Examen de Química de Asturias 2022 (convocatoria ordinaria)

Se construye una pila galvánica utilizando las siguientes semicélulas: una lámina de zinc sumergida en una disolución acuosa de ${\text{Zn}}^{2+}(ac)$ y un hilo de $\text{Ag}$ sumergido en una disolución acuosa de iones ${\text{Ag}}^{+}(ac)$.

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) Si el cátodo se sustituye por un electrodo de hierro sumergido en una disolución de iones ${\text{Fe}}^{2+}$, ¿funcionará espontáneamente la pila? [0,5 puntos]

Datos: $E^{\circ }({\text{Ag}}^{+}\mathrm{/}\text{Ag})=+\mathrm{0,80}\text{ V}$; $E^{\circ }({\text{Zn}}^{2+}\mathrm{/}\text{Zn})=-\mathrm{0,76}\text{ V}$; $E^{\circ }({\text{Fe}}^{2+}\mathrm{/}\text{Fe})=-\mathrm{0,44}\text{ V}$.

Se introducen $\mathrm{0,7}$ moles de ${\text{Br}}_2$ en un recipiente de $\mathrm{0,5}\text{ L}$ de capacidad y se eleva la temperatura a $873\text{ K}$. Una vez establecido el equilibrio ${\text{Br}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{Br}(g)$ en estas condiciones, el grado de disociación es $\mathrm{0,6}$.

a) Calcule el valor de $K_c$ y $K_p$ a esa temperatura. [1,0 punto]

b) Determine las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio. [0,5 puntos]

c) Se observa que, si se suministra calor al sistema, aumenta la cantidad de $\text{Br}(g)$. Indique razonadamente si la reacción es endotérmica o exotérmica. [0,5 puntos]

Datos: $R=\mathrm{0,082}\text{ atm}\cdot \text{L}\cdot {\text{K}}^{-1}\cdot {\text{mol}}^{-1}$.

El valor de la constante del producto de solubilidad a 25 °C del cloruro de plata ($\text{AgCl}$) es de $\mathrm{1,7}\cdot {10}^{-10}$.

a) Calcule la solubilidad del cloruro de plata en $\text{g}\mathrm{/}\text{L}$. [1,0 punto]

b) Indique, razonadamente, si se formará precipitado cuando añadamos $100\text{ mL}$ de una disolución $1\text{ M}$ de $\text{NaCl}$ a $1\text{ L}$ de disolución $\mathrm{0,01}\text{ M}$ de ${\text{AgNO}}_3$. [1,0 punto]

Datos: masas atómicas: $\text{Ag}=\mathrm{107,8}\text{ u}$; $\text{Cl}=\mathrm{35,5}\text{ u}$.

La disolución que se obtiene al añadir agua a una disolución acuosa de ácido acético, ${\text{CH}}_3\text{COOH}$, de concentración $C_0$, presenta un valor de $\text{pH}=3$. Teniendo en cuenta que el volumen final de la disolución es $\mathrm{0,4}\text{ L}$, calcule:

a) La concentración molar inicial de ácido acético en la disolución. [1,25 puntos]

b) El volumen de $\text{NaOH}$ $1\text{ M}$ necesario para neutralizar la disolución de ácido acético finalmente obtenida. [0,75 puntos]

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

a) En el laboratorio se dispone del material de laboratorio y reactivos que se relacionan: pipeta aforada de $10\text{ mL}$, disolución acuosa titulada de $\text{NaOH}$, muestra de vinagre comercial e indicador. Indique el procedimiento experimental a seguir para realizar la determinación del contenido de ácido acético en un vinagre comercial. [1,0 punto]

b) Para la valoración de una base débil, ${\text{NH}}_3(ac)$, con un ácido fuerte, $\text{HCl}(ac)$, proponga, de forma razonada, el indicador que utilizaría para identificar el punto final de la valoración y el cambio de color que observaría. Indique el material de laboratorio en el que colocaría el indicador utilizado. [1,0 punto]

Indicador	Color (medio ácido)	Intervalo de pH de cambio de color	Color (medio básico) Rojo de metilo	Rojo	$\mathrm{4,8}-\mathrm{6,0}$	Amarillo Tornasol	Rojo	$\mathrm{5,0}-\mathrm{8,0}$	Azul Fenolftaleína	Incoloro	$\mathrm{8,2}-\mathrm{10,0}$	Rosa

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) Indique 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. Identifique el material en el que se deposita la disolución acuosa de permanganato y la de agua oxigenada en el inicio de la valoración. [1,0 punto]

b) En el laboratorio, $10\text{ mL}$ del agua oxigenada se diluyen con agua hasta $100\text{ mL}$ y se toma una alícuota de $10\text{ mL}$. La valoración de esta alícuota consume, en el punto de equivalencia, $20\text{ mL}$ de una disolución de permanganato de potasio $\mathrm{0,02}\text{ M}$. Calcule la concentración de peróxido de hidrógeno en el agua oxigenada inicial. ¿Cómo se detecta el punto final de la valoración? [1,0 punto]

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

a) Justifique por qué el dióxido de carbono (${\text{CO}}_2$) es una molécula apolar, mientras que el agua (${\text{H}}_2\text{O}$) es una molécula polar. [1,0 punto]

Datos: $\text{H }(Z=1)$; $\text{C }(Z=6)$; $\text{O }(Z=8)$. Valores de la electronegatividad: $\chi (\text{H})=\mathrm{2,2}$; $\chi (\text{C})=\mathrm{2,6}$; $\chi (\text{O})=\mathrm{3,4}$.

b) Dados los elementos $\text{A }(Z=20)$ y $\text{B }(Z=17)$ responda, justificando las respuestas, a las siguientes cuestiones:

b.1) Indique la opción correcta que muestra los números cuánticos del electrón diferenciador del elemento $Z=20$: i) $(4,1,-1,1\mathrm{/}2)$; ii) $(4,0,-1,-1\mathrm{/}2)$; iii) $(3,2,-2,1\mathrm{/}2)$; iv) $(4,0,0,-1\mathrm{/}2)$. [0,5 puntos]

b.2) Razone qué tipo de enlace se podrá formar entre $\text{A}$ y $\text{B}$ y cuál será la fórmula del compuesto resultante. [0,5 puntos]

a) Para el anión carbonato, ${\text{CO}}_3^{2-}$, deduzca la estructura de Lewis. Indique y dibuje la geometría molecular del anión, según la TRPECV, y los ángulos de enlace aproximados. [1,0 punto]

Datos: $\text{C }(Z=6)$, $\text{O }(Z=8)$.

b) Los puntos de ebullición normales del 1-propanol (propan-1-ol, ${\text{C}}_3{\text{H}}_8\text{O}$) y del metoxietano (etil metil éter, ${\text{C}}_3{\text{H}}_8\text{O}$) son 97,4 °C y 7 °C, respectivamente. Justifique la diferencia en los valores de los puntos de ebullición normales de los dos compuestos. [1,0 punto]

a) Considere los elementos cuyas configuraciones electrónicas en su estado fundamental son: $\text{A}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^2$; $\text{B}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^5$. Justifique qué elemento, $\text{A}$ o $\text{B}$, presenta un mayor valor de la primera energía de ionización. [0,5 puntos]

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

i) ${\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{OH}$

ii) ${\text{CH}}_3-\text{NH}-{\text{CH}}_2-\text{CH}={\text{CH}}_2$

iii) ${\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-\text{CHO}$

iv) ${\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-\text{COOH}$

v) ${\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{CO}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_3$

vi) ${\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{O}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_3$

a) Indique, justificando la respuesta, si los siguientes grupos de números cuánticos son posibles para un electrón en un átomo: [0,5 puntos]

i) $(3,3,2,-1\mathrm{/}2)$

ii) $(3,2,-3,-1\mathrm{/}2)$

b) Formule y nombre los siguientes compuestos orgánicos: [1,5 puntos]

i) Dos alquenos, isómeros de cadena, de fórmula molecular ${\text{C}}_4{\text{H}}_8$.

ii) Dos alcoholes, isómeros de posición, de fórmula molecular ${\text{C}}_4{\text{H}}_{10}\text{O}$.

iii) Dos isómeros de función de fórmula molecular ${\text{C}}_2{\text{H}}_6\text{O}$.