Examen de Química de Islas Baleares 2026 (convocatoria extraordinaria)

El premio Nobel de Química del año 2025 fue concedido a los investigadores Susumu Kitagawa, Richard Robson y Omar M. Yaghi por el desarrollo de redes metalorgánicas (MOF). Estos materiales son redes porosas formadas por iones metálicos unidos por ligandos orgánicos, y presentan aplicaciones revolucionarias en el almacenamiento de gases, la catálisis o la liberación controlada de fármacos. Un precursor orgánico muy utilizado en la síntesis de MOF es el ácido benzoico (figura 1).


Figura 1. Estructura química del ácido benzoico.

a) Determine la fórmula molecular del ácido benzoico a partir de su estructura química (figura 1).

b) Las MOF pueden almacenar gases dentro de los poros. Suponga que una determinada MOF es capaz de llenar completamente sus poros con ${\text{CO}}_2$ a 25 °C y 1 atm. Si el volumen total de poros disponibles es de 5,0 L, calcule la masa de ${\text{CO}}_2$ (en gramos) que podría quedar adsorbida en estas condiciones.

c) Para sintetizar una MOF en el laboratorio, se necesita una disolución acuosa de ${\text{Zn(NO}}_3{)}_2$ 0,10 M, ya que los iones ${\text{Zn}}^{2+}$ actuarán como centros metálicos en la estructura del material. Calcule la masa de ${\text{Zn(NO}}_3{)}_2$ sólido necesaria para preparar 250 mL de esta disolución.

d) En la síntesis de MOF se utilizan a menudo ésteres y sales metálicas.

i) Nombre el compuesto ${\text{CH}}_3{\text{-CH}}_2{\text{-COO-CH}}_3$, el cual se utiliza en estudios relacionados con MOF.

ii) Nombre el compuesto ${\text{Zn(NO}}_3{)}_2$, utilizado como precursor en la síntesis de MOF.

Datos: $R=\mathrm{0,082}{\text{atm L mol}}^{-1}{\text{ K}}^{-1}$; masas atómicas relativas: $\text{H}=\mathrm{1,0}$; $\text{C}=\mathrm{12,0}$; $\text{N}=\mathrm{14,0}$; $\text{O}=\mathrm{16,0}$; $\text{Zn}=\mathrm{65,4}$.

El ácido fórmico (HCOOH), presente en las picaduras de hormigas y en algunos productos de limpieza, es un ácido débil monoprótico de interés en química y biología. A 25 °C, una disolución acuosa de ácido fórmico de concentración 0,10 M tiene un pH de 2,38.

a) Calcule la constante de acidez ($K_a$) del ácido fórmico.

b) Se valoran 25,0 mL de una disolución de HCOOH 0,10 M con una disolución de hidróxido de sodio (NaOH) de concentración 0,15 M.

i) Escriba la reacción de neutralización del ácido fórmico con el hidróxido de sodio.

ii) Calcule el volumen de disolución de NaOH 0,15 M necesario para alcanzar el punto de equivalencia en la valoración anterior.

En determinados procesos industriales y de laboratorio, el dióxido de carbono (${\text{CO}}_2$) se puede obtener mediante reacciones de oxidación controlada de compuestos orgánicos. Un método clásico consiste en hacer reaccionar permanganato de potasio (${\text{KMnO}}_4$) con ácido oxálico (${\text{H}}_2{\text{C}}_2{\text{O}}_4$) en medio ácido.

En esta reacción redox, el ion permanganato (${\text{MnO}}_4^{-}$), de color violeta intenso, actúa como agente oxidante y se reduce a ${\text{Mn}}^{2+}$, mientras que el ácido oxálico se oxida a dióxido de carbono (${\text{CO}}_2$).

Esta reacción se utiliza habitualmente en prácticas de laboratorio para estudiar procesos redox, cinética química y técnicas de valoración.

a) Escriba y ajuste por el método del ion-electrón la reacción química, en forma iónica, que tiene lugar en este proceso.

b) Calcule la masa de sulfato de manganeso (II) que se obtendrá si reaccionan 250 mL de una disolución de ${\text{KMnO}}_4$ 0,50 M con ácido oxálico en exceso, suponiendo un rendimiento del 75 %.

Datos: masas atómicas relativas: $\text{O}=\mathrm{16,0}$; $\text{S}=\mathrm{32,1}$; $\text{Mn}=\mathrm{54,9}$.

Considere las especies químicas siguientes: ${\text{C}}_6{\text{H}}_{14}$ (hexano), ${\text{SiO}}_2$ (sílice o dióxido de silicio), Al (aluminio), ${\text{CaCl}}_2$ (cloruro de calcio).

Para cada una de las situaciones descritas a continuación, seleccione una especie química de la lista anterior, la que mejor se adapte, y justifique su elección basándose en el tipo de enlace o fuerzas intermoleculares.

a) Un compuesto molecular que, en estado líquido, solo presenta fuerzas de dispersión como fuerza intermolecular dominante.

b) Un material con un punto de fusión muy elevado (>1600 °C) que, en estado sólido, no conduce la electricidad.

c) Una sustancia que, en estado sólido, presenta una «nube de electrones» deslocalizados que le confiere alta conductividad térmica.

d) Un compuesto que, en disolución acuosa, conduce la electricidad a causa de su disociación en iones.

Justifique si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas:

a) El radio iónico del ion ${\text{S}}^{2-}$ es menor que el radio atómico del oxígeno (O).

b) El ion ${\text{Cl}}^{-}$ y el átomo de argón (Ar) son especies isoelectrónicas.

c) La carga nuclear efectiva que experimentan los electrones de valencia es mayor en el ion ${\text{S}}^{2-}$ que en el ion ${\text{Cl}}^{-}$.

d) La molécula ${\text{SCl}}_2$ es lineal y, por tanto, apolar.

La piedra caliza, principalmente formada por carbonato de calcio (${\text{CaCO}}_3$), ha sido un material fundamental en la construcción a lo largo de la historia. Cuando se calienta a temperaturas muy elevadas experimenta una descomposición térmica para producir cal viva (CaO) y dióxido de carbono (${\text{CO}}_2$), según la reacción:

${\text{CaCO}}_3\text{ (s)}\rightleftharpoons \text{CaO (s)}+{\text{CO}}_2\text{ (g)}$ con $\mathrm{\Delta }{H}^0>0$

En un recipiente cerrado e inicialmente vacío de 2,0 L, se introducen 20 g de ${\text{CaCO}}_3$ puro. Se calienta a 900 °C y se espera hasta que se alcanza el equilibrio químico. En estas condiciones, la constante de equilibrio $K_p$ tiene un valor de 0,22 atm.

a) Calcule la presión de ${\text{CO}}_2$ en el equilibrio químico.

b) Determine la masa de ${\text{CaCO}}_3$ que habrá reaccionado.

c) Calcule el valor de $K_c$ para este equilibrio a 900 °C.

d) Una vez alcanzado el equilibrio químico a 900 °C, se enfría el sistema hasta 800 °C. Indique, de forma razonada, si la cantidad de ${\text{CaCO}}_3$ (s) aumenta o disminuye.

Datos: $R=\mathrm{0,082}{\text{atm L mol}}^{-1}{\text{ K}}^{-1}$; masas atómicas relativas: $\text{C}=\mathrm{12,0}$; $\text{O}=\mathrm{16,0}$; $\text{Ca}=\mathrm{40,1}$.

En la industria química y energética, los compuestos orgánicos tienen un papel fundamental. El metano (${\text{CH}}_4$), por ejemplo, es el componente principal del gas natural y constituye un combustible esencial. Por otra parte, hidrocarburos como los alquenos y cicloalcanos, así como alcoholes, ácidos carboxílicos y ésteres, son materias primas básicas en la síntesis de plásticos, disolventes, combustibles y aditivos alimentarios.

a) Indique el tipo de hibridación que presenta el carbono en la molécula de metano (${\text{CH}}_4$) y explique su geometría molecular.

b) En la industria petroquímica y en la química orgánica es frecuente encontrar compuestos con la misma fórmula molecular, pero con estructuras diferentes. Indique, de forma razonada, para cada pareja de compuestos siguientes, si son isómeros. En caso afirmativo, especifique el tipo de isomería que presenten:

i) but-1-eno y propanol

ii) ácido propanoico y etanoato de metilo

El acetato de metilo (${\text{CH}}_3{\text{COOCH}}_3$) es un éster con aroma de fruta, utilizado como aditivo alimentario y como disolvente industrial. Se puede obtener a partir de ácido acético (${\text{CH}}_3\text{COOH}$) y metanol (${\text{CH}}_3\text{OH}$) según la reacción química siguiente:

${\text{CH}}_3\text{COOH(l)}+{\text{CH}}_3\text{OH(l)}\rightleftharpoons {\text{CH}}_3{\text{COOCH}}_3\text{(l)}+{\text{H}}_2\text{O(l)}$

A partir de las siguientes reacciones y sus entalpías estándar de combustión:

i) ${\text{CH}}_3\text{COOH(l)}+2{\text{O}}_2\text{(g)}\to 2{\text{CO}}_2\text{(g)}+2{\text{H}}_2\text{O(l)}$, $\mathrm{\Delta }{H}_{\mathrm{I}}^0=-\mathrm{847,2}{\text{kJ mol}}^{-1}$

ii) $2{\text{CH}}_3\text{OH(l)}+3{\text{O}}_2\text{(g)}\to 2{\text{CO}}_2\text{(g)}+4{\text{H}}_2\text{O(l)}$, $\mathrm{\Delta }{H}_{\mathrm{I}\mathrm{I}}^0=-\mathrm{1452,2}{\text{kJ mol}}^{-1}$

iii) $2{\text{CH}}_3{\text{COOCH}}_3\text{(l)}+7{\text{O}}_2\text{(g)}\to 6{\text{CO}}_2\text{(g)}+6{\text{H}}_2\text{O(l)}$, $\mathrm{\Delta }{H}_{\mathrm{I}\mathrm{I}\mathrm{I}}^0=-\mathrm{3182,8}{\text{kJ mol}}^{-1}$

a) Calcule la entalpía estándar de reacción ($\mathrm{\Delta }{H}^0$) para la formación de acetato de metilo a partir de ácido acético y metanol.

b) Calcule la energía liberada o absorbida en la producción de 500 g de acetato de metilo.

c) Indique, de forma razonada, cómo se desplaza el equilibrio químico anterior si se elimina ${\text{H}}_2\text{O}$ del sistema.

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

El fosgeno (${\text{COCl}}_2$), también conocido como cloruro de carbonilo, es un gas tóxico que fue utilizado como arma química durante la Primera Guerra Mundial. Actualmente, se utiliza en la síntesis industrial de poliuretanos y pesticidas.

Este compuesto se puede descomponer según la reacción química siguiente:

${\text{COCl}}_2\text{ (g)}\rightleftharpoons \text{CO (g)}+{\text{Cl}}_2\text{ (g)}$

a) Calcule la entalpía estándar de reacción ($\mathrm{\Delta }{H}^0$) a 298 K para la descomposición del fosgeno.

b) Indique si la reacción anterior es endotérmica o exotérmica. Justifique la respuesta.

c) ¿Se puede afirmar que la variación de entropía ($\mathrm{\Delta }{S}^0$) de la reacción química anterior es negativa? Justifique la respuesta.

d) En la ficha de seguridad del compuesto ${\text{COCl}}_2$ aparece el pictograma siguiente. Indique su significado.



Datos: entalpías estándar de formación a 298 K: $\mathrm{\Delta }{H}_f^0({\text{COCl}}_2\text{, g})=-\mathrm{219,1}{\text{kJ mol}}^{-1}$; $\mathrm{\Delta }{H}_f^0(\text{CO, g})=-\mathrm{110,5}{\text{kJ mol}}^{-1}$.