📄 Quimica · 2023-2024 · Modelos

A.1 Dados cuatro elementos: A, B, C y D, cuyos electrones de mayor energía poseen una configuración en su estado fundamental de: 3s1, 3p1, 3p4 y 3p5, respectivamente: a) (0,5 puntos) Identifique cada elemento con su configuración electrónica, nombre, símbolo, grupo y periodo. b) (0,5 puntos) Justifique cuál presenta mayor energía de ionización. c) (0,5 puntos) Escriba el símbolo de sus iones más estables y ordene esos iones en orden decreciente de su tamaño, justificando la respuesta. d) (0,5 puntos) Indique qué tipo de enlace se establece entre A y C y entre D con D. Escriba las fórmulas de las especies formadas.

A.2 Se lleva a cabo la siguiente secuencia de reacciones: 2–bromopropano + KOH / EtOH → A (alqueno); A + H O / H+→ B; B + oxidante (Cr O 2–) / H+  C. 2 2 7 a) (1 punto) Formule y nombre los compuestos orgánicos mayoritarios obtenidos: A, B y C, indique el tipo de reacción y en su caso, indique cuando se cumple la regla de Markovnikov. b) (0,5 puntos) ¿Son isómeros los compuestos B y C? ¿El compuesto A podría ser un posible isómero geométrico? Justifique las respuestas. c) (0,5 puntos) Para la siguiente reacción en medio ácido, formule y nombre los compuestos implicados, e indique el tipo de reacción: B + ácido etanoico → ……..

A.3 Responda a las siguientes cuestiones: a) (0,75 puntos) Calcule el grado de disociación y el pH de una disolución 0,10 M de ácido hipobromoso, a 25 ºC, si su constante de disociación, a dicha temperatura, vale 2,310–9. b) (0,75 puntos) Calcule la molaridad que debería tener una disolución de ácido sulfúrico para que su pH fuera igual al de la disolución anterior de ácido hipobromoso. Considere disociación completa del H SO . 2 4 c) (0,5 puntos) Dados los siguientes ácidos: ácido hipobromoso (Ka = 2,310–9) y ácido fluorhídrico (Ka = 710–4), escriba la fórmula y el nombre de sus respectivas bases conjugadas, ordenándolas justificadamente según su fuerza creciente como bases.

A.4 La síntesis industrial del metanol viene dada por: CO (g) + 2 H (g) ⇆ CH OH (g). La reacción tiene lugar 2 3 en un recipiente de 5,0 L y a 510 ºC se alcanza el equilibrio, obteniéndose 0,78 mol de metanol. Calcule: a) (0,75 puntos) Las concentraciones de cada especie en el equilibrio, si se ha partido de 1,0 mol de CO y 2,0 mol de H . 2 b) (0,75 puntos) Las constantes de equilibrio, Kc y Kp. c) (0,5 puntos) La entalpía de reacción estándar (suponer constante a cualquier temperatura). Datos. R = 0,082 atm·L·mol–1·K–1. Entalpías de formación estándar a 25 ºC (kJ·mol–1): CO (g) = –110,5; CH OH (g) = –238,7. 3

A.5 Se electroliza 1,0 L de disolución acuosa de nitrato de plata 0,10 M haciendo pasar, a través de ella, una corriente de 0,50 A y obteniéndose una masa de plata de 4,03 g, depositada en el cátodo. a) (0,5 puntos) Sabiendo que en el ánodo se desprende O , escriba las reacciones que tienen lugar en el 2 cátodo y en el ánodo y la reacción molecular. b) (1 punto) Calcule cuál ha sido el tiempo de duración de la electrólisis, expresado en horas, así como la concentración molar de iones plata que quedan en disolución, una vez finalizada la electrólisis. Suponga que el volumen de la disolución no varía durante la electrólisis. c) (0,5 puntos) Determine el volumen de oxígeno, en mL, obtenido en el ánodo, durante la electrólisis, medido en condiciones de presión y temperatura de 1,0 atm y 0 ºC, respectivamente. Datos. R = 0,082 atm·L·mol–1·K–1; F = 96485 C·mol–1; Masas atómica (u): Ag = 108,0.

B.1 Para cada una de las moléculas PF y BCl 3 3 a) (0,5 puntos) Indique su geometría molecular según la teoría RPECV. b) (0,5 puntos) Indique la hibridación que presenta el átomo central. c) (0,5 puntos) Justifique su polaridad y escriba el tipo de fuerzas intermoleculares que presenta. d) (0,5 puntos) Razone cuál de ellas es más soluble en agua.

B.2 Responda a las siguientes cuestiones: a) (0,5 puntos) Formule y nombre los posibles isómeros de fórmula C H O. 2 6 b) (0,5 puntos) De los compuestos: 1,2−dicloroeteno y 1,1−dicloroeteno, indique de forma razonada, cuál o cuáles presentan isomería geométrica, e identifique cada isómero geométrico con su nombre completo. c) (1 punto) El etanol, el 1,2−dibromoetano, el cloroetano y el etano pueden obtenerse a partir del mismo compuesto. Indique de qué compuesto se trata, escriba las reacciones, condiciones, reactivos correspondientes, e indique el tipo de reacción que lleva a la obtención de cada uno de esos cuatro compuestos químicos.

B.3 A la temperatura de 45 ºC se produce la reacción: 2 N O (g) → 4 NO (g) + O (g), con una velocidad de 2 5 2 2 descomposición del N O de 2,510–6 mol·L–1·s–1. 2 5 a) (0,75 puntos) Determine, en esas mismas condiciones, la velocidad a la que se forma el NO y el O . 2 2 b) (0,75 puntos) Sabiendo que la constante de velocidad a 45 ºC, es 6,0810–4 s–1, escriba justificadamente la ecuación de velocidad de la reacción y calcule la velocidad de reacción cuando la concentración de N O es 0,10 mol·L–1. 2 5 c) (0,5 puntos) Utilizando la ecuación de Arrhenius, justifique si es verdadera la siguiente afirmación: “La velocidad de una reacción puede aumentar si se lleva a cabo por un mecanismo diferente en el que se rebaje su energía de activación, por el uso de un catalizador adecuado”.

B.4 Se mezclan 10 mL de cloruro de bario 0,10 M con 40 mL de sulfato de sodio 0,10 M. a) (0,75 puntos) Escriba la ecuación de la reacción entre ambas sales y la del equilibrio de solubilidad de la sal precipitante, detallando el estado de todas las especies. Calcule si precipitará sulfato de bario. Suponga volúmenes aditivos. b) (0,75 puntos) Calcule la concentración, en g·mL–1, de SO 2–, una vez alcanzado el equilibrio de 4 precipitación. c) (0,5 puntos) Razone cómo varía la solubilidad de una disolución saturada de sulfato de bario en agua, si se le adicionan unas gotas de disolución acuosa diluida de ácido sulfúrico. Datos. Ks (BaSO ) = 1,510−9. Masas atómicas (u): O = 16,0; S = 32,0. 4

B.5 La reacción de oxidación del sulfato de hierro(II) con el dicromato de potasio, en medio ácido sulfúrico, produce sulfato de hierro(III), sulfato de cromo(III), sulfato de potasio y agua. a) (1 punto) Utilizando el método del ion electrón escriba ajustadas las semirreacciones de oxidación y reducción y las reacciones iónica y molecular. b) (1 punto) Calcule los mL de disolución 0,050 M de K Cr O que son necesarios para oxidar 50 mL de una 2 2 7 disolución 0,30 M de sulfato de hierro(II). QUÍMICA CRITERIOS ESPECÍFICOS DE CORRECCIÓN Y CALIFICACIÓN Cada una de las preguntas se podrá calificar con un máximo de 2 puntos. Se tendrá en cuenta en la calificación de la prueba: 1.- Claridad de comprensión y exposición de conceptos. 2.- Uso correcto de formulación, nomenclatura y lenguaje químico. 3.- Capacidad de análisis y relación. 4.- Desarrollo de la resolución de forma coherente y uso correcto de unidades. 5.- Aplicación y exposición correcta de conceptos en el planteamiento de las preguntas. Distribución de puntuaciones máximas para este ejercicio A.1.- 0,5 puntos por apartado. A.2.- 1 punto apartado a); 0,5 puntos apartados b) y c). A.3.- 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). A.4.- 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). A.5.- 0,5 puntos apartados a) y c); 1 punto apartado b). B.1.- 0,5 puntos por apartado. B.2.- 0,5 puntos apartados a) y b); 1 punto apartado c). B.3.- 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). B.4.- 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). B.5.- 1 punto por apartado. QUÍMICA SOLUCIONES (Documento de trabajo orientativo) A.1.- Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a) A: 1s22s22p63s1, sodio, Na, Grupo 1, 3er periodo; B: 1s22s22p63s23p1, aluminio, Al, Grupo 13, 3er periodo; C: 1s22s22p63s23p4, azufre, S, Grupo 16, 3er periodo; D: 1s22s22p63s23p5, cloro, Cl, Grupo 17, 3er periodo. b) La energía de ionización aumenta con el número atómico en un periodo ya que los electrones son más atraídos por la mayor carga del núcleo. Por tanto, el que tiene mayor energía de ionización es el Cl. c) Los iones más estables son los que alcanzan la configuración de gas noble, siendo: Na+, Al3+. S2–, Cl–. Los aniones (configuración electrónica del periodo 3) son más grandes que los cationes (configuración electrónica del periodo 2). Entre iones isoelectrónicos: aniones S2– y Cl– y cationes Na+ y Al3+ con más protones, más atracción por los electrones y menor tamaño. Por tanto, en orden decreciente de tamaño: S2– > Cl– > Na+ > Al3+. d) C con A forma: Na S, enlace iónico; D con D forma: Cl , enlace covalente. 2 2 A.2.- Puntuación máxima por apartado: 1 punto apartado a); 0,5 puntos apartados b) y c). a) CH −CHBr−CH (2–bromopropano) + KOH / EtOH  CH =CH−CH (A) (propeno). Eliminación; (A) + 3 3 2 3 H O / H+  CH −CHOH−CH (B) (propan–2–ol). Markovnikov. Adición; B + oxidante (Cr O 2–) / H+  2 3 3 2 7 CH −CO−CH (C) (propanona o acetona). Oxidación. 3 3 b) CH −CHOH−CH (B) y CH −CO−CH (C) no son isómeros, pues no tienen la misma fórmula molecular. 3 3 3 3 El compuesto CH =CH−CH (A) no presenta isomería geométrica, ya que un C del doble enlace tiene 2 3 dos sustituyentes iguales. c) CH −CHOH−CH (B) + CH −COOH (ácido etanoico)  CH −COO−CH(CH ) (etanoato de isopropilo o 3 3 3 3 3 2 metiletilo) + H O. Esterificación o condensación. 2 A.3.- Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). a) HBrO + H O  BrO– + H O+ 2 3 c : 0,10(1 – ) 0,10 0,10 Ka = 2,310–9 = (0,10·α)2 / 0,10 (1 – α) ≈ 0,10·α2; α = 1,510–4 eq [H O+] = 0,10·α = 0,10  1,510–4 = 1,510–5 M; pH = – log [H O+] = – log (1,510–5) = 4,8. 3 3 b) H SO + 2 H O  SO 2–+ 2 H O+ ; [H O+] = 1,510–5 M; [H SO ] = [H O+] / 2 = 7,510–6 M. 2 4 2 4 3 3 2 4 3 c) Las bases conjugadas son: BrO– (anión hipobromito) y F– (anión fluoruro). Cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada. El orden, según su fuerza creciente como base, es: F– < BrO–. A.4.- Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). a) CO (g)+ 2 H (g)  CH OH (g) 2 3 ni 1,0 2,0 n 1,0 x 2,0 2 x x = 0,78 eq [CO] = (1,0 0,78) / 5,0 = 0,044 M; [H ] = (2,0 2  0,78) / 5,0 = 0,088 M; [CH OH] = 0,78 / 5,0 = 0,16 2 3 M. b) Kc = [CH OH] / [CO]·[H ]2 = 0,16 / (0,044  0,0882) = 470; Kp = Kc·(RT)∆n = 470  (0,082  783)–2 = 0,11. 3 2 c) ∆Hº = ∆Hº (CH OH) ∆Hº (CO) = (238,7) (110,5) = 128,2 kJ·mol–1. r f 3 f A.5.- Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartados a) y c); 1 punto apartado b). a) Cátodo: Ag+ + 1 e–→ Ag; Ánodo: 2 H O → O + 4 H+ + 4 e–. 2 2 Reacción molecular: 4 AgNO + 2 H O → 4 Ag + O + 4 HNO . 3 2 2 3 b) n(Ag reducido) = n(Ag depositado) = 4,03 / 108,0 = 0,0373 mol; t = n ·n(Ag)·F / I = 1  0,0373 96485 / e 0,50 = 7200 s = 2 h; n(Ag restante) = 0,10  1,0 0,0373 = 0,060 mol; [Ag restante] = 0,060 / 1,0 = 0,060 M. c) En el ánodo: n(O ) = n(Ag) / 4 = 0,0373 / 4 = 9,3310–3 mol; V = n·R·T / p = 9,3310–3 0,082 273 / 1,0 2 = 0,21 L = 210 mL. B.1.- Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a) PF : geometría piramidal trigonal. BCl : geometría plana trigonal. 3 3 b) PF : el P presenta hibridación sp3. BCl : el B presenta hibridación sp2. 3 3 c) PF es una molécula polar, porque sus enlaces son polares y por la geometría de la molécula no se 3 cancelan, además de poseer un par de electrones no enlazante; tiene fuerzas dipolo-dipolo y fuerzas de dispersión (fuerzas de London). BCl es una molécula apolar porque los momentos dipolares de sus 3 enlaces se cancelan por geometría; tiene fuerzas de dispersión (fuerzas de London). d) En agua (disolvente polar) es más soluble PF que es una molécula polar. 3 B.2.- Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartados a) y b); 1 punto apartado c). a) CH −CH OH (etanol) y CH −O−CH (dimetil éter). 3 2 3 3 b) CHCl=CHCl (1,2−dicloroeteno) y Cl C=CH (1,1−dicloroeteno). La isomería geométrica no es posible 2 2 cuando alguno de los dos átomos de C que forman el doble enlace lleve dos grupos idénticos, como ocurre en el 1,1−dicloroeteno. Presenta isomería geométrica el 1,2−dicloroeteno, pudiendo ser dos formas: cis−1,2−dicloroeteno (los átomos de cloro o hidrógeno están del mismo lado del doble enlace) y trans−1,2−dicloroeteno (los átomos de cloro o hidrógeno están en distinto lado del doble enlace). Igualmente válido si se responde con las fórmulas de los isómeros con representación espacial. c) Se trata del eteno, CH =CH . Las reacciones son: CH =CH + H O → CH −CH OH (etanol), adición o 2 2 2 2 2 3 2 hidratación; CH =CH + Br → CH Br−CH Br (1,2−dibromoetano), adición; CH =CH + HCl → CH Cl−CH 2 2 2 2 2 2 2 2 3 (cloroetano), adición; CH =CH + H /Pt → CH −CH (etano), adición o hidrogenación catalítica. 2 2 2 3 3 B.3.- Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). a) v = – (1/2)·d[N O ] / dt = (1/4)·d[NO ] / dt = d[O ] / dt; si se relacionan las velocidades de aparición (v ) del 2 5 2 2 a NO y del O , con la velocidad de desaparición (v ) del N O , se tiene que: v (NO ) = 2·v (N O ) = 2  2 2 d 2 5 a 2 d 2 5 2,510–6 = 5,010–6 mol·L–1·s–1; v (O ) = (1/2)·v (N O ) = (1/2)  2,510–6 = 1,310–6 mol·L–1·s–1. a 2 d 2 5 b) A la vista de las unidades de la constante de velocidad, se sabe que la ecuación cinética es de primer orden, es decir: v = k·[N O ]. Así: v = 6,0810–4  0,10 = 6,0810–5 mol·L–1·s–1. 2 5 c) Verdadera. Un catalizador cambia el mecanismo de la reacción, rebajando su energía de activación. Según la ecuación de Arrhenius: k = A·e−Ea/RT, cuando Ea disminuye, aumenta k y en consecuencia aumenta la velocidad de reacción. B.4.- Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). a) La reacción: BaCl (ac) + Na SO (ac) → BaSO (s) + 2 NaCl (ac); 2 2 4 4 El equilibrio de solubilidad: BaSO (s)  Ba2+(ac) + SO 2–(ac) 4 4 [Ba2+] = 1010–3  0,10 / 5010–3 = 0,020 M; [SO 2–]·= 4010–3  0,10 / 5010–3 = 0,080 M; 4 [Ba2+]·[SO 2–] = 0,020  0,080 = 1,610–9 > Ks (BaSO ), por lo que sí precipita el BaSO . 4 4 4 b) BaSO (s)  Ba2+ (ac) + SO 2– (ac) 4 4 0,020 – x 0,080 – x Ks = 1,510–9 = (0,020 – x)·(0,080 – x); x ≈ 0,020 M; [SO 2–] = (0,080 – x) = 0,060 M = 0,060  96 / 1000 4 = 5,810–3 g·mL–1. c) Al añadir unas gotas de H SO sobre la disolución saturada de BaSO , aumenta la concentración de SO 2– 2 4 4 4 y el equilibrio de solubilidad se desplaza hacia el reactivo (efecto ion común), disminuyendo la solubilidad y precipitando BaSO . 4 B.5.- Puntuación máxima por apartado: 1 punto. a) Oxidación: (Fe2+  Fe3+ + e–)  6 Reducción: Cr O 2− + 14 H+ + 6 e−  2 Cr3+ + 7 H O 2 7 2 Reacción iónica: 6 Fe2+ + Cr O 2− + 14 H+  6 Fe3+ + 2 Cr3+ + 7 H O; 2 7 2 Reacción molecular: 6 FeSO + K Cr O + 7 H SO  3 Fe (SO ) + Cr (SO ) + K SO + 7 H O 4 2 2 7 2 4 2 4 3 2 4 3 2 4 2 b) Por estequiometria: n(K Cr O ) = n(FeSO ) / 6; V  0,050 = 5010–3  0,30 / 6; V = 0,050 L = 50 mL. 2 2 7 4