Química · Cataluña 2011

Los óxidos de nitrógeno forman parte de la polución de las grandes ciudades debido a la combustión en los motores de explosión. El $\ce{N2O4(g)}$ es incoloro y el $\ce{NO2(g)}$ es marrón y más tóxico. En una experiencia de laboratorio se introducen $184{,}0\,\text{g}$ de $\ce{N2O4(g)}$ en un recipiente de $4{,}00\,\text{L}$, y se calientan hasta $300\,\text{K}$ para provocar la disociación del $\ce{N2O4(g)}$ en $\ce{NO2(g)}$. Pasado un cierto tiempo, cuando la mezcla ha alcanzado el equilibrio, se analiza el contenido del recipiente y se encuentra que la cantidad de $\ce{NO2(g)}$ es $36{,}8\,\text{g}$.

Uno de los problemas que tuvieron los químicos del siglo pasado fue la manera de conseguir algún compuesto de nitrógeno a partir del nitrógeno atmosférico, ya que el nitrógeno es un elemento imprescindible en la fabricación de abonos y explosivos. Encontró la respuesta el químico alemán Fritz Haber, quien diseñó un proceso para obtener amoníaco a partir del nitrógeno del aire, en el que ocurre la reacción siguiente: $$\ce{N2(g) + 3H2(g) <=> 2NH3(g)} \quad K_c (\text{a } 375^\circ\text{C}) = 1{,}2$$ En un matraz de $3{,}0\,\text{L}$, a $375^\circ\text{C}$, introducimos $9{,}0\,\text{mol}$ de nitrógeno, $6{,}0\,\text{mol}$ de hidrógeno y $12{,}0\,\text{mol}$ de amoníaco.

La acidez del vinagre proviene del contenido que tiene en ácido etanoico, habitualmente llamado ácido acético, cuya concentración se puede determinar mediante una valoración con hidróxido de sodio.

El tetróxido de dinitrógeno se descompone en dióxido de nitrógeno según la reacción siguiente: $$\ce{N2O4(g) -> 2NO2(g)}$$ A partir de la figura, conteste razonadamente las cuestiones siguientes.

La pila de combustible de electrolito polimérico que se muestra en la figura es una pila de combustible típica. El funcionamiento consiste en introducir en la celda hidrógeno y oxígeno gaseosos de manera continuada, a la vez que se elimina el producto de la reacción (agua). Así, se puede generar energía eléctrica mientras se mantiene el suministro de reactivos. Esta pila está formada por dos electrodos recubiertos de platino, que actúa como catalizador, separados por una membrana polimérica que contiene un electrolito y que permite el paso de $\ce{H+}$.

Conocemos los potenciales estándar de reducción, a $298\,\text{K}$, del cobre y del zinc: $$E^\circ(\ce{Cu^{2+} | Cu}) = +0{,}34\,\text{V} \quad E^\circ(\ce{Zn^{2+} | Zn}) = -0{,}76\,\text{V}$$

Uno de los gases más presentes en nuestra vida es el metano, componente principal del gas natural, que es un buen combustible. A partir de las datos de la tabla siguiente, responda a las cuestiones.

El alcohol metílico o metanol, $\ce{CH3OH}$, se utiliza como combustible en las fondues de queso, chocolate o carne. La ecuación de la reacción de combustión del metanol es la siguiente: $$\ce{CH3OH(l) + 3/2 O2(g) -> CO2(g) + 2H2O(l)}$$

Para calcular la energía reticular del cloruro de sodio ($-787\,\text{kJ mol}^{-1}$) hay que conocer los datos termodinámicos que aparecen en la tabla siguiente:

El nitrito de sodio ($\ce{NaNO2}$) y el benzoato de sodio ($\ce{C6H5COONa}$) son dos sales que se utilizan como conservantes en la industria alimentaria.

La reacción en fase gaseosa $\ce{2NO(g) + O2(g) -> 2NO2(g)}$ es uno de los pasos intermedios en la síntesis de abonos nitrogenados. Se trata de una reacción de orden 2 respecto al monóxido de nitrógeno, y de orden 1 respecto al oxígeno.

En el análisis químico, las soluciones acuosas de nitrato de plata, $\ce{AgNO3}$, se suelen utilizar para detectar la presencia de iones cloruro en soluciones problema, debido a la precipitación del cloruro de plata de color blanco.

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

El proceso de pirólisis del etanal, a $518^\circ\text{C}$, produce la descomposición de este aldehído en metano y monóxido de carbono, según la ecuación siguiente: $$\ce{CH3CHO(g) -> CH4(g) + CO(g)} \quad \Delta H > 0$$ Se ha estudiado la cinética de esta reacción, a $518^\circ\text{C}$, siguiendo la variación de la presión total del reactor con el tiempo. A partir de los datos experimentales obtenidos, y haciendo el tratamiento matemático adecuado, se encuentra la relación siguiente entre la velocidad de la reacción ($v$) y la concentración de reactivo: $$\log v = 5{,}17 + 2 \log [\ce{CH3CHO(g)}]$$ en la que la velocidad se expresa en $\text{mol L}^{-1} \text{s}^{-1}$ y la concentración de etanal, en $\text{mol L}^{-1}$.