Examen de Química de Asturias 2024 (convocatoria ordinaria)

Represente las estructuras de Lewis de las siguientes especies e indique su geometría:

a) ${\left[\begin{array}{c}\text{F}\\ \mathrm{\mid }\\ \text{F}-\text{B}-\text{F}\\ \mathrm{\mid }\\ \text{F}\end{array}\right]}^{-1}$

b) $\text{H}-\text{S}-\text{H}$

c) $\begin{array}{c}\text{Cl}\\ \mathrm{\mid }\\ \text{Cl}-\text{C}-\text{Cl}\\ \mathrm{\mid }\\ \text{Cl}\end{array}$

d) $\text{S}-\text{C}-\text{S}$

Utilice un ciclo de Born-Haber para calcular la entalpía estándar de red, ${\mathrm{\Delta }}_{\text{red}}{H}^{\circ }$, del $\text{NaCl}(s)$.

Datos: $E_{\text{i}}(\text{Na})=496\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$ (primera energía de ionización), $E_{\text{ea}}(\text{Cl})=-349\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$ (primera afinidad electrónica), ${\mathrm{\Delta }}_{\text{f}}{H}^{\circ }(\text{NaCl}(s))=-411\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$, ${\mathrm{\Delta }}_{\text{f}}{H}^{\circ }(\text{Na}(g))=108\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$ y ${\mathrm{\Delta }}_{\text{f}}{H}^{\circ }(\text{Cl}(g))=122\text{ kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$.

Considere la reacción ${\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons 2{\text{NH}}_3(g)$. A una $T$ determinada, una mezcla gaseosa de ${\text{N}}_2(g)$, ${\text{H}}_2(g)$ y ${\text{NH}}_3(g)$ se encuentra en un estado de equilibrio. Las cantidades de los tres componentes de la mezcla gaseosa en ese estado de equilibrio se muestran a continuación.

$$	${\text{N}}_2(g)$	${\text{H}}_2(g)$	${\text{NH}}_3(g)$ $n_{\text{eq}}\mathrm{/}\text{mol}$	$\mathrm{3,00}$	$\mathrm{1,00}$	$\mathrm{1,00}$

La presión de la mezcla gaseosa en dicho estado es $p_{\text{tot,eq}}=\mathrm{1,00}\text{ atm}$.

a) Calcule el valor de $K_p$. [1,00 punto]

b) Manteniendo la mezcla gaseosa a $p_{\text{tot,eq}}=\mathrm{1,00}\text{ atm}$ y $T$, se añaden $\mathrm{0,100}\text{ mol}$ de ${\text{N}}_2(g)$. Calcule, en esta nueva situación, el valor del cociente de reacción, $Q_p$. [0,50 puntos]

c) Compare los valores de $K_p$ y $Q_p$ para predecir hacia dónde se desplazará la reacción. [0,50 puntos]

a) Calcule, a $\mathrm{298,15}\text{ K}$, la entalpía estándar de reacción, ${\mathrm{\Delta }}_{\text{r}}{H}^{\circ }$, correspondiente a la combustión del metano. [1,50 puntos]

b) Indique, razonadamente, si la reacción es exotérmica o endotérmica. [0,50 puntos]

Datos:

$$	${\text{CO}}_2(g)$	${\text{H}}_2\text{O}(l)$	${\text{CH}}_4(g)$ ${\mathrm{\Delta }}_{\text{f}}{H}^{\circ }(\mathrm{298,15}\text{ K})\mathrm{/}(\text{kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1})$	$-\mathrm{393,1}$	$-\mathrm{285,5}$	$-\mathrm{74,8}$

Calcule, a 25 °C, el pH de una disolución acuosa $\mathrm{0,0100}\text{ M}$ de ${\text{HNO}}_2$.

Dato: $K_{\text{a}}(25{}^{\circ }\text{C})=\mathrm{5,52}\cdot {10}^{-4}$.

Calcule la energía de Gibbs estándar de reacción, ${\mathrm{\Delta }}_{\text{r}}{G}^{\circ }$, a $\mathrm{298,15}\text{ K}$, correspondiente al proceso que ocurre en una celda galvánica que utiliza los sistemas redox ${\text{Cu}}^{2+}(aq)\mathrm{/}\text{Cu}(s)$ y ${\text{Zn}}^{2+}(aq)\mathrm{/}\text{Zn}(s)$.

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

$$	$E^{\circ }(\mathrm{298,15}\text{ K})\mathrm{/}\text{V}$ ${\text{Cu}}^{2+}(aq)+2{\text{e}}^{-}\rightleftharpoons \text{Cu}(s)$	$\mathrm{0,340}$ ${\text{Zn}}^{2+}(aq)+2{\text{e}}^{-}\rightleftharpoons \text{Zn}(s)$	$-\mathrm{0,763}$

a) [1,25 puntos]

a.1) En la tabla aparecen cuatro posibles espín-orbitales descritos por sus correspondientes números cuánticos.

$$	$n$	$l$	$m_l$	$m_s$ $\mathbf{1}$	$3$	$2$	$2$	$+1\mathrm{/}2$ $\mathbf{2}$	$3$	$1$	$1$	$+1\mathrm{/}2$ $\mathbf{3}$	$2$	$1$	$0$	$+1\mathrm{/}2$ $\mathbf{4}$	$3$	$2$	$0$	$-1\mathrm{/}2$

Indique, razonadamente, cuál de ellos puede corresponderse con un electrón de la capa de valencia del átomo de azufre en su estado fundamental. [0,50 puntos]

a.2) Indique el tipo de enlace químico que existe en las siguientes sustancias: fluoruro de litio ($\text{LiF}$), hierro ($\text{Fe}$) y diamante ($\text{C}$). [0,75 puntos]

b) Escriba la fórmula estructural desarrollada de los siguientes compuestos: 3-bromociclohex-1-eno, 2-metilpentano y but-3-en-1-ol. [0,75 puntos]

a) Escriba las configuraciones electrónicas de los átomos de flúor, magnesio, fósforo y cromo ($Z=24$) en su estado fundamental. [1,25 puntos]

b) [0,75 puntos]

b.1) ¿Qué nombre recibe el compuesto que se forma al hacer reaccionar propan-2-ol con ácido sulfúrico (${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$) concentrado a alta temperatura? [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] La dependencia de las constantes cinéticas con la temperatura, en reacciones elementales, puede representarse mediante la ecuación de Arrhenius.

a.1) Escriba la expresión matemática de la ecuación de Arrhenius. [0,25 puntos]

a.2) Explique cómo afecta un incremento de la temperatura a la constante cinética. [0,50 puntos]

a.3) Explique cómo afecta la presencia de un catalizador a la constante cinética. [0,50 puntos]

b) [0,75 puntos] Se muestra, a continuación, la fórmula estructural desarrollada del ibuprofeno.



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]

a) [1,25 puntos] En la gráfica se muestran dos curvas de valoración ácido-base: una en trazo continuo y la otra en discontinuo. El agente valorante es, en ambos casos, la misma disolución acuosa de hidróxido de sodio, $\text{NaOH}$. En un caso se valora un ácido débil, y en el otro uno fuerte (los dos de la misma concentración). Las dos curvas coinciden a partir de $V_{\text{NaOH}}=8\text{ mL}$.



a.1) Explique qué curva corresponde a cada ácido. [0,75 puntos]

a.2) ¿Cuál es el volumen de equivalencia cuando se valora el ácido débil? [0,25 puntos]

a.3) ¿Cuál es el volumen de equivalencia cuando se valora el ácido fuerte? [0,25 puntos]

b) Copie en el pliego en blanco la fórmula estructural desarrollada que se muestra a continuación y señale y nombre todos los grupos funcionales que aparecen en ella. [0,75 puntos]