Examen de Química de Comunidad Valenciana 2024 (convocatoria extraordinaria)

Problema 1.

Una bombona de butano, ${\text{C}}_4{\text{H}}_{10}(g)$, contiene 13,6 kg. La combustión del butano genera ${\text{CO}}_2(g)$ y ${\text{H}}_2\text{O}(l)$.

a) Ajuste la ecuación química de combustión. Calcule el volumen teórico de aire (79 % dinitrógeno, 21 % dioxígeno, en volumen), medido a 1 atm y 25 ${}^{\circ }C$, necesario para la combustión completa del butano contenido en una bombona. (1 punto)
b) Si la combustión del gas contenido en la bombona completa transcurre con un rendimiento del 85 %, calcule la cantidad de energía generada. (1 punto)

Datos: masas atómicas relativas: $H=\mathrm{1,0}$; $C=\mathrm{12,0}$; $O=\mathrm{16,0}$. $R=\mathrm{0,082}$ atm·L·mol${}^{-1}$·K${}^{-1}$.
Entalpías de formación estándar, $\mathrm{\Delta }{H}_f^0$ (kJ·mol${}^{-1}$): ${\text{C}}_4{\text{H}}_{10}(g)=-\mathrm{125,7}$; ${\text{CO}}_2(g)=-\mathrm{393,5}$; ${\text{H}}_2\text{O}(l)=-\mathrm{285,8}$.

Problema 2.

El óxido de nitrógeno(II), $\text{NO}(g)$, es un gas implicado en numerosos procesos biológicos. Se puede obtener por reacción entre el dinitrógeno y el dioxígeno, de acuerdo con la ecuación química siguiente:

${\text{N}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{NO}(g),K_c=\mathrm{1,7}\cdot {10}^{-3}\text{a }2300K$.

En un recipiente, cuyo volumen es de 10 litros, se introducen 0,25 mol de ${\text{O}}_2$, 0,25 mol de ${\text{N}}_2$ y 0,06 mol de $\text{NO}$. Una vez cerrado, se calienta hasta $2300K$ y se espera hasta alcanzar el equilibrio.

a) Calcule las concentraciones en equilibrio de los tres compuestos. (1,2 puntos)
b) Calcule la presión parcial de cada compuesto dentro del recipiente. (0,8 puntos)

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

Problema 3.

Se dispone en el laboratorio de una disolución de ácido acético, $K_a=\mathrm{1,78}\cdot {10}^{-5}$, de concentración desconocida. El pH de la disolución es 3,11.

a) Calcule la concentración, en mol·L${}^{-1}$, de la disolución de ácido acético. (1 punto)
b) Si 20 mL de la disolución de ácido acético se diluyen con agua hasta alcanzar un volumen de 100 mL, ¿cuál será el pH de la disolución resultante? (1 punto)

Problema 4.

El dióxido de estaño, ${\text{SnO}}_2(s)$, se puede obtener en un laboratorio al reaccionar estaño con ácido nítrico concentrado, según la siguiente ecuación química no ajustada:

$\text{Sn}(s)+{\text{HNO}}_3(ac)\to {\text{SnO}}_2(s)+{\text{NO}}_2(g)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$

a) Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción, así como la ecuación química global ajustada. (1,2 puntos)
b) ¿Cuántos gramos de ${\text{SnO}}_2$ se obtendrán al reaccionar completamente 5,0 g de estaño con un exceso de ácido nítrico? ¿Qué volumen de ${\text{NO}}_2$, medido a 23 ${}^{\circ }C$ y 790 mmHg, se generará en el proceso? (0,8 puntos)

Datos: masas atómicas relativas: H = 1; N = 14; O = 16,0; Sn = 118,7. $R=\mathrm{0,082}$ atm·L·mol${}^{-1}$·K${}^{-1}$. 760 mmHg = 1 atm.

Cuestión 1.

Considere los elementos $A,B,C$ cuyos números atómicos son 13, 17 y 20 y sus números másicos son 27, 37 y 42, respectivamente.

a) Indique a qué grupo y periodo de la Tabla Periódica pertenece cada uno de los tres elementos. (0,6 puntos)
b) Escriba la configuración electrónica del estado fundamental de las especies: $A^{3+},B$ y $C^{2+}$. (0,3 puntos)
c) Determine el número de protones, neutrones y electrones para las tres especies del apartado b). (0,6 puntos)
d) Aplicando la regla del octeto, justifique el compuesto más probable que se formará entre los elementos $B$ y $C$. (0,5 p)

Cuestión 2.

Sean las moléculas ${\text{SiF}}_4$, ${\text{PCl}}_3$ y ${\text{SO}}_2$.

a) Dibuje la estructura electrónica de Lewis de las tres especies. (0,9 puntos)
b) Deduzca la geometría de las tres moléculas y justifique si son polares o apolares. (0,9 puntos)
c) Deduzca si el ángulo de enlace $O-S-O$ del ${\text{SO}}_2$ es mayor o menor que el $Cl-P-Cl$ del ${\text{PCl}}_3$. (0,2 puntos)

Datos: números atómicos, $Z:O=8;F=9;Si=14;P=15;S=16;Cl=17$. Electronegatividades: $O=\mathrm{3,4};F=\mathrm{4,0};Si=\mathrm{1,6};P=\mathrm{2,0};S=\mathrm{2,3};Cl=\mathrm{2,7}$.

Cuestión 3.

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

a) La mezcla de 80 mL de $\text{HCl}(ac)$ 0,1 M con 20 mL de $\text{Ca}(\text{OH}{)}_2(ac)$ 0,2 M da lugar a una disolución neutra.
b) El pH de una disolución acuosa de $({\text{NH}}_4{)}_2{\text{SO}}_4$ es 7.
c) El pH de una disolución de ${\text{NH}}_3$ 0,5 M es el mismo que el de una disolución de $\text{NaOH}$ 0,5 M.
d) La mezcla de 50 mL de ${\text{CH}}_3\text{COOH}(ac)$ 0,1 M con 50 mL de $\text{KOH}(ac)$ 0,1 M da lugar a una disolución neutra.

Datos: $K_a({\text{CH}}_3\text{COOH})=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5};K_b({\text{NH}}_3)=\mathrm{1,8}\cdot {10}^{-5}\mathrm{.}{K}_w={10}^{-14}$.

Cuestión 4.

Se dispone en el laboratorio de cuatro disoluciones, todas a concentración 1 M: A: $\text{HCl}(ac)$; B: ${\text{AgNO}}_3(ac)$; C: ${\text{Fe(NO}}_3{)}_2(ac)$; D: ${\text{AlCl}}_3(ac)$. Además, se dispone de unas láminas de $\text{Ag}$, $\text{Fe}$ y $\text{Al}$. A partir de los datos de $E^o$, responda razonadamente:

a) ¿Es posible obtener aluminio, $\text{Al}(s)$, a partir de la disolución D, haciendo que ésta reaccione con alguno de los tres metales de los que se dispone? (0,5 puntos)
b) ¿Se producirá alguna reacción al introducir una lámina de plata, $\text{Ag}(s)$, en la disolución A? (0,5 puntos)
c) Se desea construir la pila galvánica que proporcione el potencial de celda más elevado.
c.1) Indique qué disoluciones y qué metales utilizaría para construir dicha pila galvánica. (0,5 puntos)
c.2) Escriba la semirreacción de oxidación y la de reducción, así como la reacción iónica global ajustada y calcule el potencial de la pila. (0,5 puntos)

Datos: potenciales estándar de reducción, $E^o$ (V):
${\text{Al}}^{3+}\mathrm{\mid }\text{Al}:-\mathrm{1,66}$;
${\text{Fe}}^{2+}\mathrm{\mid }\text{Fe}:-\mathrm{0,44}$;
${\text{H}}^{+}\mathrm{\mid }{\text{H}}_2:\mathrm{0,00}$;
${\text{Ag}}^{+}\mathrm{\mid }\text{Ag}:+\mathrm{0,80}$.

Cuestión 5.

La reacción entre los compuestos A y B para formar el compuesto C, es de primer orden respecto de A y de segundo orden respecto de B. En un experimento, donde se parte de concentraciones iniciales: $[\text{A}{]}_o=\mathrm{0,15}\text{ mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$, $[\text{B}{]}_o=\mathrm{0,50}\text{ mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$, se determina que la velocidad inicial es $\mathrm{2,5}\cdot {10}^{-3}\text{ mol}\cdot {\text{L}}^{-1}\cdot {\text{s}}^{-1}$.

a) Determine la constante de velocidad de la reacción. (0,6 puntos)

b) Determine la velocidad de reacción si las concentraciones iniciales se duplicaran. (0,7 puntos)

c) Al añadir un catalizador, la constante de velocidad aumenta en un factor de 10. Determine la velocidad de reacción cuando las concentraciones iniciales son: $[\text{A}{]}_o=\mathrm{0,15}\text{ mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$, $[\text{B}{]}_o=\mathrm{0,50}\text{ mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$. (0,7 puntos)

Cuestión 6.

Indique qué compuestos son A, B, C, D y E en las siguientes reacciones (fórmula molecular si son especies inorgánicas; nombre y fórmula estructural si se trata de moléculas orgánicas). Identifique el tipo de reacción en cada caso. (0,5 puntos cada apartado)

$\begin{array}{llcl}\text{a)}& {\text{CH}}_3-\text{CH(Br)}-{\text{CH}}_3+{\text{OH}}^{-}& ⟶& \text{A}\\ \text{b)}& {\text{CH}}_3-\text{CH}={\text{CH}}_2+{\text{Cl}}_2& ⟶& \text{B}\\ \text{c)}& {\text{CH}}_3-\text{CH}={\text{CH}}_2+{\text{O}}_2& ⟶& \text{C}+\text{D}\\ \text{d)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2\text{OH}+{\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{COOH}& \stackrel{{\text{H}}^{+},\text{ catalizador }}{\to }& \text{E}+{\text{H}}_2\text{O}\end{array}$