Examen de Química de Comunidad Valenciana 2023 (convocatoria ordinaria)

Problema 1. Cálculos estequiométricos.

Un mordiente es una sustancia que sirve para fijar los colores en los tejidos. El acetato de calcio se utiliza como mordiente y se prepara al reaccionar ácido acético con hidróxido de calcio según la siguiente ecuación química no ajustada:
${\text{CH}}_3\text{-COOH}(ac)+{\text{Ca(OH)}}_2(ac)\to {\text{Ca(CH}}_3{\text{-COO)}}_2(ac)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$

a) ¿Qué volumen de una disolución de ${\text{Ca(OH)}}_2$ 0,5 M se necesita para reaccionar completamente con 25 mL de una disolución de ácido acético de 58 % en masa y densidad 1,065 g·mL${}^{-1}$? (1 punto)
b) Si tras mezclar las dos disoluciones del apartado anterior se obtienen 17,9 g de acetato de calcio, calcule el rendimiento de la reacción, así como la masa de agua, en gramos, formada en la reacción. (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: $H=\mathrm{1,0}$; $C=\mathrm{12,0}$; $O=\mathrm{16,0}$; $Ca=\mathrm{40,0}$.

Problema 2. Equilibrio químico.

Para la reacción en equilibrio $2\text{NOCl}(g)\rightleftharpoons 2\text{NO}(g)+{\text{Cl}}_2(g)$, $K_P$ tiene un valor de 0,0168 a 240 ${}^{\circ }C$. En un recipiente de 2 litros, mantenido a la temperatura de 240 ${}^{\circ }C$, se introduce una cantidad indeterminada de $\text{NOCl}$. Cuando se establece el equilibrio, la presión parcial de $\text{NOCl}$ es de 0,16 atm.

a) Calcule el valor de $K_C$ y las presiones parciales de los gases $\text{NO}$ y ${\text{Cl}}_2$ en el equilibrio. (1,2 puntos)
b) Calcule la cantidad (en moles) de $\text{NOCl}$ que se ha introducido inicialmente. (0,8 puntos)

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

Problema 3. Reacciones ácido-base.

El ácido benzoico, ${\text{C}}_7{\text{H}}_6{\text{O}}_2$, es un ácido monoprótico que se utiliza como conservante y se identifica con el código europeo E-210. En una industria alimentaria, se prepara una disolución de ácido benzoico de concentración 0,01 mol·L${}^{-1}$.

a) En la disolución acuosa preparada, el ácido benzoico se encuentra ionizado en un 7,6 %. Calcule la constante de acidez, $K_a$, y el pH de la disolución. (1,2 puntos)
b) Para conservar aceitunas, la legislación fija un máximo de 0,5 g de ácido benzoico por kg de aceitunas. Calcule el volumen de la disolución de ácido benzoico 0,01 M preparada que hay que introducir en un bote que contiene 2 kg de aceitunas para ajustarse a este máximo legal. (0,8 puntos)

Datos: Masas atómicas relativas: $H=\mathrm{1,0}$; $C=\mathrm{12,0}$; $O=\mathrm{16,0}$.

Problema 4. Reacciones redox. Cálculos estequiométricos.

El dióxido de cloro, ${\text{ClO}}_2$ es un desinfectante y decolorante que puede obtenerse haciendo reaccionar clorato de sodio, ${\text{NaClO}}_3$, con peróxido de hidrógeno, ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$, en medio ácido, de acuerdo con la siguiente ecuación química no ajustada:

${\text{NaClO}}_3(ac)+{\text{H}}_2{\text{O}}_2(ac)+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4(ac)\to {\text{ClO}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)+{\text{H}}_2\text{O}(l)+{\text{Na}}_2{\text{SO}}_4(ac)$

a) Escriba la semirreacción de oxidación y la de reducción, así como la ecuación química global ajustada tanto en su forma iónica como molecular. (1 punto)
b) Calcule el volumen de ${\text{ClO}}_2$ obtenido (medido a 20 ${}^{\circ }C$ y 790 mmHg), cuando se mezcla la disolución A (250 mL de una disolución 0,08 M de ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$ en exceso de ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$) con la disolución B (200 mL de una disolución 0,15 M de ${\text{NaClO}}_3$ en exceso de ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$). (1 punto)

Datos: 1 atm = 760 mmHg. $R=\mathrm{0,082}$ atm·L·K${}^{-1}$·mol${}^{-1}$.

Cuestión 1. Estructura atómica y molecular. Propiedades periódicas.

Considere los elementos $A$, $B$, $C$ y $D$, cuyos números atómicos son 12, 15, 17 y 19, respectivamente. Responda a las siguientes cuestiones: (0,5 puntos cada apartado)

a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de los elementos propuestos e indique en qué grupo y periodo de la tabla periódica se encuentra cada uno.
b) Ordene justificadamente los elementos por orden creciente de su primera energía de ionización.
c) Elija dos elementos entre los cuales se formaría un compuesto iónico y obtenga su fórmula molecular. Justifique la respuesta.
d) Deduzca la fórmula molecular del compuesto que se formaría entre los elementos $B$ y $C$ aplicando la regla del octeto y discuta el tipo de enlace que se establece entre dichos átomos.

Cuestión 2. Estructura molecular. Estructuras electrónicas de Lewis.

Considere las especies químicas ${\text{F}}_2\text{CO}$, $\text{HCN}$ y ${\text{NBr}}_3$. Responda a las siguientes cuestiones:

a) Dibuje la estructura electrónica de Lewis de cada una de las moléculas. (0,6 puntos)
b) Deduzca la disposición geométrica de los pares electrónicos que rodean al átomo central de cada molécula e indique el tipo de hibridación de los orbitales de dicho átomo. (0,6 puntos)
c) Indique la geometría de las moléculas $\text{HCN}$ y ${\text{NBr}}_3$. (0,4 puntos)
d) Discuta si las moléculas de $\text{HCN}$ y ${\text{NBr}}_3$ son polares o apolares. (0,4 puntos)

Datos: Números atómicos, $Z$: H = 1; C = 6; N = 7; O = 8; F = 9; Br = 35.
Electronegatividad: H = 2,1; C = 2,5; N = 3,0; Br = 2,8.

Cuestión 3. Desplazamiento del equilibrio químico.

Para el equilibrio heterogéneo: ${\text{NH}}_4\text{HS}(s)\rightleftharpoons {\text{NH}}_3(g)+{\text{H}}_2\text{S}(g)$ ($\mathrm{\Delta }H=103$ kJ), deduzca si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. (0,5 puntos cada apartado)

a) Si se introduce inicialmente en el reactor ${\text{NH}}_4\text{HS}$, el equilibrio no se alcanza si la cantidad de reactivo introducida no supera un valor mínimo.
b) Con las tres especies en equilibrio, la adición de más ${\text{NH}}_4\text{HS}$ aumenta la producción de ${\text{NH}}_3$ y ${\text{H}}_2\text{S}$.
c) Con las tres especies en equilibrio, al aumentar la temperatura del reactor, la masa de ${\text{NH}}_4\text{HS}$ aumenta.
d) Con las tres especies en equilibrio, si se reduce el volumen a la mitad, aumenta la cantidad de ${\text{H}}_2\text{S}$ formada.

Cuestión 4. Reacciones ácido-base.

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

a) La mezcla de 100 mL de una disolución 0,5 M de ${\mathrm{B}\mathrm{a}(\text{OH})}_2$ con 150 mL de una disolución 0,75 M de $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$ tiene pH básico.
b) La mezcla de 40 mL de $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$ 2 M con 30 mL de una disolución 2 M de ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_3$ resulta en una disolución básica.
c) Al añadir ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$ sólido a una disolución 0,5 M de ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_3$, el pH disminuye.
d) Una disolución 1 M de ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$ tiene un pH ácido.

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

Cuestión 5. Cinética química.

Considere la reacción química: $\text{A}(g)+2\text{B}(g)\to \text{C}(g)$. Se ha observado que, al duplicar la concentración de $\text{A}$, la velocidad de la reacción se cuadruplica mientras que, al disminuir la concentración de $\text{B}$ a la mitad, la velocidad disminuye en esa misma proporción. Responda a las siguientes cuestiones: (0,5 puntos cada apartado)

a) Obtenga la ley de velocidad de la reacción.
b) En un recipiente de $5\text{L}$ de volumen mantenido a temperatura constante se añadieron $1$ mol de $\text{A}$ y $2$ moles de $\text{B}$. La velocidad inicial de la reacción resultó ser $\mathrm{4,72}\cdot {10}^{-3}$ M·s${}^{-1}$. Calcule la constante de velocidad (con unidades).
c) En las condiciones del apartado b), calcule la velocidad de desaparición de $\text{B}$ y la velocidad de aparición de $\text{C}$.
d) Si una vez iniciada la reacción el reactor se comprime, discuta si ello producirá un aumento o una disminución en la velocidad de la reacción.

Cuestión 6. Formulación y reactividad orgánica. Formulación inorgánica.

a) Complete las siguientes reacciones químicas, nombre todas las moléculas orgánicas que intervienen, e indique qué tipo de reacción tiene lugar en cada caso: (1,2 puntos)

$\begin{array}{llc}\text{a1)}& {\text{CH}}_3-\text{CH}=\text{CH}-{\text{CH}}_3+{\text{Br}}_2& ⟶\\ \text{a2)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{COOH }+{\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2\text{OH}& \stackrel{{\text{H}}^{+}}{\to }\end{array}$

b) Nombre o formule según corresponda: (0,2 puntos cada subapartado)

b1) dicromato de potasio; b2) fosfato de calcio; b3) ${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$; b4) ${\text{Ca(HCO}}_3{)}_2$.