Química · Cataluña 2020

La dureza es una cualidad del agua relacionada con el contenido en disolución de cationes alcalinotérreos, principalmente calcio y magnesio. Un efecto de la dureza del agua se observa en las incrustaciones de sales de carbonato que se producen dentro de los depósitos que contienen agua caliente.

El vinagre se obtiene mediante fermentación acética de vinos de baja graduación alcohólica, causada por bacterias aerobias de la familia Acetobacteraceae. El vino fermentado toma un gusto agrio cuando el etanol se convierte en ácido etanoico, también llamado ácido acético.

La tabla periódica es una ordenación de los elementos químicos de número atómico creciente, de manera que se consiguen agrupaciones de elementos con propiedades atómicas, físicas y químicas parecidas, y variaciones continuas de estas propiedades.

La policía ha encontrado una esterilla de acampada que podría resolver una investigación. Por eso hay que identificar su tipo de polímero entre el polietileno y el poliéster. Disponemos de un espectrofotómetro de infrarrojo para averiguar su identificación. Las estructuras de los dos polímeros son:

El butano y el propano son dos combustibles gaseosos utilizados en la industria y el hogar. Las reacciones no ajustadas de combustión de estos gases son las siguientes: $$\ce{C4H10(g) + O2(g) -> CO2(g) + H2O(l)}$$ $$\ce{C3H8(g) + O2(g) -> CO2(g) + H2O(l)}$$

Actualmente se estudia la utilización del $\ce{SO3}$ para almacenar energía solar. Cuando la energía solar incide sobre el $\ce{SO3}$ situado dentro de un recipiente cerrado a alta temperatura, se disocia y produce $\ce{SO2(g)}$ y $\ce{O2(g)}$ de acuerdo con la reacción ajustada siguiente: $$\ce{SO3(g) <=> SO2(g) + 1/2 O2(g)} \quad \Delta H^\circ > 0$$

Tenemos en el laboratorio dos soluciones de $1\,\text{L}$ cada una. La primera es ácido clorhídrico con una concentración $0{,}2\,\text{mM}$ y la segunda es ácido acético de concentración desconocida. El pH medido de ambas soluciones es el mismo.

Una central térmica ha quemado el equivalente a $400\,\text{g}$ de azufre y ha provocado un episodio de lluvia ácida. Se calcula que el $25\,\%$ del ácido sulfúrico producido ha caído dentro de un depósito cercano que contiene $2000\,\text{L}$ de agua. Las reacciones no igualadas que han ocurrido son: $$\ce{S + O2 -> SO2}$$ $$\ce{SO2 + O2 -> SO3}$$ $$\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}$$

La ecuación ajustada de formación del monóxido de nitrógeno a partir de sus elementos es la siguiente: $$\ce{N2(g) + O2(g) <=> 2NO(g)}$$ La constante de equilibrio $K$ de la reacción ajustada para formar $2\,\text{moles}$ de $\ce{NO}$ a una temperatura de $2000\,\text{K}$ es $4{,}0 \cdot 10^4$.

Los hidruros de boro se han utilizado como combustibles de cohetes en la industria aeroespacial. Uno de estos hidruros, el $\ce{B5H9}$, se inflama espontáneamente en el aire y da óxido de boro(III) y agua, de acuerdo con la reacción no ajustada siguiente: $$\ce{B5H9(l) + O2(g) -> B2O3(s) + H2O(l)}$$

En muchas series policiales hemos visto que los detectives utilizan un líquido que produce luminiscencia cuando se aplica sobre los lugares donde hay restos de sangre. Este líquido es una solución de luminol con peróxido de hidrógeno en medio básico. La reacción luminiscente se produce cuando el luminol es oxidado por el oxígeno que se forma al descomponerse el agua oxigenada: $$\ce{2H2O2(aq) -> O2(g) + 2H2O(aq)} \quad \text{Catalizador, } \ce{Fe^{2+}} \quad \Delta H^\circ < 0$$ Un requisito imprescindible es la presencia de un catalizador para la reacción anterior. En la detección de sangre, el catalizador es el hierro de la hemoglobina presente en los glóbulos rojos.

El metanotiol ($\ce{CH3SH}$) es un gas incoloro con un olor similar a la col fermentada y es una de las principales sustancias responsables del mal aliento. Se produce de una manera natural con la descomposición bacteriana de las proteínas y, por tanto, se estudia como indicador de la degradación de alimentos. Se sintetiza por reacción entre el metanol y el sulfuro de hidrógeno a $400^{\circ}\text{C}$, utilizando la alúmina y el wolframato de potasio como catalizadores: $$\ce{CH3OH(g) + H2S(g) -> CH3SH(g) + H2O(g)} \quad \text{Catalizadores, } \ce{Al2O3/K2WO4}$$

En el año 2019 el Premio Nobel de Química recompensó el desarrollo de las baterías de ion litio. Estas baterías se utilizan actualmente en dispositivos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y vehículos eléctricos. Hay diversos modelos de baterías de ion litio; en uno de los modelos, el electrodo de litio es oxidado y el electrodo de azufre (S) es reducido a sulfuro ($\ce{S^{2-}}$) mediante un proceso complejo. La fuerza electromotriz estándar medida de una de estas baterías es $2{,}23\,\text{V}$.

Disponemos de una solución de sulfato de cobre(II) $1\,\text{M}$, una solución de sulfato de zinc $1\,\text{M}$, y una solución de $\ce{KNO3}$ $1\,\text{M}$, así como de láminas metálicas de $\ce{Zn}$ y $\ce{Cu}$.