Examen de Química de Asturias 2022 (convocatoria extraordinaria)

En $750\text{ mL}$ de una disolución acuosa saturada de hidróxido de magnesio, ${\text{Mg(OH)}}_2$, a 25 °C, hay $9\text{ mg}$ de sal disueltos.

a) Calcule el valor de la constante del producto de solubilidad del ${\text{Mg(OH)}}_2$ en agua a 25 °C. [1,5 puntos]

b) Calcule la concentración máxima de ${\text{Mg}}^{2+}$ que puede estar disuelto en una disolución acuosa que presenta un $\text{pH}=12$, a 25 °C. [0,5 puntos]

Datos: masas atómicas: $\text{Mg}=\mathrm{24,3}\text{ u}$; $\text{H}=1\text{ u}$; $\text{O}=16\text{ u}$.

La disolución resultante de disolver en agua $270\text{ mg}$ de ácido cianhídrico, $\text{HCN}$, hasta alcanzar un volumen final de disolución de $50\text{ mL}$ presenta un $\text{pH}=\mathrm{4,92}$ a 25 °C. Calcule el valor del grado de ionización y de la constante $K_{\text{a}}$ del ácido en la disolución acuosa a 25 °C.

Datos: masas atómicas: $\text{C}=12\text{ u}$; $\text{N}=14\text{ u}$; $\text{H}=1\text{ u}$.

En un recipiente cerrado de $5\text{ L}$, en el que inicialmente se ha realizado el vacío, se depositan $207\text{ g}$ de ${\text{N}}_2{\text{O}}_4$ y se eleva la temperatura hasta $330\text{ K}$. Sabiendo que la presión total en el interior del recipiente es de 14 atmósferas cuando se alcanza el equilibrio ${\text{N}}_2{\text{O}}_4(g)\rightleftharpoons 2{\text{NO}}_2(g)$:

a) Calcule el valor de la presión parcial de ${\text{NO}}_2(g)$ en el equilibrio y el valor de las constantes $K_c$ y $K_p$ de la reacción. [1,5 puntos]

b) ¿Aumentará la concentración de ${\text{NO}}_2(g)$ si se reduce el volumen del recipiente a la mitad? [0,5 puntos]

Datos: $R=\mathrm{0,082}\text{ atm}\cdot \text{L}\cdot {\text{K}}^{-1}\cdot {\text{mol}}^{-1}$; masas atómicas: $\text{N}=14\text{ u}$; $\text{O}=16\text{ u}$.

Determine la ecuación de velocidad de reacción, calcule el valor de la constante de velocidad, $k$, e indique sus unidades, para la reacción experimentada entre el flúor y el dióxido de cloro:

${\text{F}}_2(g)+2{\text{ClO}}_2(g)\to 2{\text{FClO}}_2(g)$

sabiendo que, a una temperatura determinada, la velocidad inicial de desaparición del flúor varía con las concentraciones iniciales de los reactivos en la forma que se indica en la tabla:

Experimento	$[{\text{F}}_2{]}_0(\text{M})$	$[{\text{ClO}}_2{]}_0(\text{M})$	Velocidad inicial ($\text{M}{\text{s}}^{-1}$) $1$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{0,010}$	$\mathrm{1,2}\cdot {10}^{-3}$ $2$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{0,040}$	$\mathrm{4,8}\cdot {10}^{-3}$ $3$	$\mathrm{0,20}$	$\mathrm{0,010}$	$\mathrm{2,4}\cdot {10}^{-3}$

La determinación de la concentración de peróxido de hidrógeno, ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$, en un agua oxigenada puede llevarse a cabo en el laboratorio mediante la valoración denominada permanganimetría, de acuerdo con la siguiente reacción 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) Indique cuál es el material de laboratorio utilizado en dicha determinación e identifique dónde se colocaría la disolución de permanganato potásico y dónde se colocaría el agua oxigenada. [0,5 puntos]

b) Indique cómo se lleva a cabo la detección del punto final de la valoración. [0,5 puntos]

c) La valoración exacta de una disolución preparada diluyendo $2\text{ mL}$ de agua oxigenada con agua hasta alcanzar un volumen final de $20\text{ mL}$ 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, expresando el resultado en gramos de peróxido de hidrógeno por litro de agua oxigenada. [1,0 punto]

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

Para la determinación del contenido en ácido acético, ${\text{CH}}_3\text{COOH}$, de un vinagre comercial, $15\text{ mL}$ de vinagre se diluyen con agua hasta un volumen final de $50\text{ mL}$. La neutralización exacta de esta disolución consume $\mathrm{7,5}\text{ mL}$ de disolución acuosa de hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, $\mathrm{0,2}\text{ M}$.

a) Calcule la concentración del ácido acético en el vinagre comercial, expresando el resultado en % en masa (considere la densidad de la disolución de vinagre como de $1\text{ g}\mathrm{/}\text{mL}$). [1,0 punto]

b) Indique dónde se aloja el indicador durante la valoración y justifique, de forma razonada, si sería adecuado utilizar el Naranja de Metilo como indicador para detectar el punto final de la valoración. [1,0 punto]

Datos: intervalo de pH de cambio de color del Naranja de Metilo: $\mathrm{3,2}-\mathrm{4,4}$. Masas atómicas: $\text{C}=12\text{ u}$; $\text{H}=1\text{ u}$; $\text{O}=16\text{ u}$.

a) Deduzca y represente la estructura de Lewis de la molécula de ${\text{SF}}_2$, e indique, justificándolo en base a su geometría molecular deducida según la TRPECV, si se trata de una molécula polar o apolar. [1,0 punto]

Datos: $\text{S }(Z=16)$; $\text{F }(Z=9)$. Valores de la electronegatividad: $\chi (\text{S})=\mathrm{2,58}$; $\chi (\text{F})=\mathrm{3,98}$.

b) Escriba las configuraciones electrónicas de los elementos $\text{F}$ y $\text{Na}$ e indique a qué bloque y periodo de la tabla periódica pertenece cada uno de ellos. Ordene, de forma razonada, los dos elementos, $\text{F}$ y $\text{Na}$, de mayor a menor radio atómico. [1,0 punto]

Datos: $\text{F }(Z=9)$; $\text{Na }(Z=11)$.

a) Explique, justificando la respuesta, las variaciones observadas en las propiedades de las siguientes sustancias:

a.1) El ${\text{I}}_2$ (masa molar $=\mathrm{253,8}\text{ g}\mathrm{/}\text{mol}$) es un sólido a temperatura ambiente, mientras que el ${\text{Cl}}_2$ (masa molar $=\mathrm{70,9}\text{ g}\mathrm{/}\text{mol}$) es un gas. [0,5 puntos]

a.2) La temperatura de ebullición del ${\text{H}}_2\text{O}$ es 100 °C mientras que la del ${\text{H}}_2\text{S}$ es $-60$ °C. [0,5 puntos]

b) Dados los siguientes números cuánticos $n=4$ y $m_l=-3$, indique, justificando la respuesta: [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, razonadamente, qué elemento, $\text{Na}$ o $\text{Cl}$, tendrá el mayor valor de la primera energía de ionización. [0,5 puntos]

Datos: $\text{Na }(Z=11)$; $\text{Cl }(Z=17)$.

b) Indique a qué tipo de reacción orgánica corresponde el proceso de deshidratación del etanol con ácido sulfúrico. Escriba, de forma esquemática, la reacción química correspondiente. Nombre el producto de la reacción y escriba su fórmula semidesarrollada. [1,5 puntos]

a) Indique, razonadamente, el número de protones, neutrones y electrones de la siguiente especie ${}_{56}^{130}\text{X}$. [0,5 puntos]

b) Nombre y escriba las fórmulas semidesarrolladas de los posibles isómeros estructurales de cadena con la fórmula molecular ${\text{C}}_5{\text{H}}_{12}$. [1,5 puntos]