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




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títuloPruebas de acceso a la universidad (U. P. V.)
fecha de publicación15.01.2016
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PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD (U.P.V.)
CONVOCATORIA DE JULIO 2008

QUÍMICA



A-1.- Calcular la concentración molar de una disolución acuosa de ácido sulfúrico que tenga el mismo pH que otra de ácido acético 0,250 M

DATOS : Masas atómicas: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0; S = 32,0

Ka (ácido. etanoico) = 1,8x10-5
Se debe calcular primeramente el pH de la disolución de ácido acético (etanoico) CH3 -COOH


Concentraciones iniciales


CH3 – COOH + H2O CH3 - COO - + H3O+

0,250 0 0


Concentraciones en el
equilibrio


0,250 – x x x


La constante Ka (CH3 –COOH) =
Se conoce : Ka (CH3 –COOH) = 1,8x10-5
Por consiguiente : 1,8x10-5 =
Resolviendo la ecuación de 2º grado, se obtiene : x = 4,2x10-3 mol/L
La concentración de iones hidronio vale entonces: = x = 4,2x10-3 mol/L (según la tabla)

Por consiguiente el pH será: pH = -log = - log ( 4,2x10-3) = 2,37

La disolución de ácido sulfúrico tendrá tambien este mismo pH
Por ser el ácido sulfúrico un ácido fuerte, se encontrará totalmente disociado en disolución


Concentraciones iniciales



H2SO4 + 2 H2O + 2 H3O+

c 0 0


Concentraciones en el
equilibrio


0 (pues estará c 2.c
totalmente disociado)



Sabemos que : pH = -log ( se conoce el pH : pH = 2,37)

Según la tabla anterior : = 2.c

Por consiguiente : 2,37 = - log (2.c)

Despejando c : c = = 0,0021 = 2,1x10-3 mol/L
A-2.- Cuando se quema 1,0 g de ácido etanoico en condiciones estándar, se desprenden 14,5 J. Determinar, razonadamente:


  1. El valor de la entalpía de combustión

  2. El valor de la entalpía de formación


DATOS:  (CO2) = - 394 kJ/mol;  (H2O) = - 259 kJ/mol

Masas atómicas : H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0



  1. La reacción de combustión del ácido etanoico (CH3 – COOH) es la siguiente:


CH3 – COOH + 2 O2 2 CO2 + 2 H2O ¿ H0 = ?
La H0 pedida es la energía desprendida (o absorbida) por cada mol de ácido que reaccione. Se mide por consiguiente en kJ/ mol
Haciendo la proporción siguiente:
Si 1g de CH3 – COOH desprende 14,5 J

60 g de CH3 – COOH ( 1 mol) x J
Se obtiene : x = = 870 J

Por consiguiente : H0 = - 870 J/mol
(tiene signo negativo pues es energía desprendida


  1. Tomando nuevamente la reacción de combustión del ácido etanoico:


CH3 – COOH + 2 O2 2 CO2 + 2 H2O H0 = - 870 kJ/mol


=





Se cumple que :

- 870 = 2 x (CO2) + 2 x (H2O) - (CH3 – COOH)

- 870 = 2 x ( -394x 103) + 2 x ( -259x 103) - (CH3 – COOH)
Se obtiene de aquí el valor de (CH3 – COOH):
(CH3 – COOH) = 1306,870 kJ /mol

B-1.- ¿Qué peso de H2 (g) debe añadirse a 2 moles de I2 (g) para que reaccione el 80 % del yodo formándose yoduro de hidrógeno a 450 ºC ?

DATO : Kc = 50
La reacción de equilibrio es la siguiente: H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)
Acudiendo a la tabla :

H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)



Moles iniciales


X


2

0

Moles que reaccionan y
que se produce hasta llegar al equilibrio.









2 x´

Moles que quedan en el
equilibrio



x – x´


2 – x´


2 x´



Si el enunciado indica que reacciona el 80% del yodo inicial (2 moles), la cantidad de yodo que habrá reaccionado será :
X´ = moles de yodo habrán reaccionado
Por otro lado la constante de equilibrio será :
Kc =

La constante Kc se conoce por el enunciado : Kc = 50 ; por consiguiente:

= 50


Sustituyendo el valor x´= 1,6

Realizando operaciones se obtiene : x = 2,1 moles
Por consiguiente: nº de moles iniciales de H2 : x = 2,1 moles
El peso de H2 inicial será :
2,1 moles x 2 g/mol = 4,2 g

B-2.- La reacción entre cloruro de hidrógeno y dióxido de manganeso produce cloruro de manganeso (II), cloro molecular y agua. Razonando las respuestas:

  1. Escribir y ajustar la reacción citada por el método del ión- electrón

  2. ¿ Qué volumen de cloro se obtiene, medido a 700 mm de Hg y 30 ºC, al reaccionar 150 mL de la disolución del cloruro de hidrógeno (que tiene 35 % de riqueza en peso y 1,16 g/mL de densidad) con la cantidad necesaria de dióxido de manganeso ?

DATOS : Masas atómicas : H = 1,0; Cl = 35,5


  1. La reacción redox sin ajustar es la siguiente (sin indican los nº de oxid.)



+1 –1 +4 -2 +2 -1 0 +1 -2

HCl + MnO2 MnCl2 + Cl2 + H2O
Las semirreacciones de oxidación- reducción (ajustadas) son :
2 Cl –1 Cl2 + 2 e (semirreacción de oxidación)

MnO2 + 4 H + + 2 e - Mn2+ + 2 H2O (sem. de reducción)




2 Cl –1 + MnO2 + 4 H + + 2 e - Cl2 + 2 e + Mn2+ + 2 H2O


La reacción iónica ajustada será :
2 Cl –1 + MnO2 + 4 H + Cl2 + Mn2+ + 2 H2O

Sumando 2 Cl- en ambos miembros:

4 Cl –1 + MnO2 + 4 H + Cl2 + Mn2+ + 2 Cl- + 2 H2O
Se obtiene así la reacción global ajustada:
4 HCl + MnO2 Cl2 + MnCl2 + 2 H2O


  1. Peso (en gramos) de la disolución de HCl : 150 mL x 1,16 g/mL = 174 g

Peso (en gramos) del HCl (puro) en la disolución : m = 60,9 g de HCl

Según la reacción global : 4 HCl + MnO2 Cl2 + MnCl2 + 2 H2O

4 moles (HCl) 1 mol (Cl2)
4 (1+35,5) g 1 mol de Cl2

60,9 g x moles de Cl2
Se obtiene x = 0,417 moles de Cl2 se producirán
Para saber que volumen ocuparán estos moles gaseosos, se aplica :
P. V = n .R. T

V = = 11,24 L de Cl2 se obtendrán

C-1.-

a) Escribir la configuración electrónica del átomo de fósforo (Z = 15), del calcio

(Z = 20) y arsénico (Z = 33). Ordenarlos de mayor a menor radio atómico.

b) Escribir la configuración electrónica de los iones P3- ; Ca2+ ; As3- . Nombrarlos y ordenarlos de mayor a menor radio atómico
a) P ( Z = 15) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

Ca ( Z= 20) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

As (Z= 33) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3
El P se encuentra en el Período 3º y Grupo 15 en la T.P:

El Ca se encuentra en el Período 4º y Grupo 2 en la T.P.

El As se encuentra en el Período 4º y Grupo 15 en la T.P. disminuye




Por consiguiente, dado que el Radio Atómico varía así en la T.P:

aumenta

El orden de mayor a menor radio atómico será :
Radio Atómico: Ca > As > P
b) Configuración electrónica de los iones:

P3 - : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 nombre : Anión Fósforo (III)

Ca2 + : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 nombre : Catión Calcio (ión cálcico)

As3 - : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 nombre Anión Arsénico (III)
Los aniones (iones con carga negativa) tienen mayor radio atómico que los átomos neutros de los que proceden
Los cationes (iones con carga positiva) tienen menor radio atómico que los correspondientes átomos neutros.

Por consiguiente:
El ión As3 – será el de mayor tamaño (último nivel electrónico : 4º) . El ión P3 – y el ión C2+ son isoelectrónicos (igual nº de electrones en la corteza) .

Cuando varios iones son isoelectrónicos, los radio iónicos disminuyen al aumentar el nº atómico, pues es de esperar que al tener el núcleo mayor carga (+) , las fuerzas atractivas eléctricas sobre los electrones exteriores sean mayores. Así pues :
Radio iónico de As3 - > Radio iónico de P3 - > Radio iónico de Ca2+

C-2.- El cobre se disuelve en ácido nítrico (trioxonitrato de hidrógeno) diluido, formando nitrato de cobre (II) y monóxido de nitrógeno además de agua.

  1. Escribir y explicar las semirreacciones de oxidación y reducción indicando oxidante y reductor.

  2. Escribir la reacción global ajustada




  1. La reacción global sin ajustar es ( sin indican los nº de oxidación) :


0 +1 +5 -2 +2 +5 –2 +2 -2 +1 -2

Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
Las semirreacciones redox son :
Cu Cu2+ + 2 e (semirreac. de oxidación)

NO3 - + 4 H + + 3 e- NO + 2 H2O ( semirreac. de reducción)


El Cu al perder electrones y transformarse en ión Cu2+ se oxida y actúa como reductor

En cambio, el HNO3 actúa como oxidante pues el N en él se reduce (gana electrones)


  1. Para obtener la reacción global ajustada, primero se debe obtener la reacción iónica



3 x ( Cu Cu2+ + 2 e ) sumando con :

2 x ( NO3 - + 4 H + + 3 e- NO + 2 H2O)


3 Cu + 2 NO3 - + 8 H + + 6 e - 3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O + 6 e

Simplificando en ambos miembros los electrones queda la reacción iónica ajustada:
3 Cu + 2 NO3 - + 8 H + 3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O
Para obtener la global se añaden 6 NO3 - a cada miembro :
3 Cu + 2 NO3 - + 6 NO3- + 8 H + 3 Cu2+ + 6NO3- + 2 NO + 4 H2O
3 Cu + 8 NO3 - + 8 H + 3 Cu2+ + 6NO3- + 2 NO + 4 H2O
Asociando los iones positivos y negativos :
3 Cu + 8 NO3H 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
Esta reacción sería la reacción global ajustada

C-3.- El 1, 1, 2 – tricloroeteno es un disolvente que se quiere eliminar por su impacto ambiental. En una empresa de Bizkaia se le obtenía haciendo reaccionar:

  • Primero el carburo de calcio con agua para producir etino o acetileno (además de hidróxido de calcio)

  • El etino en una segunda etapa se le hacía reaccionar con cloro gaseoso para dar un derivado tetrahalogenado.

  • Finalmente mediante reacción con hidróxido de calcio produce el disolvente mencionado (además de cloruro de calcio y agua).

Razonadamente:

  1. Escribir y ajustar las reacciones citadas

  2. Calcular los gramos del disolvente 1, 1, 2 – tricloroeteno que se pueden obtener con 50 g de carburo de calcio, suponiendo el 100 % de rendimiento

DATOS: Masas atómicas : C = 12,0; Ca = 40; Cl = 35,5


  1. Las reacciones descritas son las siguientes :

    • C2Ca + 2 H2O Ca(OH)2 + C2H2

Carburo agua hidróxido etino
de calcio de calcio ( o acetileno)


  • C2H2 + 2 Cl2 CHCl2  CHCl2

Etino cloro gas 1,1,2,2 –Tetracloroetano


  • C2H2Cl4 + Ca(OH)2 2 C2HCl3 + CaCl2 + H2O

1,1,2,2-Tetracloroetano hidróxido 1,1,2-Tricloeteno cloruro agua

de calcio calcio


  1. Moles de C2Ca que suponen los 50 g de carburo de calcio

Masa molecular del C2Ca = 64 u
n ( C2Ca) = = 0,78 moles de C2Ca
0,78 moles de C2Ca x =
= 1,56 moles de C2HCl3
Masa molecular del C2HCl3 = 131,5 u
Por consiguiente los gramos del disolvente C2HCl3 serán :
1,56 moles de C2HCl3 x 131,5 g/mol = 205,14 g de C2HCl3

C-4.- Dados los compuestos NH3 ; NaClO3 ; Br2 ; CaF2 ; clasificarlos según su tipo d enlace; indicar razonadamente cuál puede ser su estado de agregación (s, l, g) a temperatura ambiente y explicar si deben ser conductores o no. Hay que ser breve y claro

DATOS : Números atómicos: Z (N) = 7 ; Z (F) = 9 ; Z (Na) = 11 ; Z (Cl) = 17; Z (Ca) = 20

..

a) NH3 : H  N  H Distribuciones electrónicas: N : 1s2 2s22p3
 H : 1s1
H

NH3: Amoníaco = Trihidruro de nitrógeno

El NH3 es una sustancia molecular (formada por unidades elementales llamadas moléculas), con enlaces covalentes simples entre los átomos de hidrógeno(3) y 1 átomo de nitrógeno en cada molécula.

A temperatura ambiente se encontrará en estado gaseoso, dado que es de masa molecular pequeña (17 u) y las fuerzas intermoleculares, no serán lo suficientemente fuertes para originar el estado líquido y menos el estado sólido.

Será un mal conductor de la corriente eléctrica, por ser un compuesto con enlaces covalentes.

b) NaClO3 (Clorato de potasio = Trioxoclorato (V) de sodio)

Se trata de la sal sódica del ácido clórico (HClO3). Por consiguiente será un compuesto iónico. En disolución molécula se descompone en el catión Na+ y en el anión ClO3-

(ión clorato). A temperatura ambiente será un sólido, como la mayoría de los compuestos iónicos. No será un buen conductor de la corriente eléctrica salvo en disolución, que sí será en este caso conductor dado que se encontrará disociado en iones y estos tendrán mucha movilidad.
c) Br2 ( Bromo) Distribución electrónica : Br (Z = 35) : 1s2 2s2 2p6 3s23p63d10 4s24p5
Se trata de una sustancia molecular, con enlaces covalentes entre dos átomos de Br en
cada molécula formando Br2, tal como se puede deducir a partir de la distribución
electrónica del Br.
A temperatura ambiente será normalmente o se encontrará en estado líquido, dado que
las fuerzas intermoleculares entre sus moléculas (Fuerzas de London) serán lo
suficientemente fuertes para conseguir el estado líquido, pues la masa molecular del Br2
es grande ( en comparación con el F2 y Cl2 que son gases). Por ser una sustancia
molecular con enlaces covalentes en sus moléculas, será un mal conductor de la
corriente eléctrica.


  1. CaF2 (Difluoruro de calcio = Fluoruro de calcio)
    Distribuciones electrónicas:
    Ca (Z = 20) : 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 ; F(Z = 9) ; 1s2 2s22p5
    dado que el Ca es un metal muy electropositivo y el F por el contrario es un no metal muy electronegativo(el más electronegativo), el CaF2 será un compuesto iónico (enlace iónico) . A temperatura ambiente será un sólido cristalino y mal conductor de la corriente eléctrica, aunque sí será un buen conductor eléctrico cuando se encuentre en disolución o bien en estado fundido


C-5.- Se dice que uno de los gases responsables de la formación de la lluvia ácida son los óxidos de nitrógeno liberados durante la combustión de los combustibles de automóvil. También se sabe que la combustión incompleta de los combustibles conduce a la formación de monóxido de carbono.

¿ Cuál es la acción de los catalizadores que llevan los automóviles en los tubos de escape y cuál es la ventaja medioambiental que aportan ?
Un CATALIZADOR es una sustancia química que se añade a una reacción química para cambiar la velocidad de la misma. El catalizador en realidad cambia la Energía de Activación del proceso. En la mayoría de las reacciones desciende el valor de la Energía de Activación obteniéndose de esta forma una mayor velocidad de reacción.

Existen también casos, aunque poco frecuentes, en los que el catalizador aumenta la energía de activación, disminuyendo la velocidad de la reacción. En estos casos los catalizadores se denominan Inhibidores.

Hay dos tipos de catalizadores : homogéneos y heterogéneos . El catalizador homogéneo se encuentra en la misma fase (sólida, líquida o gaseosa) que los reactivos. En cambio el catalizador heterogéneo se encuentra en fase distinta.

En los automóviles, la combustión de hidrocarburos presentes en la gasolina, principalmente el isooctano (C8H18) puede originar monóxido de carbono (CO) como producto de la reacción, principalmente cuando la presencia de aire (oxígeno) no es suficiente.

El monóxido de carbono es un gas tóxico, por consiguiente es necesario un proceso que disminuya la producción de CO en la combustión anterior

Se consigue con el convertidor catalítico, (catalizador heterogéneo), normalmente Platino (Pt). Se consigue aumentar así la velocidad de la siguiente reacción :

2 CO (g) + O2 catalizador (Pt) 2 CO2 (g)


Esta reacción, sin catalizador y a la temperatura del escape sería muy lenta; tardaría en producirse miles de años. El catalizador consigue aumentar en gran medida la velocidad de la reacción y se limita de esta forma la emisión a la atmósfera del gas tóxico CO.


Motor

CO, NO, tubo de escape

catalizador

Hidrocarburos salida O2 (g), CO2 (g), N2 (g), H2O(g)



Como puede apreciarse, el mismo catalizador (Pt) , convierte el monóxido de nitrógeno (NO) que se produce durante la combustión de cualquier combustible, en N2 (g) y O2 (g) ambos inofensivos.

2 NO (g) catalizador (Pt) N2 (g) + O2 (g)




El monóxido de nitrógeno, NO (g) , es un contaminante atmosférico , dado que puede oxidarse pasando a NO2(g) (anhídrido nítrico o dióxido de nitrógeno), así :
NO (g) + O2 (g) NO2 (g)

A su vez el NO2 (g), puede reaccionar con el vapor de agua presente en la atmósfera H2O (g), para formar ácido nítrico HNO3 , uno de los ácidos responsables de la lluvia ácida, el otro es el ácido sulfúrico (H2SO4)
La lluvia ácida es la responsable, de la deforestación de muchas regiones del planeta, dado que destruye la flora presente en ellas.
Asimismo, el NO2(g) puede reaccionar con los alcoholes que pueden estar en suspensión en la atmósfera y formar nitritos que son irritantes oculares.

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