Examen de Química de Comunidad Valenciana 2021 (convocatoria ordinaria)

Problema 1. Ajuste de reacción. Cálculos estequiométricos.

Una aleación empleada en la construcción de estructuras para aviones posee un 93,7 % en masa de aluminio, siendo el resto cobre. La aleación tiene una densidad de 2,85 $\text{g}\cdot {\text{cm}}^{-3}$. Una pieza de 0,691 ${\text{cm}}^3$ de esta aleación reacciona con un exceso de ácido clorhídrico de acuerdo con la siguiente ecuación (no ajustada):

$\text{Al}(s)+\text{HCl}(ac)\to {\text{AlCl}}_3(ac)+{\text{H}}_2(g)$

Suponiendo que todo el aluminio reacciona con este ácido, mientras que el cobre no lo hace en absoluto:

a) Determine la masa (en gramos) de dihidrógeno obtenida. (1 punto)

b) Calcule la composición porcentual en masa de otra aleación de aluminio y cobre, de densidad 2,75 $\text{g}\cdot {\text{cm}}^{-3}$, sabiendo que una pieza de 0,540 ${\text{cm}}^3$ de la misma consume 132,0 mL de una disolución de ácido clorhídrico 1,0 M para que se complete la reacción. (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; Al = 27,0; Cl = 35,5.

Problema 2. Equilibrio químico.

El dióxido de carbono, ${\text{CO}}_2$, reacciona rápidamente con el sulfuro de hidrógeno, ${\text{H}}_2\text{S}$, según la ecuación química:

${\text{CO}}_2(g)+{\text{H}}_2\text{S}(g)\rightleftharpoons \text{COS}(g)+{\text{H}}_2\text{O}(g)$

En un reactor de 2,5 litros de capacidad, en el que previamente se ha hecho el vacío y cuya temperatura se mantiene constante a 337 ${}^{\circ }\text{C}$, se colocaron 0,1 mol de ${\text{CO}}_2$ y la cantidad suficiente de ${\text{H}}_2\text{S}$ para que la presión total en el equilibrio fuera de 10 atm. En la mezcla final en el equilibrio había 0,01 mol de ${\text{H}}_2\text{O}$. Calcule:

a) La concentración, en $\text{mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$, de ${\text{CO}}_2$ y de ${\text{H}}_2\text{S}$ que hay en el reactor en el equilibrio. (1 punto)

b) El valor de las constantes $K_p$ y $K_C$. (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.

Al diluir con agua 25 mL de una disolución de fluoruro de hidrógeno, HF, 6 M hasta alcanzar un volumen total de 800 mL se obtiene una disolución de pH 1,94.

a) Calcule la constante de acidez, $K_{\text{a}}$, para el HF. (1,2 puntos)

b) Considerando que a 20 mL de la disolución diluida anterior se le añaden 7,5 mL de NaOH 0,5 M, razone si la disolución resultante será ácida, básica o neutra. (0,8 puntos)

Problema 4. Reacciones redox. Cálculos estequiométricos.

El yodo molecular, ${\text{I}}_2$, se puede obtener a partir de la siguiente reacción (no ajustada):

${\text{KIO}}_3(ac)+\text{KI}(ac)+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4(ac)\to {\text{I}}_2(ac)+{\text{K}}_2{\text{SO}}_4(ac)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$

a) Escriba las semirreacciones de oxidación y reducción, así como la reacción global ajustada. (1 punto)

b) Calcule la cantidad (en gramos) de ${\text{KIO}}_3$ que debe añadirse a una disolución que contiene un exceso de $\text{KI}$ y ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ para obtener 100 g de ${\text{I}}_2$ en la disolución acuosa resultante. (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; O = 16,0; S = 32,1; K = 39,1; I = 126,9.

Cuestión 1. Configuración electrónica. Propiedades atómicas y periódicas.

Considere los elementos A ($Z=16$) y B ($Z=19$) y conteste a las siguientes cuestiones: (0,5 puntos cada apartado)

a) A partir de la configuración electrónica, indique el grupo y el periodo de la tabla periódica al que pertenece cada elemento.

b) Indique razonadamente el elemento que, previsiblemente, tendrá un mayor radio atómico.

c) Indique razonadamente el elemento que, previsiblemente, tendrá una menor primera energía de ionización.

d) Proponga la fórmula molecular del compuesto que se formará, de manera preferente, cuando se combinen ambos elementos. Indique qué tipo de enlace se establece. Razone las respuestas.

Cuestión 2. Estructura molecular. Estructuras de Lewis.

Considere las moléculas de amoníaco, ${\text{NH}}_3$, metano, ${\text{CH}}_4$, y metanal, ${\text{H}}_2\text{CO}$.

a) Dibuje la estructura electrónica de Lewis de cada una de las tres moléculas. (0,6 puntos)

b) Discuta razonadamente la geometría molecular de las tres especies. (0,6 puntos)

c) Indique razonadamente la hibridación de los átomos de C. (0,2 puntos)

d) Justifique si las moléculas son polares o apolares. (0,6 puntos)

Datos: Números atómicos, $Z$: H = 1; C = 6; N = 7. Electronegatividad de Pauling: H = 2,20; C = 2,55; N = 3,44.

Cuestión 3. Desplazamiento del equilibrio químico.

Dado el equilibrio:

$2{\text{NH}}_3(g)\rightleftharpoons {\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\mathrm{\Delta }H=185\text{ kJ}$

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

a) Al aumentar la temperatura, manteniendo constante el volumen, se favorece la formación de ${\text{NH}}_3$.

b) Al disminuir el volumen del reactor, con la temperatura constante, se favorece la formación de ${\text{N}}_2$.

c) Si eliminamos cierta cantidad de ${\text{H}}_2$, el equilibrio se desplaza hacia la derecha.

d) Si las concentraciones de las tres especies se duplican, el equilibrio no se desplaza en ningún sentido.

Cuestión 4. Cinética química.

A una temperatura determinada, se ha estudiado la transformación del ${\text{NO}}_2$ en ${\text{N}}_2{\text{O}}_4$ midiendo las velocidades iniciales de la reacción:

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

Se ha determinado que, cuando la concentración inicial de ${\text{NO}}_2$ es de 0,1 M, la velocidad inicial de la reacción es $\mathrm{1,45}\cdot {10}^{-4}\text{ M}\cdot {\text{s}}^{-1}$, mientras que si la concentración inicial de ${\text{NO}}_2$ es de 0,2 M, la velocidad inicial de la reacción resulta ser $\mathrm{5,80}\cdot {10}^{-4}\text{ M}\cdot {\text{s}}^{-1}$. Responda cada una de las siguientes cuestiones: (0,5 puntos cada apartado)

a) Deduzca la ley de velocidad de la reacción.

b) Calcule la constante de velocidad de la reacción en estas condiciones.

c) Obtenga la velocidad de desaparición de ${\text{NO}}_2$ cuando su concentración es 0,15 M.

d) Discuta si la velocidad de la reacción aumentará o disminuirá al reducir la temperatura a la cual tiene lugar.

Cuestión 5. Química redox.

A partir de los valores del potencial estándar de reducción, responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) Considere los metales potasio, cadmio y plata. ¿Cuál/es de ellos será/n solubles en una disolución de HCl 1 M? (1 punto)

b) ¿Qué reacción tendrá lugar si se sumerge una barra de plata en una disolución de ${\text{K}}^{+}(ac)$ 1 M? (0,5 puntos)

c) ¿Qué reacción se producirá si se sumerge una barra de cadmio metálico en una disolución de ${\text{Ag}}^{+}(ac)$ 1 M? (0,5 puntos)

Datos: Potenciales estándar de reducción, $E^o$ (V): ${\text{K}}^{+}\mathrm{/}\text{K}=-\mathrm{2,92}$; ${\text{Cd}}^{2+}\mathrm{/}\text{Cd}=-\mathrm{0,40}$; ${\text{H}}^{+}\mathrm{/}{\text{H}}_2=\mathrm{0,00}$; ${\text{Ag}}^{+}\mathrm{/}\text{Ag}=+\mathrm{0,80}$.

Cuestión 6. Formulación inorgánica. Reactividad orgánica.

Responda las siguientes cuestiones: (0,2 puntos cada apartado)

a) Nombre o formule los siguientes compuestos inorgánicos:

$\begin{array}{llllllllll}\text{a1)}& {\text{NaHSO}}_4& \text{a2)}& {\text{Ca}}_3({\text{PO}}_4{)}_2& \text{a3)}& {\text{PbO}}_2& \text{a4)}& \acute{\text{a}}\text{cido br}\acute{\text{o}}\text{mico}& \text{a5)}& \text{sulfuro de sodio}\end{array}$

b) Complete las siguientes reacciones:

$\begin{array}{llc}\text{b1)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{CH}={\text{CH}}_2+{\text{H}}_2& \stackrel{\text{ catalizador }}{\to }\\ \text{b2)}& n{\text{CH}}_2=\text{CHCl}& \stackrel{\text{ catalizador }}{\to }\\ \text{b3)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{COOH }+{\text{CH}}_3\text{OH}& \stackrel{\text{ catalizador }}{\to }\\ \text{b4)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{CH(OH)}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_3& \stackrel{{\text{H}}_2{\text{SO}}_4,\text{ calor }}{\to }\\ \text{b5)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-\text{Br }+{\text{NH}}_3& ⟶\end{array}$