Examen de Química de Islas Baleares 2020 (convocatoria extraordinaria)

a) El $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ es un gas abundante en la Tierra, indispensable para la fotosíntesis de las plantas. En un laboratorio de Química, se ha estudiado el efecto de la temperatura sobre la reacción de disociación de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})$ según la reacción química ajustada siguiente:

$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})\rightleftharpoons \mathrm{C}\mathrm{O}(\mathrm{g})+\frac{1}{2}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})$


Figura 1. Representación esquemática del proceso de la fotosíntesis.

Un químico ha rellenado algunas de las celdas de la tabla 1, donde se indican a tres temperaturas los valores de las concentraciones de reactivos y productos una vez alcanzado el equilibrio químico y el valor de algunas constantes de equilibrio.

Tabla 1. Concentraciones de equilibrio y constantes de equilibrio en función de la temperatura.

Temperatura, °C	$[\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}$, M	$[\mathrm{C}\mathrm{O}{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}$, M	$[{\mathrm{O}}_2{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}$, M	$K,\mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{1\mathrm{/}2}{\mathrm{L}}^{-1\mathrm{/}2}$ 1500				0,048 2000	0,10	0,20	0,25	2500	0,0025	0,10	0,20	17,6

i) Determine el valor de la constante de equilibrio a 2000 °C.

ii) A partir de los valores de la tabla 1, ¿se puede deducir si la reacción de disociación del $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})$ es un proceso endotérmico? Razone la respuesta.

b) Formule los compuestos siguientes: ácido carbónico y dietilamina.

La siguiente reacción química ajustada corresponde a un proceso redox:

$\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{s})+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4(\mathrm{a}\mathrm{q})\to \mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4(\mathrm{a}\mathrm{q})+\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$

a) Identifique la especie oxidante. Justifique la respuesta.

b) Calcule el volumen de $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})$ que se obtendrá haciendo reaccionar 12,71 g de Cu (s) con un exceso de ácido sulfúrico, a 27 °C de temperatura y a una presión de 750 mm Hg.

c) Indique de forma razonada si la reacción siguiente corresponde a un proceso redox:

$\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{q})\to \mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{q})+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3(\mathrm{a}\mathrm{q})$

Datos: $R=\mathrm{0,082}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}\mathrm{L}\mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}{\mathrm{K}}^{-1}$. Masa atómica relativa: $\mathrm{C}\mathrm{u}=\mathrm{63,5}$.

a) Escriba la configuración electrónica de los iones ${\mathrm{S}}^{2-}$ y $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{2-}$. ¿Cuál de los iones anteriores presenta mayor estabilidad? Razone la respuesta.

b) Los valores de las energías reticulares de los compuestos NaF y NaI son, respectivamente, $-910$ y $-682\mathrm{k}\mathrm{J}\mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}$. Justifique la diferencia entre los valores de la energía reticular de los compuestos NaF y NaI.

c) Explique la geometría de la molécula ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ según la TRPECV.

a) En un laboratorio se han preparado dos disoluciones por separado de $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$ y $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{a}$. Sin hacer ningún cálculo numérico, indique de forma razonada si estas disoluciones son ácidas, básicas o neutras.

Datos: $K_{\mathrm{a}}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H})=\mathrm{1,8}\times {10}^{-5}$.

b) ¿Qué cantidad (en gramos) de $\mathrm{M}\mathrm{g}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2$ se ha de utilizar para neutralizar completamente 100,0 mL de una disolución 0,5 M de HCl?

c) Indique el material de laboratorio necesario para llevar a cabo una valoración ácido-base.

Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{H}=\mathrm{1,0}$; $\mathrm{O}=\mathrm{16,0}$; $\mathrm{M}\mathrm{g}=\mathrm{24,3}$.

La ecuación de velocidad del proceso

$\mathrm{A}+\mathrm{B}\to \mathrm{C}$

es $v=k[\mathrm{A}][\mathrm{B}]$.

Indique de manera razonada si las siguientes afirmaciones son correctas:

a) La velocidad de reacción sigue una cinética de primer orden respecto al producto C.

b) Cuando se duplica la concentración de B en el proceso anterior, la velocidad también se duplica.

c) El valor numérico de la constante de velocidad no varía con la temperatura.

d) La velocidad de reacción depende del estado físico de los reactivos.

a) Nombre los compuestos siguientes: $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2$ y $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$.

b) Explique el tipo de hibridación que presentan los átomos de carbono en la molécula $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2$.

c) ¿Qué tipo de enlace químico presenta la molécula $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$? Justifique la respuesta.

En el siglo pasado, el científico alemán Fritz Haber diseñó un proceso para obtener amoníaco a partir de la fijación del nitrógeno del aire, en el cual se produce la reacción ajustada siguiente:

${\mathrm{N}}_2(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})\rightleftharpoons 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})K_c=\mathrm{1,2}{\mathrm{L}}^2\mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-2}(\text{a }375{}^{\circ }\mathrm{C})$

En un recipiente cerrado y vacío de 3 L, se introducen 6 moles de ${\mathrm{N}}_2(\mathrm{g})$, 9 moles de ${\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})$ y 12 moles de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})$ a 375 °C.

a) Justifique por qué el sistema no está en equilibrio y explique de forma razonada el sentido hacia donde se desplazará la reacción para alcanzarlo.

b) Una vez alcanzado el equilibrio, ¿se obtendrá más amoníaco si se disminuye el volumen del recipiente? Justifique la respuesta.

c) Calcule el valor de $K_p$ a 375 °C.

Datos: $R=\mathrm{0,082}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}\mathrm{L}\mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}{\mathrm{K}}^{-1}$.

Indique de manera razonada si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas:

a) El radio atómico del bromo es menor que el del calcio.

b) El fósforo presenta dos electrones desapareados en su estado fundamental.

c) La combinación de números cuánticos $(2,1,3,-\frac{1}{2})$ está permitida.

d) El flúor es el halógeno con mayor electronegatividad del grupo 17 de la tabla periódica.

El ácido fluorhídrico (HF) es una sustancia tóxica y corrosiva. La constante de acidez de este ácido, a 25 °C, es $\mathrm{6,6}\times {10}^{-4}$.

a) ¿Qué volumen de HF comercial, del 40 % en peso y densidad 1,15 g/mL, se necesita para preparar 500 mL de una disolución de HF 0,5 M?

b) ¿Cuál es el pH de una disolución de HF 0,5 M a 25 °C?

c) Indique los dos pictogramas de la figura siguiente (A-E) que han de aparecer en la etiqueta de la botella de ácido fluorhídrico. Justifique la respuesta.



Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{H}=\mathrm{1,0}$; $\mathrm{F}=\mathrm{19,0}$.

Para determinar cuantitativamente el contenido de hierro que contiene una muestra, esta se disuelve en ácido y se lleva a cabo la valoración del ion $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ empleando una solución de permanganato de potasio ($\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4$) de concentración conocida. La reacción de valoración que tiene lugar es la siguiente:

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q})+{\mathrm{H}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{q})\to \mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$

a) Ajuste la reacción iónica utilizando el método del ion-electrón.

b) Indique, de forma razonada, cuál de los reactivos actúa como reductor.

c) ¿Es espontánea la reacción anterior en condiciones estándar? Justifique la respuesta.

Datos: potenciales estándar de reducción: $E^{\circ }(\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}\mathrm{/}\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+})=\mathrm{1,51}\mathrm{V}$; $E^{\circ }(\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}\mathrm{/}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+})=\mathrm{0,77}\mathrm{V}$.