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Proves d’Accés a la Universitat. Curs 2010-2011

QuímicaSerie 1

Responda a las cuestiones 1, 2 y 3. A continuación, elija UNA cuestión entre la 4 y la 5

y UNA cuestión entre la 6 y la 7 y conteste las dos que haya escogido.

1. Los óxidos de nitrógeno forman parte de la polución de las grandes ciudades debi-do a la combustión en los motores de explosión. El N2O4(g) es incoloro y el NO2(g)es marrón y más tóxico. En una experiencia de laboratorio se introducen 184,0 g deN2O4(g) en un recipiente de 4,00L, y se calientan hasta 300K para provocar la diso-ciación del N2O4(g) en NO2(g). Pasado un cierto tiempo, cuando la mezcla ha alcan-zado el equilibrio, se analiza el contenido del recipiente y se encuentra que la canti-dad de NO2(g) es de 36,8g.a ) Determine la constante de equilibrio en concentraciones (Kc) de la reacción de

disociación del N2O4(g) a 300K.[1 punto]

b ) Si el aire de las grandes ciudades en verano, y en días sin viento, es más marrónque en invierno, justifique si la reacción de disociación del N2O4(g) es endotér-mica o exotérmica.[1 punto]

DATOS: Masas atómicas relativas: N =14,0; O =16,0.

2. La acidez del vinagre proviene de su contenido en ácido etanoico, habitualmente lla-mado ácido acético, cuya concentración puede determinarse mediante una valora-ción con hidróxido de sodio.a ) Escriba la ecuación de la reacción de valoración. Calcule la concentración de

ácido acético en el vinagre, expresada en mol L–1, teniendo en cuenta que en lavaloración de 10,00mL de un vinagre comercial se necesitan 22,50mL de unasolución de hidróxido de sodio 0,4120 M para llegar al punto final.[1 punto]

b ) Explique el procedimiento experimental que seguiría en el laboratorio para lle-var a cabo esta valoración, indicando el material y los reactivos que utilizaría.[1 punto]

3. La pila de combustible de electrolito polimérico que se muestra en la figura es unapila de combustible típica. Su funcionamiento consiste en introducir en la celda hidró-geno y oxígeno gaseosos de forma continuada, a la vez que se elimina el productode la reacción (agua). De esta manera, puede generarse energía eléctrica mientras semantenga el suministro de reactivos. Esta pila está formada por dos electrodos recu-biertos de platino, que actúa como catalizador, separados por una membrana poli-mérica que contiene un electrolito y permite el paso de H+ a través de ella.

Pila de combustible de electrolito polimérico

a ) Escriba las semirreacciones anódica y catódica, y la reacción global de la pila decombustible de electrolito polimérico. Indique la polaridad de los electrodos.[1 punto]

b ) La máxima cantidad teórica de energía eléctrica disponible en una pila electro-química es la variación de energía libre (ΔGº), mientras que la máxima cantidadde energía liberada cuando se quema un combustible es su variación de ental-pía (ΔHº). Para evaluar una pila de combustible se usa el parámetro del valor deeficiencia (ε), que se define ε=ΔGº/ΔHº. Calcule la fuerza electromotriz (FEM) yla eficiencia (ε) de la pila de combustible de electrolito polimérico, en condicio-nes estándar y a 298K.[1 punto]

DATOS: Constante de Faraday, F =9,65×104 C mol–1.Entalpía estándar de formación del agua líquida a 298K: ΔHfº = –285,8kJmol–1.Potencial estándar de reducción a 298K:Eº(H+ |H2) =0,00V; Eº(O2 |H2O) =1,23V.

flujo de electrones

electrodo de platino

hidrógeno, H2(g) oxígeno, O2(g)

agua, H2O(l)

electrolito membrana intercambiadora de H+

H+

H+

H+

electrodo de platino

2

4. Uno de los gases más presentes en nuestra vida es el metano, componente princi-pal del gas natural, que es un buen combustible. A partir de los datos de la siguien-te tabla, responda a las cuestiones:

Entalpías de combustión en condiciones estándar y a 298K

a ) Imagine que quiere ducharse con el agua a una temperatura de 45 ºC. Teniendoen cuenta que el agua entra en el calentador a 10 ºC y que gastará 30L, diga quémasa de metano hay que quemar, a presión constante, para calentarla.[1 punto]

b ) Escriba la reacción correspondiente a la entalpía estándar de formación del meta-no, y calcule su valor a 298K.[1 punto]

DATOS: Densidad del agua (entre 10 ºC y 45 ºC) =1kgL–1.Capacidad calorífica específica del agua (entre 10ºC y 45ºC)=4,18JK–1 g–1.Masa molecular relativa del metano=16,0.

5. Para calcular la energía reticular del cloruro de sodio (–787kJmol–1) hay que conocerlos datos termodinámicos que aparecen en la siguiente tabla:

Datos termodinámicos en condiciones estándar y a 298K

a ) Explique la diferencia que hay entre los conceptos energía de ionización yafinidad electrónica de un elemento, y entre los conceptos energía reticulary entalpía de formación de un compuesto iónico.[1 punto]

b ) Explique razonadamente, a partir del modelo electrostático del sólido iónico, sila energía reticular del bromuro de potasio será mayor o menor que la del clo-ruro de sodio.[1 punto]

DATOS: Números atómicos (Z ): Z (Na) =11; Z (Cl) =17; Z (K) =19; Z (Br) =35.

Magnitudes termodinámicas Valor (kJ mol–1)

Entalpía de sublimación del Na(s) 107

Primera energía de ionización del Na 496

Entalpía de formación del Cl(g) 122

Afinidad electrónica del Cl –349

Entalpía de formación del NaCl(s) –411

Reacción de combustión Entalpía de combustión (kJ mol–1)

CH4(g) +2O2(g)→CO2(g) +2H2O(l) –890,3

C(s) +O2(g)→CO2(g) –393,5

1H2(g) + –O2(g)→H2O(l)

2–285,8

3

6. La reacción en fase gaseosa 2NO(g) +O2(g)→2NO2(g) es uno de los pasos interme-dios en la síntesis de abonos nitrogenados. Se trata de una reacción de orden 2 res-pecto al monóxido de nitrógeno, y de orden 1 respecto al oxígeno.a ) Escriba la ecuación de velocidad para esta reacción. Indique, razonadamente,

con qué unidades se expresan la velocidad y la constante de velocidad de estareacción.[1 punto]

b ) ¿Qué sucede con la velocidad de la reacción si aumentamos la temperatura ymantenemos constante el volumen? ¿Y si aumentamos el volumen y mantene-mos constante la temperatura? Justifique sus respuestas.[1 punto]

7. Para determinar la estructura de las moléculas, la química utiliza diferentes técnicas,como la espectroscopia infrarroja, la resonancia magnética nuclear o la espectrome-tría de masas. En la siguiente figura se muestra el espectro infrarrojo (IR) de unamolécula:

Espectro infrarrojo de una molécula

a ) Indique qué magnitud se representa en cada uno de los ejes de un espectro infra-rrojo. Explique brevemente el proceso que experimenta un compuesto químicocuando es irradiado con radiación infrarroja.[1 punto]

b ) Considere las siguientes sustancias químicas:

He CH4 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH NH2CH2COOH

Indique qué compuesto o compuestos no producirán ningún pico en un espec-tro infrarrojo y cuál producirá más. Justifique sus respuestas.[1 punto]

L’Institut d’Estudis Catalans ha tingut cura de la correcció lingüística i de l’edició d’aquesta prova d’accés

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Proves d’Accés a la Universitat. Curs 2010-2011

QuímicaSerie 4

Responda a las cuestiones 1, 2 y 3. A continuación, elija UNA cuestión entre la 4 y la 5

y UNA cuestión entre la 6 y la 7 y conteste las dos que haya escogido.

1. Uno de los problemas que tuvieron los químicos del siglo pasado fue el modo deconseguir algún compuesto de nitrógeno a partir del nitrógeno atmosférico, ya queel nitrógeno es un elemento imprescindible en la fabricación de abonos y explosi-vos. Encontró la respuesta el químico alemán Fritz Haber, quien diseñó un procesopara obtener amoniaco a partir del nitrógeno del aire, en el que se produce lasiguiente reacción:

N2(g) +3H2(g)⇌2NH3(g) Kc (a 375 ºC) =1,2

En un matraz de 3,0L, a 375 ºC, se introducen 9,0mol de nitrógeno, 6,0mol dehidrógeno y 12,0mol de amoniaco.a ) Justifique por qué el sistema no está en equilibrio y explique razonadamente

hacia dónde se desplazará la reacción.[1 punto]

b ) Una vez alcanzado el equilibrio, ¿se obtendrá más amoniaco si se disminuye elvolumen del recipiente? ¿Y si se le añade un catalizador? Justifique sus respues-tas.[1 punto]

2. El tetróxido de dinitrógeno se descompone en dióxido de nitrógeno según la siguientereacción:

N2O4(g)→2NO2(g)

A partir de la figura, conteste razonadamente las siguientes cuestiones.

Diagrama de entalpías

a ) ¿Qué signo tendrán la variación de entalpía estándar (ΔHº) y la variación deentropía estándar (ΔSº) de la reacción de disociación del N2O4 en NO2, a 25 ºC?[1 punto]

b ) ¿Cuándo será espontánea, la reacción, a temperaturas altas o a temperaturasbajas?[1 punto]

DATOS: Suponga que ΔHº y ΔSº no varían con la temperatura.

3. Se conocen los potenciales estándar de reducción, a 298K, del cobre y del zinc:

Eº(Cu2+ |Cu) =+0,34V Eº(Zn2+ |Zn) = –0,76V

a ) Explique razonadamente qué reacción espontánea tendrá lugar en una pila for-mada por estos dos electrodos, en condiciones estándar y a 298K. Calcule lafuerza electromotriz (FEM) de la pila en estas condiciones.[1 punto]

b ) Quiere comprobarse experimentalmente la fuerza electromotriz de esta pila encondiciones estándar y a 298K. Explique cómo la montaría en el laboratorio parahacer la comprobación, e indique el material y los reactivos que utilizaría.[1 punto]

2

4. El alcohol metílico o metanol, CH3OH, se utiliza como combustible en las fondues dequeso, chocolate o carne. La ecuación de la reacción de combustión del metanol esla siguiente:

CH3OH(l) + O2(g)→CO2(g) +2H2O(l)

a ) A partir de los datos de esta tabla, calcule la entalpía estándar de combustióndel metanol a 298K.[1 punto]

b ) A partir de las entalpías estándar de formación, se ha calculado la entalpía están-dar de combustión del metanol a 298K, y el resultado obtenido es −726kJmol–1.Calcule el calor que se libera, a presión constante, al quemar 96g de metanolcon 320g de oxígeno, en condiciones estándar y a 298K.[1 punto]

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

5. El nitrito de sodio (NaNO2) y el benzoato de sodio (C6H5COONa) son dos sales quese utilizan como conservantes en la industria alimentaria.a ) Escriba las reacciones que se producen cuando se disuelve nitrito de sodio en

agua. Justifique, a partir del modelo de Brønsted y Lowry, si la disolución seráácida, neutra o básica.[1 punto]

b ) Si se compara el pH de dos disoluciones acuosas, una de nitrito de sodio y otrade benzoato de sodio, de la misma concentración molar y a la misma tempera-tura, ¿cuál de ellas tendrá el pH mayor? Explique razonadamente su respuesta.[1 punto]

DATOS: Constante de acidez (Ka) del HNO2 a 25 ºC =7,2×10–4.Constante de acidez (Ka) del C6H5COOH a 25 ºC =6,3×10–5.Constante de ionización del agua (Kw) a 25 ºC =1,0×10–14.

32

EnlaceEntalpía de enlace en condiciones estándar

y a 298K (kJ mol–1)

C−H 414

O−H 528

C�O 715

O�O 498

C−O 352

3

6. En análisis químico, las disoluciones acuosas de nitrato de plata, AgNO3, suelen uti-lizarse para detectar la presencia de iones cloruro en disoluciones problema, debidoa la precipitación del cloruro de plata de color blanco.a ) Se tiene una disolución problema de iones cloruro muy diluida (3,0×10–7 M). Si

se toman 20mL de esta disolución y se les añaden 10mL de una disolución9,0×10–4 M de nitrato de plata, ¿se detectaría la presencia de cloruro?[1 punto]

b ) En los frascos de nitrato de plata pueden encontrarse estos pictogramas deseguridad:

¿Qué significan estos pictogramas? ¿Qué precauciones deberían tomarse enla manipulación de las disoluciones de nitrato de plata?[1 punto]

DATOS: Producto de solubilidad (Kps) del cloruro de plata a 298K=2,8×10–10.Considere aditivos los volúmenes de disoluciones líquidas.

7. El proceso de pirólisis del etanal, a 518 ºC, produce la descomposición de este alde-hído en metano y monóxido de carbono, según la siguiente ecuación:

CH3CHO(g)→CH4(g) +CO(g) ΔH >0

Se ha estudiado la cinética de esta reacción, a 518 ºC, siguiendo la variación dela presión total del reactor con el tiempo. A partir de los datos experimentales obte-nidos, y realizando el tratamiento matemático adecuado, se encuentra la siguienterelación entre la velocidad de la reacción (v) y la concentración de reactivo:

logv =5,17+2 log [CH3CHO(g)]

en que la velocidad se expresa en molL–1 s–1 y la concentración de etanal, en molL–1.a ) ¿Cuál es el orden de la reacción y el valor de la constante de velocidad de la reac-

ción de pirólisis del etanal, a 518 ºC? Explique razonadamente las respuestas.[1 punto]

b ) Dibuje, de forma aproximada, el perfil de esta reacción en un diagrama de laenergía en función de la coordenada de reacción, suponiendo que la reacción serealiza en una sola etapa, e indique dónde se encuentran las magnitudes de laenergía de activación y de la entalpía de reacción. ¿Cómo cambiaría este dibujosi en la reacción de pirólisis se empleara un catalizador? Justifique la variaciónde la velocidad de la reacción en presencia de un catalizador a partir del mode-lo del estado de transición.[1 punto]

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