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UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID PRUEBA DE ACCESO A LAS ENSEÑANZAS UNIVERSITARIAS OFICIALES DE GRADO

Curso 2012-2013 JUNIO MATERIA: QUÍMICA

INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN La prueba consta de dos opciones, A y B, y el alumno deberá optar por una de las opciones y resolver las tres cuestiones y los dos problemas planteados en ella, sin que pueda elegir cuestiones o problemas de diferentes opciones. Cada cuestión o problema puntuará sobre un máximo de dos puntos. No se contestará ninguna pregunta en este impreso. TIEMPO: una hora y treinta minutos.

OPCIÓN A Pregunta 1A.- Considere los elementos de números atómicos 9 y 11:

a) Identifíquelos con nombre y símbolo, y escriba sus configuraciones electrónicas. b) Justifique cuál tiene mayor el segundo potencial de ionización. c) Justifique cuál es más electronegativo. d) Justifique qué tipo de enlace presentaría el compuesto formado por estos dos elementos.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución. a. Z = 9 ≡ Flúor. 522 p2s2;s1F =

Z = 11 ≡ Sodio. 1622 s3;p2s2;s1Na = b. 2º Potencial de ionización del sodio > 2º Potencial de ionización del F:

i. El Na+ tiene configuración de gas noble, configuración que no pose el F+. ii. Para ionizar el F+ o el Na+, se debe arrancar un electrón del mismo nivel (2º), y el núcleo del Na, formado

por 11 protones, genera un campo eléctrico mayor que el formado por los 9 protones del F, por lo tanto los electrones del Na+, son atraídos con mayor fuerza que los del F+.

c. El más electronegativo es el F, por tener mayor potencial de ionización y mayor afinidad electrónica que el sodio. Los no-metales, tienen mayor electronegatividad que los metales. d. Iónico. Metal(Na) / No-Metal(F) Pregunta 2A.- Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) Una mezcla formada por volúmenes iguales de disoluciones de igual concentración de un ácido y una base débiles siempre tiene pH neutro.

b) Una mezcla formada por disoluciones diluidas de ácido clorhídrico y cloruro de calcio tiene pH ácido. c) El ión hidróxido (OH−) se comporta como un electrolito anfótero. d) La constante de solubilidad de una sal poco soluble aumenta por efecto ión común.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución. a. Falso. Dependerá de las constantes de ionización del ácido y de la base, si los dos tienen igual constante de ionización, el pH será prácticamente neutro, si Ka > Kb será ácido y si Ka < Kb será básico, en definitiva, dependerá de la fortaleza del ácido y de la base, ya que dentro de la debilidad de estos, existen diferentes grados de fortaleza. b. Verdadero. Una mezcla de un ácido fuerte y una sal neutra produce un pH ácido.

( ) ( )( )ácido7pH

aqClaqCaCaClOHClOHHCl

2OH2

322

<⇒

+ →+→+

−+

+−

c. Falso. Una sustancia anfótera debe tener posibilidad de actuar como ácido o como base, en el caso del ión OH‒, solo tiene carácter básico (OH‒ + H+ → H2O) d. Falso. El efecto ión común, influye en la solubilidad de la sal, pero no influye en la constante, la cual solo es función de la temperatura.

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Pregunta 3A.- Cuando se introduce una barra de Zn en una disolución acuosa de HCl se observa la disolución de la barra y el desprendimiento de burbujas de gas. En cambio, cuando se introduce una barra de plata en una disolución de HCl no se observa ninguna reacción. A partir de estas observaciones:

a) Razone qué gas se está desprendiendo en el primer experimento. b) Justifique qué signo tendrán los potenciales Eº (Zn2+/Zn) y Eº (Ag+/Ag). c) Justifique si se produce reacción cuando se introduce una barra de Zn en una disolución acuosa de AgCl.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartados a) y c); 1 punto apartado b). Solución. a. Algunos metales se disuelven en disoluciones ácidas desprendiendo hidrógeno y formando la sal del metal.

22 HZnClHCl2Zn +→+

22

2

2

HZnH2Zn global iónicaReacción

He22H reducción deón Semireaccie2Zn Znoxidación deón Semireacci

+→+

→++→

++

−+

−+

En el proceso se desprende hidrógeno b. Si una reacción redox es espontánea, su potencial es positivo, en caso contrario será negativo. El potencial de un proceso redox es el la resta del potencial de reducción del cátodo (semireacción de reducción) menos el potencial de reducción del ánodo (semireacción de oxidación) y, teniendo en cuenta que el potencial de reducción del electrodo normal de hidrógeno es cero, por tratarse del electrodo de referencia ( ) 0HHºE 2 =+ :

• 22 HZnClHCl2Zn +→+ Espontánea Eº > 0

( ) ( ) 0ZnZnºEHHºEºE 22 >−= ++

( ) 0ZnZnºE0 2 >− + ⇒ ( ) 0ZnZnºE 2 <+

• 2HAgCl2HCl2Ag2 +→+ No espontánea Eº < 0

( ) ( ) 0AgAgºEHHºEºE 2 <−= ++

( ) 0AgAgºE0 <− + ⇒ ( ) 0AgAgºE >+ c. 2ZnClAg2ZnAgCl2 +→+

( )Ag2ZnAg2Zn global iónicaReacción

2AgeAg reducción deón Semireaccie2Zn Znoxidación deón Semireacci

2

2

+→+

×→++→

++

−+

−+

( ) ( ) ( )( ) 0

0ZnZnºE0AgAgºEZnZnºEAgAgºEºE 2

2 >

<>=−= +

+++ ⇒ ESPONTÁNEO

Pregunta 4A.- El propano es uno de los combustibles fósiles más utilizados.

a) Formule y ajuste su reacción de combustión. b) Calcule la entalpía estándar de combustión e indique si el proceso es exotérmico o endotérmico. c) Calcule los litros de dióxido de carbono que se obtienen, medidos a 25 ºC y 760 mm de Hg, si la energía

intercambiada ha sido de 5990 kJ. Datos. R = 0,082 atm·L·mol–1·K–1. Energías medias de enlace (kJ·mol–1): (C–C) = 347; (C–H) = 415; (O–H) = 460; (O=O) = 494 y (C=O) = 730. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartado a); 0,75 puntos apartados b) y c) Solución. a. OH4CO3O5HC 22283 +→+ b. Para calcular la entalpia de reacción por entalpia de enlace, es conveniente escribir las estructuras de los compuestos que interviene de forma desarrollada ya que:

( ) ( )∑∑ ∆−∆=∆ FormadosHRotosHH oE

oE

oR

3

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]HOH24OCH23OOH5HCH8CCH2H o

EoE

oE

oE

oE

oR −∆⋅+=∆⋅−=∆+−∆+−∆=∆

[ ] 1oR molkJ 157646087306494541583472H −⋅−=⋅+⋅−⋅+⋅+⋅=∆

Reacción exotérmica

c. Un mol en condiciones estándar ocupa L 44,24atm 1

K 298KmolLatm 082,0mol 1

V =⋅

⋅⋅⋅

=

Por factores de conversión:

( ) 22

2

83

2832 CO L 6,278

CO mol 1CO L 44,22

HC mol 1CO mol 3

kJ 1576HC mol 1

kJ 5990COV =⋅⋅⋅=

Pregunta 5A.- El valor de la constante de equilibrio Kc para la reacción H2 (g) + F2 (g) � 2HF (g), es 6,6×10–4 a 25 ºC. Si en un recipiente de 10 L se introduce 1 mol de H2 y 1 mol de F2, y se mantiene a 25 ºC hasta alcanzar el equilibrio, calcule:

a) Los moles de H2 que quedan sin reaccionar una vez que se ha alcanzado el equilibrio. b) La presión parcial de cada uno de los compuestos en el equilibrio. c) El valor de Kp a 25 ºC.

Dato. R = 0,082 atm·L·mol−1·K−1.

Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). Solución. a. Si se denomina por x al número de moles que reaccionan de hidrógeno y fluor, el cuadro de reacción en función de x queda de la siguiente forma:

( ) ( ) ( )( )( ) x2x1x1mol .Eq .C

11mol .I .CgHF2gFgH 22

−−−

⇔+

El número de moles de cada componente en el equilibrio se obtiene calculando x a partir del valor de la constante de equilibrio.

[ ][ ] [ ]

( )

( ) ( )( )( )

( ) ( )( )

( ) ( )( )

( )222

22

2

22

2

22

2

cx1

x2x1x1

x2FnHn

HFn

VFn

VHn

VHFn

FHHFK

−=

−⋅−=

⋅=

⋅

=⋅

=

2

c x1x2K

−= cK

x1x2 =

− mol1027,1

106,62

106,6K2

Kx 2

4

4

c

c −−

−×=

×+

×=

+=

( ) mol 987,01027,11x1Hn 2

Eq2 =×−=−= −

b. La presión parcial de un componente de una mezcla gaseosa es VRTnP i

i⋅=

( )atm 4,2

10298082,0987,0

VRTHn

PP 2FH 22 =⋅⋅=

⋅==

( ) atm 062,010

298082,01027,12V

RTHFnP2

HF =⋅⋅×⋅=⋅=−

c. ( ) ( ) ( ) c

0c

gncp KRTKRTKK =⋅=⋅= ∆

4

OPCIÓN B Pregunta 1B.- Dadas las moléculas HCl, KF, CF4 y CH2Cl2:

a) Razone el tipo de enlace presente en cada una de ellas. b) Escriba la estructura de Lewis y justifique la geometría de las moléculas que tienen enlaces covalentes. c) Justifique cuáles de ellas son solubles en agua.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartado a) y 0,75 puntos apartados b) y c). Solución. a. HCl: Enlace covalente polar (No-metal/No-metal con diferente electronegatividad) KF: Enlace iónico (Metal/No-metal) CF4: Enlace covalente polar (No-metal/No-metal con diferente electronegatividad). Molécula Apolar CH2Cl2: Enlace covalente polar (No-metal/No-metal con diferente electronegatividad) b. Las moléculas covalentes son HCl, CF4 y CH2Cl2

• CF4: El carbono se encuentra rodeado por cuatro nubes electrónicas y se une con cuatro núcleos, la geometría es

tetraédrica, ocupando el carbono el centro del tetraedro y siendo los ángulos de enlace de 109º • CH2Cl2: El carbono se encuentra rodeado por cuatro nubes electrónicas, pero a diferencia de la anterior, se une a

cuatro núcleos iguales dos a dos, la geometría también es tetraédrica, pero los ángulos están distorsionados en torno al valor de 109º

c. Teniendo en cuenta que el agua es un disolvente polar, son solubles en agua, las sustancias iónicas (KF) y las covalentes polares (HCl y CH2Cl2). Pregunta 2B.- La siguiente reacción, no ajustada: CH3OH (l) + O2 (g) � H2O (l) + CO2 (g) es exotérmica a 25 ºC.

a) Escriba la expresión para la constante de equilibrio Kp de la reacción indicada. b) Razone cómo afecta al equilibrio un aumento de la temperatura. c) Razone cómo afecta a la cantidad de CO2 desprendido un aumento de la cantidad de CH3OH (l). d) Justifique cómo se modifica el equilibrio si se elimina CO2 del reactor.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución. NOTA: Por lo general, las reacciones de combustión son irreversibles, por lo tanto no tiene sentido hablar de equilibrio en una reacción de combustión. En cualquier caso, como se propone como equilibrio, lo trataremos como tal. a. Por ser un equilibrio heterogéneo líquido/gas, las constantes de equilibrio solo serán función de las especies que estén en el estado de agregación de mayor libertad (gas).

( ) ( ) ( ) ( )gCO2lOH4gO3lOHCH2 2223 +↔+

3O

2CO

p

2

2

P

PK =

b. Según el principio de Le Châtelier, al producir una perturbación en un sistema en equilibrio, este evoluciona en contra de la perturbación de forma que reestablezca el equilibrio. Si se aumenta la temperatura, el sistema tiende a desplazarse en el sentido endotérmico (absorbiendo calor), y de esa forma restablecer el equilibrio. Teniendo en cuenta que la reacción es exotérmica, tal y como dice el enunciado, el sentido endotérmico será hacia la izquierda, por lo tanto, al aumentar la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia los reactivos. c. Por encontrarse el metanol en estado líquido y ser un equilibrio heterogéneo líquido/gas, la concentración de etanol no influye en el equilibrio, y por tanto, no influye en la cantidad de CO2 desprendida. d. Al eliminar CO2, el sistema se desplaza hacia la derecha, generando más CO2, y oponiéndose a la perturbación.

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Pregunta 3B.- Formule las reacciones orgánicas de los siguientes apartados, indicando el tipo de reacción: a) Formación de 1−buteno a partir de 1−butanol. b) Obtención de propanoato de metilo a partir de ácido propanoico y metanol. c) Obtención de propano a partir de propino. d) Obtención de metanol a partir de clorometano.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución. a. Reacción de obtención de alquenos a partir de alcoholes.

322SOH

3222 CHCHCHCHQCHCHCHOHCH 42 −−= →+−−− Reacción de eliminación. b. Reacción de obtención de un éster a partir de ácido y un alcohol, se denominan reacciones de esterificación.

OHCHCOOCHCHOHCHCOOHCHCH 2323323 +−−−↔+−− Reacción de adición con eliminación. c. Reacción de hidrogenación de hidrocarburos insaturados

323Pt

23 CHCHCHH2CHCCH −−→+−≡ Reacción de adición electrófila d. Reacción de obtención de alcoholes primarios.

KClOHCHKOHClCH 3etanólicoMedio3 + →+

Reacción de sustitución. Pregunta 4B.- El sulfuro de cobre (II) reacciona con ácido nítrico, en un proceso en el que se obtiene azufre sólido, monóxido de nitrógeno, nitrato de cobre (II) y agua.

a) Formule y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, indicando cuáles son los reactivos oxidante y reductor.

b) Formule y ajuste la reacción molecular global. c) Calcule la molaridad de una disolución de ácido nítrico del 65% de riqueza en peso y densidad 1,4 g·cm–3. d) Calcule qué masa de sulfuro de cobre (II) se necesitará para que reaccione completamente con 90 mL de la

disolución de ácido nítrico del apartado anterior. Datos. Masas atómicas: H =1,0; N = 14,0; O = 16,0; S = 32,0 y Cu = 63,5. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución a. Reacción sin ajustar: ( ) OHNOCuNOSHNOCuS 2233 +++→+

Elementos que cambian de valencia:( ) ( )

→ →−

−

+

−−

IINVNSS

e3

0e22

Semireacciones iónicas sin ajustar:

NONO:reducción deón Semireacci SS:oxidación deón Semireacci

3

2

→→

−

−

Se ajusta en medio ácido:

OH2NOe3H4NO:reducción deón Semireacci e2SS:oxidación deón Semireacci

23

2

+→+++→

−+−

−−

Reductor ≡ CuS Oxidante ≡ HNO3 b. Para obtener la ecuación molecular ajustada, se combinan las semirreacciones iónicas eliminando entre las dos los electrones y obteniendo la reacción iónica global

( )( )

OH4NO2S3H8NO2S3

OH2NOe3H4NO2:reducción deón Semireacci e2SS3 :oxidación deón Semireacci

232

23

2

++→++

+→++×+→×

+−−

−+−

−−

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De la reacción iónica global, por tanteo, se obtiene la reacción molecular global. ( ) OH4NOCu3NO2S3HNO8CuS3 2233 +++→+

c. Por factores de conversión: Masa molecular HNO3 = 1 + 14 + 16×3 = 63 g/mol

[ ] ( )( )

( )( ) ( ) L

mol4,14HNO g 63HNO mol 1

sdg 100HNO g 65

sdL 1sd cm 1000

sd cmsd g4,1HNO

3

333

33 =⋅+

⋅+

+⋅+

+=

d. Por factores de conversión: Masa molecular CuS = 63,5 + 32 = 95,5 g/mol

( ) CuS g 4,46CuS molCuS g 5,95

HNO mol 8CuS mol 3

L 1HNO mol 4,14

mL 1000L 1mL 90CuSm

3

3 =⋅⋅⋅⋅=

Pregunta 5B.- Una disolución 10−2 M de cianuro de hidrógeno (HCN) tiene un pH de 5,6. Calcule:

a) El grado de disociación del HCN. b) La constante de disociación del ácido (Ka). c) La constante de basicidad del ión CN− (Kb). d) El pH de la disolución resultante al mezclar 100 mL de esta disolución de HCN con 100 mL de una disolución

2×10−2 M de hidróxido de sodio. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución. a. Reacción de disociación de ácido débil. Si se denomina por α al grado de disociación del ácido, y co la concentración inicial, el cuadro de reacción queda de la siguiente forma:

( )( ) αcαcExcαccLmolEquilibrio .C

ExccLmol Iniciales .COHCNOHHCN

oooo

o

32

−−−

+↔+ +−

Conocida la concentración inicial y el pH, ase calcula a partir de la definición de pH el grado de disociación.

[ ]+−= OHlogpH 3 ⇒ [ ] pH3 10OH −+ =

Teniendo en cuenta a que es igual la concentración de hidronios según el cuadro de reacción:

[ ][ ]

46,32

6,5

o

pHpH

o

o3

pH3

105,21010

10c

10α10αc:

αcOH

10OH−−

−

−−−

+

−+

×====⇒=

=

=

%025,0α = b. Por definición, y teniendo en cuenta el cuadro de reacción, la constante de acidez del ácido cianhídrico es:

[ ] [ ][ ]

( ) 104

2422o3

a 103,6105,21105,210

α1αc

HCNOHCN

K −−

−−+−×=

×−×⋅=

−=

⋅=

c. Teniendo en cuenta que entre las constantes de ionización de un ácido y su base conjugada existe la relación:

14wba 10KKK −==⋅ ⇒ 5

10

14

a

14

b 106,1103,6

10K

10K −−

−−×=

×==

d. Reacción entre un ácido débil y una base fuerte.

( ) mol101010100MVHCNn 323o

−−− =⋅×=⋅=

( ) mol10210210100MVNaOHn 323o

−−− ×=×⋅×=⋅= El cuadro de reacción en función de los moles iniciales de cada uno es:

( )( ) Exc10100mol inalesF .C

Exc10210mol Iniciales .COHNaCNNaOHHCN

33

332

−−

−− −×+↔+

La concentración de hidróxido sódico en exceso es:

7

[ ] Lmol10510200

10VnNaOH 3

3

3−

−

−×=

×==

Por ser una base fuerte la concentración de oxidrilos coincide con la de la base.

[ ] [ ] Lmol105NaOHOH 3−− ×== ⇒ [ ] ( ) 3,2105logOHlogpOH 3 =×−=−= −−

7,113,214pOH14pH =−=−=