formación del agua [H2O(l)] y dióxido de carbono [CO2(g)]
son -285,8 y -393,5 KJ・ mol−1, respectivamente:
a.- Calcule las entalpías de formación de etano y eteno.
b.- Calcule aplicando la ley de Hess la variación de entalpía para el proceso C2H4 (g) + H2 (g)→C2H6 (g)
c.- Para el proceso anterior, la variación de entropía es -110,6 J/K. ¿A partir de qué temperatura es
espontáneo dicho proceso? Justificar la respuesta.
Solución.
Puntuación máxima por apartado: a) 0.6 puntos; b) 1.0 puntos; c) 0,4 puntos
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PROPUESTA II
1.- Para dos elementos, A y B, con números atómicos 12 y 17, respectivamente, indique:
a) La configuración electrónica de cada uno de ellos.
b) El elemento de mayor energía de ionización (justifique la respuesta).
c) La fórmula del compuesto que se forma entre ambos elementos y el tipo de enlace que presentan al unirse
(justifique la respuesta)
Solución.
a) Las configuraciones electrónicas de cada uno de los elementos es:
A(Z=12) = 1s22s22p63s2
2
2
6
2
7
B(Z=17) = 1s 2s 2p 3s 3p
b) La energía de ionización es la energía que se requiere para extraer un electrón a un átomo de estado
gaseoso. Teniendo en cuenta que el elemento A tiende a ceder electrones para así adquirir la
configuración de gas noble en la capa anterior, mientras que el elemento B tiende a captar un electrón
para adquirir dicha configuración tendremos que el elemento que requiere una mayor energía de
ionización es el elemento B.
c) De acuerdo con lo dicho en el apartado b) elemento A tiende a ceder dos electrones para adquirir la
configuración de gas noble formando un catión A2+, mientras que el elemento B tiende a capturar un
electrón para adquirir la configuración de gas noble formando un anión B-. Por lo tanto, el enlace entre los
elemento será un enlace iónico. La fórmula del compuestos será: AB2
Puntuación máxima por apartado: a) 0,5 puntos; b) 0,5 puntos; c) 1.0 puntos
2.- Suponga una celda galvánica espontánea (pila). Razone si son verdaderas o falsas cada una de las
siguientes afirmaciones:
a) Los electrones se desplazan del cátodo al ánodo.
b) Los electrones atraviesan el puente salino.
c) La reducción tiene lugar en el electrodo positivo.
d) La f.e.m. de la pila no depende los potenciales de cada electrodo y su valor tiene que ser siempre
negativo para que la reacción sea espontánea.
Solución.
a) Falso. Los electrones se desplazan del ánodo al cátodo, puesto que el ánodo tiene carga negativa y el
cátodo carga positiva.
b) Falso. Se produce un movimiento de aniones y cationes, pero no de electrones.
c) Verdadero. La reducción se produce en el cátodo que es el electrodo positivo.
d) Falso. La f.e.m. depende de los potenciales de cada electrodo y su valor tiene que ser siempre positivo
para que el proceso sea espontáneo.
Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.
3.- El N2O4 se descompone a 45ºC según:
N2O4(g)  2NO2(g)
En un recipiente de 1 L de capacidad se introduce 0,1 mol de N2O4 a dicha temperatura. Al alcanzar el
equilibrio la presión total es de 3,18 atmósferas. Calcule:
a) El grado de disociación.
b) El valor de Kc.
c) La presión parcial ejercida por cada componente.
Solución.
5
Puntuación máxima por apartado: a) 1,0 puntos; b) 0,5 puntos; c) 0,5 puntos.
4.- Un compuesto orgánico está formado por carbono, hidrógeno y oxígeno. 1,0 g de ese compuesto ocupa un
volumen de 1,0 L a 333 mm de Hg y 200 oC. Por combustión de 10 g del compuesto se obtienen 0,455 moles
de CO2 y 0,455 moles de H2O. Calcule:
a) la fórmula empírica.
b) la fórmula molecular del compuesto.
Datos: Masas atómicas: C= 12 u; O= 16 u; H= 1 u ; R = 0,082 atm L mol-1 K-1
Solución.
Puntuación máxima por apartado: a) 1.30 puntos; b) 0,70 puntos.
5.- Calcule:
a.- El pH de una disolución de HCl del 2 % en peso y de densidad 1,008 g.cm−3.
b.- La masa de KOH necesaria para preparar 15 L de una disolución de pH 12,90.
c.- El pH de la disolución resultante obtenida de mezclar 10 mL de la disolución a) y 30 mL de la disolución b).
Datos: Masas atómicas: H= 1 u; O= 16 u; K= 39 u ; Cl =35,5 u
6
Solución.
Puntuación máxima por apartado: a) 0,5 puntos; b) 0,5 puntos; c) 1.0 puntos
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PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD
CURSO 2012 - 2013
MATERIA: QUÍMICA
CRITERIOS ESPECÍFICOS DE CORRECCIÓN
Se tendrá en cuenta en la calificación de la prueba:





Claridad de comprensión y exposición de conceptos.
Uso correcto de formulación, nomenclatura y lenguaje químico.
Capacidad de análisis y relación.
Desarrollo de la resolución de forma coherente y uso correcto de unidades.
Aplicación y exposición correcta de conceptos en el planteamiento de los problemas.
Distribución de puntuaciones máximas para este ejercicio:
PROPUESTA I
CUESTIONES
Cuestión 1:
a) Cada Z y cada A
b) Apartado correcto pero mal razonado
Apartado bien razonado pero no acertado
Apartado correcto y bien razonado
c) Apartado correcto pero mal razonado
Apartado bien razonado pero no acertado
Apartado correcto y bien razonado
d) Tipo de enlace correcto
Formula correcta
0,125 puntos c/u.
0,1 puntos.
0,2 puntos.
0,5 puntos.
0,1 puntos.
0,2 puntos.
0,5 puntos.
0.25 puntos.
0.25 puntos.
Cuestión 2:
Cada apartado correcto pero mal razonado
Cada apartado bien razonado pero no acertado
Cada apartado correcto (equilibrios correctos) y bien razonado
0,1 puntos.
0,2 puntos.
0,5 puntos.
PROBLEMAS
Problema 1:
a) Especie oxidante
Especie reductora
Especie que se oxida
Especie que se reduce
b) Cada semirreacción
Reacción global
c) Cada compuesto bien nombrado
0,1 puntos.
0,1 puntos.
0,1 puntos.
0,1 puntos.
0,4 puntos c/u.
0,4 puntos.
0,1 puntos c/u.
Problema 2:
a) Concentraciones o moles en el equilibrio
b) Determinación correcta del valor de Kc y Kp
Problema 3:
a) Correcta aplicación de la formula con valor numérico correcto
Correcta aplicación de la formula sin valor numérico correcto
b) Ley de Hess bien aplicada (con valor numérico correcto)
Ley de Hess bien aplicada (sin valor numérico correcto)
c) Correcta valor de la temperatura.
Correcta justificación
PROPUESTA II
CUESTIONES
Cuestión 1: a) Cada configuración electrónica correcta
b) Apartado correcto pero mal razonado
Apartado bien razonado pero no acertado
Apartado correcto y bien razonado
c) Fórmula del compuesto correcta
Tipo de enlace correcto pero mal razonado
Tipo de enlace bien razonado pero no acertado
0,4 puntos c/u.
0,8 puntos.
0,3 puntos c/u.
0.1 puntos c/u.
1,0 puntos.
0,8 puntos.
0.3 puntos.
0.1 puntos.
0,25 puntos.
0,1 puntos.
0,2 puntos.
0,5 puntos.
0,5 puntos.
0,1 puntos.
0,2 puntos.
8
Tipo de enlace correcto y bien razonado
0,5 puntos.
Cuestión 2:
Apartado correcto pero mal razonado
Apartado bien razonado pero no acertado
Apartado correcto y bien razonado
0,1 puntos.
0,2 puntos.
0,5 puntos.
PROBLEMAS
Problema 1:
a) Cálculo de α
b) Expresión de Kc
Kc bien sustituida y con valor correcto
c) Cada presión parcial bien sustituida y calculada
Cada presión parcial bien sustituida y mal calculada
Problema 2:
a) Cálculo correcto fórmula empírica
b) Cálculo correcto masa molecular
Cálculo correcto fórmula molecular
Problema 3:
a) Calculo correcto del pH
b) Calculo correcto de la masa de KOH
c) Cálculo de la concentración de HCl en exceso
Calculo correcto del pH
1 punto.
0.25 puntos.
0,25 puntos.
0,25 puntos c/u.
0,20 puntos c/u.
1,3 puntos.
0,40 puntos.
0,30 puntos.
0,5 puntos.
0,5 puntos.
0,8 puntos.
0,2 puntos.
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