Examen de Química de Comunidad Valenciana 2020 (convocatoria ordinaria)

Problema 1.- Ajuste de reacción. Cálculos estequiométricos.

El acrilonitrilo, ${\text{C}}_3{\text{H}}_3\text{N}$, se usa para fabricar un tipo de fibra sintética acrílica resistente a los agentes atmosféricos y a la luz solar. En el método de obtención más conocido para obtener el acrilonitrilo se hace pasar propileno, ${\text{C}}_3{\text{H}}_6$, amoníaco, ${\text{NH}}_3$, y aire junto con un catalizador en un reactor, según la siguiente reacción (no ajustada):

${\text{C}}_3{\text{H}}_6(g)+{\text{NH}}_3(g)+{\text{O}}_2(g)⟶{\text{C}}_3{\text{H}}_3\text{N}(g)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$

a) ¿Cuántos gramos de acrilonitrilo se pueden obtener a partir de 200 L de propileno, medidos a 1,2 atm de presión y 30 ${}^{\circ }\text{C}$, y un exceso de ${\text{NH}}_3$ y ${\text{O}}_2$ si la reacción tiene un rendimiento del 93 %? (1,2 puntos)

b) Calcule el volumen de aire, medido a 1 atm y 30 ${}^{\circ }\text{C}$, necesario para que la experiencia anterior tenga lugar. Tenga en cuenta que el aire contiene un 21 % (en volumen) de ${\text{O}}_2$. (0,8 puntos)

Datos: Masas atómicas relativas: H (1); C (12); N (14); O (16). $R=\mathrm{0,082}\text{ atm}\cdot \text{L}\cdot {\text{K}}^{-1}\cdot {\text{mol}}^{-1}$.

Problema 2.- Equilibrio químico.

Considere el siguiente equilibrio que tiene lugar a 150 ${}^{\circ }\text{C}$:

${\text{I}}_2(g)+{\text{Br}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{IBr}(g)K_c=120$

a) En un recipiente de 5,0 L de capacidad, se disponen 0,0015 moles de yodo y 0,0015 moles de ${\text{Br}}_2$. Calcule la concentración de cada especie cuando se alcanza el equilibrio a 150 ${}^{\circ }\text{C}$. (1 punto)

b) En otro experimento, se introducen 0,2 $\text{mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$ de IBr en el mismo recipiente vacío. Calcule las concentraciones de todas las especies cuando se establezca un nuevo equilibrio a 150 ${}^{\circ }\text{C}$. (1 punto)

Problema 3.- Equilibrio ácido-base. Cálculos estequiométricos.

Cierto vinagre comercial tiene un 6,0 % en masa de ácido acético, ${\text{CH}}_3\text{COOH}$.

a) Calcule el pH de este vinagre, sabiendo que su densidad es de 1,05 $\text{g}\cdot {\text{mL}}^{-1}$. (1 punto)

b) Determine la cantidad (en gramos) de este vinagre que debe diluirse en agua para preparar 650 mL de disolución de pH 3,5. (1 punto)

Datos: $K_a({\text{CH}}_3\text{COOH})=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}$. Masas atómicas relativas: H (1); C (12); O (16).

Problema 4.- Reacción rédox. Cálculos estequiométricos.

En presencia de ácido sulfúrico, ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$, el dióxido de manganeso, ${\text{MnO}}_2$ y el yoduro de potasio, KI, reaccionan de acuerdo con la reacción (no ajustada):

${\text{MnO}}_2(s)+\text{KI}(ac)+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4(ac)⟶{\text{MnSO}}_4(ac)+{\text{I}}_2(s)+{\text{K}}_2{\text{SO}}_4(ac)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$

a) Escriba la semirreacción de oxidación y la de reducción. Ajuste la reacción química en forma molecular. (1 punto)

b) Si se añaden 1,565 g de ${\text{MnO}}_2(s)$ a 250 mL de una disolución 0,1 M de KI, conteniendo un exceso de ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$, calcule la cantidad de yodo, ${\text{I}}_2$, obtenida (en gramos). (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: H (1); O (16); S (32); K (39,1); Mn (54,9); I (126,9).

Cuestión 1.- Estructura atómica. Propiedades periódicas.

Considere los elementos con número atómico A = 9, B = 11, C = 15 y D = 17. Responda las siguientes cuestiones:

a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de los elementos propuestos en su estado fundamental e indique el ion más estable que formará cada uno de ellos. (0,8 puntos)

b) Defina energía de ionización y ordene razonadamente los elementos en función de su primera energía de ionización. (0,8 puntos)

c) Proponga un compuesto iónico y otro molecular formado por el elemento A combinado con cualquier otro de los propuestos. (0,4 puntos)

Cuestión 2.- Estructura molecular. Enlace químico. Fuerzas intermoleculares.

El diclorometano, ${\text{CH}}_2{\text{Cl}}_2$, es un líquido volátil que, a pesar de su toxicidad, se sigue utilizando en la industria como disolvente. Conteste, razonadamente, a las siguientes preguntas: (0,5 puntos cada apartado)

a) Indique la hibridación que presenta el átomo de carbono central.

b) Describa la geometría que adopta la molécula.

c) Discuta la polaridad de la molécula.

d) En fase líquida, ¿pueden las moléculas de diclorometano formar enlaces de hidrógeno?

Cuestión 3.- Desplazamiento del equilibrio.

En un reactor cerrado se introducen, en estado gaseoso y a una temperatura dada, hidrógeno, bromo y bromuro de hidrógeno, HBr, y se deja que se alcance el equilibrio:

${\text{H}}_2(g)+{\text{Br}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{HBr}(g)\mathrm{\Delta }H=-68\text{ kJ}$

Indique razonadamente cómo afectará cada uno de los siguientes cambios en la cantidad de ${\text{H}}_2$ presente una vez se restablezca el equilibrio. (0,5 puntos cada apartado)

a) Un aumento de la temperatura a presión constante.

b) Adición de HBr, manteniendo constante tanto el volumen del reactor como su temperatura.

c) Un aumento del volumen del recipiente a temperatura constante.

d) Adición de ${\text{Br}}_2$, manteniendo constante tanto el volumen del reactor como su temperatura.

Cuestión 4.- Equilibrio ácido-base.

Razone si son verdaderas o falsas las afirmaciones siguientes: (0,5 puntos cada apartado)

a) Según la teoría ácido-base de Brönsted-Lowry, para que un ácido pueda ceder protones no es necesaria la presencia de una base capaz de aceptarlos.

b) La base conjugada del ${\text{HCO}}_3^{-}$ es el ${\text{CO}}_3^{2-}$.

c) El pH de una disolución de cianuro de potasio, KCN, es ácido.

d) El pH de la disolución que se obtiene cuando se mezclan 50 mL de una disolución de ${\text{HNO}}_3$ 0,1 M con 50 mL de una disolución de NaOH 0,1 M es básico.

Dato: $K_a(\text{HCN})=4\cdot {10}^{-10}$.

Cuestión 5.- Cinética Química.

Para la siguiente reacción en fase gaseosa:

$\text{A}(g)+\text{B}(g)\rightleftharpoons 2\text{C}(g)+\text{D}(g)$

La ecuación de velocidad es $v=k\cdot [\text{A}{]}^2$. Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. (0,5 puntos cada apartado)

a) El reactivo A se consume más deprisa que el reactivo B.

b) Las unidades de $k$ son $\text{L}\cdot {\text{mol}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1}$.

c) Una vez iniciada la reacción, la velocidad de reacción es constante si la temperatura no varía.

d) Al duplicar la concentración de A, a temperatura constante, el valor de la constante de velocidad se cuadruplica.

Cuestión 6.- Reactividad y nomenclatura orgánica.

Complete las siguientes reacciones, nombrando los compuestos orgánicos que intervienen en ellas (reactivos y productos): (0,4 puntos cada apartado)

$\begin{array}{llc}\text{a)}& {\text{CH}}_3-\text{CHO}& \stackrel{{\text{KMnO}}_4,\text{ calor }}{\to }\\ \text{b)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-\text{OH}& \stackrel{{\text{H}}_2{\text{SO}}_4,\text{ calor }}{\to }\\ \text{c)}& {\text{CH}}_3-\text{CH}=\text{CH}-{\text{CH}}_3+\text{ HCl}& ⟶\\ \text{d)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{Br }+{\text{OH}}^{-}& ⟶\\ \text{e)}& {\text{CH}}_2={\text{CH}}_2& \stackrel{\text{ calor},\text{ catalizador }}{\to }\end{array}$