Examen de Química de Comunidad Valenciana 2022 (convocatoria extraordinaria)

Problema 1. Cálculos estequiométricos.

El hierro metálico se disuelve en disoluciones de ácido clorhídrico, de acuerdo con la siguiente ecuación química (no ajustada):

$\mathrm{F}\mathrm{e}(s)+\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(ac)\to {\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}}_3(ac)+{\mathrm{H}}_2(g)$

Una pieza de Fe puro se disolvió en 250,0 mL de una disolución de HCl 0,230 M. Tras la reacción se determinó que la concentración de HCl había disminuido hasta 0,146 M.

a) Ajuste la ecuación química y calcule la masa (en g) de Fe metálico que reaccionó. (1 punto)
b) Calcule la concentración molar de ${\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}}_3$ en la disolución final. (0,4 puntos)
c) Calcule el volumen (en litros) de dihidrógeno generado, medido a 740 mmHg y 25 ${}^{\circ }C$. (0,6 puntos)

Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; Cl = 35,5; Fe = 55,8. $R=\mathrm{0,082}$ atm·L·mol${}^{-1}$·K${}^{-1}$; 1 atm = 760 mmHg.

Problema 2. Equilibrio químico.

En un reactor de 1 litro de capacidad, se introducen 0,1 mol de ${\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}}_5$ y se calienta a 250 ${}^{\circ }C$. A esa temperatura se produce la disociación del ${\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}}_5$, según la ecuación química:

${\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}}_5(g)\rightleftharpoons {\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}}_3(g)+{\mathrm{C}\mathrm{l}}_2(g)$

Una vez alcanzado el equilibrio, el porcentaje de disociación del ${\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}}_5$ es del 48 %. Calcule:

a) La presión total en el interior del reactor una vez alcanzado el equilibrio. (0,7 puntos)
b) El valor de las constantes $K_p$ y $K_C$ a la temperatura de trabajo. (0,8 puntos)
c) Indique razonadamente si, al disminuir el volumen del reactor a la mitad, manteniendo la temperatura constante, el porcentaje de disociación del ${\mathrm{P}\mathrm{C}\mathrm{l}}_5$ aumentará o disminuirá. (0,5 puntos)

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

Problema 3. Química ácido-base.

En un laboratorio se dispone de los siguientes ácidos monopróticos: ácido cloroetanoico $K_a=\mathrm{1,51}\cdot {10}^{-3}$, ácido láctico $K_a=\mathrm{1,48}\cdot {10}^{-4}$, ácido propanoico $K_a=\mathrm{1,32}\cdot {10}^{-5}$, ácido etanoico $K_a=\mathrm{1,78}\cdot {10}^{-5}$.

a) Se mide el pH de una disolución 0,1 M de uno de los ácidos, obteniéndose un valor de 2,42. Teniendo en cuenta los datos suministrados, identifique de qué ácido se trata. (1 punto)
b) Una disolución del ácido más débil de los que figuran en la lista anterior tiene un pH 3,52. ¿Cuál es su concentración molar? (1 punto)

Problema 4. Reacciones red-ox. Cálculos estequiométricos.

En medio ácido, el peróxido de hidrógeno, ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$, reacciona con el permanganato de potasio, ${\text{KMnO}}_4$, de acuerdo con la siguiente reacción (no ajustada):
${\text{H}}_2{\text{O}}_2(ac)+{\text{KMnO}}_4(ac)+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4(ac)⟶{\text{O}}_2(g)+{\text{MnSO}}_4(ac)+{\text{K}}_2{\text{SO}}_4(ac)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$

a) Escriba la semirreacción de oxidación y la de reducción, así como la ecuación química global ajustada. (1 punto)
b) Para determinar el contenido en ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$, 50,0 mL de una muestra de agua oxigenada, que contenía un exceso de ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$, se hicieron reaccionar con una disolución de ${\text{KMnO}}_4$ de concentración 0,225 mol·L${}^{-1}$. Se necesitaron 24,0 mL de la disolución de ${\text{KMnO}}_4$ para que la reacción se completase. Calcule la concentración de ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$ (en mol·L${}^{-1}$) en el agua oxigenada analizada. (1 punto)

Cuestión 1. Configuración electrónica. Propiedades atómicas y periódicas.

Responda razonadamente a las cuestiones siguientes:

a) ¿Qué átomo tiene mayor la primera energía de ionización, el calcio ($Z=20$) o el germanio ($Z=32$)? (0,7 puntos)
b) ¿Qué átomo tiene mayor electronegatividad, el potasio ($Z=19$) o el arsénico ($Z=33$)? (0,7 puntos)
c) ¿Qué átomo tiene mayor radio, el magnesio ($Z=12$) o el cloro ($Z=17$)? (0,6 puntos)

Cuestión 2. Estructura molecular. Estructuras electrónicas de Lewis.

a) Dibuje la estructura electrónica de Lewis de la molécula de diclorodifluorometano o freón–12 (${\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}}_2{\mathrm{F}}_2$) y del metanal o formaldehído (${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}$). (0,6 puntos)
b) Indique la hibridación del átomo de C en cada una de estas especies químicas. (0,4 puntos)
c) Deduzca la geometría de ambas moléculas. (0,6 puntos)
d) Discuta la polaridad de cada una de las moléculas. (0,4 puntos)

Datos: Números atómicos, $Z$: H = 1; C = 6; O = 8; F = 9; Cl = 17.
Electronegatividades (Pauling): H = 2,20; C = 2,55; O = 3,44; F = 3,98; Cl = 3,16.

Cuestión 3. Química red-ox.

Se dispone en el laboratorio de láminas de plata, cobre y cinc, así como de disoluciones acuosas, de concentración 1 M, de las sales ${\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$, ${\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{N}\mathrm{O}}_3{)}_2$ y ${\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{N}\mathrm{O}}_3{)}_2$. Conteste razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) ¿Cuál de los tres metales es un reductor más fuerte? (0,6 puntos)
b) Construimos una pila con un electrodo formado por una lámina de $\mathrm{A}\mathrm{g}$ metálica sumergida en la disolución de ${\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$ y otro formado por una lámina de $\mathrm{Z}\mathrm{n}$ sumergida en la disolución de ${\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{N}\mathrm{O}}_3{)}_2$. ¿Cuál de los electrodos funciona como ánodo y cuál como cátodo de la pila? ¿Cuál es el potencial estándar de la pila formada? (0,8 puntos)
c) Considerando la pila del apartado anterior, discuta si la lámina de cinc que actúa como electrodo aumenta o disminuye su masa a medida que avanza la reacción. (0,6 puntos)

Datos: Potenciales de reducción estándar, $E^o$ (V):
${\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}\mathrm{\mid }\mathrm{A}\mathrm{g}=+\mathrm{0,80}$;
${\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}\mathrm{\mid }\mathrm{C}\mathrm{u}=+\mathrm{0,34}$;
${\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{2+}\mathrm{\mid }\mathrm{Z}\mathrm{n}=-\mathrm{0,76}$.

Cuestión 4. Química ácido-base. (0,5 puntos cada apartado)

Se dispone en el laboratorio de cuatro disoluciones: A ($\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$ 0,1 M), B ($\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$ 0,1 M), C ($\mathrm{H}\mathrm{F}$ 0,1 M) y D (${\mathrm{N}\mathrm{H}}_3$ 0,1 M). Discuta razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) El pH de la disolución A es mayor que el de la disolución C.
b) Al mezclar 50 mL de la disolución A con 25 mL de la disolución B se obtiene una disolución básica.
c) El pH de la disolución B es mayor que el de la disolución D.
d) Al mezclar 50 mL de la disolución A con 50 mL de la disolución D se obtiene una disolución neutra.

Datos: $K_a(\mathrm{H}\mathrm{F})=\mathrm{6,6}\cdot {10}^{-4}$; $K_b({\mathrm{N}\mathrm{H}}_3)=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}$; $K_W={10}^{-14}$.

Cuestión 5. Cinética química.

La cinética de la descomposición del peróxido de hidrógeno, ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$, al reaccionar con el ion yoduro, ${\text{I}}^{-}$, es de primer orden tanto respecto del ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$ como del ${\text{I}}^{-}$. Discuta razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: (0,5 puntos cada apartado)

a) Un aumento en la concentración de ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$ no tiene ningún efecto sobre la velocidad de reacción.

b) Al aumentar la temperatura a la que se produce la descomposición del peróxido de hidrógeno, aumenta la velocidad de la reacción.

c) La variación en la concentración del ion yoduro afecta más al valor de la velocidad de reacción que la variación de la concentración de ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$.

d) La velocidad de la reacción se duplica al duplicar el volumen del reactor, manteniendo constante la temperatura.

Cuestión 6. Reactividad y formulación orgánica.

Para cada una de las reacciones siguientes, escriba la fórmula de los reactivos orgánicos, complete las reacciones y nombre los compuestos orgánicos resultantes. (0,5 puntos cada apartado)

$\begin{array}{llc}\text{a)}& \text{2-buteno (o but-2-eno) }+\text{bromuro de hidr}\acute{\text{o}}\text{geno}& ⟶\\ \text{b)}& \text{3-pentanol (o pentan-3-ol)}& \stackrel{{\text{H}}_2{\text{SO}}_4,\text{ calor }}{\to }\\ \text{c)}& \text{1-butanol (o butan-1-ol) }+\acute{\text{a}}\text{cido 2-metilpropanoico}& \stackrel{{\text{H}}^{+}}{\to }\\ \text{d)}& \text{Butanona}& \stackrel{{\text{LiAlH}}_4\text{ (reductor) }}{\to }\end{array}$