Examen de Química de Aragón 2022 (convocatoria extraordinaria)

a) Complete la siguiente tabla con el valor o los valores posibles para varias combinaciones de números cuánticos. Explique razonadamente el porqué de los valores que introduce. (1 punto)

$$	$n$	$l$	$m_l$	$m_s$ A		2	0	$+1\mathrm{/}2$ B		0		$-1\mathrm{/}2$ C	3		2	$-1\mathrm{/}2$ D	2	1		$+1\mathrm{/}2$

b) ¿Qué combinación de números cuánticos (A-D) del apartado anterior sería posible para el electrón más energético de un elemento del grupo 17 en su estado fundamental? Indique de qué elemento se trataría y escriba su configuración electrónica completa en su estado fundamental. Justifique todas las respuestas. (1 punto)

Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) Las moléculas ${\text{AlCl}}_3$ y ${\text{PCl}}_3$ tienen la misma geometría y las dos son polares. (1 punto)

b) El anión ${\text{S}}^{2-}$ tiene un radio iónico menor que el del anión ${\text{Cl}}^{-}$. (0,5 puntos)

c) Las siguientes especies son isoelectrónicas: ${\text{K}}^{+}$, Ar y ${\text{Cl}}^{-}$. (0,5 puntos)

En el laboratorio se encuentra una botella con una disolución de ${\text{HNO}}_3$ en cuya etiqueta se indica que es del 35% de riqueza en masa y que tiene una densidad de 1,12 $\text{g}\cdot {\text{mL}}^{-1}$.

a) Calcule la concentración molar de la disolución de ${\text{HNO}}_3$ de la botella. (0,75 puntos)

b) Se quieren neutralizar 10 mL de esa disolución de ${\text{HNO}}_3$, y para ello se añaden 300 mL de una disolución 0,25 M de NaOH. ¿Se ha logrado una neutralización exacta? Calcule el pH de la disolución resultante. Suponga que los volúmenes son aditivos. (1,25 puntos)

Datos: masas atómicas: $\text{H}=1$; $\text{N}=14$; $\text{O}=16$.

a) Se preparan dos disoluciones de la misma concentración de dos ácidos débiles monopróticos, HA y HB. Al analizar las concentraciones en cada equilibrio, se observa que la $[{\text{A}}^{-}]$ es menor que la $[{\text{B}}^{-}]$. ¿Cuál de los dos ácidos, HA o HB, será el ácido más débil? ¿Y cuál de ellos tendrá la $K_a$ más grande? Razone la respuesta. (0,8 puntos)

b) Ordene de menor a mayor valor de pH las disoluciones acuosas de concentración 0,1 M de las siguientes sustancias: ${\text{NaNO}}_2$, ${\text{NH}}_4\text{Cl}$, ${\text{HNO}}_3$, NaCl, KOH. Razone la respuesta. (1,2 puntos)

Datos: $K_b({\text{NH}}_3)=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}$; $K_a({\text{HNO}}_2)=\mathrm{4,4}\cdot {10}^{-4}$.

A una muestra de latón (aleación de ${\text{Zn}}^0$ y ${\text{Cu}}^0$) se le añade ácido clorhídrico:

a) ¿El ácido clorhídrico reaccionará con ambos metales? Razone la respuesta. Escriba y ajuste sólo la reacción o reacciones que se producirían de forma espontánea. (1 punto)

b) Al tratar 35 g de latón con ácido clorhídrico, se desprenden 5,2 L de hidrógeno gas, medidos a 760 mm Hg y 25 °C. Calcule la composición de la aleación, exprésela como porcentaje en masa de Zn y de Cu. (1 punto)

Datos: ${\epsilon }^o({\text{Cu}}^{2+}\mathrm{/}\text{Cu})=+\mathrm{0,34}\text{ V}$; ${\epsilon }^o({\text{Zn}}^{2+}\mathrm{/}\text{Zn})=-\mathrm{0,76}\text{ V}$; ${\epsilon }^o({\text{H}}^{+}\mathrm{/}{\text{H}}_2)=\mathrm{0,0}\text{ V}$. Masas atómicas: $\text{Zn}=\mathrm{65,4}$; $\text{Cu}=\mathrm{63,5}$. $R=\mathrm{0,082}\text{ atm}\cdot \text{L}\cdot {\text{mol}}^{-1}\cdot {\text{K}}^{-1}$.

a) Indique, justificando la respuesta, si las siguientes semirreacciones (no ajustadas) corresponden a una oxidación o a una reducción:

i) $\text{S}\to {\text{SO}}_4^{2-}$ (0,25 puntos)

ii) ${\text{NO}}_2^{-}\to \text{NO}$ (0,25 puntos)

iii) ${\text{MnO}}_2\to {\text{Mn}}^{2+}$ (0,25 puntos)

iv) ${\text{Cr}}^{3+}\to {\text{Cr}}_2{\text{O}}_7^{2-}$ (0,25 puntos)

b) Ajuste la siguiente reacción por el método del ion-electrón, tanto en su forma iónica como molecular, e indique el agente oxidante y el reductor: (1 punto)

${\text{K}}_2{\text{Cr}}_2{\text{O}}_7+\text{Ag}+\text{HCl}\to {\text{CrCl}}_3+\text{AgCl}+\text{KCl}+{\text{H}}_2\text{O}$

a) Considere la siguiente reacción y responda razonadamente a las preguntas planteadas:

$3\text{Fe}(s)+4{\text{H}}_2\text{O}(g)\rightleftharpoons {\text{Fe}}_3{\text{O}}_4(s)+4{\text{H}}_2(g)\mathrm{\Delta }{H}^o<0$

i) ¿Qué efecto tendría en el equilibrio un aumento de la temperatura? (0,5 puntos)

ii) Si se añade más ${\text{H}}_2\text{O}$, ¿el rendimiento de la reacción se verá afectado? ¿En qué sentido? (0,5 puntos)

b) ¿Cómo afectará al equilibrio de las siguientes reacciones un aumento de volumen del recipiente manteniendo la temperatura constante? ¿Este cambio modificará la $K_c$ de las reacciones? Justifique las respuestas. (1 punto)

i) ${\text{N}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{NO}(g)$

ii) ${\text{H}}_2(g)+{\text{I}}_2(s)\rightleftharpoons 2\text{HI}(g)$

En un recipiente de 3 L se introducen 15,4 g de ${\text{CO}}_2$ y una cantidad desconocida de ${\text{H}}_2\text{S}$, y se calienta todo a 425 °C. El equilibrio que se establece es el siguiente:

${\text{CO}}_2(g)+{\text{H}}_2\text{S}(g)\rightleftharpoons \text{COS}(g)+{\text{H}}_2\text{O}(g)$

Una vez alcanzado el equilibrio, la presión total del sistema es de 11,5 atm y hay 12 g de COS. Calcule:

a) Los gramos de ${\text{H}}_2\text{S}$ que se introdujeron inicialmente. (1,2 puntos)

b) El valor de $K_c$ y $K_p$ a esa temperatura. (0,8 puntos)

Datos: masas atómicas: $\text{C}=12$; $\text{O}=16$; $\text{S}=32$; $\text{H}=1$. $R=\mathrm{0,082}\text{ atm}\cdot \text{L}\cdot {\text{mol}}^{-1}\cdot {\text{K}}^{-1}$.

La combustión de metanol líquido (${\text{CH}}_3\text{OH}$) produce dióxido de carbono gaseoso y agua líquida, y la entalpía molar estándar de la reacción es de $-726$ kJ/mol.

a) Escriba y ajuste la ecuación de combustión del metanol. (0,5 puntos)

b) Calcule la entalpía molar de formación del metanol. (0,5 puntos)

c) Calcule la entropía de la reacción y justifique si la reacción será espontánea en condiciones estándar (T = 298 K). (1 punto)

Datos: $\mathrm{\Delta }{H}_f^o(\text{kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1})$: ${\text{CO}}_2$ (g) = $-\mathrm{393,5}$; ${\text{H}}_2\text{O}$ (l) = $-\mathrm{285,8}$. $S^o(\text{J}\cdot {\text{mol}}^{-1}\cdot {\text{K}}^{-1})$: ${\text{CH}}_3\text{OH}$ (l) = 126,8; ${\text{O}}_2$ (g) = 205,1; ${\text{CO}}_2$ (g) = 213,8; ${\text{H}}_2\text{O}$ (l) = 69,9.

La reacción química para la obtención de trióxido de azufre, $2{\text{SO}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)\to 2{\text{SO}}_3(g)$, es de tercer orden respecto al ${\text{SO}}_2$ y de primer orden respecto al ${\text{O}}_2$. Responda a las siguientes cuestiones razonando las respuestas:

a) Escriba la expresión de la ecuación de velocidad e indique el orden global de la reacción. (0,5 puntos)

b) ¿Cómo se conseguiría aumentar más la velocidad de reacción, duplicando la concentración de ${\text{SO}}_2$ o la de ${\text{O}}_2$? (0,5 puntos)

c) ¿La velocidad de la reacción permanecerá constante en el transcurso de la reacción? (0,5 puntos)

d) Se determina la energía de activación para esta reacción con distintos catalizadores obteniéndose: (0,5 puntos)

Catalizador A $\Rightarrow E_a=35\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$

Catalizador B $\Rightarrow E_a=52\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$

Catalizador C $\Rightarrow E_a=27\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$

¿Cuál de estos catalizadores habría que usar para que la reacción vaya más rápida?