Examen de Química de Comunidad Valenciana 2021 (convocatoria extraordinaria)

Problema 1. Cálculos estequiométricos.

Para determinar la riqueza en cinc de una granalla comercial, se toman 50,0 gramos de muestra y se tratan con una disolución acuosa de HCl de una riqueza del 35 % en masa y densidad 1,18 $\text{g}\cdot {\text{mL}}^{-1}$. En el proceso químico, descrito por la ecuación siguiente, se consumen, hasta la total disolución del cinc, 129,0 mL de la disolución de HCl.

$\text{Zn}(s)+2\text{HCl}(ac)\to {\text{ZnCl}}_2(ac)+{\text{H}}_2(g)$

a) Calcule la concentración (en $\text{mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$) de la disolución de HCl utilizada. (1 punto)

b) Calcule el porcentaje, en masa, de cinc en la muestra. (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; Cl = 35,5; Zn = 65,4.

Problema 2. Equilibrio químico.

En un matraz de 10 L, se introduce una mezcla de 2 mol de dinitrógeno, ${\text{N}}_2$, y 1 mol de dioxígeno, ${\text{O}}_2$, y se calienta hasta 2300 K, estableciéndose el equilibrio:

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

Si en estas condiciones ha reaccionado el 3 % del nitrógeno inicial, calcule:

a) Los valores de $K_c$ y $K_p$. (1 punto)

b) Las presiones parciales de todos los gases en el equilibrio, así como la presión total en el interior del matraz. (1 punto)

Dato: $R=\mathrm{0,082}\text{ atm}\cdot \text{L}\cdot {\text{mol}}^{-1}\cdot {\text{K}}^{-1}$.

Problema 3. Equilibrio ácido-base.

A 25 ${}^{\circ }\text{C}$, la constante de acidez del ácido láctico, ${\text{C}}_3{\text{H}}_6{\text{O}}_3$, que se emplea como suavizante en cosmética, vale $\mathrm{1,40}\cdot {10}^{-4}$; y la del ácido benzoico, ${\text{C}}_7{\text{H}}_6{\text{O}}_2$, utilizado como conservante en bebidas refrescantes, tiene un valor de $\mathrm{6,0}\cdot {10}^{-5}$.

a) ¿Cuál es el pH de una disolución 0,01 M de ácido láctico? (1 punto)

b) ¿Qué concentración de ácido benzoico debe tener una disolución para que su pH sea el mismo que el de la disolución del apartado (a)? (1 punto)

Nota: Considere que tanto el ácido láctico como el benzoico son monopróticos, HA.

Problema 4. Reacciones redox. Cálculos estequiométricos.

En una disolución acuosa de ácido sulfúrico, el permanganato de potasio, ${\text{KMnO}}_4$, reacciona con el sulfato de hierro(II), ${\text{FeSO}}_4$, de acuerdo con la ecuación química (no ajustada):

${\text{KMnO}}_4(ac)+{\text{FeSO}}_4(ac)+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4(ac)\to {\text{MnSO}}_4(ac)+{\text{Fe}}_2({\text{SO}}_4{)}_3(ac)+{\text{K}}_2{\text{SO}}_4(ac)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$

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

b) Se mezclan 100 mL de una disolución 0,1 M de ${\text{KMnO}}_4$ y 250 mL de una disolución 0,1 M de ${\text{FeSO}}_4$ en medio ácido sulfúrico obteniéndose 4,615 gramos de sulfato de hierro(III). Determine el rendimiento de la reacción. (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; O = 16,0; S = 32,1; K = 39,1; Mn = 54,9; Fe = 55,8.

Cuestión 1. Configuración electrónica. Propiedades atómicas y periódicas.

Considere dos átomos, A y B, con la siguiente distribución de partículas atómicas: 12 electrones, 12 protones y 14 neutrones para A; y 17 electrones, 17 protones y 20 neutrones para B. (0,5 puntos cada apartado)

a) Calcule el número atómico y másico de cada átomo y escriba su configuración electrónica en estado fundamental.

b) Razone en cuál de ellos será mayor la primera energía de ionización.

c) Compare los radios de los iones más estables que forman los átomos A y B. Justifique la respuesta.

d) ¿Qué tipo de enlace se producirá entre ambos átomos? Razone qué fórmula tiene el compuesto resultante.

Cuestión 2. Estructura molecular.

El metanol, ${\text{CH}}_3\text{OH}$, es una sustancia de elevada toxicidad para los humanos. Conteste a las siguientes preguntas: (0,5 puntos cada apartado)

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

b) Describa razonadamente la geometría que adopta la molécula.

c) Razone si la molécula es o no polar.

d) En fase líquida, ¿pueden las moléculas de metanol formar enlaces de hidrógeno? Razone la respuesta.

Datos: Valores de electronegatividad de Pauling: H = 2,20; C = 2,55; O = 3,44.

Cuestión 3. Desplazamiento del equilibrio químico.

En un reactor químico tiene lugar, a 800 ${}^{\circ }\text{C}$, la siguiente reacción química:

${\text{CH}}_4(g)+{\text{H}}_2\text{O}(g)\rightleftharpoons \text{CO}(g)+3{\text{H}}_2(g)\mathrm{\Delta }H=206\text{ kJ}$

Responda razonadamente a las siguientes cuestiones: (0,5 puntos cada apartado)

a) Inicialmente, en el recipiente se introducen 1 mol de CO y 1 mol de ${\text{H}}_2$, manteniendo el volumen y la temperatura constantes. La presión total del recipiente, una vez se alcanza el equilibrio, ¿será mayor, igual o menor que la inicial?

Una vez alcanzado el equilibrio:

b) Si se quiere que aumente la cantidad de ${\text{H}}_2$, ¿habrá que aumentar o disminuir la temperatura?

c) Si se quiere que disminuya la cantidad de CO, ¿habrá que disminuir o aumentar el volumen?

d) Si inyectamos 1 mol de CO, manteniendo constantes el volumen y la temperatura, la cantidad de ${\text{CH}}_4$ aumentará y la cantidad de ${\text{H}}_2\text{O}$ disminuirá. ¿Verdadero o falso?

Cuestión 4. Química ácido-base.

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

a) El pH de la sangre es de 7,4 y el de un vino 3,4. Por lo tanto, la concentración de protones en la sangre es 10000 veces menor que en el vino.

b) El pH de una disolución acuosa de ${\text{NaNO}}_3$ es ácido.

c) En el equilibrio: ${\text{HCO}}_3^{-}(ac)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{CO}}_3^{2-}(ac)+{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}(ac)$, la especie ${\text{HCO}}_3^{-}$ actúa como base de Brönsted-Lowry.

d) Una disolución acuosa de KF tiene un pH neutro.

Dato: $K_a(\text{HF})=\mathrm{6,3}\cdot {10}^{-4}$.

Cuestión 5. Química redox.

Teniendo en cuenta los valores de los potenciales estándar de reducción, responda razonadamente: (0,5 puntos cada apartado)

a) Predecir si tendrá lugar alguna reacción cuando se mezcla una disolución 1 M de ${\text{AgNO}}_3$ con otra disolución 1 M de ${\text{Fe(NO}}_3{)}_2$.

b) Predecir si, en condiciones estándar, se lleva a cabo la siguiente reacción: $3{\text{Fe}}^{2+}(ac)\to 2{\text{Fe}}^{3+}(ac)+\text{Fe}(s)$.

c) Justificar si el cobre metálico se disuelve o no en una disolución de HCl 1 M.

d) El cobre metálico se disuelve en ${\text{HNO}}_3$ 1 M. Justificar por qué ocurre esto.

Datos: Potenciales estándar de reducción, $E^o$ (V): ${\text{Fe}}^{2+}\mathrm{/}\text{Fe}=-\mathrm{0,44}$; ${\text{H}}^{+}\mathrm{/}{\text{H}}_2=\mathrm{0,00}$; ${\text{Cu}}^{2+}\mathrm{/}\text{Cu}=+\mathrm{0,34}$; ${\text{Fe}}^{3+}\mathrm{/}{\text{Fe}}^{2+}=+\mathrm{0,77}$; ${\text{Ag}}^{+}\mathrm{/}\text{Ag}=+\mathrm{0,80}$; ${\text{NO}}_3^{-}\mathrm{/}{\text{NO}}_2=+\mathrm{0,96}$.

Cuestión 6. Formulación y reactividad orgánica.

Complete las siguientes reacciones, nombre las moléculas orgánicas que se forman e indique qué tipo de reacción se ha producido: (0,5 puntos cada apartado)

$\begin{array}{llcl}\text{a)}& {\text{CH}}_3-\text{CHBr}-{\text{CH}}_3& \stackrel{\text{ KOH},\text{ calor }}{\to }& +\text{ HBr}\\ \text{b)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{COOH }+{\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2\text{OH}& ⟶& +{\text{H}}_2\text{O}\\ \text{c)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{CHO}& \stackrel{{\text{KMnO}}_4,\text{ calor }}{\to }& \\ \text{d)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{CHO}& \stackrel{{\text{LiAlH}}_4\text{ (reductor) }}{\to }& \end{array}$