Examen de Química de Comunidad Valenciana 2020 (convocatoria extraordinaria)

Problema 1.- Fórmula empírica/molecular. Cálculos estequiométricos.

La alicina es un compuesto orgánico que le da olor al ajo. El análisis químico de la alicina mostró la siguiente composición centesimal en masa: 44,4 % de C, 39,5 % de S, 9,86 % de O y 6,21 % de H. Se sabe que su masa molar está entre 160 y 165 g.

a) Determine su fórmula empírica y molecular. (1,2 puntos)

b) Los ajos tienen, aproximadamente, un 0,23 % en masa de alicina. Si un diente de ajo pesa 12 g, ¿cuántos gramos de azufre provienen de la alicina? (0,8 puntos)

Datos: Masas atómicas relativas: H (1); C (12); O (16); S (32).

Problema 2.- Ajuste de reacción. Cálculos estequiométricos.

En el laboratorio, se puede obtener sulfato de sodio, ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_4$, haciendo reaccionar hidróxido de sodio, NaOH, con ácido sulfúrico, ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$, de acuerdo con la reacción (no ajustada):

$\text{NaOH}(ac)+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4(ac)⟶{\text{Na}}_2{\text{SO}}_4(ac)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$

Si se mezcla la disolución A (120 mL conteniendo NaOH en concentración 0,05 M) con la disolución B (50 mL de ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ de concentración 0,12 M), calcule:

a) El pH de la disolución resultante, una vez se complete la reacción entre NaOH y ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$. (1 punto)

b) La concentración de ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_4$ en la disolución final ($\text{mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$) y la cantidad (en gramos) obtenida de este compuesto como consecuencia de la reacción. (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: H (1); O (16); Na (23); S (32).

Problema 3.- Equilibrio químico.

En un recipiente de 1 L de capacidad, en el que se ha hecho vacío, se introducen 0,92 g de ${\text{N}}_2{\text{O}}_4(g)$ y 0,23 g de ${\text{NO}}_2(g)$. El recipiente se calienta a 100 ${}^{\circ }\text{C}$, produciéndose la disociación del ${\text{N}}_2{\text{O}}_4$ para dar ${\text{NO}}_2$ de acuerdo al equilibrio siguiente:

${\text{N}}_2{\text{O}}_4(g)\rightleftharpoons 2{\text{NO}}_2(g)$

Cuando se alcanza el equilibrio a 100 ${}^{\circ }\text{C}$, la presión total del sistema es de 0,724 atm.

a) Determine el valor de las constantes de equilibrio, $K_p$ y $K_c$. (1 punto)

b) Calcule la presión en el recipiente en el equilibrio si inicialmente sólo se hubieran introducido 0,92 g de ${\text{N}}_2{\text{O}}_4$. (1 punto)

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

Problema 4.- Equilibrio ácido-base.

El ácido fórmico, HCOOH, es un ácido débil cuya constante de disociación ácida vale $\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-4}$. Se dispone en el laboratorio de una disolución acuosa de ácido fórmico de concentración desconocida cuyo pH es 2,51. Calcule:

a) La concentración de la disolución de ácido fórmico en $\text{mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$. (1 punto)

b) Si se toman 10 mL de esta disolución y se añade agua hasta que la disolución resultante tiene un volumen de 100 mL, ¿cuál será el grado de disociación del ácido en la disolución resultante? (1 punto)

Cuestión 1.- Estructura atómica. Propiedades periódicas.

Considere los elementos A, B, C y D cuyos números atómicos son 8, 12, 17 y 18, respectivamente. Responda las siguientes cuestiones. (0,5 puntos cada apartado)

a) Escriba la configuración electrónica de cada elemento en su estado fundamental, así como la del ion más estable que, en su caso, pueden formar.

b) Compare el radio de los iones formados por A y B, indicando cuál de los dos es mayor. Justifique la respuesta.

c) Aplicando la regla del octete, deduzca la fórmula molecular del compuesto formado por A y C.

d) Proponga un compuesto iónico formado por dos de los elementos propuestos, deduciendo su fórmula molecular.

Cuestión 2.- Estructura molecular.

Considere las especies químicas: ${\text{NCl}}_3$, ${\text{NH}}_4^{+}$, ${\text{CS}}_2$, ${\text{SCl}}_2$ y responda a las cuestiones siguientes:

a) Represente la estructura de Lewis de cada una de las especies químicas. (0,8 puntos)

b) Deduzca, razonadamente, la geometría de cada una de estas especies químicas. (0,8 puntos)

c) Discuta, justificadamente, la polaridad de las dos moléculas ${\text{CS}}_2$ y ${\text{SCl}}_2$. (0,4 puntos)

Datos: Números atómicos: H (1); C (6); N (7); S (16); Cl (17).

Cuestión 3.- Desplazamiento del equilibrio.

El amoniaco gas, ${\text{NH}}_3(g)$, reacciona con aire para formar dióxido de nitrógeno, ${\text{NO}}_2$, a alta temperatura de acuerdo a la reacción:

$4{\text{NH}}_3(g)+7{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons 4{\text{NO}}_2(g)+6{\text{H}}_2\text{O}(g)\mathrm{\Delta }H=-1170\text{ kJ}$

Discuta razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. (0,5 puntos cada apartado)

a) Un aumento de la temperatura favorecerá la formación de ${\text{NO}}_2$ en el equilibrio.

b) La disminución del volumen del reactor, manteniendo constante la temperatura, favorecerá que se forme mayor cantidad de productos en el equilibrio.

c) La adición de ${\text{NH}}_3$, manteniendo constantes el volumen del recipiente y la temperatura, favorecerá que se forme mayor cantidad de ${\text{NO}}_2$ una vez se alcance el equilibrio.

d) El uso de un catalizador hará que se obtenga una mayor cantidad de productos en el equilibrio.

Cuestión 4.- Reacciones redox.

A partir de los datos de potenciales de reducción estándar que se adjuntan, indique razonadamente si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos. (0,5 puntos cada apartado)

a) Una disolución de HCl 1 M es capaz de disolver una barra de níquel metálico.

b) El níquel metálico puede oxidar al estaño metálico.

c) Se puede obtener plata metálica sumergiendo un hilo de cobre en una disolución de nitrato de plata 1 M.

d) No podemos almacenar una disolución de sulfato de cobre 1 M en un recipiente de estaño metálico.

Datos: Potenciales estándar de reducción, $E^o$(V): ${\text{Ag}}^{+}(ac)\mathrm{/}\text{Ag}(s)=+\mathrm{0,80}$; ${\text{Cu}}^{2+}(ac)\mathrm{/}\text{Cu}(s)=+\mathrm{0,34}$; ${\text{H}}^{+}(ac)\mathrm{/}{\text{H}}_2(g)=0$; ${\text{Sn}}^{2+}(ac)\mathrm{/}\text{Sn}(s)=-\mathrm{0,14}$; ${\text{Ni}}^{2+}(ac)\mathrm{/}\text{Ni}(s)=-\mathrm{0,26}$.

Cuestión 5.- Cinética Química. Nomenclatura inorgánica.

a) La descomposición del pentóxido de dinitrógeno,

$2{\text{N}}_2{\text{O}}_5(g)⟶4{\text{NO}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)$

sigue la ecuación de velocidad $v=k\cdot [{\text{N}}_2{\text{O}}_5]$. Responda las siguientes cuestiones: (0,25 puntos cada apartado)

a1) Compare la velocidad de aparición de ${\text{NO}}_2$ con la de aparición de ${\text{O}}_2$.

a2) Indique el orden de reacción total y el orden de reacción respecto del ${\text{N}}_2{\text{O}}_5$.

a3) Indique las unidades de la velocidad de reacción y de la constante de velocidad.

a4) Discuta si la constante de velocidad depende de la temperatura a la que se lleva a cabo la reacción.

b) Nombre los compuestos siguientes: (0,2 puntos cada uno)

$\begin{array}{llllllllll}\text{b1)}& {\text{K}}_2{\text{Cr}}_2{\text{O}}_7& \text{b2)}& {\text{PCl}}_3& \text{b3)}& {\text{NaClO}}_3& \text{b4)}& {\text{Co(OH)}}_2& \text{b5)}& {\text{FePO}}_4\end{array}$

Cuestión 6.- Reactividad y nomenclatura orgánica.

Complete las siguientes reacciones y nombre los reactivos y compuestos orgánicos que se obtienen: (0,5 puntos cada apartado)

$\begin{array}{llc}\text{a)}& {\text{CH}}_4(g)+2{\text{O}}_2(g)& ⟶\\ \text{b)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{Cl}(ac)+{\text{OH}}^{-}(ac)& ⟶\\ \text{c)}& {\text{CH}}_3-\text{CH}=\text{CH}-{\text{CH}}_3(g)+{\text{H}}_2(g)& \stackrel{\text{ catalizador }}{\to }\\ \text{d)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-\text{OH}& \underset{{\text{H}}_2{\text{SO}}_4}{\overset{{\text{KMnO}}_4(ac)}{\to }}\end{array}$