Sol eq 19 05 11

EXAMEN DE QUÍMICA DEL 19 DE MAYO DE 2011 EXAMEN RESUELTO OPCIÓN A 1. Formula o nombra los siguientes compuestos: a) Etenil-2-propeniléter, b) 3Bromobutanal, c) Fluoruro de bario, d) Mg2O2, e) Ca3(PO4)2, f) CH3-CH2-COCH=CH2 (1,5p) 2. Escribe la configuración electrónica externa de los elementos con Z=16 y Z=20, deduce cuáles serán sus estados de oxidación más probables, el tipo de compuesto que formarán entre sí, la fórmula molecular y las propiedades físicas esperadas.

(1,5p) 3. Explica por qué son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones: (1,5p) a) Las cetonas son fácilmente oxidables a alcoholes. b) La adición nucleófila se da en dobles y triples enlaces entre átomos de carbono. c) Los dibromobencenos más comunes son los orto/para sustituidos.

4. En condiciones estándar la descomposición del dióxido de nitrógeno es endotérmica. Responde razonadamente a las siguientes cuestiones: a) ¿Variará la constante de equilibrio si se aumenta la concentración de oxígeno en el equilibrio? b) ¿Serán iguales los valores de KC y KP en esas condiciones? c) ¿Hacia dónde evoluciona el equilibrio si se produce un descenso en la presión del sistema?

(1,5p) 5. A temperatura ambiente, la densidad de una disolución de ácido sulfúrico del 24% de riqueza en peso es 1,17 g/mL. Calcula: a) Su concentración molar. b) El volumen de disolución necesario para neutralizar 100 mL de disolución 2,5 M de hidróxido potásico. (H = 1 ; S = 32 ; O = 16) (2p) 6. El ácido sulfúrico reacciona con bromuro potásico para dar sulfato de potasio, bromo, dióxido de azufre y agua. ¿Cuántos litros de dióxido de azufre, en c.n, se obtienen a partir de 50 g de bromuro de potasio? (K = 39 y Br = 80) (2p)

OPCIÓN B 1. Formula o nombra los siguientes compuestos químicos: a) PbO2, b) (NH4)2SO4, c) C6H5CHO, d) Metilisopropilamina, e) Ácido 3-carbonilpentanoico, f) Ácido nitroso (1,5p) 2. Explica con el modelo de Repulsión de los Pares de Electrones de la Capa de Valencia la estructura electrónica y la geometría molecular del tricloruro de fósforo e indica si son polares o no sus enlaces y la molécula en sí.

(1,5p) 3. Explica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) El modelo de colisiones define un estado de transición de elevada energía que no se ve afectado por factores como la temperatura del sistema. b) La velocidad de un proceso químico es independiente del estado de agregación de los reactivos. c) Los catalizadores positivos aumentan la velocidad de reacción afectando a la energía de activación del complejo activado. (1,5p) 4. Completa las siguientes reacciones indicando qué tipo de reacción se produce, nombrando los productos que se obtienen y señalando cuáles son los mayoritarios en caso de que se produzcan varios: a) CH3-CH=CH2 + HCl  b) CH3CHO + LiAlH4  c) CH3-CH2-COOH + CH3-CH2OH  (1,5p) 5. Para cubrir de oro una pieza de joyería son necesarios 0,045 g de metal. Calcula el tiempo durante el que una corriente de 3,2 A debe estar circulando por una cuba electrolítica que contiene una disolución acuosa de cloruro de oro (III) de concentración 1,5 M. Datos: Au = 197 ; Cl = 35,5. (2p) 6. A 25º C, la solubilidad del fluoruro de bario en agua es 1,30 g/L. Calcula a esa temperatura: a) La solubilidad del fluoruro de bario expresada en mol/L. b) El producto de solubilidad del fluoruro de bario. c) La solubilidad del fluoruro de bario, expresada en mol/L, en una disolución acuosa de 0,5 M de fluoruro de sodio.

Datos: F = 19 ; Ba = 137.

(2p)

OPCIÓN A. 1. a) CH2=CH-O-CH2-CH=CH2 ; b) CH3-CHBr-CH2-CHO ; c) BaF2 ; d) Peróxido de magnesio ; e) Fosfato de calcio ; f) Etilvinilcetona.

2. Z = 16  3s23p4 ; Z = 20  4s2 Los estados de oxidación más probables son (-2) para el elemento de número atómico 16 y (+2) para el elemento de número atómico 20, en ambos casos se consigue que el último nivel energético quede lleno. Al tratarse de elementos de electronegatividades muy distintas formarán un compuesto iónico de fórmula molecular AB (A+2B-2). Las propiedades físicas esperadas serán puntos de fusión y ebullición altos, estado de agregación sólido, soluble en disolventes polares, conductor de la corriente eléctrica en disolución o fundido, gran dureza pero fragilidad acusada.

3. a) FALSO. Las cetonas no se oxidan fácilmente y, de hacerlo, se obtienen ácidos carboxílicos. b) FALSO. La adición nucleófila se produce en insaturaciones con átomos electronegativos como grupos carbonilo o nitrilo, por ejemplo. El elemento más electronegativo crea una carga parcial positiva sobre el átomo de carbono que es atacado por el nucleófilo. c) VERDADERO. Si tenemos en cuenta que la adición de Br 2 provoca un efecto (–M) sobre el anillo bencénico, la carga positiva se deslocaliza dentro del anillo pero en las posiciones orto- y para- de manera que el ataque del nucleófilo Br- se realiza en esas posiciones por ser los puntos con exceso de carga positiva.

4. NO2 (g)  NO (g) + ½ O2 (g) a) La constante de equilibrio sólo depende de la temperatura, por lo tanto no variará si aumentamos la concentración de una de las sustancias presentes en el equilibrio ya que éste, el equilibrio, evoluciona de manera que compensa dicha variación para que el valor de KC sea constante. b) No. Si tenemos en cuenta la variación de los moles estequiométricos de especies gaseosas vemos que es distinta de cero. A partir de la siguiente expresión KP = KC·(RT)∆n podemos concluir que ambos valores no serán iguales. c) El equilibrio se desplaza hacia los productos por ser donde más moles de especies gaseosas hay, de ese modo el sistema compensa el descenso de la presión del sistema: Principio de Le Chatelier.

5. Tomamos como base de cálculo 100 g de disolución. A partir de la densidad podremos saber a qué volumen equivale y, con el dato de la riqueza podemos saber qué cantidad de H2SO4 contienen esos 100 g de disolución (serán 24 g de H2SO4).

1 mL D 100 g D  = 85,47 mL D 1,17 g D Expresado en litros son 0,08547 L. Calculamos los moles de ácido: 1 mol 24 g H2SO4  = 0,245 mol H2SO4 98 g H2SO4

Ahora sólo nos queda aplicar la definición de molaridad:

0,245 mol = 2,8 M 0,08547 L

La neutralización implica que el número de moles de protones del ácido ha de ser igual al número de hidroxilos de la base por lo que se cumple: Vác  Mác  (H + ) = Vb  Mb  (OH - ) Despejando y sustituyendo en la ecuación: Vb  Mb  (OH- ) 100 mL  2,5 M  1 Vác = = = 44,64 mL + Mác  (H ) 2,8 M  2 6. +6

-1

0

+4

H2 S O 4 + K Br  K 2SO 4 + Br 2 + S O 2 + H2O +  SO-2 -2 + 4 +2e +4H  SO 2 +2H2 O   2Br +SO 4 +4H  SO 2 +Br2 +2H2O 2Br  Br2 +2e 

2 H2SO 4 + 2 KBr  K 2SO 4 + SO2 + Br2 + 2 H2O 50 g KBr 

2 moles KBr  1 mol SO 2  1 mol = 0,42 moles KBr   ;x=0,21 m oles SO2 0,42 moles KBr  x  119 g

0,21 moles 

22,4 L = 4,7 L SO2 1 mol

OPCIÓN B. 1. a) Dióxido de plomo ; b) Sulfato de amonio ; c) Benzaldehido ; d) CH3NH-CH(CH3)-CH3 ; e) CH3-CH2-CO-CH2-COOH ; f) HNO2 2. La configuración electrónica externa del P es 3s 23p3 y va a formar tres enlaces con los tres cloros. Eso quiere decir que tendrá CUATRO pares de electrones alrededor, uno de ellos sin compartir. La hibridación que presenta el átomo de fósforo es una hibridación sp 3 que proporciona cuatro orbitales híbridos en los que colocar los cuatro pares de electrones. La estructura electrónica del PCl3 es, por lo tanto, tetraédrica. Sin embargo su geometría no se corresponde con la estructura electrónica porque uno de esos pares no forman enlace. Se trata de una geometría de pirámide trigonal.

Sus enlaces son polares porque el cloro es más electronegativo que el fósforo.

La molécula también es polar por presentar un par de electrones sin compartir.

3. a) FALSO. El modelo de colisiones postula que para que los reactivos se transformen en productos es necesario que choquen con la energía y orientación adecuadas. Cuanto mayor sea la temperatura mayor es la energía cinética de las partículas reaccionantes y más probable será que los choques sea efectivos. b) FALSO. El estado de agregación de los reactivos es un importante factor en la velocidad de reacción porque determina la probabilidad de que los

choques sean efectivos. Reactivos gaseosos o en disolución presentan más movilidad que reactivos en estado sólido, por ejemplo. c) VERDADERO. Producen una disminución de la energía de activación del complejo activado, haciendo más probable que se forme éste y, por lo tanto los productos de la reacción.

4. a) Adición electrófila. Se dan el CH3-CH2-CH2Cl (1-cloropropano minoritario) y el CH3-CHCl-CH3 (2-cloropropano mayoritario) por seguir la regla de Markovnikoff. b) Reducción de un aldehído. Se obtiene un alcohol primario como el etanol CH3-CH2OH. Si la reducción se continúa el resultado final es el alcano correspondiente CH3CH3, el etano. c) Esterificación. Se obtiene el propanoato de etilo CH 3-CH2-COO-CH2-CH3 y agua.

MI t m n  F  t= Donde “n” es el número de electrones n F M I necesarios para el proceso de reducción, “I” es la intensidad de la corriente, “m” es la masa de oro que se ha de depositar y “F” es la constante de Faraday.

El proceso de reducción es: Au+3 + 3e-  Au. Son tres los electrones que debemos tener en cuenta en la expresión anterior: 5. m =

t=

0,045 g  3  96500 g

197

mol

3,2 Cs

C mol

= 20,66 s

6. El equilibrio que se establece es: BaF2  Ba+2 + 2Fa) Para expresar la solubilidad como concentración molar: g 1 mol 1,30  = 7,43  10-3 M L 175 g b) Ks = s · (2s)2 = 4s3 ; Ks = 4  7,43  10 -3 M  = 1,64  10-6 M3 3

c) El fluoruro de sodio es un electrolito fuerte que está completamente disociado, por lo tanto la concentración de anión fluoruro será 0,5 M. Si tenemos en cuenta el Efecto del Ión Común, la solubilidad del fluoruro de bario se verá afectada.

BaF2  Ba +2 + 2F s' 2s'+0,5 Ks = s  (2s + 0,5)2 = 1,64  10 -6 La solubilidad es del orden de 100 veces menor que la concentración del anión fluoruro por lo que será una buena aproximación considerar que el paréntesis es aproximadamente igual a 0,52 y podremos despejar s’: s' =

1,64  10 -6 = 6,56  10 -6 M 0,52