QUÍMICA SEPTIEMBRE 2005 INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN. La prueba consta de dos partes. En la primera parte se propone un conjunto de cinco cuestiones de las que el alumno resolverá únicamente tres. La segunda parte consiste en dos opciones de problemas, A y B. Cada una de ellas consta de dos problemas; el alumno podrá optar por una de las opciones y resolver los dos problemas planteados en ella, sin que pueda elegir un problema de cada opción. Cada cuestión o problema puntuará sobre un máximo de dos puntos. No se contestará ninguna pregunta en este impreso TIEMPO. Una hora y treinta minutos

PRIMERA PARTE CUESTIONES Cuestión 1.- Considere los compuestos BaO; HBr, MgF2 y CCl4 a) Indique su nombre. Solución. • BaO: Óxido de Bario • HBr: Bromuro de hidrógeno • MgF2: Difluoruro de magnesio ó fluoruro de magnesio (II) • CCl4: Tetracloruro de carbono b) Razone el tipo de enlace que posee cada uno. Solución. • BaO: Enlace iónico por estar formados por átomos de muy diferente electronegatividad. Ba metal muy electropositivo, O no-metal muy electronegativo. • HBr: Enlace covalente polar por estar formado por átomos de elevada y parecida electronegatividad. No-metal/No-metal. • MgF2: Enlace iónico por estar formados por átomos de muy diferente electronegatividad. Mg metal muy electropositivo, F no-metal muy electronegativo. • CCl4: Molécula apolar formado por cuatro enlaces covalentes polares que se compensan por geometría. c) Explique la geometría de la molécula CCl4. Solución. Molécula tetraédrica. El átomo de C se ubica en el centro de un tetraedro formando cuatro enlaces idénticos con orbitales híbridos sp3, dirigidos hacia los vértices del tetraedro, que forman cuatro enlaces tipo σ con los orbitales atómicos p de los átomos de Cl. d) Justifique la solubilidad en agua de los compuestos que tienen enlace covalente. Solución. El agua es un disolvente polar debido a los átomos que la forman y a su geometría, por tanto disolverá fácilmente a los compuestos polares, siendo muy poco solubles los compuestos apolares. HBr (Covalente polar). Se disuelve en agua. CCl4 (Covalente apolar). No se disuelve en agua. Puntuación máxima por apartado: 0’5 puntos.

Cuestión 2.- Para la reacción en fase gaseosa CO + NO2 → CO2 + NO la ecuación de velocidad es v = k ⋅ [NO 2 ]2 . Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) La velocidad de desaparición del CO es igual que la velocidad de desaparición del NO2. Solución. Verdadero. ∆ Re activos v(Desaparición ) = ∆t A partir de la definición de velocidad de desaparición, y teniendo en cuenta que la estequiometria de la reacción es 1 a 1, por cada molécula de de CO que desaparece, desaparece una de NO2, por lo tanto sus concentraciones van variando a la misma velocidad. b) La constante de velocidad no depende de la temperatura porque la reacción se produce en fase gaseosa. Solución. Falso. Según la ecuación de Arrhenius −

Ea

K = A ⋅ e RT la constante es exponencialmente directa a la temperatura, a mayor temperatura mayor constante.

c) El orden total de la reacción es dos. Solución. Verdadero. Se define orden de reacción ó orden total de reacción (n), como la suma de los exponentes de las concentraciones en la ecuación integrada de velocidad. Para reacciones tipo: A + B → Productos v = k⋅ A

α

β

⋅ B ⇒ n = α+β

d) Las unidades de la constante de velocidad serán mol·L−1·s−1. Solución. Falso. Analizando dimensionalmente la ecuación

(

)

[

(

v mol ⋅ l −1 ⋅ s −1 = k ⋅ NO 2 mol ⋅ l −1 Puntuación máxima por apartado: 0’5 puntos.

)]

2

(

DESPEJANDO   → ⇒ k mol −1 ⋅ l ⋅ s −1

)

Cuestión 3.- Complete y ajuste las siguientes ecuaciones ácido base y nombre todos los compuestos Solución. a) 2HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O Ácido nítrico + Hidróxido de magnesio → Nitrato de magnesio + Agua b) 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 Amoniaco + Ácido sulfúrico → Sulfato amónico c) HCO3− + 2NaOH → Na2CO3 + 2H2O Bicarbonato + Hidróxido sódico → Carbonato de sodio + Agua d) CH3−COOH + KOH → CH3−COOK + H2O Ácido acético + Hidróxido de potasio → Acetato de potasio + Agua Puntuación máxima por apartado: 0’5 puntos.

Cuestión 4.Solución. a) Formule los siguiente compuestos orgánicos: • 2-propanol: CH3−CHOH−CH3.

•

2-metil-1-buteno:

•

ácido butanoico: CH3−CH2−CH2−COOH

•

N-metil etilamina. CH3−NH−CH2−CH3.

.

b) Nombre los siguientes compuestos orgánicos: i) CHO−CH2−CH2−CH3 : Butanal (Aldehído) ii) CH3−CH2−COO−CH3 : Propanoato de metilo (Ester) c) Escriba la reacción de obtención de ii) e indique de que tipo de reacción se trata. CH3−CH2−COOH + CH3OH → CH3−CH2−COO−CH3 + H2O Reacción de esterificación entre un ácido y un alcohol, la reacción transcurre mediante un mecanismo de sustitución nucleofílica. Puntuación máxima por apartado: 1 punto a) y 0’5 puntos b) y c). Cuestión 5.- A partir del esquema del ciclo de Born-Haber para el fluoruro de sodio:

a) Nombre las energías implicadas en los procesos 1, 2 y 3. Solución. • 1.- Entalpía de sublimación del sodio. ∆H S (Na ) •

2.- Entalpía de disociación de la molécula de Flúor. ∆H D (F)

•

3.- Potencial de ionización del átomo de Na. P.I.(Na)

b) Nombre las energías implicadas en los procesos 4, 5 y 6. Solución. • 4.- Afinidad electrónica del átomo de Flúor. A.E.(F) • 5.- Energía Reticular del cristal Fluoruro sódico. ER • 6.- Entalpía de formación del Fluoruro sódico sólido. ∆H f (NaF(s) ) c) Justifique si son positivas o negativas las energías implicadas en los procesos 1, 2, 3, 4 y 5. Solución. ∆H S (Na ) > 0. Energía que hay que aportar a un mol de átomos de sodio para que cambie • •

de estado sólido ha estado gas. ∆H D (F) > 0. Energía que hay que aportar a un mol de moléculas de Flúor para que se

•

disocien en átomos. P.I.(Na) > 0. Energía mínima necesaria para separar un e− de un átomo de sodio gaseoso en su estado fundamental

• •

A.E.(F) < 0. Es la energía que desprende un átomo de Flúor gaseoso en su estado fundamental capta un e− y se convierte en un ión negativo gaseoso. ER < 0. Es la energía que se desprende cuando el número necesario de iones F− y Na+ se condensan en un cristal iónico para formar un mol de compuesto. Si fuese positiva, indicaría que el compuesto iónico no cristaliza.

d) En función del tamaño de los iones justifique si la energía reticular del fluoruro sódico será mayor o menor, en valor absoluto, que la del cloruro de sodio. Justifique la respuesta. Solución. Por la ecuación de Born, se relaciona la energía reticular con el radio iónico. N ⋅ A ⋅ z1z 2 ⋅ e 2 Er = − o ro a mayor radio iónico (ro), menor energía reticular (Er). ro = r + + r − Como en este caso los radios de los cationes son iguales, solo se diferenciarán en los radios de los aniones. Teniendo en cuenta que r F − < r Cl − (En un grupo, el radio de lo aniones con igual carga va

( ) ( )

aumentando de arriba abajo), el fluoruro de sodio tiene menor radio iónico que el cloruro de sodio, por lo tanto la energía reticular de NaF es mayor que la de NaCl. Puntuación máxima por apartado: 0’5 puntos.

SEGUNDA PARTE OPCIÓN A Problema 1.- Para la siguiente reacción: CH3−CH2OH (1) + O2(g) → CH3−COOH (1) + H2O (1). Datos a 25 °C. ∆H of kJ ⋅ mol −1 Sº J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 Etanol (l) 160’7 −227’6 Ácido etanoico 159’9 −487’0 O2 (g) 0 205’0 H2O (l) 70’0 −285’8 Calcule: Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a) La variación de la entalpía de la reacción a 25 °C, en condiciones estándar. Solución. La variación de entalpía de la reacción se calcula mediante la ley de Hess por tratarse de una función de estado, y sus variaciones solo depender de las condiciones iniciales o finales.

(

∆H oR =

∑ν

i

)

⋅∆H of i (Pr oductos ) −

(

∑ν

i

)

⋅∆H of i (Re activos)

∆H oR = ∆H of (CH 3 − COOH ) + ∆H of (H 2 O ) − ∆H of (CH 3 − CH 2 OH ) − ∆H of (O 2 )

teniendo en cuenta que ∆H of (O 2 ) = 0 por tratarse de un elemento en estado natural ∆H oR = −487'0 + (− 285'8) − (− 227'6 ) = −545'2 kJ

mol