Examen de Química de Islas Baleares 2021 (convocatoria extraordinaria)

a) El premio Nobel de Química del año 2020 fue concedido a dos investigadoras, Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna, por el desarrollo de la técnica CRISPR-Cas9, o tijeras genéticas, la cual permite cortar el ADN en una posición concreta.

Uno de los componentes estructurales del ADN es la desoxirribosa, que presenta la estructura química que se muestra en la figura 1:


Figura 1. Estructura química de la desoxirribosa.

i) Calcule el peso molecular de la desoxirribosa.

ii) ¿Qué tipo de hibridación presenta el átomo de carbono indicado con el número 3 en la figura de la estructura química de la desoxirribosa? Justifique la respuesta.

b) Formule los compuestos siguientes: dietil éter y ácido fosfórico.

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

Considere las moléculas de $\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$ (tricloruro de boro) y $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ (amoníaco).

a) Escriba la estructura de Lewis de ambas moléculas.

b) Indique la geometría de la molécula de tricloruro de boro según la Teoría de la Repulsión de Pares Electrónicos de la Capa de Valencia (TRPECV).

c) Explique la polaridad de la molécula de amoníaco.

d) ¿Cuál de las dos moléculas consideradas puede presentar enlaces de hidrógeno? Justifique la respuesta.

El sulfato de cobre ($\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$) se utilizó durante muchos años como aditivo en piscinas para la eliminación de algas. Este compuesto se puede preparar tratando el cobre metálico con ácido sulfúrico (${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$) según la siguiente reacción química no ajustada:

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

a) Ajuste las reacciones iónica y molecular por el método del ion-electrón.

b) Calcule el volumen (en mL) de ácido sulfúrico, de densidad 1,98 kg/L y riqueza del 95 % (en peso), necesario para reaccionar con 10 g de cobre metálico.

Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{H}=\mathrm{1,0}$; $\mathrm{O}=\mathrm{16,0}$; $\mathrm{S}=\mathrm{32,1}$; $\mathrm{C}\mathrm{u}=\mathrm{63,5}$.

El naftaleno sólido, ${\mathrm{C}}_{10}{\mathrm{H}}_8(\mathrm{s})$ (figura 1), se sublima en condiciones ambientales de presión y temperatura, y por eso se puede utilizar para fumigar espacios cerrados.


Figura 1. Estructura química del naftaleno.

El proceso de sublimación se representa según el equilibrio químico siguiente:

${\mathrm{C}}_{10}{\mathrm{H}}_8(\mathrm{s})\rightleftharpoons {\mathrm{C}}_{10}{\mathrm{H}}_8(\mathrm{g})$

con $K_c$ (a 298 K) $=\mathrm{4,29}\times {10}^{-6}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{L}}^{-1}$ y $\mathrm{\Delta }{H}^{\circ }$ (a 298 K) $=\mathrm{72,0}\mathrm{k}\mathrm{J}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$.

Inicialmente, se introducen 0,64 g de naftaleno sólido en un recipiente cerrado y vacío de 20,0 L a una temperatura de 298 K.

a) Calcule el número de moles de naftaleno presentes en estado gaseoso una vez que se ha alcanzado el equilibrio químico a 298 K.

b) Calcule el porcentaje de naftaleno sólido que habrá sublimado cuando se alcance el equilibrio químico.

c) ¿De qué signo es la variación de entropía estándar ($\mathrm{\Delta }{S}^{\circ }$) del proceso de sublimación del naftaleno? Justifique la respuesta.

d) ¿Qué efecto tiene la temperatura sobre la espontaneidad de este proceso? Justifique la respuesta.

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

El ácido láctico ($\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{H}\text{-}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$) es un compuesto orgánico sólido y de color blanco que se obtiene por síntesis química o por fermentación microbiana de diferentes carbohidratos. En solución acuosa actúa como un ácido monoprótico débil porque su molécula contiene un único grupo funcional carboxílico (-COOH).

a) Sabiendo que el valor de la constante de acidez ($K_{\mathrm{a}}$) del ácido láctico (a 25 °C) es de $\mathrm{1,41}\times {10}^{-4}$, calcule el pH de una disolución de ácido láctico 0,50 M.

b) En el laboratorio tenemos otra disolución de ácido láctico de concentración desconocida. Para determinar su concentración, se valoran 25,0 mL utilizando una disolución acuosa de una base fuerte de concentración conocida.

Indique cuáles de los materiales de la siguiente lista son necesarios para hacer esta valoración en el laboratorio y explique cuál es su función en el proceso de valoración:

Material	Material Balanza	Matraz Erlenmeyer Bureta	Pila Calorímetro	Puente salino Espátula	Voltímetro

Considerando los átomos siguientes: S, Cl, Ca y Fe; indique de forma razonada si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas.

a) La primera energía de ionización del átomo de S es mayor que la del átomo de Cl.

b) El radio atómico del átomo de Cl es mayor que el radio atómico del átomo de Ca.

c) El átomo de Fe tiene mayor afinidad electrónica que el átomo de Cl.

d) El átomo de S es más electronegativo que el átomo de Ca.

El metanol ($\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{O}\mathrm{H}$) es el alcohol de cadena más corta que se puede formular. En la industria química, la síntesis del metanol se produce por hidrogenación del monóxido de carbono (CO), según la siguiente reacción química ajustada que se da en fase gaseosa:

$\mathrm{C}\mathrm{O}(\mathrm{g})+2{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{O}\mathrm{H}(\mathrm{g})$

En un reactor, se alcanza el equilibrio químico anterior a una temperatura de 673 K, y se comprueba que la presión parcial del CO (g) es de 0,27 atm y la del $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{O}\mathrm{H}(\mathrm{g})$ es de 0,20 atm, siendo la presión total de una atmósfera.

a) Calcule las constantes de equilibrio $K_p$ y $K_c$, ambas a 673 K.

b) Indique de forma razonada qué efectos tendrían sobre la formación de metanol las acciones siguientes:

i) aumentar la presión total del sistema;

ii) aumentar la concentración de CO (g).

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 grado de disociación de un ácido débil aumenta cuando añadimos $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q})$ a la disolución.

b) El pH de una disolución acuosa de ácido nítrico ($\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$) es superior al pH de una disolución de la misma concentración de ácido clorhídrico (HCl).

c) El pictograma siguiente, el cual aparece en una botella de ácido clorhídrico (HCl) concentrado, nos indica que se trata de una sustancia peligrosa para el medio ambiente acuático.



d) Una disolución acuosa de cloruro amónico ($\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$) presenta un pH superior a 7.

Datos: $K_{\mathrm{b}}(\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3)$ a 25 °C $=\mathrm{1,8}\times {10}^{-5}$.

Considerando las siguientes especies químicas en condiciones estándar: $\mathrm{A}\mathrm{u}(\mathrm{s})$, $\mathrm{P}\mathrm{b}(\mathrm{s})$, $\mathrm{S}\mathrm{n}(\mathrm{s})$, $\mathrm{C}\mathrm{d}(\mathrm{s})$, $\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{s})$, $\mathrm{A}{\mathrm{u}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{q})$, $\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})$, $\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})$, $\mathrm{C}{\mathrm{d}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})$, $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})$ y los valores de la tabla 1, conteste a las preguntas siguientes, justificando todas las respuestas:

Tabla 1. Potenciales estándar de reducción.

Semirreacciones	$E^{\circ }$ (voltios) $\mathrm{A}{\mathrm{u}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+1{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{A}\mathrm{u}(\mathrm{s})$	1,69 $\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+2{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{P}\mathrm{b}(\mathrm{s})$	−0,13 $\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+2{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{S}\mathrm{n}(\mathrm{s})$	−0,14 $\mathrm{C}{\mathrm{d}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+2{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{C}\mathrm{d}(\mathrm{s})$	−0,40 $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+2{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{s})$	−0,76

a) ¿Cuál es la especie química que presenta mayor poder reductor?

b) ¿Cuál es la especie química con mayor poder oxidante?

c) ¿Cuáles de las especies químicas consideradas tienen capacidad para reducir el $\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}$?

d) ¿Qué especies químicas combinaría para construir una pila galvánica que presentase el máximo valor para la fuerza electromotriz?

La ecuación de velocidad para la siguiente reacción química:

${\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})+{\mathrm{I}}_2(\mathrm{g})\to 2\mathrm{H}\mathrm{I}(\mathrm{g})$

es de orden 1 respecto a la molécula de dihidrógeno y, también, de orden 1 respecto a la molécula de diyodo.

a) Escriba la ecuación de velocidad e indique qué unidades tendrá la constante de velocidad.

b) Explique de forma razonada cómo variará la velocidad de reacción si:

i) aumenta la temperatura;

ii) se añade un catalizador a la reacción.