Pruebas de acceso a la universidad (U. P. V.)




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títuloPruebas de acceso a la universidad (U. P. V.)
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PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD (U.P.V.)
CONVOCATORIA DE JUNIO 2008

QUÍMICA




A-1.- Dadas las siguientes entalpías estándar de formación (en kJ/mol):

CO2 (g) = -393,5 ; H2O (l) = -285,4 ; C4H10 (g) = -124,7


  1. Escribir y explicar las reacciones a que se refieren estos datos

  2. Calcular el calor de combustión del butano

  3. Determinar la masa de butano necesaria para calentar 50 L de agua desde 4 ºC hasta 50 ºC, suponiendo que el rendimiento es del 70%

DATOS : Masas atómicas: c = 12; H = 1


  1. Las reacciones de formación de los compuestos CO2(g), H2O(l) y C4H10(g) son :


C(s) + O2 (g) CO2(g) (CO2) = -393,5 kJ/mol
H2(g) +O2(g) H2O(l) (H2O(l)) = -285,4 kJ/mol
4 C(s) + 5 H2(g) C4H10(g) (C4H10(g)) = -124,7 kJ/mol


  1. La reacción de combustión del butano C4H10(g) es la siguiente:


C4H10(g) + 4 CO2(g) + 5 H2O(l) ¿ ?

Para calcular  de esta reacción debemos aplicar :

=  (productos) -  (reactivos)
= 4 x  (CO2) + 5 x (H2O(l)) - (C4H10(g))
Nota: Se cumple que (O2) = 0
= 4 x (-393,5) + 5 x (-285,4) - (-124,7) = - 2876,3 kJ/mol


  1. Calor necesario (energía calorífica) para calentar el agua:


Q = m . ce . ( Tf – T0) = 50 (kg) x 4180 (J / ºK. kg) x ( 323 – 277) = 9614 kJ
Dado que la reacción de combustión del butano origina : 2876,3 kJ / mol de butano
Si 1 mol de C4H10(g) 2876,3 kJ / mol
X moles de C4H10(g) 9614 kJ


Se obtiene : x = 3,34 moles de C4H10(g) son necesarios
La masa de butano necesaria, será :
3,34 moles de C4H10(g) x 58 g/mol = 193,9 g de C4H10(g)

A-2.- Se disuelven 0,27 g de cianuro de hidrógeno (HCN) en agua, hasta formar 100 mL de disolución. Se comprueba que el pH de la disolución es 5,1. Determinar razonadamente:

  1. La constante de disociación, Ka , del cianuro de hidrógeno

  2. Los gramos de hidróxido de sodio que habrá que añadir a la disolución anterior para su neutralización.

DATOS : Masas atómicas : H = 1; C = 12 ; N = 14; ; O = 16; Na = 23


  1. La reacción de disociación del ácido HCN es la siguiente:

HCN + H2O CN - + H3O+
La concentración inicial de HCN sabiendo que la masa molecular del HCN = 27 u, es :
c0 = = 0,1 mol / L
Se construye de la tabla del equilibrio:
HCN + H2O CN - + H3O+


Concentraciones iniciales


0,1





0


0

Concentraciones en el equilibrio


0,1 – x





x


x



La constante de disociación Ka en el equilibrio, del cianuro de hidrógeno será :
Ka = =

Se puede calcular x, a partir del dato del pH
pH = - log 5,1 = - log x ( ver tabla) x = 10-5,1 = 7,94x10-6

Por consiguiente : = x = 7,94x10-6 mol / L
La constante Ka se puede obtener conociendo x:
Ka = = = =6,30 x 10-10 mol/L

  1. La neutralización del ácido (HCN) y de la base (NaOH) se dará cuando :


nº de Equivalentes de ácido = nº de Equivalentes de base

1 Eq –gramo de HCN = gramos = = 27 g

nº de Eq – gramo de ácido = = 0,01 Eq – g
1 Eq – gramo de base (NaOH) = = = 40 g

Por consiguiente, cuando se dé la neutralización se habrá gastado 0,01 Eq – g de base
Los gramos de NaOH (hidróxido de sodio) serán entonces:
0,01 Eq –g x 40 g/Eq – g = 0,40 g de NaOH

B-1.- El ácido nítrico concentrado ataca al estaño metálico formándose dióxido de estaño sólido, dióxido de nitrógeno gaseoso y agua líquida. Se desea que, razonadamente

  1. Formules y ajustes la reacción, utilizando el método del ión- electrón, indicando oxidante y reductor

  2. Calcules el volumen de gas, medido en condiciones normales, que se desprenderá por cada 100 g de estaño que reaccione, si el rendimiento del proceso es del 80 %

DATOS : Masa atómica del Sn = 118,7


  1. La reacción sin ajustar es la siguiente:

+1 +5 -2 0 +4 -2 +4 -2 +1 -2

HNO3 + Sn SnO2 (s) + NO2 (g) + H2O (l)

Las semirreacciones redox ajustadas son las siguientes:
N + 2 H+ + 1 e - NO2 + H2O (semirreacción de reducción)

Sn + 2 H2O SnO2 + 4 H+ + 4 e- (semirreacción de oxidación)




Multiplicando la 1º semirreacción x 4 y dejando la 2ª igual , se tiene

4 x (N + 2 H+ + 1 e - NO2 + H2O )

Sn + 2 H2O SnO2 + 4 H+ + 4 e-




4 N + 8 H+ + 4 e - 4 NO2 + 4 H2O sumando ambas ecuaciones

Sn + 2 H2O SnO2 + 4 H+ + 4 e-




4 N+ 8 H+ + 4 e - + Sn + 2 H2O 4 NO2 + 4 H2O + SnO2 + 4 H+ + 4 e-

Simplificando términos semejantes, se llega a la ecuación iónica ajustada :

4 N + 4 H+ + Sn 4 NO2 + 2 H2O + SnO2

A partir de ella se obtiene la reacción global ajustada :


4 HNO3 + Sn SnO2 (s) + 4 NO2 (g) + 2 H2O (l)



  1. Según la reacción anterior :

Se obtienen

Con 118,7 g de Sn (1 mol de Sn) 4 moles de NO2

Con 100 g de Sn x moles de NO2
Se obtendrán : x = moles de NO2 ( con rendimiento 100%)
Con rendimiento del 80%: x = = 2,695 moles de NO2 se obtendrán realmente
Estos moles ocupan un volumen en condiciones normales (P = 1 atm; t = 0ºC)
Ecuación general de los gases perfectos : P . V = n. R . T
1 atm x V = 2,695 x 0,082 x (273 + 0)
V = 60,4 L de NO2 en c.n.

B-2.- A cierta temperatura el valor de Kc es 783 para el equilibrio:
3 H2(g) + N2 (g) 2 NH3 (g)
A la misma temperatura y de forma razonada:
a) Calcular Kc para el equilibrio 2 NH3 (g) 3 H2(g) + N2 (g)

b) Calcular Kc para el equilibrio H2(g) + N2 (g) NH3 (g)

c) Explicar qué ocurrirá en los equilibrios anteriores si repentinamente aumentase la
presión

d) Explicar qué ocurrirá en los equilibrios anteriores si se añade un catalizador

a) La reacción de equilibrio es : 3 H2(g) + N2 (g) 2 NH3 (g)


La constante Kc para esta reacción vale : Kc = (todas las conc. en el equilibrio)
Si ahora tenemos el equilibrio : 2 NH3 (g) 3 H2(g) + N2 (g)
La constante K´c para esta reacción vale : K´c =

Se aprecia que K´c = = = 1,27x 10-3 (mol/L)2


b) El nuevo equilibrio es : H2(g) + N2 (g) NH3 (g)
Su constante de equilibrio es : Kc´´ =
Se aprecia que : Kc´´ = = = 27,9 (mol/L)-1



c) Si se aumentara la presión, el equilibrio se desplazaría hacia el sentido en el que hubiera
menor nº de moles gaseosos (principio de Le Chatelier)
Así pues, el equilibrio: 2 NH3 (g) 3 H2(g) + N2 (g)
si se aumenta la presión, se desplazaría en sentido inverso ( ) , pues 2 < (3 + 1)
En cambio en el equilibrio : H2(g) + N2 (g) NH3 (g)

si se aumenta la presión, se desplazaría en sentido directo( ) , pues 1 < ( )
d) Si se añade un catalizador, el equilibrio (o equilibrios) anteriores no se verán afectados. Es
decir, no se desplazará ni en uno ni en otro sentido, dado que el único efecto que tiene un
catalizador es conseguir que el equilibrio se alcance antes ( o bien más tarde) pero una vez
alcanzado éste no se ve afectado por el catalizador.

C- 1.- Justificando tu respuesta:

  1. Ordenar de mayor a menor el primer potencial de ionización de los siguientes elementos: Be ; Li ; F ; N

  2. Ordenar de mayor a menor radio iónico los iones: Be2+; Li+ ; F- ; N3-

DATOS: Números atómicos: Z (Li) = 3 ; Z (Be) = 4 ; Z (N) = 9


  1. Distribuciones electrónicas:

Be (Z = 4) : 1s2 2s2

Li (Z = 3) : 1s2 2s1

N (Z = 7) : 1s2 2s2 2p3

F (Z = 9) : 1s2 2s2 2p5
Los cuatro elementos se encuentran en el mismo período (2º) de la Tabla periódica.

El primer potencial de ionización AUMENTA al desplazarnos en un período de la T.P.

De IZQUIERDA a DERECHA, es decir al aumentar el nº atómico (Z).

Por consiguiente, el orden de mayor a menor primer potencial de ionización será:


Primer P. I. :
F > N > Be > Li


  1. Los nº atómicos de los iones y sus distribuciones electrónicas son:

Be2+ (Z = 4) : 1s2

Li+ (Z = 3) : 1s2
Los iones Be2+ y Li+ son isoelectrónicos, es decir poseen el mismo nº de electrones, pero al tener el ión Be2+ mayor nº atómico (Z = 4) que el ión Li+ (Z = 3) ,poseerá mayor carga positiva en el núcleo y por consiguiente, las fuerzas de atracción sobre los electrones más externos será mayores, originando una disminución en el tamaño iónico .
Luego: radio iónico del Li+ > radio iónico del Be2+
En el caso del F- y del N3- ocurre lo contrario
N3- (Z = 7) : 1s2 2s2 2p6

F- (Z = 9) : 1s2 2s2 2p6
Las repulsiones entre los electrones adicionales ( 3 en el caso del N y 1 en el caso del F) hacen que los radios iónicos aumenten . Así pues, se dará :
Radio iónico N3- > Radio iónico F-
Considerando ahora los cuatro iones, sus tamaños seguirán este orden decreciente:
Riónico (Li+) > Riónico (Be2+) > Riónico (N3-) > Riónico (F-)

2.- a) En función del tipo de enlace, razonar cuál es el orden decreciente de las
3 sustancias que posean mayor temperatura de fusión entre las siguientes: KBr ; F2 ; HCl; CH3OH

b) Discutir razonadamente la conductividad eléctrica de: un hilo de aluminio; un cristal de cloruro de aluminio (III) y de una disolución de cloruro de aluminio (III)

DATOS :
Números atómicos: Z ( C) = 6 ; Z (O) = 8 ; Z (F) = 9 ; Z (Cl) = 17; Z(K) = 19 ; Z(Br) = 35


  1. Distribuciones electrónicas:

C (Z = 6) : 1s2 2s2 2p2

O (Z = 8) : 1s2 2s2 2p4

F (Z = 9) : 1s2 2s2 2p5

Cl (Z = 17) : 1s2 2s2 2p5 3s23p5

K (Z = 19) : 1s2 2s2 2p5 3s23p6 4s1

Br (Z = 35) : 1s2 2s2 2p5 3s23p63d10 4s24p5

Atendiendo a las distribuciones electrónicas anteriores, los tipos de enlaces son:


KBr : Enlace Iónico. Por consiguiente, temperatura de fusión alta

F2 : Enlace covalente. Molécula apolar. Punto de fusión bajo

HCl : Enlace covalente . Moléculas polares. Punto de fusión bajo

CH3OH : Enlaces covalentes con enlaces de “Puente de hidrógeno” entre sus moléculas lo que confiere al compuesto temperaturas de fusión anormalmente altas.
Por consiguiente, el orden de mayor a menor temperatura de fusión (T.F.) es :
T. F. del KBr > T.F. del CH3OH > T.F del HCl


  1. Un hilo de aluminio, por ser un metal, y tener enlace metálico tendrá alta conductividad eléctrica. El mejor conductor (a temperatura ambiente) es la plata, pero todos los metales son buenos conductores del calor y de la electricidad.

Un cristal de cloruro de aluminio (III), AlCl3, poseerá enlace iónico. Los átomos de Cl y Al ocuparán posiciones fijas en una red cristalina. Ser por consiguiente mal conductor de la corriente eléctrica.

Una disolución de cloruro de aluminio (III), en cambio, será buena conductora de la corriente eléctrica, pues en disolución se encuentran libres los iones Cl- y Al3+ que formaban la red cristalina:

En disolución : AlCl3 Al3+ + 3 Cl -
Estos iones en disolución pueden desplazarse al aplicar una d.d.p. (diferencia de potencial).

Los iones negativos (Cl-) hacia el ánodo, y los iones positivos (Al3+) hacia el cátodo. Este movimiento de iones, origina la corriente eléctrica.

C – 3.- En la práctica titulada Construcción de una pila galvánica (o su homóloga) :

  1. Describir los elementos de que consta la pila y su función

  2. Escribir las reacciones que tienen lugar en cada electrodo y la reacción global

  3. ¿Qué ocurre si se quita el puente salino?


DATOS: E0 (Zn2+/Zn ) = - 0,77 V ; E0 (Cu2+/Cu ) = 0,34 V





  1. Los elementos de que consta una pila galvánica son:

    • Un electrodo de cinc metálico. Actúa como ánodo(+) y en él se produce la reacción oxidación

    • Un electrodo de cobre metálico. Actúa como cátodo y en él se produce la reacción de reducción.

    • Un hilo conductor enlazando el ánodo con el cátodo por el exterior.

    • Dos recipientes con disoluciones acuosas, en uno de sulfato de cinc( ZnSO4) en el que se introduce el electrodo de Zn y en el otro de sulfato de cobre (CuSO4) en el que se introduce el electrodo de cobre (Cu). Sirven para generar los iones Zn2+ y Cu2+ necesarios para las reacciones de oxidación – reducción que se dan en la pila.

    • Un puente salino. Comunica los dos recipientes anteriores. Sirve para cerrar el circuito y para que no se forme un exceso de iones, o sea de carga, cerca de los electrodos y que imposibilitaría el movimiento de los iones.




  1. Las reacciones que tienen lugar en los electrodos son :


ÁNODO : Zn Zn2+ + 2e (reacción de OXIDACIÓN)


CÁTODO : Cu2+ + 2 e - Cu (reacción de REDUCCIÓN)




Reacción global : Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu


  1. A medida que el Zn se oxida, la disolución de ZnSO4 se va cargando positivamente, debido a los iones Zn2+ formados. A la vez, a medida que los iones Cu2+ se reducen a Cu la disolución de CuSO4 se carga con un exceso de carga negativa, pues quedarán menos iones Cu2+ que SO42-.

Para evitar que estas dos disoluciones se carguen con un exceso de carga positiva una de ellas y negativa la otra, se coloca un puente salino que contiene un compuesto iónico
(p.ej. : KCl), que evita dicha acumulación de carga en las disoluciones y que además asegura que el circuito está cerrado y pueda circular la corriente.
C- 4.- En las centrales térmicas si los combustibles fósiles utilizados contienen azufre, se suele inyectar carbonato de calcio pulverizado durante la combustión, de manera que se producen las reacciones siguientes:
CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g)


CaO (s) + SO2 (g) CaSO3 (s)


  1. Bajo un punto de vista medioambiental, explicar las ventajas y/o inconvenientes de añadir el carbonato de calcio

  2. Actualmente la emisión de “gases de efecto invernadero” está sometida a severos controles gubernamentales. ¿Podrías explicar en qué consiste este efecto?




  1. Según las reacciones anteriores, al añadir carbonato cálcico (CaCO3) a los combustibles fósiles (carbón principalmente) que contienen azufre, se aprecia lo siguiente:

  • Se produce CO2 (primera reacción)

  • Se logra eliminar (en gran parte) el SO2 al producir sulfito cálcico CaSO3 (reacción2)


Al eliminar el SO2 en la reacción CaO (s) + SO2 (g) CaSO3 (s)

se elimina (en parte) la posibilidad de que se produzcan las siguientes reacciones:

SO2 + O2 SO3

SO3 + H2O H2SO4 (ácido sulfúrico)

Por consiguiente limitaremos la creación en la atmósfera de ácido sulfúrico H2SO4, uno de los responsables de la “lluvia ácida” que causa grandes estragos en bosques y flora de la región donde se produzca.

Pero también se aprecia que en la reacción CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g)

se forma dióxido de carbono gaseoso CO2 (g), Esto constituye una desventaja dado que el CO2 (g) es uno de los compuestos responsables del “efecto invernadero” que está originando el calentamiento de la atmósfera terrestre y dando lugar al cambio climático que se cree que se está produciendo en la actualidad.


Como puede apreciarse en la figura anterior, la superficie terrestre al ser calentada por la radiación solar refleja parte de dicha radiación incidente. Las moléculas de ciertos compuestos presentes en la atmósfera (ver diagrama circular) no dejan pasar parte de esta radiación , en particular la correspondiente a la zona del infrarrojo. Esta radiación, al no poder escapar al espacio exterior produce un calentamiento en la atmósfera que rodea a la Tierra. Este efecto se denomina “efecto invernadero” pues el mecanismo es el mismo que el que se produce en los invernaderos utilizados en agricultura. Los principales gases que producen el efecto invernadero son:


C– 5 .- Nombrando los reactivos, escribir una reacción que de lugar al producto:


  1. 2- Cloropropano

  2. Etanoato de propilo

  3. Propanona

  4. Äcido butanoico




  1. El compuesto 2- Cloropropano se puede obtener a partir de una REACCIÓN DE ADICIÓN :


CH3 – CH = CH2 + HCl CH3 - CHCl – CH3

Propeno cloruro de 2 - cloropropano
hidrógerno


  1. El etanoato de propilo por ser un éster se obtendrá a partir de una reacción de ESTERIFICACIÓN


CH3 – COOH + CH3 – CH2 – CH2OH CH3 – COO - CH2 – CH2 – CH3 + H2O

Ác. etanoico 1 – propanol Etanoato de propilo agua


  1. Las cetonas se obtienen a partir la oxidación (suave) de los alcoholes secundarios



CH3 - CHOH - CH3 + Oxígeno CH3 – CO - CH3 + H2O

2 – propanol propanona agua


  1. La oxidación (suave) de los alcoholes primarios da lugar a aldehídos y si prosigue la oxidación, éstos se convierten en ácidos carboxílicos. Por consiguiente, el ácido butanoico se obtendrá a partir de la oxidación del 1 – butanol, pasando a butanal. La oxidación de éste aldehído originará finalmente el ácido butanoico


+ Ox + Ox

CH3 – CH2 - CH2 – CH2OH CH3 – CH2 - CH2 – CHO + H2O CH3 – CH2 - CH2 – COOH

1 – butanol butanal agua ácido butanoico

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