Examen de Química de Comunidad de Madrid 2025 (convocatoria ordinaria)

$\mathbf{\text{1)}}$ Responda a las siguientes preguntas:

a) $\mathit{\text{(0,75}}\mathit{\text{puntos)}}$ El nitrato de amonio es un compuesto con muchas aplicaciones, cuya síntesis se realiza por reacción directa de ácido nítrico y amoniaco. Escriba la reacción ajustada que se produce y, haciendo uso de la Tabla, calcule $\mathrm{\Delta }{G}_r^{\circ }$ a 300 K. Justifique la espontaneidad de la reacción.
b) $\mathit{\text{(0,75}}\mathit{\text{puntos)}}$ Una de las aplicaciones del nitrato de amonio es como explosivo, ya que en ciertas condiciones (temperaturas por encima de 175 ºC) se produce de forma explosiva la reacción de descomposición que da lugar a óxido de dinitrógeno y agua. Escriba la reacción ajustada y con los datos de la Tabla calcule $\mathrm{\Delta }{H}_r^{\circ }$ y $\mathrm{\Delta }{S}_r^{\circ }$. Determine $\mathrm{\Delta }{G}_r^{\circ }$ a 450 K para dicha reacción. Considere que $\mathrm{\Delta }{H}_r^{\circ }$ y $\mathrm{\Delta }{S}_r^{\circ }$ no cambian con la temperatura. Justifique si la reacción es exotérmica y espontánea.
c) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Escriba la ley de velocidad de la reacción de descomposición del nitrato de amonio considerando que las unidades de su constante de velocidad son ${\mathrm{s}}^{-1}$, e indique el orden de la reacción.
d) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Explique cómo afecta a la velocidad de la reacción de descomposición del nitrato de amonio una disminución de la temperatura.

Tabla. Datos termodinámicos a 300K.

Compuesto	$\mathrm{\Delta }{G}_f^{\circ }(\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot \mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1})$	$\mathrm{\Delta }{H}_f^{\circ }(\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot \mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1})$	$S^{\circ }(\mathrm{J}\cdot {\mathrm{K}}^{-1}\cdot \mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1})$ $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$	−184	−366	151 $\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$	−81		$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$	−17		${\mathrm{N}}_2\mathrm{O}$		82	220 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$		−241	189

$\mathbf{\text{2A)}}$ Dadas las configuraciones electrónicas de tres elementos en estado fundamental X: $[\mathrm{A}\mathrm{r}]4{\mathrm{s}}^2$, Y: $[\mathrm{N}\mathrm{e}]3{\mathrm{s}}^{2}3{\mathrm{p}}^2$ y Z: $[\mathrm{H}\mathrm{e}]2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^5$:

a) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Determine su posición en la tabla periódica (periodo y grupo).
b) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Indique nombre y símbolo de los elementos Y y Z.
c) $\mathit{\text{(0,75}}\mathit{\text{puntos)}}$ Justifique si es posible o no cada una de las siguientes combinaciones de números cuánticos. En los casos afirmativos, razone si puede corresponder al electrón más externo de alguno de los elementos del enunciado, indicando a cuál: (2, 1, 0, +1/2); (3, 0, 1, −1/2); (3, 2, 0, +1/2); (4, 4, 0, +1/2).
d) $\mathit{\text{(0,75}}\mathit{\text{puntos)}}$ Defina electronegatividad y justifique cuál de los elementos X, Y o Z es el más electronegativo.

$\mathbf{\text{2B)}}$ Considere las siguientes moléculas, cuyas temperaturas de ebullición se indican entre paréntesis: $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{O}\mathrm{H}$ (338 K), $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$ (254 K) y $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$ (111 K):

a) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Dibuje la estructura de Lewis de los tres compuestos.
b) $\mathit{\text{(0,75}}\mathit{\text{puntos)}}$ Indique la hibridación del átomo de carbono y la geometría de cada una de las moléculas del enunciado utilizando el modelo de RPECV.
c) $\mathit{\text{(0,75}}\mathit{\text{puntos)}}$ Justifique los diferentes valores de las temperaturas de ebullición indicadas.
d) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ ¿Cuál/es es/son soluble/s en agua? Justifique la respuesta.

$\mathbf{\text{3A)}}$ Responda a las siguientes cuestiones:

a) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Nombre los siguientes compuestos, e indique a qué tipo de compuesto orgánico pertenecen:
$\mathit{\text{i)}}$ $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3)-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3)(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3)-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$
$\mathit{\text{ii)}}$ $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{O}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$
b) $\mathit{\text{(1}}\mathit{\text{punto)}}$ Escriba la fórmula semidesarrollada de los siguientes compuestos, nombrando el/los grupo/s funcional/es presente/s:
$\mathit{\text{i)}}$ 3-etil-3,5-dimetilhexan-2-ol
$\mathit{\text{ii)}}$ ácido 4-etilhept-2-enoico
$\mathit{\text{iii)}}$ 4-etilhexan-3-ona
$\mathit{\text{iv)}}$ 3-etil-4-metilheptanamida
c) $\mathit{\text{(1}}\mathit{\text{punto)}}$ Formule y nombre dos isómeros de cadena no cíclicos del hexano.

$\mathbf{\text{3B)}}$ Responda a las siguientes cuestiones:

a) $\mathit{\text{(1}}\mathit{\text{punto)}}$ Justifique si para el compuesto $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Escriba las reacciones correspondientes si las hubiere, y nombre los productos:
$\mathit{\text{i)}}$ Al reaccionar con ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ concentrado da prioritariamente dos compuestos isómeros geométricos.
$\mathit{\text{ii)}}$ Puede adicionar agua para dar butano.
b) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Formule, en cada caso, el compuesto que presente las siguientes condiciones:
$\mathit{\text{i)}}$ Un aldehído de tres carbonos que contenga átomos con hibridación sp.
$\mathit{\text{ii)}}$ Una amina secundaria de tres átomos de carbono, con el átomo de nitrógeno unido a un carbono con hibridación $\mathrm{s}{\mathrm{p}}^3$ y a otro carbono con hibridación $\mathrm{s}{\mathrm{p}}^2$.
c) $\mathit{\text{(1}}\mathit{\text{punto)}}$ Dados los compuestos $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ y $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$:
$\mathit{\text{i)}}$ Justifique cuál tiene mayor temperatura de fusión.
$\mathit{\text{ii)}}$ Formule la reacción de obtención de $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ a partir del alqueno correspondiente, indicando el medio en el que transcurre (ácido, básico), el tipo de reacción y si se trata del producto minoritario y la regla que sigue.

$\mathbf{\text{4A)}}$ El ácido butanoico (${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_7\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$) es un ácido monoprótico débil que se utiliza en muchas aplicaciones de la vida cotidiana, por ejemplo para mantener la frescura del pan, como aromatizante en jarabes o para mejorar la jugosidad de la carne, entre otras. A 25 ºC se preparan 250 mL de una disolución 0,250 M de este ácido con pH = 2,72.

a) $\mathit{\text{(1,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Escriba ajustada la reacción de disociación en agua y calcule el porcentaje de disociación del ácido y el pKa.
b) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ A 25 ºC se prepara una disolución de butanoato de sodio (${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_7\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{a}$). Razone, si su pH será mayor, menor o igual que el de la disolución del enunciado.
c) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Justifique si se formaría una disolución reguladora al mezclar la disolución del enunciado con una disolución de butanoato de sodio.

$\mathbf{\text{4B)}}$ En un recipiente de 2,50 L se introducen 0,0200 mol de ${\mathrm{N}}_2$ y 0,0300 mol de ${\mathrm{H}}_2$. Se eleva la temperatura hasta 400 ºC, y la reacción ${\mathrm{N}}_2(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})$ alcanza el equilibrio, obteniéndose $\mathrm{\Delta }{H}_r<0$ y una concentración de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})$ de 0,00375 $\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}$.

a) $\mathit{\text{(1}}\mathit{\text{punto)}}$ Calcule las presiones parciales de cada sustancia en el equilibrio y la presión total.
b) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Obtenga Kp y Kc.
c) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Justifique si el rendimiento del proceso aumenta realizándolo a menor temperatura.
d) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Razone cómo varía la concentración de ${\mathrm{N}}_2$ cuando se añade al equilibrio un gas inerte como el Ar a volumen y temperatura constantes.

Dato. R = 0,0820 $\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}\cdot \mathrm{L}\cdot \mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}\cdot {\mathrm{K}}^{-1}$.