QuímicaCataluñaPAU 2012Extraordinaria

Química · Cataluña 2012

7 ejercicios

2 puntos

Con la ayuda de las figuras, que representan experiencias llevadas a cabo en el laboratorio, conteste las cuestiones siguientes y justifique las respuestas. Experiencias realizadas en el laboratorio, a

25^{\circ}\text{C}

Esquemas de las experiencias A (hierro en sulfato de zinc) y B (pila Daniell con puente salino)

Par redox	$Z n X^{2 +} / Z n$	$F e X^{2 +} / F e$	$C u X^{2 +} / C u$
$E^{0}$ (V), a $25^{\circ}$	$- 0,76$	$- 0,44$	$0,34$

a)1 pts

En la experiencia de la figura A, introducimos una pieza de hierro en una solución acuosa de

\ce{ZnSO4}

. ¿La pieza de hierro quedará recubierta de una capa de zinc sólido?

b)1 pts

En la experiencia de la figura B, se conectan las soluciones acuosas de

\ce{CuSO4}

\ce{ZnSO4}

con un puente salino de

\ce{NaNO3}

. ¿Qué marcará el potenciómetro? ¿Hacia dónde se moverán los iones

\ce{Na+}

\ce{NO3-}

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2 puntos

El hidrógeno es un gas ligero que se usa como combustible para naves espaciales y también, experimentalmente, para autobuses de transporte urbano. Reacciona fácilmente con el oxígeno y produce agua, según la reacción siguiente:

\ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(l)}

Introducimos en un reactor

100\,\text{L}

de hidrógeno y

60\,\text{L}

de oxígeno, ambos gases medidos a

298\,\text{K}

y a

1{,}0\,\text{bar}

, y a partir de una chispa eléctrica comienza el proceso de combustión para obtener agua líquida.

a)1 pts

Calcule el calor liberado si la reacción se produce a presión constante y a

298\,\text{K}

b)1 pts

¿Se liberaría más cantidad de calor si la reacción se produjera a volumen constante y a

298\,\text{K}

? Justifique la respuesta.

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2 puntos

La lactosa, uno de los principales componentes de la leche, se degrada en contacto con el aire y forma el ácido láctico,

\ce{CH3CHOHCOOH}

. La concentración de este ácido es un parámetro empleado para evaluar la frescura y la calidad de la leche. La acidez media de la leche fresca está normalmente alrededor de

1{,}7\,\text{g}

de ácido láctico por litro de leche; si la concentración de ácido láctico es superior a

5{,}0\,\text{g}

por litro, se considera que la leche está cuajada. Para determinar la acidez de una muestra de leche, se valora el ácido láctico de la muestra con una solución acuosa de hidróxido de sodio.

a)1 pts

Escriba la reacción de valoración. Explique razonadamente si sería correcto emplear el indicador verde de bromocresol para detectar el punto final de esta valoración.

b)1 pts

Valoramos

20{,}0\,\text{mL}

de leche con una solución acuosa de hidróxido de sodio

0{,}100\,\text{M}

y necesitamos

8{,}5\,\text{mL}

de base para llegar al punto final. Explique razonadamente si la leche está cuajada.

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2 puntos

Elija UNA cuestión entre la 4 y la 5.

Un cálculo renal, llamado popularmente piedra en el riñón, es un fragmento de material sólido que se forma dentro del riñón a partir de sustancias que se encuentran en la orina. El cálculo renal más común contiene oxalato de calcio,

\ce{Ca(C2O4)}

, una sal que proviene del ácido débil

\ce{COOH-COOH}

llamado ácido oxálico.

a)1 pts

¿Cuál es la solubilidad del oxalato de calcio en agua y a

25^{\circ}\text{C}

, expresada en

\text{mol L}^{-1}

, si su producto de solubilidad a la misma temperatura es

2{,}0 \cdot 10^{-9}

b)1 pts

Disponemos de un poco de oxalato de calcio sólido en contacto con una solución acuosa saturada de esta sal. Explique dos maneras de solubilizar el oxalato de calcio, sin modificar la temperatura.

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2 puntos

Elija UNA cuestión entre la 4 y la 5.

El bromuro de metilo se obtiene del metanol mediante una reacción de sustitución catalizada en un medio ácido:

\ce{CH3OH + Br- ->[H+] CH3Br + OH-}

El perfil de la cinética de esta reacción es el siguiente:

Diagrama de energía frente a coordenada de reacción con dos picos y las etiquetas A, B y C

a)1 pts

Indique qué magnitudes representan las letras A, B y C. ¿Cuál de las dos etapas del mecanismo de la reacción es la más lenta? ¿La reacción de obtención del bromuro de metilo a partir de metanol en un medio ácido es exotérmica o endotérmica? Justifique las respuestas.

b)1 pts

Explique qué se entiende por intermedio de reacción y por estado de transición (o complejo activado). ¿Cuántos intermedios de reacción y cuántos estados de transición hay en el mecanismo de la reacción de obtención del bromuro de metilo a partir de metanol?

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2 puntos

Elija UNA cuestión entre la 6 y la 7.

El amoníaco y las soluciones acuosas de este gas desprenden un olor irritante y muy característico que se nota, por ejemplo, en los productos empleados para limpiar cristales. La industria fabrica cada día miles de toneladas de amoníaco mediante la reacción siguiente entre el nitrógeno y el hidrógeno:

\ce{N2(g) + 3H2(g) <=> 2NH3(g)}

Hemos realizado en el laboratorio un experimento en el cual tenemos inicialmente,

t_0

, los tres compuestos en equilibrio en el reactor. A tiempo

t_1

hemos introducido nitrógeno al reactor y, mediante un conjunto de sensores que están conectados, hemos obtenido el gráfico siguiente, trabajando siempre a una temperatura determinada:

Gráfico de concentración (M) frente a tiempo (min) mostrando el efecto de añadir nitrógeno en t1

a)1 pts

Calcule la constante de equilibrio en concentraciones (

K_c

) de la reacción de obtención de amoníaco, a la temperatura a la que se ha efectuado el estudio.

b)1 pts

Explique razonadamente la modificación de la concentración de cada uno de los tres compuestos después de la introducción de nitrógeno al reactor.

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2 puntos

Elija UNA cuestión entre la 6 y la 7.

Tenemos dos botellas, A y B, que contienen un líquido puro y transparente que puede corresponder a las sustancias orgánicas siguientes: 3-pentanona

(\ce{C5H10O})

, 3-pentanol

(\ce{C5H12O})

o pentano

(\ce{C5H12})

. Al no saber qué sustancia hay en cada una de las botellas, hemos sometido las muestras a una espectroscopia infrarroja. Los espectros obtenidos para cada botella son los siguientes:

Enlace	Número de onda (cm $^{- 1}$ )
C-O	1000-1300
C=O	1650-1760
C-H	2850-3000
O-H	3230-3550

a)1 pts

Identifique qué sustancia orgánica contiene cada botella. Explique razonadamente la respuesta.

Espectro IR de la botella B — Espectro IR de la botella A

b)1 pts

Calcule la temperatura de ebullición del pentano si, en condiciones estándar y a

298\,\text{K}

, tiene una entalpía de vaporización de

26{,}7\,\text{kJ mol}^{-1}

y tiene una entropía de vaporización de

84{,}4\,\text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}

. Suponga que las variaciones de entalpía

(\Delta H^0)

y entropía

(\Delta S^0)

no se modifican con la temperatura.

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Ejercicio 1

Ejercicio 2

Ejercicio 3

Ejercicio 4

Ejercicio 5

Ejercicio 6

Ejercicio 7