Examen de Química de Asturias 2020 (convocatoria ordinaria)

En un recipiente cerrado de $\mathrm{3,0}\text{ L}$, en el que inicialmente se ha realizado el vacío, se introducen $\mathrm{0,1}$ moles de pentacloruro de fósforo, ${\text{PCl}}_5(g)$, $\mathrm{0,2}$ moles de tricloruro de fósforo, ${\text{PCl}}_3(g)$, y $\mathrm{0,2}$ moles de cloro, ${\text{Cl}}_2(g)$, y se eleva la temperatura de la mezcla gaseosa a 250 °C, alcanzándose el siguiente equilibrio:

${\text{PCl}}_5(g)\rightleftharpoons {\text{PCl}}_3(g)+{\text{Cl}}_2(g)$

a) Indique, de forma razonada, el sentido en el que el sistema evolucionará de forma espontánea para alcanzar el estado de equilibrio. [1,0 punto]

b) Calcule la concentración en el equilibrio del ${\text{PCl}}_3(g)$. [1,0 punto]

Datos: $K_c=\mathrm{9,0}\cdot {10}^{-3}$ a 250 °C, cuando las concentraciones se expresan en $\text{mol}{\text{L}}^{-1}$.

En $500\text{ mL}$ de una disolución acuosa saturada de sulfato de calcio, ${\text{CaSO}}_4$, a 25 °C, hay $340\text{ mg}$ de ${\text{CaSO}}_4$ disuelto. Calcule el valor de la constante del producto de solubilidad del ${\text{CaSO}}_4$ en agua a 25 °C.

Datos: masas atómicas: $\text{Ca}=40\text{ u}$; $\text{O}=16\text{ u}$; $\text{S}=32\text{ u}$.

Calcule el pH de la disolución resultante de diluir $200\text{ mL}$ de una disolución acuosa de etilamina, ${\text{C}}_2{\text{H}}_5{\text{NH}}_2$, de concentración $\mathrm{0,1}\text{ M}$ con agua hasta un volumen final de la disolución de $1\text{ L}$.

Dato: $K_{\text{b}}({\text{C}}_2{\text{H}}_5{\text{NH}}_2)=\mathrm{4,3}\cdot {10}^{-4}$.

Al añadir permanganato de potasio, ${\text{KMnO}}_4$, a una disolución acuosa de ácido clorhídrico, $\text{HCl}$, se produce una reacción química de oxidación-reducción espontánea, dando lugar a cloruro de manganeso (II), ${\text{MnCl}}_2$, y se observa la liberación de cloro, ${\text{Cl}}_2$.

a) Indique, de forma razonada, la especie química en disolución que experimenta la reacción de oxidación y la que experimenta la reacción de reducción. [0,75 puntos]

b) Escriba y ajuste por el método del ion-electrón, en forma iónica, la ecuación que representa la reacción química que se produce de forma espontánea. [0,75 puntos]

c) Calcule el potencial estándar de la reacción global. [0,50 puntos]

Datos: $E^{\circ }({\text{Cl}}_2\mathrm{/}{\text{Cl}}^{-})=+\mathrm{1,36}\text{ V}$; $E^{\circ }({\text{MnO}}_4^{-}\mathrm{/}{\text{Mn}}^{2+})=+\mathrm{1,51}\text{ V}$. Todas las especies en disolución están en condiciones estándar.

La determinación de la concentración de peróxido de hidrógeno, ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$, en un agua oxigenada puede llevarse a cabo mediante la valoración denominada permanganimetría, de acuerdo con la siguiente ecuación química:

$2{\text{KMnO}}_4(ac)+5{\text{H}}_2{\text{O}}_2(ac)+3{\text{H}}_2{\text{SO}}_4(ac)\to 2{\text{MnSO}}_4(ac)+5{\text{O}}_2(g)+8{\text{H}}_2\text{O}(l)+{\text{K}}_2{\text{SO}}_4(ac)$

a) Enumere el material de laboratorio necesario para realizar la determinación de la concentración de ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$ en el agua oxigenada comercial, utilizando una disolución de permanganato de potasio. Indique dónde se alojaría la disolución acuosa de permanganato potásico. [1,0 punto]

b) Se toman $\mathrm{0,5}\text{ mL}$ de agua oxigenada y se diluyen con agua hasta un volumen final de $25\text{ mL}$. La valoración exacta de esta disolución consume, en el punto de equivalencia, $15\text{ mL}$ de una disolución acuosa de permanganato de potasio $\mathrm{0,01}\text{ M}$. Calcule la concentración de peróxido de hidrógeno en el agua oxigenada inicial, expresando el resultado en gramos de ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$ por $100\text{ mL}$ de disolución. [1,0 punto]

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

En la realización de una volumetría ácido-base para determinar la concentración de ácido acético (${\text{CH}}_3\text{COOH}$) en un vinagre comercial, empleando hidróxido de sodio ($\text{NaOH}$) como reactivo valorante, $20\text{ mL}$ del vinagre se diluyen con $50\text{ mL}$ de agua. La neutralización exacta de esta disolución consume $15\text{ mL}$ de una disolución acuosa de hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, $\mathrm{0,1}\text{ M}$.

a) Calcule la concentración de ácido acético en el vinagre comercial e indique dónde colocaría la disolución acuosa de $\text{NaOH}$ para realizar la valoración. [1,0 punto]

b) Proponga, de forma razonada, cuál de los indicadores que aparecen recogidos en la siguiente tabla utilizaría para identificar el punto de equivalencia, indicando el cambio de color que se observaría, e indique el nombre del material en donde colocaría el indicador durante la realización de la valoración. [1,0 punto]

Indicador	Color (medio ácido)	Color (medio básico)	Intervalo de pH de cambio de color Amarillo de metilo	Rojo	Amarillo	$\mathrm{2,0}-\mathrm{4,0}$ Verde de bromocresol	Amarillo	Azul	$\mathrm{4,0}-\mathrm{5,6}$ Rojo de fenol	Amarillo	Rojo	$\mathrm{6,8}-\mathrm{8,4}$

a) Para el anión nitrito, ${\text{NO}}_2^{-}$, deduzca la estructura de Lewis. Indique y dibuje la geometría molecular del compuesto, según la TRPECV, y los ángulos de enlace aproximados. [1,0 punto]

Datos: $\text{N }(Z=7)$; $\text{O }(Z=8)$.

b) Escriba las configuraciones electrónicas, en estado fundamental, de los elementos $\text{X }(Z=35)$ e $\text{Y }(Z=17)$. Indique el bloque y periodo de la tabla periódica a los que pertenece cada uno de los elementos. A partir de su posición en la tabla periódica, indique, de forma razonada, el elemento que previsiblemente presentará el valor más negativo de la afinidad electrónica. [1,0 punto]

a) Escriba la configuración electrónica e indique el número de electrones desapareados para cada una de las siguientes especies: $\text{Ge }(Z=32)$; ${\text{Cu}}^{+}(Z=29)$; $\text{Cr }(Z=24)$; $\text{Br }(Z=35)$. [1,0 punto]

b) Las temperaturas de ebullición a la presión de 1 atm de las sustancias ${\text{Br}}_2(l)$ y $\text{HCl}(l)$ son 58,8 °C y 108,6 °C, respectivamente. Justifique la diferencia en los valores de las temperaturas de ebullición de estas dos sustancias. [1,0 punto]

Datos: valores de la electronegatividad: $\chi (\text{Br})=\mathrm{2,96}$; $\chi (\text{Cl})=\mathrm{3,0}$; $\chi (\text{H})=\mathrm{2,1}$.

a) De los siguientes conjuntos de números cuánticos indique, justificando la respuesta, el que representa correctamente a un electrón en un átomo: i) $(3,3,0,1\mathrm{/}2)$; ii) $(2,1,-1,1\mathrm{/}2)$. [0,5 puntos]

b) Identifique y nombre los grupos funcionales presentes en los siguientes compuestos: [1,5 puntos]

i)



ii) ${\text{CH}}_3-\text{CO}-{\text{CH}}_2-\text{CHO}$

iii)

a) Para el ${}_{82}^{208}\text{Pb}$ indique, razonadamente, el número de protones y de neutrones que hay en el núcleo del átomo. [0,5 puntos]

b) Escriba las fórmulas semidesarrolladas de los siguientes compuestos: [1,5 puntos]

i) 1,4-dibromobenceno (p-dibromobenceno)

ii) Ácido 3,3-diclorohexanoico

iii) 3-metil-3-pentanol (3-metilpentan-3-ol)

iv) 2-pentanona (pentan-2-ona)

v) cis-2,3-dibromo-2-penteno (cis-2,3-dibromopent-2-eno)

vi) Etildimetilamina