Examen de Química de Asturias 2021 (convocatoria extraordinaria)

A partir de los siguientes datos: entalpía estándar de formación del $\text{LiCl}(s)$ $[\mathrm{\Delta }{H}_{\text{f}}\text{LiCl}(s)]=-\mathrm{408,3}\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$; entalpía de sublimación del $\text{Li}(s)$ $[\mathrm{\Delta }{H}_{\text{S}}\text{Li}(s)]=\mathrm{159,3}\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$; entalpía de disociación del ${\text{Cl}}_2(g)$ $[\mathrm{\Delta }{H}_{\text{D}}{\text{Cl}}_2(g)]=244\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$; primera energía de ionización del $\text{Li}(g)$ $[\mathrm{\Delta }{H}_{\text{ionizaci}\acute{\text{o}}\text{n}}\text{Li}(g){]}_1=\mathrm{520,2}\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$; afinidad electrónica del $\text{Cl}(g)$ $[\mathrm{\Delta }{H}_{\text{afinidad}}\text{Cl}(g)]=-349\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$:

a) Dibuje el ciclo de Born-Haber para la formación del $\text{LiCl}(s)$, a partir de litio metálico y cloro gas. [1,5 puntos]

b) Calcule la energía de red ($\mathrm{\Delta }{H}_{\text{red}}$) del $\text{LiCl}(s)$. [0,5 puntos]

El valor de la constante del producto de solubilidad a 25 °C del carbonato de magnesio, ${\text{MgCO}}_3$, es de $\mathrm{3,5}\cdot {10}^{-8}$. Calcule:

a) La solubilidad molar del carbonato de magnesio, en agua a 25 °C. [1,5 puntos]

b) La masa de carbonato de magnesio, expresada en gramos, necesaria para preparar $100\text{ mL}$ de una disolución saturada de ${\text{MgCO}}_3$. [0,5 puntos]

Datos: masas atómicas: $\text{C}=12\text{ u}$; $\text{O}=16\text{ u}$; $\text{Mg}=\mathrm{24,3}\text{ u}$.

Para la reacción química general $\text{A}+\text{B}\to$ productos, a una temperatura determinada, se obtuvieron los valores de velocidades iniciales a 25 °C que se indican en la tabla:

Experimento	$[\text{A}{]}_0(\text{M})$	$[\text{B}{]}_0(\text{M})$	Velocidad inicial ($\text{M}{\text{s}}^{-1}$) $1$	$\mathrm{0,212}$	$\mathrm{0,102}$	$\mathrm{3,60}\cdot {10}^{-5}$ $2$	$\mathrm{0,212}$	$\mathrm{0,204}$	$\mathrm{1,45}\cdot {10}^{-4}$ $3$	$\mathrm{0,313}$	$\mathrm{0,204}$	$\mathrm{2,14}\cdot {10}^{-4}$

Determine la ecuación de velocidad para la reacción química, indicando el orden de reacción parcial respecto del reactivo $\text{A}$ y del reactivo $\text{B}$.

Se construye una pila galvánica utilizando las semicélulas siguientes: una lámina de zinc sumergida en una disolución acuosa de ${\text{Zn}}^{2+}(ac)$, $1\text{ M}$, y un hilo de $\text{Pt}$ sumergido en una disolución acuosa ácida que contiene ${\text{MnO}}_2(s)$ en suspensión y $[{\text{MnO}}_4^{-}]=1\text{ M}$.

a) Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción y la reacción global que se producen, de forma espontánea, durante el funcionamiento de la pila, ajustadas por el método de ion-electrón en forma iónica. Indique la especie química que actúa como oxidante y la que actúa como reductora durante el funcionamiento espontáneo de la pila. [1,5 puntos]

b) Calcule la fuerza electromotriz (o potencial) de la pila en condiciones estándar. [0,5 puntos]

Datos: $E^{\circ }({\text{Zn}}^{2+}\mathrm{/}\text{Zn})=-\mathrm{0,76}\text{ V}$; $E^{\circ }({\text{MnO}}_4^{-}\mathrm{/}{\text{MnO}}_2)=+\mathrm{1,70}\text{ V}$.

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:

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

a) Describa el procedimiento experimental a seguir en el laboratorio para llevar a cabo dicha valoración, indicando el nombre del material de laboratorio utilizado. [1,0 punto]

b) Para la permanganimetría de una disolución de agua oxigenada, se tomó $1\text{ mL}$ de dicha disolución y se diluyó con agua hasta un volumen final de $20\text{ mL}$. La valoración exacta de esta disolución consumió, en el punto de equivalencia, $15\text{ mL}$ de una disolución acuosa de permanganato de potasio. A partir de los cálculos realizados, se obtuvo una concentración de peróxido de hidrógeno en la disolución inicial de agua oxigenada de $\mathrm{1,275}\text{ g de }{\text{H}}_2{\text{O}}_2\mathrm{/}100\text{ mL}$. Determine la concentración molar de la disolución de permanganato de potasio utilizado en la valoración. [1,0 punto]

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

La determinación de la concentración de ácido acético, ${\text{CH}}_3\text{COOH}$, en un vinagre comercial puede llevarse a cabo a través de la realización de una valoración ácido-base empleando hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, como reactivo valorante.

a) Indique el nombre del material de laboratorio necesario para llevar a cabo dicha valoración. [1,0 punto]

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

Indicador	Color (medio ácido)	Color (medio básico)	Intervalo de pH de cambio de color Rojo de clorofenol	Rojo	Azul	$\mathrm{4,8}-\mathrm{6,4}$ Rojo de fenol	Amarillo	Rojo	$\mathrm{6,8}-\mathrm{8,4}$

a) Para la reacción ${\text{I}}_2(g)+{\text{C}}_5{\text{H}}_8(g)\to {\text{C}}_5{\text{H}}_6(g)+2\text{HI}(g)$, $\mathrm{\Delta }{H}^{\circ }=+\mathrm{92,5}\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$, explique el efecto de cada uno de los siguientes factores en la cantidad de $\text{HI}(g)$ presente en la mezcla en equilibrio: [1,0 punto]

a.1) elevar la temperatura de la mezcla;

a.2) introducir más ${\text{C}}_5{\text{H}}_6(g)$ en el recipiente que contiene la mezcla.

b) Indique, de forma razonada, el carácter ácido, básico o neutro de la disolución acuosa resultante de la neutralización exacta de una disolución acuosa de amoniaco, ${\text{NH}}_3$, con una disolución acuosa de ácido nítrico, ${\text{HNO}}_3$. [1,0 punto]

Dato: $K_{\text{b}}({\text{NH}}_3)=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}$.

a) Deduzca la estructura de Lewis para la molécula de ${\text{CHCl}}_3$. Indique y dibuje la geometría molecular del compuesto, según la TRPECV, y los ángulos de enlace aproximados. [1,0 punto]

Datos: $\text{C }(Z=6)$; $\text{H }(Z=1)$; $\text{Cl }(Z=17)$.

b) Teniendo en cuenta los valores de los números cuánticos $n=3$ y $m_l=2$, indique, justificando las respuestas: [1,0 punto]

b.1) el valor del número cuántico $l$;

b.2) la notación del subnivel electrónico;

b.3) el número de orbitales en el subnivel;

b.4) el número máximo de electrones en el subnivel.

a) Indique el tipo de hibridación que presenta: [0,5 puntos]

a.1) el fósforo en la molécula ${\text{PCl}}_3$ (geometría de pirámide trigonal);

a.2) el carbono en la molécula ${\text{CCl}}_4$ (geometría tetraédrica).

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

i) 2-clorofenol

ii) Etil propil éter

iii) Ácido propanoico

iv) Dietilamina

v) Propanal

vi) 2,4-dimetil-3-hexanona

a) Los valores de electronegatividad en la escala de Pauling de los átomos $\text{H}$ y $\text{N}$ son 2,1 y 3,0, respectivamente. A partir de estos datos, deduzca el carácter polar o no polar de la molécula ${\text{NH}}_3$, que presenta una geometría molecular de pirámide trigonal. [0,5 puntos]

b) Nombre y escriba la fórmula semidesarrollada de tres de los posibles isómeros constitucionales que tiene la fórmula molecular ${\text{C}}_6{\text{H}}_{14}$. [1,5 puntos]