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la cuevadel empollón
QuímicaBalearesPAU 2024Extraordinaria

Química · Baleares 2024

10 ejercicios

Instrucciones

Datos
  • R=0,082 atm L mol−1 K−1=8,3 J mol−1 K−1R = 0{,}082\,\text{atm L mol}^{-1}\,\text{K}^{-1} = 8{,}3\,\text{J mol}^{-1}\,\text{K}^{-1}
El examen incluye tabla periódica como anexo. Contesta hasta un máximo de 5 preguntas de entre todas las propuestas en las opciones A y B del examen. Utiliza la tabla periódica adjunta. Puedes usar la calculadora. La puntuación máxima de la pregunta está indicada al inicio de cada una. La nota del examen corresponde a la suma de las puntuaciones de las preguntas.

Ejercicio 1 · Opción A

1Opción A
2 puntos
Al nivel cuántico, los orbitales de los átomos se caracterizan por tres números cuánticos: nn, ll y mlm_l. Estos números determinan el nivel energético, el tamaño, la forma y la orientación del orbital en el espacio.
Representación esquemática de un átomo con núcleo y electrones en órbitas.
a
El premio Nobel de Química del año 2023 fue concedido a los investigadores Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus y Alexei I. Ekimov (figura 1) por el descubrimiento y la síntesis de puntos cuánticos, los cuales pueden ser utilizados no solo para fabricar pantallas de televisión LED sino también, en el campo de la medicina, para la detección precoz de diferentes tipos de tumores. Considera las siguientes combinaciones de números cuánticos (n,l,ml)(n, l, m_l): (3,3,−3)(3, 3, -3) (4,3,0)(4, 3, 0) (2,0,Π−1)(2, 0, \Pi^{-1}) i) Indica de forma razonada cuál es la única combinación posible. ii) Para la única combinación posible, indica a qué orbital corresponde.
Retratos de Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus y Alexei I. Ekimov, Premios Nobel de Química 2023.
b
Nombra los compuestos siguientes: i) HX2COX3\ce{H2CO3} ii) CHX3−CHX2−O−CHX2−CHX3\ce{CH3-CH2-O-CH2-CH3}
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Ejercicio 1 · Opción B

1Opción B
2 puntos
Uno de los proyectos relacionados con las energías renovables más importantes en las Islas Baleares es la puesta en funcionamiento de una planta de fabricación de dihidrógeno verde en Lloseta. El dihidrógeno verde se produce utilizando energía renovable, como por ejemplo la producida por las placas solares fotovoltaicas, para conseguir la electrólisis del agua según el proceso siguiente:HX2O(l)→HX2(g)+12 OX2(g)\ce{H2O(l) -> H2(g) + 1/2 O2(g)}
a
Indica de forma razonada por qué la electrólisis del agua es un proceso redox.
b
Escribe las semirreacciones que tienen lugar tanto en el ánodo como en el cátodo.
c
Si por este proceso electrolítico obtenemos, en un determinado intervalo de tiempo, 6000 L6000\,\text{L} de oxígeno a una presión de una atmósfera y a una temperatura de 30 ∘C30\,^\circ\text{C}, ¿qué volumen de dihidrógeno obtendremos en las mismas condiciones?
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Ejercicio 2 · Opción A

2Opción A
2 puntos
En las bodegas de la DO Binissalem Mallorca, cuando se elabora el vino, en concreto durante el proceso de fermentación del mosto, se oye un susurro constante que rompe el silencio, aquello que en el mundo de la enología se conoce con la expresión «el vino hierve». En este proceso, el azúcar (glucosa) presente en el mosto se convierte en etanol y, a la vez, se produce dióxido de carbono gaseoso de acuerdo con la siguiente reacción química ajustada:CX6HX12OX6(aq)→2 CHX3CHX2OH(aq)+2 COX2(g)\ce{C6H12O6(aq) -> 2CH3CH2OH(aq) + 2CO2(g)}
a
Sabemos que las entalpías estándar de combustión de la glucosa y del etanol son, respectivamente, −2816,8 kJ mol−1-2816{,}8\,\text{kJ mol}^{-1} y −1366,9 kJ mol−1-1366{,}9\,\text{kJ mol}^{-1}. Calcula el calor que se desprende, a presión constante, cuando se forma un mol de etanol por fermentación de la glucosa.
b
Escribe la reacción química correspondiente a la entalpía estándar de formación de etanol gaseoso, y calcula su valor a partir de los siguientes datos de energía de enlace:
Tipo de enlaceC-CC-OC-HH-HO-HO=O
Energía de enlace (kJ mol-1)347360414436464498
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Ejercicio 2 · Opción B

2Opción B
2 puntos
El sulfuro de carbonilo (COS) es una molécula capaz de catalizar la formación de péptidos a partir de aminoácidos; por este motivo se piensa que tuvo un papel fundamental en el origen de la vida en la Tierra. Una de las posibles vías de obtención del COS es mediante la reacción de dióxido de carbono (COX2\ce{CO2}) y sulfuro de hidrógeno (HX2S\ce{H2S}), en la que se da el equilibrio químico siguiente:COX2(g)+HX2S(g)⇌COS(g)+HX2O(g)\ce{CO2(g) + H2S(g) <=> COS(g) + H2O(g)}En un recipiente inicialmente vacío de 3 L3\,\text{L} de capacidad se introducen 15,4 g15{,}4\,\text{g} de COX2\ce{CO2} y una cantidad desconocida de HX2S\ce{H2S}. Seguidamente, la mezcla se calienta hasta 425 ∘C425\,^\circ\text{C}. Una vez alcanzado el equilibrio a esta temperatura, la presión total del sistema es de 11,5 atm11{,}5\,\text{atm} y se obtienen 12 g12\,\text{g} de COS.
a
Calcula los moles de HX2S\ce{H2S} que se introdujeron inicialmente en el recipiente.
b
Calcula el valor de la constante de equilibrio en concentraciones (KcK_c) a 425 ∘C425\,^\circ\text{C}.
c
Calcula el valor de la constante de equilibrio en presiones (KpK_p) a 425 ∘C425\,^\circ\text{C}.
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Ejercicio 3 · Opción A

3Opción A
2 puntos
El oxígeno (OX2\ce{O2}) se obtuvo por primera vez el año 1772 cuando el químico inglés Joseph Priestley calentó óxido de mercurio (II) sólido. Actualmente, sabemos que cuando este compuesto se calienta se descompone de forma reversible en vapor de mercurio y oxígeno gaseoso, según el siguiente equilibrio químico heterogéneo:2 HgO(s)⇌2 Hg(g)+OX2(g)con ΔH∘(a 400 ∘C)>0\ce{2HgO(s) <=> 2Hg(g) + O2(g)} \quad \text{con } \Delta H^\circ (\text{a } 400\,^\circ\text{C}) > 0
Datos
  • Kc(a 400 ∘C)=1,19⋅10−7K_c (\text{a } 400\,^\circ\text{C}) = 1{,}19 \cdot 10^{-7}
a
Introducimos 0,10 mol0{,}10\,\text{mol} de óxido de mercurio (II) en un recipiente inicialmente vacío de una capacidad de 10 L10\,\text{L}. Posteriormente, lo cerramos y lo calentamos hasta llegar a 400 ∘C400\,^\circ\text{C}. Determina la masa de oxígeno que se obtiene cuando se alcanza el equilibrio.
b
Si el experimento del apartado anterior se realiza calentando el recipiente solo hasta 300 ∘C300\,^\circ\text{C}, sin modificar la cantidad de óxido de mercurio (II) que introducimos ni el volumen del recipiente; ¿obtendremos más o menos masa de oxígeno? ¿Habrá cambiado el valor de la constante de equilibrio en concentraciones, KcK_c? Justifica las respuestas.
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Ejercicio 3 · Opción B

3Opción B
2 puntos
El óxido de azufre (VI) (SOX3\ce{SO3}), a 25 ∘C25\,^\circ\text{C} y 1 atm1\,\text{atm}, es un gas que actúa como contaminante importante y es el agente principal de la lluvia ácida. La fuente antropogénica más importante del SOX3\ce{SO3} tiene el origen en la quema de combustibles fósiles. Este compuesto se produce a partir de la oxidación del óxido de azufre (IV) (SOX2\ce{SO2}) con oxígeno de acuerdo con la siguiente reacción química ajustada:2 SOX2(g)+OX2(g)→2 SOX3(g)\ce{2SO2(g) + O2(g) -> 2SO3(g)}Esta reacción es de tercer orden respecto al SOX2\ce{SO2} y de primer orden respecto al oxígeno. A partir de esta información, contesta de forma razonada a las cuestiones siguientes:
a
Escribe la expresión de la ecuación de velocidad de reacción e indica el orden global de la reacción.
b
¿Cómo puedes conseguir un mayor aumento de la velocidad de la reacción, duplicando la concentración de SOX2\ce{SO2} o duplicando la concentración de oxígeno?
c
¿Podemos asegurar que la velocidad de reacción permanecerá constante durante el transcurso de la reacción?
d
Se determinó la energía de activación (EaE_a) de la reacción utilizando diferentes catalizadores y se obtuvieron los valores siguientes: Catalizador A: Ea=35 kJ mol−1E_a = 35\,\text{kJ mol}^{-1} Catalizador B: Ea=52 kJ mol−1E_a = 52\,\text{kJ mol}^{-1} Catalizador C: Ea=27 kJ mol−1E_a = 27\,\text{kJ mol}^{-1} ¿Cuál de los anteriores catalizadores utilizarías para conseguir que la reacción sea más rápida?
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Ejercicio 4 · Opción A

4Opción A
2 puntos
Justifica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
Datos
  • Ka(NHX4X+)=5,6⋅10−10K_a(\ce{NH4+}) = 5{,}6 \cdot 10^{-10}
a
El pH de una disolución de un ácido fuerte siempre es mayor que el pH de una disolución de un ácido débil.
b
Cuando se disuelve en agua la sal NHX4Br\ce{NH4Br}, se obtiene una disolución con un valor de pH<7\text{pH} < 7.
c
Un ácido débil nunca puede tener un grado de disociación igual a 1.
d
El valor de la constante de basicidad (KbK_b) del NHX3\ce{NH3} coincide con el valor de la constante de acidez (KaK_a) de su ácido conjugado NHX4X+\ce{NH4+}.
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Ejercicio 4 · Opción B

4Opción B
2 puntos
El ácido cloroacético es un ácido monoprótico de fórmula ClCHX2COOH\ce{ClCH2COOH}. Se trata de un ácido irritante de la piel que se emplea en dermatología para hacer exfoliaciones químicas; con este procedimiento se eliminan las células muertas de la capa más superficial de la piel.
Datos
  • Ka(aˊcido cloroaceˊtico)=1,35⋅10−3K_a(\text{ácido cloroacético}) = 1{,}35 \cdot 10^{-3}
a
Según la normativa europea, el pH de este tipo de tratamiento cutáneo no puede ser inferior a 1,51{,}5. Calcula cuál es la concentración (en mol/L) de ácido cloroacético que puede contener como máximo una disolución acuosa de 100,0 mL100{,}0\,\text{mL} de este ácido para cumplir la normativa europea.
b
El compuesto ClCHX2COOH\ce{ClCH2COOH} se valora con hidróxido de sodio (NaOH\ce{NaOH}). Escribe la reacción de valoración del ácido cloroacético con NaOH\ce{NaOH} y explica, de manera breve y clara, el procedimiento necesario para poder llevar a cabo la valoración de este ácido en el laboratorio.
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Ejercicio 5 · Opción A

5Opción A
2 puntos
Considera las moléculas siguientes: SClX2\ce{SCl2} y BeClX2\ce{BeCl2}
a
Representa las estructuras de Lewis para ambas moléculas.
b
Justifica la geometría y la polaridad de la molécula SClX2\ce{SCl2} según la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (TRPECV).
c
¿Cuál es la hibridación del átomo central de la molécula de BeClX2\ce{BeCl2}? Justifica la respuesta.
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Ejercicio 5 · Opción B

5Opción B
2 puntos
a
Nombra el compuesto siguiente: CHX3CHX2CHX2OH\ce{CH3CH2CH2OH}
b
Explica de manera razonada el tipo de isomería que presentan los compuestos siguientes: i) CHX3CHX2CHX2OH\ce{CH3CH2CH2OH} y CHX3CHOHCHX3\ce{CH3CHOHCH3} ii) CHX3CHX2CHX2OH\ce{CH3CH2CH2OH} y CHX3CHX2OCHX3\ce{CH3CH2OCH3}
c
En la ficha de seguridad del compuesto del apartado (a) aparece el pictograma siguiente. Explica su significado.
Pictograma de seguridad GHS02 que indica sustancia inflamable.
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