Examen de Química de Comunidad Valenciana 2025 (convocatoria ordinaria)

Ejercicio 1. (2 puntos)

El hidrógeno verde, obtenido a partir de fuentes de energía sostenibles, se está convirtiendo en la apuesta más avanzada de la industria energética como combustible del futuro. Una de las propuestas para facilitar su almacenamiento, transporte y posterior utilización es su transformación en amoníaco. El amoníaco se obtiene según el equilibrio:

${\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons 2{\text{NH}}_3(g)$

a) En un reactor de 10 litros de volumen, se depositan inicialmente 0,25 moles de ${\text{N}}_2$ y 0,75 moles de ${\text{H}}_2$. Al alcanzarse el equilibrio, a 450 °C, el 21,1 % de los moles de ${\text{N}}_2$ inicialmente presentes en el reactor se han transformado en ${\text{NH}}_3$. Calcule los valores de $K_p$ y $K_c$ a esta temperatura. (1 punto)

b) Si el experimento se repite en las mismas condiciones del apartado a), pero a la temperatura de 550 °C, el 17,5 % de los moles de ${\text{N}}_2$ inicialmente presentes en el reactor se transforman en ${\text{NH}}_3$. Deduzca si la reacción es exotérmica o endotérmica. (0,5 puntos)

c) Calcule la cantidad de energía, en forma de calor, que se absorbe o se libera cuando se obtienen 20,0 g de ${\text{NH}}_3$. (0,5 puntos)

Datos: variación de entalpía de formación estándar, $\mathrm{\Delta }{H}_{\text{f}}^o(\text{kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1})$: ${\text{NH}}_3(g)$: $-\mathrm{46,1}$.

Ejercicio 2. Opción 2.A. (2 puntos)

El ácido sulfúrico, ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$, diluido reacciona con el cobre, según la siguiente reacción química, no ajustada:

${\text{H}}_2{\text{SO}}_4(ac)+\text{Cu}(s)\to {\text{CuSO}}_4(ac)+{\text{SO}}_2(g)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$

a) Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción, así como la ecuación química global ajustada tanto en su forma iónica como molecular. (1 punto)

b) Calcule el volumen de una disolución de ácido sulfúrico del 96 % de riqueza en masa y una densidad de $\mathrm{1,84}\text{ g}\cdot {\text{mL}}^{-1}$, necesario para que reaccione completamente con 5,0 g de cobre. (0,5 puntos)

c) Calcule el volumen de ${\text{SO}}_2$, medido a 20 °C y 740 mmHg, que se obtendría en el apartado anterior. (0,5 puntos)

Ejercicio 2. Opción 2.B. (2 puntos)

En la etiqueta de una botella de amoníaco que se usa para la limpieza doméstica se indica que tiene un 8 % en masa de ${\text{NH}}_3$ y que su densidad es $\mathrm{0,97}\text{ kg}\cdot {\text{L}}^{-1}$. Calcule:

a) La concentración, en $\text{mol}\cdot {\text{L}}^{-1}$, de la disolución de ${\text{NH}}_3$ de la botella. (0,6 puntos)

b) El pH de la disolución de ${\text{NH}}_3$ de la botella. (1 punto)

c) El grado de ionización del amoníaco. (0,4 puntos)

Dato: $K_b({\text{NH}}_3)$: $\mathrm{1,78}\cdot {10}^{-5}$.

Ejercicio 3. (2 puntos)

El cloro se presenta en la naturaleza en forma de dos isótopos, ${}_{17}^{35}\text{Cl}$ y ${}_{17}^{37}\text{Cl}$, con unas abundancias relativas del 75,8 % y 24,2 %, respectivamente.

a) Deduzca el número de protones, neutrones y electrones que contiene un átomo de cada isótopo. (0,5 puntos)

b) Calcule el número de átomos de cada isótopo presentes en una muestra de 10 litros de ${\text{Cl}}_2(g)$, a 25 °C y 1 atm. (0,5 puntos)

Conteste a una de las siguientes cuestiones:

c1) Aplicando la regla del octeto, deduzca la fórmula empírica del compuesto formado por los elementos Cl y O. Razone si se trata de una especie química soluble en agua. (1 punto)

c2) Considere las moléculas ${\text{SiCl}}_4$ y ${\text{SCl}}_2$. Escriba su estructura electrónica de Lewis, deduzca su geometría molecular y discuta su polaridad. (1 punto)

Ejercicio 4. (2 puntos)

Una pila galvánica está formada por un electrodo de níquel sumergido en una disolución acuosa 1 M de ${\text{NiSO}}_4$, conectado con un electrodo de cinc sumergido en una disolución acuosa 1 M de ${\text{ZnSO}}_4$. Ambas disoluciones están, además, conectadas mediante un puente salino.

a) Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción, ajuste la ecuación química global y calcule la diferencia de potencial que se establece entre los electrodos al comienzo de la reacción. (1 punto)

Conteste a una de las siguientes cuestiones:

b1) Se ha observado que, a medida que avanza la reacción, uno de los electrodos se disuelve mientras que el otro aumenta su masa. Justifique esta observación, indicando cuál es el electrodo que aumenta su masa. (1 punto)

b2) Justifique que la reacción global de la pila es, en condiciones estándar, un proceso químico espontáneo. Explique cuál es el papel del puente salino en el funcionamiento de la pila galvánica. (1 punto)

Datos: potencial estándar de reducción, $E^o$(V): (${\text{Ni}}^{2+}\mathrm{\mid }\text{Ni}$): $-\mathrm{0,25}$; (${\text{Zn}}^{2+}\mathrm{\mid }\text{Zn}$): $-\mathrm{0,76}$.

Ejercicio 5. (2 puntos)

a) Complete las siguientes reacciones químicas, nombre los compuestos orgánicos que hay involucrados e indique el tipo de reacción de que se trata en cada caso: (0,5 puntos cada apartado)

$\begin{array}{llcl}\text{a.1)}& {\text{CH}}_3-\text{CHBr}-{\text{CH}}_3+{\text{OH}}^{-}& \to & \text{A}+\text{B}\\ \text{a.2)}& {\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{CH(OH)}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_3& \stackrel{{\text{KMnO}}_4,\text{ calor }}{\to }& \text{C}\end{array}$

Conteste a una de las siguientes cuestiones:

b1) Escriba la fórmula estructural de dos isómeros de la molécula ${\text{CH}}_3-{\text{CH}}_2-\text{CH(OH)}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_3$ y nómbrelos. (1 punto)

b2) La cinética de la reacción entre el ${\text{CH}}_3-\text{CHBr}-{\text{CH}}_3$ y el ${\text{OH}}^{-}$ es de orden 1 respecto de cada uno de los dos reactivos.

i) Escriba la ley de velocidad y deduzca en qué factor aumentará la velocidad de la reacción al triplicar las concentraciones de los dos reactivos. (0,6 puntos)

ii) Deduzca cuáles son las unidades de la constante de velocidad, si el tiempo se mide en minutos. (0,4 puntos)