Examen de Química de Aragón 2025 (convocatoria ordinaria)

Los óxidos de nitrógeno (NOx) son una familia de compuestos gaseosos formados en procesos de combustión a altas temperaturas, como en motores diésel, plantas industriales y centrales eléctricas. Los más comunes son el NO y el NO${}_2$. En el aire, los NOx reaccionan con otros compuestos y forman smog fotoquímico, una niebla contaminante que dificulta la respiración y afecta especialmente a personas con asma o problemas pulmonares. También contribuyen a la lluvia ácida, que daña suelos, bosques, ríos y edificios. Además, los NOx ayudan a la formación de ozono en la parte baja de la atmósfera, un gas que, aunque en la capa de ozono es beneficioso, a nivel del suelo es tóxico para los seres vivos y perjudica el crecimiento de las plantas.

Los compuestos reductores, como el amoniaco o el Adblue (disolución acuosa de urea) usado en vehículos diésel, descomponen los NOx en componentes menos dañinos, como el nitrógeno y el vapor de agua, reduciendo así las emisiones ambientales.

El hidrógeno molecular (H${}_2$) se está estudiando como agente reductor alternativo para la eliminación de NOx, ya que ofrece ventajas como que puede funcionar a temperaturas más bajas que otros métodos y, si el hidrógeno proviene de fuentes renovables, ayuda a reducir aún más la contaminación. Esto lo convierte en una alternativa prometedora para hacer que los motores y las industrias sean más limpias y respetuosas con el medio ambiente.

En una prueba utilizando este último método de eliminación de NOx, se introdujeron en un recipiente un mol de monóxido de nitrógeno y otro mol de dihidrógeno, y se calentaron hasta 750 K, alcanzándose el siguiente equilibrio:

$2\mathrm{N}\mathrm{O}(g)+2{\mathrm{H}}_2(g)\rightleftharpoons {\mathrm{N}}_2(g)+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(g)$

En el equilibrio, la presión total fue de 10,9 atm y el grado de disociación del NO fue 0,7.

a) Calcule las presiones parciales de todos los componentes en dicho equilibrio. [1,2 puntos]

b) Calcule los valores de $K_p$ y $K_c$ para ese equilibrio a 750 K. [0,8 puntos]

Dato: $R=\mathrm{0,082}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}\mathrm{L}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}{\mathrm{K}}^{-1}$.

a) Calcule el pH de una disolución 0,4 M de ácido hipocloroso (HClO). ($K_a=\mathrm{2,9}\cdot {10}^{-8}$) [0,9 puntos]

b) Calcule el pH de la disolución obtenida al añadir 90 cm${}^3$ de una disolución 0,2 M de NaOH a 60 cm${}^3$ de una disolución 0,5 M de HCl. Considere los volúmenes aditivos. [1,1 puntos]

Responda razonadamente a las siguientes cuestiones teniendo en cuenta la tabla periódica que se muestra en la figura y los elementos situados en ella.



a) Escriba la configuración electrónica de los elementos A y C, e indique de qué elementos se trata. [0,5 puntos]

b) Ordene de menor a mayor electronegatividad los elementos (A, B, C, D y E) representados en la tabla. [0,5 puntos]

c) ¿Qué elemento (A, B, C, D o E) será el de mayor radio atómico? ¿Y el que tenga una mayor afinidad electrónica? [0,5 puntos]

Responda razonadamente a las siguientes cuestiones teniendo en cuenta la tabla periódica que se muestra en la figura y los elementos situados en ella.



¿Cuál será el ion más probable que formará el elemento B? Compare razonadamente el radio del átomo B neutro con el de su ion. [0,5 puntos]

Responda razonadamente a las siguientes cuestiones teniendo en cuenta la tabla periódica que se muestra en la figura y los elementos situados en ella.



Indique las posibles combinaciones de números cuánticos ($n$, $l$, $m_l$, $m_s$) que podría tener el electrón más energético del elemento D. [0,5 puntos]

a) Se adicionan 5 mg de BaCO${}_3$ en 400 mL de agua a 298 K, ¿se disolverá todo el sólido? [1 punto]

b) ¿La expresión del producto de solubilidad del Pb(IO${}_3$)${}_2$ es $K_{ps}=[{\mathrm{P}\mathrm{b}}^{2+}{]}^2[{\mathrm{I}\mathrm{O}}_3^{-}]$? Razone la respuesta. [0,5 puntos]

c) En una disolución saturada de Na${}_3$PO${}_4$, la $[{\mathrm{N}\mathrm{a}}^{+}]$ es 0,3 M, ¿cuál es la solubilidad molar del Na${}_3$PO${}_4$? [0,5 puntos]

Datos: $K_{ps}({\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{O}}_3)=5\cdot {10}^{-9}$. Masas atómicas: Ba = 137,3; C = 12; O = 16.

Dada la reacción: $2\mathrm{A}(g)+\mathrm{B}(g)\to 2\mathrm{C}(g)+\mathrm{D}(g)$, se sabe que es de primer orden respecto al reactivo A y de segundo orden respecto al reactivo B. Responda las siguientes cuestiones justificando cada respuesta:

a) Escriba la expresión de la ecuación de velocidad de esta reacción. Determine cuál es el orden global de la reacción. [0,5 puntos]

b) Si el volumen del reactor se reduce manteniendo la temperatura constante, ¿qué ocurrirá con la velocidad de la reacción? [0,5 puntos]

c) Si la temperatura del sistema aumenta, ¿qué efecto tendrá sobre la velocidad de reacción? [0,5 puntos]

d) ¿Cómo afectará a la velocidad de reacción la adición de un catalizador? ¿El catalizador influirá en la cantidad de productos obtenidos? [0,5 puntos]

Justifique si los siguientes procesos redox son espontáneos o no en condiciones estándar. En cada caso ajuste la ecuación e identifique al oxidante y al reductor.

a) $\mathrm{Z}\mathrm{n}+{\mathrm{H}}^{+}\to {\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{2+}+{\mathrm{H}}_2$ [0,5 puntos]

b) ${\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}+\mathrm{A}\mathrm{g}\to \mathrm{C}\mathrm{u}+{\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}$ [0,5 puntos]

c) ${\mathrm{I}}_2+{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}\to {\mathrm{I}}^{-}+{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}$ [0,5 puntos]

d) $\mathrm{C}\mathrm{r}+{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}\to {\mathrm{C}\mathrm{r}}^{3+}+{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}$ [0,5 puntos]

Datos: ${\epsilon }^o({\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{C}\mathrm{u})=+\mathrm{0,34}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{Z}\mathrm{n})=-\mathrm{0,76}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}\mathrm{/}\mathrm{A}\mathrm{g})=+\mathrm{0,80}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}\mathrm{/}{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+})=+\mathrm{0,77}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{I}}_2\mathrm{/}{\mathrm{I}}^{-})=+\mathrm{0,54}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{C}\mathrm{r}}^{3+}\mathrm{/}\mathrm{C}\mathrm{r})=-\mathrm{0,74}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{H}}^{+}\mathrm{/}{\mathrm{H}}_2)=\mathrm{0,0}$ V.

La reacción de disociación del N${}_2$O${}_4$ es la siguiente:

${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4(g)\to 2{\mathrm{N}\mathrm{O}}_2(g)$

a) Calcule la entalpía molar estándar del proceso y razone si la reacción de disociación del N${}_2$O${}_4$ es una reacción endotérmica o exotérmica. [0,75 puntos]

b) Calcule la variación de entropía de la reacción y razone si en la reacción de disociación del N${}_2$O${}_4$ disminuye o aumenta el desorden. [0,75 puntos]

c) Justifique si la reacción de disociación del N${}_2$O${}_4$ en condiciones estándar (T = 25 °C) es una reacción espontánea. [0,5 puntos]

Datos (25 °C): $\mathrm{\Delta }{H}_f^o$ (kJ·mol${}^{-1}$): N${}_2$O${}_4$ (g) = 9,2; NO${}_2$ (g) = 33,2. $S^o$ (J·mol${}^{-1}$·K${}^{-1}$): N${}_2$O${}_4$ (g) = 304,3; NO${}_2$ (g) = 240,1.