Examen de Química de Islas Baleares 2023 (convocatoria extraordinaria)

a) El premio Nobel de Química del año 2018 fue concedido a los investigadores Frances H. Arnold, George P. Smith y Sir Gregory P. Winter, por el descubrimiento de un nuevo método usado en la ingeniería de proteínas, el cual imita el proceso de selección natural con el propósito de dirigir las proteínas hacia un objetivo definido.

La treonina (figura 1) es uno de los aminoácidos esenciales utilizados por estos investigadores.


Figura 1. Estructura química de la treonina.

i) A partir de la estructura química de la treonina (figura 1), determine su masa molecular.

ii) Nombre dos grupos funcionales presentes en la molécula de la treonina.

b) Nombre los compuestos siguientes: KOH y $\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$.

Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{H}=\mathrm{1,0}$; $\mathrm{C}=\mathrm{12,0}$; $\mathrm{N}=\mathrm{14,0}$; $\mathrm{O}=\mathrm{16,0}$.

En diferentes países, la fluoración del agua de consumo humano es utilizada para prevenir la caries dental.

a) Si el valor del producto de solubilidad ($K_{\mathrm{p}\mathrm{s}}$) del difluoruro de calcio ($\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_2$), a 25 °C, es igual a $\mathrm{3,4}\times {10}^{-11}$, ¿cuál es la solubilidad (en mol/L) de una disolución saturada de $\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_2$?

b) ¿Cuántos moles de fluoruro de sodio (NaF) hay que añadir a 2 L de una disolución acuosa, la cual contiene 20 mg/L de $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$, para que comience a precipitar $\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_2$?

Datos: masa atómica relativa: $\mathrm{C}\mathrm{a}=\mathrm{40,1}$.

A partir de los siguientes elementos químicos de la tabla periódica: flúor (F), neón (Ne) y sodio (Na),

a) Determine la configuración electrónica de los elementos flúor y sodio.

b) Considerando los elementos flúor y neón, ¿cuál tiene la primera energía de ionización más elevada? Justifique la respuesta.

c) Considerando los elementos flúor y sodio, explique de forma razonada cuál formará el catión más estable.

d) Considerando los elementos neón y sodio, ¿cuál tiene el radio atómico más pequeño? Justifique la respuesta.

El ácido acético o etanoico ($\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$) es el principal componente del vinagre y es el responsable de su sabor y su olor característicos. En el laboratorio tenemos una disolución de ácido acético de concentración desconocida con un valor de pH igual a 4,0.

a) Calcule la molaridad de la disolución de ácido acético.

b) Se valoran 10 mL de la disolución anterior de ácido acético con una disolución de hidróxido de sodio (NaOH) ${10}^{-4}$ M.

i) Escriba la reacción de neutralización del ácido acético.

ii) Indique de manera razonada si el pH de la disolución, en el punto de equivalencia de la valoración, será ácido, básico o neutro.

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

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

a) Para cualquier reacción química, el número inicial de moles de reactivos coincide con el número total de moles de productos que se forman una vez acabada la reacción.

b) Para cualquier reacción química, el número total de moléculas presentes en la mezcla reaccionante aumenta a medida que tiene lugar la reacción.

c) La velocidad de cualquier reacción química aumenta a medida que disminuye la temperatura de reacción.

d) En las mismas condiciones de presión y temperatura, volúmenes iguales de dos sustancias en estado gaseoso contienen el mismo número de moléculas.

Una disolución acuosa A contiene 1,26 g/L de ácido nítrico ($\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$). Una segunda disolución acuosa B contiene 0,4 g/L de hidróxido de sodio (NaOH). Se mezclan 50 mL de la disolución A con 50 mL de la disolución B.

a) Calcule el pH resultante después de mezclar los volúmenes indicados de las disoluciones A y B, suponiendo que los volúmenes son aditivos.

b) Indique el significado del siguiente pictograma que aparece en una botella de ácido nítrico comercial:



Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{H}=\mathrm{1,0}$; $\mathrm{N}=\mathrm{14,0}$; $\mathrm{O}=\mathrm{16,0}$; $\mathrm{N}\mathrm{a}=\mathrm{23,0}$.

A 427 °C, el cloruro de amonio ($\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$) se descompone parcialmente en amoníaco ($\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$) y cloruro de hidrógeno (HCl) según el siguiente equilibrio químico:

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{s})\rightleftharpoons \mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})+\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{g})$

Se introduce una cierta cantidad de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{s})$ dentro de un recipiente de 5 L de capacidad, en el cual se había hecho previamente el vacío, y se calienta a 427 °C. Cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura, la presión en el interior del recipiente es de 4560 mm Hg.

a) Calcule la constante de equilibrio en presiones ($K_p$) a 427 °C.

b) Calcule la cantidad de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$ (en gramos) que se habrá descompuesto.

c) ¿Qué efecto tendrá sobre la concentración de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})$ una disminución del volumen del recipiente? Razone la respuesta.

Datos: $R=\mathrm{0,082}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}\mathrm{L}\mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}{\mathrm{K}}^{-1}$. Masas atómicas relativas: $\mathrm{H}=\mathrm{1,0}$; $\mathrm{N}=\mathrm{14,0}$; $\mathrm{C}\mathrm{l}=\mathrm{35,5}$.

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

a) La molécula de tricloruro de nitrógeno ($\mathrm{N}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$) es apolar.

b) El etanol ($\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$) tiene un punto de ebullición más elevado que el dimetil éter ($\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{O}\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$).

c) Según la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (TRPECV), la molécula $\mathrm{B}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ presenta una geometría lineal.

d) En valor absoluto, la energía reticular del cloruro de sodio (NaCl) es más elevada que la energía reticular del cloruro de potasio (KCl).

El análisis químico del agua oxigenada (${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$) se puede llevar a cabo disolviendo la muestra en ácido sulfúrico (${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$) y valorando con permanganato de potasio ($\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4$), según la siguiente reacción química ajustada:

$3{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4(\mathrm{a}\mathrm{q})+2\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4(\mathrm{a}\mathrm{q})+5{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2(\mathrm{a}\mathrm{q})\to 2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4(\mathrm{a}\mathrm{q})+5{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})+{\mathrm{K}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4(\mathrm{a}\mathrm{q})+8{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$

a) Indique, de manera razonada, cuál es la especie que actúa como oxidante en la reacción anterior. Escriba la semirreacción correspondiente a la especie oxidante.

b) A una muestra de agua oxigenada se le añade un exceso de ácido sulfúrico y se valora con permanganato de potasio 0,2 M, de manera que se consumen 25 mL de esta disolución. Calcule el volumen de oxígeno (${\mathrm{O}}_2$), medido a 0 °C y 1 atm, que se produce durante la valoración.

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

Considere los compuestos orgánicos siguientes:

1) $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$

2) $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\text{-}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

a) Nombre los compuestos 1) y 2).

b) Formule un isómero de posición del compuesto 1).

c) Formule un isómero de función del compuesto 2).