Examen de Química de Asturias 2024 (convocatoria extraordinaria)

a) Escriba las configuraciones electrónicas de los elementos $\text{F}$ y $\text{Ca }(Z=20)$ en su estado fundamental. [1,00 punto]

b) Responda, razonadamente, si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos: [1,00 punto]

b.1) El $\text{F}$ y el $\text{Ca}$ pueden formar un compuesto iónico. [0,25 puntos]

b.2) El $\text{F}$ y el $\text{Ca}$ pueden formar un compuesto covalente. [0,25 puntos]

b.3) La estequiometría del compuesto es $\text{CaF}$. [0,25 puntos]

b.4) La estequiometría del compuesto es ${\text{CaF}}_2$. [0,25 puntos]

La fórmula de Rydberg puede utilizarse para obtener un valor aproximado de la primera energía de ionización, $E_{\text{i}}(1)$, del átomo de hidrógeno: basta, simplemente, con considerar la transición entre $n=1$ y $n=\mathrm{\infty }$. Calcule, utilizando la fórmula de Rydberg, la primera energía de ionización del átomo de hidrógeno.

Datos: $R_{\mathrm{\infty }}=\mathrm{1,0973731568527}\cdot {10}^7{\text{m}}^{-1}$, $h=\mathrm{6,6260689}\cdot {10}^{-34}\text{ J}\cdot \text{s}$, $c=299792458\text{ m}\cdot {\text{s}}^{-1}$ y $N_{\text{A}}=\mathrm{6,022}\cdot {10}^{23}{\text{mol}}^{-1}$.

Calcule la constante de equilibrio $K_p$ de la reacción ${\text{CO}}_2(g)+{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons \text{CO}(g)+{\text{H}}_2\text{O}(g)$, a 550 °C, sabiendo que al mezclar en un recipiente, a esa temperatura, $\mathrm{2,00}\text{ mol}$ de ${\text{CO}}_2(g)$ y $\mathrm{2,00}\text{ mol}$ de ${\text{H}}_2(g)$, se forman, una vez alcanzado el equilibrio ($p_{\text{tot,eq}}=\mathrm{1,00}\text{ atm}$), $\mathrm{0,540}\text{ mol}$ de $\text{CO}(g)$ y $\mathrm{0,540}\text{ mol}$ de ${\text{H}}_2\text{O}(g)$.

Se ha determinado, a la misma temperatura, pero con cuatro condiciones iniciales diferentes, la velocidad inicial, $v_0$, de la reacción ${\text{BrO}}_3^{-}(aq)+5{\text{Br}}^{-}(aq)+6{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}(aq)\to 3{\text{Br}}_2(aq)+9{\text{H}}_2\text{O}(l)$.

Exp.	$[{\text{BrO}}_3^{-}(aq){]}_0\mathrm{/}(\text{mol}{\text{L}}^{-1})$	$[{\text{Br}}^{-}(aq){]}_0\mathrm{/}(\text{mol}{\text{L}}^{-1})$	$[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}(aq){]}_0\mathrm{/}(\text{mol}{\text{L}}^{-1})$	$v_0\mathrm{/}(\text{mol}{\text{L}}^{-1}{\text{s}}^{-1})$ $1$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{1,2}\cdot {10}^{-3}$ $2$	$\mathrm{0,20}$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{2,4}\cdot {10}^{-3}$ $3$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{0,30}$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{3,5}\cdot {10}^{-3}$ $4$	$\mathrm{0,20}$	$\mathrm{0,10}$	$\mathrm{0,15}$	$\mathrm{5,5}\cdot {10}^{-3}$

a) Calcule el orden de la reacción respecto al ${\text{BrO}}_3^{-}$. [0,25 puntos]

b) Calcule el orden de la reacción respecto al ${\text{Br}}^{-}$. [0,25 puntos]

c) Calcule el orden de la reacción respecto al ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$. [0,25 puntos]

d) Calcule el orden total de la reacción. [0,25 puntos]

e) Calcule la constante cinética. [0,50 puntos]

f) Escriba la ley de velocidad. [0,50 puntos]

A través de una disolución acuosa que contiene una sal de $\text{Cu(II)}$, de anión $\text{X}$ desconocido, pero de estequiometría ${\text{CuX}}_n$, se hace circular una corriente eléctrica. Se necesitan $123\text{ min}$ para que una corriente de $\mathrm{0,100}\text{ A}$ reduzca a cobre metálico todo el $\text{Cu(II)}$ contenido en $\mathrm{1,00}\text{ g}$ de dicha sal. Calcule la masa molar de la sal.

Dato: $F=\mathrm{9,64853399}\cdot {10}^4\text{ C}\cdot {\text{mol}}^{-1}$.

El hidróxido de calcio, ${\text{Ca(OH)}}_2$, es un sólido poco soluble en agua.

a) Calcule la energía de Gibbs estándar de reacción, ${\mathrm{\Delta }}_{\text{r}}{G}^{\circ }$, a $\mathrm{298,15}\text{ K}$, correspondiente al equilibrio entre el hidróxido de calcio sólido y una disolución acuosa saturada de dicho compuesto. [1,00 punto]

b) Calcule, a $\mathrm{298,15}\text{ K}$, la constante de equilibrio, $K_{\text{sol}}$ («producto de solubilidad»), del proceso anterior. [1,00 punto]

Datos: $R=\mathrm{8,314472}\text{ J}\cdot {\text{K}}^{-1}\cdot {\text{mol}}^{-1}$.

$$	${\text{Ca(OH)}}_2(s)$	${\text{Ca}}^{2+}(aq)$	${\text{OH}}^{-}(aq)$ ${\mathrm{\Delta }}_{\text{f}}{G}^{\circ }(\mathrm{298,15}\text{ K})\mathrm{/}(\text{kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1})$	$-\mathrm{898,49}$	$-\mathrm{553,58}$	$-\mathrm{157,244}$

a) [1,25 puntos] Se muestra, a continuación, la fórmula estructural desarrollada de la cafeína. Indique, razonadamente, la hibridación de los átomos de carbono ${\text{C}}^1$, ${\text{C}}^2$, ${\text{C}}^3$ y ${\text{C}}^4$.



b) [0,75 puntos]

b.1) ¿Qué nombre recibe el compuesto que se forma al hacer reaccionar benceno, ${\text{C}}_6{\text{H}}_6$, con bromo, ${\text{Br}}_2$, en presencia de bromuro de hierro(III), ${\text{FeBr}}_3$? [0,25 puntos]

b.2) Escriba la fórmula estructural desarrollada de dicho compuesto. [0,25 puntos]

b.3) ¿Qué tipo de reacción ha tenido lugar? [0,25 puntos]

a) [1,25 puntos]

a.1) Se muestra, a continuación, la fórmula estructural desarrollada del metanol. Justifique, utilizando la teoría de la repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV), los valores aproximados que toman los ángulos $\alpha$ y $\beta$. [0,50 puntos]



a.2) Calcule la incertidumbre asociada a la posición de un electrón si la incertidumbre asociada a su velocidad es $\mathrm{5,97}\cdot {10}^4\text{ m}\cdot {\text{s}}^{-1}$. [0,75 puntos]

Datos: $h=\mathrm{6,6260689}\cdot {10}^{-34}\text{ J}\cdot \text{s}$ y $m_{\text{e}}=\mathrm{9,10938215}\cdot {10}^{-31}\text{ kg}$.

b) Escriba la fórmula estructural desarrollada de los siguientes compuestos: 1-etil-4-metilciclohexano, 3-etil-5-metilheptano y 6-metilhept-2-en-4-ol. [0,75 puntos]

a) [1,25 puntos] En un vaso de precipitados, a presión atmosférica y temperatura ambiente, se lleva a cabo la siguiente reacción: $5{\text{C}}_2{\text{O}}_4^{2-}(aq)+2{\text{MnO}}_4^{-}(aq)+16{\text{H}}^{+}(aq)\to 10{\text{CO}}_2(g)+2{\text{Mn}}^{2+}(aq)+8{\text{H}}_2\text{O}(l)$. El anión ${\text{C}}_2{\text{O}}_4^{2-}$ y el catión ${\text{Mn}}^{2+}$ son incoloros. Sin embargo, el anión ${\text{MnO}}_4^{-}$ presenta un color violeta intenso. Al mezclar los reactivos, el color violeta persiste durante, aproximadamente, un par de minutos. Transcurrido ese tiempo, el color de la disolución empieza a perder intensidad y lo hace cada vez más deprisa, hasta que, finalmente, desaparece por completo. Si la reacción se repite, a presión atmosférica, pero a 60 °C, el color violeta inicial comienza a atenuarse al poco de mezclar los reactivos y la reacción termina muy rápidamente. Sabiendo que el catión ${\text{Mn}}^{2+}$ es un catalizador de la reacción, utilice la ecuación de Arrhenius para explicar los fenómenos observados.

b) [0,75 puntos]

b.1) Escriba la fórmula estructural desarrollada del monómero que constituye el poli(cloruro de vinilo). [0,50 puntos]

b.2) ¿Qué tipo de polimerización se sigue en la formación del poli(cloruro de vinilo)? [0,25 puntos]

a) [1,25 puntos] En un matraz Erlenmeyer se colocan $\mathrm{20,0}\text{ mL}$ de una disolución acuosa de ácido acético, ${\text{CH}}_3\text{COOH}$, de concentración desconocida. Utilizando una bureta, se añade al Erlenmeyer, lentamente, una disolución acuosa de hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$, $\mathrm{0,100}\text{ M}$, a la vez que se va registrando el pH de la misma. Los resultados se muestran en la figura. Calcule la concentración de la disolución acuosa de ácido acético.



b) [0,75 puntos] Se muestra, a continuación, la fórmula estructural desarrollada de la vitamina C.



b.1) Escriba su fórmula molecular. [0,25 puntos]

b.2) Copie en el pliego en blanco la fórmula del compuesto y señale todos los átomos de carbono asimétricos. [0,50 puntos]