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Pruebas de Acceso a las Universidades

de Castilla y León

QUIMICA LOGSE

Número de

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Química LOGSE .Propuesta 1 /2003 Página 1 de 2

CRITERIOS GENERALES DE EVALUACIÓN El alumno deberá contestar a uno de los dos bloques A o B con sus problemas y cuestiones; cada bloque consta de cinco preguntas. Cada una de esas preguntas puntuará como máximo dos puntos. La calificación máxima la alcanzarán aquellos ejercicios que además de bien resueltos, estén bien explicados y argumentados, cuidando la sintaxis y la ortografía y utilizando correctamente el lenguaje científico, las relaciones entre las cantidades físicas, símbolos, unidades, etc. DATOS GENERALES Los valores de las constantes de equilibrio que aparecen en los problemas debe entenderse que hacen referencia a presiones expresadas en atmósferas y concentraciones expresadas en mol l-1 . Constantes universales NA = 6,0221x1023 mol-1 F = 96.485 C mol-1 u = 1,6605x10-27 kg 1 atm = 1,0133x105 N m-2 R = 8,3145 J K-1 mol-1 = 0,082 atm dm3 K-1 mol-1 e = 1,602x10-19 C Masas atómicas relativas: H=1,008 O=16,00 C=12,01 Cl=35,45 N=14,01 Na=22,99 Mn=54,94 Ca= 40,08 BLOQUE A 1.- El cloro se obtiene en el laboratorio según la reacción MnO2 + 4HCl === MnCl2 +H2O + Cl2. Calcule: a) La cantidad de reactivos necesarios para obtener 100 litros de cloro medidos a 15 oC y 720 mmHg. b) El volumen de ácido clorhídrico 0,6 M que habrá que utilizar. 2.- Se hace pasar una corriente de 5 A durante 2 horas a través de una celda electrolítica que contiene CaCl2 (fundido). a) Escriba las reacciones de electrodo. b) Calcule las cantidades, en gramos, de los productos que se depositan o desprenden en los electrodos. 3.- Dadas las siguientes configuraciones electrónicas de dos elementos:

A: 1s2 2s2 2p2 B: 1s2 2s2 2p1 3s1 Indique de un modo razonado si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas: a) Es posible la configuración dada para B. b) Las dos configuraciones corresponden al mismo elemento. c) Para separar un electrón de B se necesita más energía que para separarlo de A. 4.- Para la reacción: N2(g) +3 H2(g) <===> 2NH3 (g) ; Kp= 4,3x10-3 a 300 oC. a) ¿ Cuál es el valor de Kp para la reacción inversa? b) ¿ Qué pasaría a las presiones en el equilibrio de N2 , H2 y NH3, si añadimos un catalizador? c) ¿ Qué pasaría a la Kp , si aumentamos el volumen? 5.- a) Indicar la reacción que tiene lugar cuando a un mol de propino se le adiciona un mol de los siguientes compuestos: Br2, HBr, H2O. b) Nombrar los productos obtenidos.

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BLOQUE B 1.- El “hielo seco” es dióxido de carbono sólido a temperatura inferior a -55 ºC y presión de 1 atmósfera. Una muestra de 0,050 g de hielo seco se coloca en un recipiente vacío cuyo volumen es de 4,6 L, que se termostata a la temperatura de 50 ºC. a) Calcule la presión, en atm, dentro del recipiente después de que todo el hielo seco se ha convertido en gas. b) Explique si se producen cambios en la presión y en la cantidad de moles gaseosos si el experimento lo realizáramos termostatando el recipiente a 60 ºC.

2.- Considere la reacción: H2(g) + Cl2(g) === 2 HCl(g); ∆H = - 184,6 kJ. Si reaccionan en un recipiente 3 moles de H2(g) y 5 moles de Cl2(g), manteniendo la presión constante de 1 atm y a la temperatura de 25 ºC. a) Calcular el trabajo realizado y dar el resultado en julios. b) Calcular la variación de la energía interna del sistema. 3.- Aplicando la teoría de Bronsted y Lowry razona si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones: a) Un ácido fuerte reacciona con su base conjugada dando una disolución neutra. b) La base conjugada de un ácido débil (Ka=1,8·10-5) es una base fuerte. c) Un ácido y su base conjugada se diferencian en un protón.

4.- Cuando se adiciona un catalizador a un sistema reaccionante, decir razonadamente si son ciertas o falsas las siguientes propuestas, corrigiendo las falsas. a) La variación de entalpía de la reacción se hace más negativa, es decir, la reacción se hace más exotérmica y por lo tanto es más rápida. b) La variación de la energía libre de Gibbs se hace más negativa y en consecuencia aumenta la velocidad. c) Hace disminuir la energía de activación del proceso y así aumenta la velocidad del mismo.

5.- Se desea preparar 250cc de una disolución 0,29 molar de ácido clorhídrico y para ello se dispone de agua destilada y de un reactivo comercial de tal ácido, cuya etiqueta, entre otros, contiene los siguientes datos: HCl densidad 1,184 g/mL y 37,5 % en peso . a) ¿Cuántos mililitros del reactivo comercial se necesitarán para preparar la citada disolución? b) Explique cómo actuará para preparar la disolución pedida y el material utilizado.


1.- El cloro se obtiene en el laboratorio según la reacción MnO2 + 4HCl === MnCl2 +H2O + Cl2. Calcule: a) La cantidad de reactivos necesarios para obtener 100 litros de cloro medidos a 15 oC y 720 mmHg. b) El volumen de ácido clorhídrico 0,6 M que habrá que utilizar.

Solución: M (MnO2) = 86,94 g · mol−1; M(HCl) = 36,5 g · mol−1; T = 273 + 15 = 288 K;

P = .95,0760

1720 atm

mmHg

atmmmHg =⋅

a) Los reactivos que se utilizan en la reacción son óxido de manganeso (IV), MnO2, y ácido clorhídrico, HCl. Para determinar sus cantidades iniciales, se hallan los moles correspondientes a los 100 L de cloro, Cl2, en las condiciones propuestas.

.023,4288082,0

10095,011

clorodemolesKKmolLatm

Latm

TR

VPnTRnVP =

⋅⋅⋅⋅⋅

=⋅⋅=⇒⋅⋅=⋅

−−

Multiplicando los moles obtenidos de cloro por los correspondientes factores de conversión, y por la relación molar reactivo utilizado−cloro, se obtienen los gramos de cada reactivo para obtener el volumen de cloro propuesto.

Gramos de MnO2: .76,3491

94,86

1

1023,4 2

2

2

2

22 MnOg

MnOmol

MnOg

Clmol

MnOmolClmoles =⋅⋅⋅

Gramos de HCl: .36,5871

5,36

1

4023,4

22 HClg

HClmol

HClg

Clmol

HClmolesClmoles =⋅⋅⋅

b) Los 587,36 g de HCl corresponden a =⋅HClg

HClmolHClg

5,36

136,587 16,092 moles, que son los

que han de estar disueltos en el volumen de disolución 0,6 M que hay que utilizar.

El volumen es: V = =⋅

=−16,0

092,16)(

Lmoles

moles

M

molesn26,82 L.

Resultado: a) 349,76 g MnO2 y 587,36 g HCl; b) 26,82 L.


2.- Se hace pasar una corriente de 5 A durante 2 horas a través de una celda electrolítica que contiene CaCl2 (fundido). a) Escriba las reacciones de electrodo. b) Calcule las cantidades, en gramos, de los productos que se depositan o desprenden en los electrodos.

a) En el ánodo se produce la oxidación de los aniones cloruro, Cl-, y el cátodo la reducción de los cationes calcio, Ca2+. (+) ánodo, oxidación: 2 Cl- (l) → Cl2 (g) + 2 e- (-) cátodo, reducción: Ca2+ (l) + 2 e- → Ca (s) b) La cantidad de carga eléctrica que pasa por la celda es: Q = I · t = 5 A · 2 h · 3 600 s/h = 36 000 C Aplicando la primera ley de Faraday y como en cada proceso se intercambian 2 mol de electrones paras obtener un mol de producto, se tiene:

ánodo: 2Cl Clg2,13

e2

mol/g71

emol/C50096

C00036

z

M

F

Qm 2 === −−

cátodo: Cag5,7e2

mol/g40

emol/C50096

C00036

z

M

F

Qm Ca === −−


3.- Dadas las siguientes configuraciones electrónicas de dos elementos: A: 1s2 2s2 2p2 B: 1s2 2s2 2p1 3s1

Indique de un modo razonado si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas: a) Es posible la configuración dada para B. b) Las dos configuraciones corresponden al mismo elemento. c) Para separar un electrón de B se necesita más energía que para separarlo de A.

Solución: a) La configuración electrónica expuesta para el elemento B es correcta, pues un electrón del orbital 2p ha emigrado al orbital 3s después de suministrar energía al elemento. Esta afirmación es, por tanto, verdadera. b) La configuración del elemento B corresponde, como se ha expuesto en el apartado anterior, a un elemento excitado, correspondiéndole en su estado fundamental la del elemento A, que posee sus electrones en los orbitales que corresponde al orden energético de llenado. Se comprende que A y B son, por la razón expuesta, el mismo elemento, siendo verdadera la afirmación. c) Separar un electrón de un átomo de un elemento es llevarlo al infinito, donde la interacción entre éste y el núcleo atómico no existe, formándose así un ión monopositivo. Para ello, se suministra al átomo en su estado gaseoso, neutro y fundamental la energía necesaria, llamada energía o potencial de ionización.

De lo expuesto se deduce que esta afirmación es falsa, pues al estar el electrón más externo en el elemento B más alejado del núcleo atómico que el del elemento A, se encuentra menos fuertemente retenido por éste, por lo que se necesita menos energía para separarlo.


4.- Para la reacción: N2(g) +3 H2(g) <===> 2NH3 (g) ; Kp= 4,3x10-3 a 300 oC. a) ¿ Cuál es el valor de Kp para la reacción inversa? b) ¿ Qué pasaría a las presiones en el equilibrio de N2 , H2 y NH3, si añadimos un catalizador? c) ¿ Qué pasaría a la Kp , si aumentamos el volumen?

Solución:

a) Si Kp para la reacción directa es Kp =[ ]

[ ] [ ]322

23

HN

NH

⋅ y para la inversa K´p =

[ ] [ ][ ]2

3

322

NH

HN ⋅, se

deduce fácilmente que la constante de equilibrio de la reacción inversa vale el inverso del valor de la

constante de equilibrio de la reacción directa, es decir, K´p = .1033,2103,4

11 23

⋅=⋅

=−

pK

b) La presencia de un catalizador provocará que la reacción transcurra más rápidamente, pero no altera para nada el equilibrio, por lo que las presiones parciales de los gases N2, H2 y NH3, no modificarán sus valores. c) En una mezcla gaseosa, a temperatura constante, el producto P · V = cte, según la ley de Boyle-Mariotte, por lo que al aumentar el volumen (disminuir la presión), el equilibrio se desplaza hacia el miembro donde se produzca un aumento del número de moles, hacia la izquierda. La constante Kp no sufre alteración en su valor.


5.- a) Indicar la reacción que tiene lugar cuando a un mol de propino se le adiciona un mol de los siguientes compuestos: Br2, HBr, H2O. b) Nombrar los productos obtenidos.

a) Los tres ejemplos representan la adición electrófila a un triple enlace. Como solamente se adiciona un mol de reactivo a un mol de alquino, el producto obtenido contiene un doble enlace. CH3 - C ≡ CH + Br2 → CH3 - CBr = CHBr 1,2-dibromopropeno CH3 - C ≡ CH + HBr → CH3 - CBr = CH2 2-bromopropeno CH3 - C ≡ CH + H2O → CH3 - COH = CH2 propen-2-ol Las dos últimas reacciones siguen la regla Markovnikov, con adición del H de la molécula de reactivo al átomo de carbono que de la insaturación que tenga más H. El CH3 - COH = CH2 es inestable y se transforma en acetona CH3 – CO – CH3.


1.- El “hielo seco” es dióxido de carbono sólido a temperatura inferior a -55 ºC y presión de 1 atmósfera. Una muestra de 0,050 g de hielo seco se coloca en un recipiente vacío cuyo volumen es de 4,6 L, que se termostata a la temperatura de 50 ºC. a) Calcule la presión, en atm, dentro del recipiente después de que todo el hielo seco se ha convertido en gas. b) Explique si se producen cambios en la presión y en la cantidad de moles gaseosos si el experimento lo realizáramos termostatando el recipiente a 60 ºC.

a) La masa molar del CO2 es 44 g/mol, considerando que tiene un comportamento ideal y aplicando la ecuación de los gases perfectos:

p · V = n · R · T; p · 4,6 L = mol/g44

g050,0· 0,082 atm · L/(mol · K) · (273 + 50) K

Despejando la presión del recipiente: p = 6,5 · 10-3 atm b) La cantidad de moles en estado gaseoso no se modifica. La presión aumenta al aumentar la temperatura y permaneciendo el volumen constante. La nueva presión es:

atm10·8,6pK)60273(

p

K)50273(

atm10·5,6;

T

V·p

T

V·p 32

23

2

2

1

−−

=⇒+

=+

=


2.- Considere la reacción: H2(g) + Cl2(g) === 2 HCl(g); ∆H = - 184,6 kJ. Si reaccionan en un recipiente 3 moles de H2(g) y 5 moles de Cl2(g), manteniendo la presión constante de 1 atm y a la temperatura de 25 ºC. a) Calcular el trabajo realizado y dar el resultado en julios. b) Calcular la variación de la energía interna del sistema.

Solución:

a) De la reacción se deduce que 1 mol de H2 (g) reacciona con 1 mol de Cl2 (g) para producir 2 moles de HCl (g). Por tanto, si en el recipiente se introducen 3 moles de H2 y 5 moles de Cl2, reaccionará todo el H2 con 3 moles de Cl2 para producir 6 moles de HCl y quedarán 2 moles de Cl2 sin reaccionar. Como el trabajo realizado es: W = − P · ∆V = − ∆n · R · T, y de la ecuación química se deduce que ∆n = 2 − 2 = 0, el trabajo que se realiza en la reacción es W = 0. b) Del primer principio de la termoquímica se tiene que: ∆U = Q + W, y como la reacción transcurre a presión constante, Q = Qp, y al ser W = 0, se tiene que ∆U = Qp; y como Qp = 3 · ∆H por ser la entalpía de reacción la correspondiente a la formación de 2 moles de HCl y haberse formado 6 moles, la variación de energía interna del sistema es pues: ∆U = − 3 · 184,6 kJ = – 553,8 kJ. Resultado: a) W = 0; b) ∆∆∆∆U = −−−− 553,8 kJ.


3.- Aplicando la teoría de Bronsted y Lowry razona si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones: a) Un ácido fuerte reacciona con su base conjugada dando una disolución neutra. b) La base conjugada de un ácido débil (Ka=1,8·10-5) es una base fuerte. c) Un ácido y su base conjugada se diferencian en un protón.

a) Falsa. Un ácido, sea cual sea su fortaleza, nunca reacciona con su base conjugada. El ácido cede un protón a otra sustancia, base, transformándose en su base conjugada, con la que se encuentra en equilibrio. b) Verdadera. Si un ácido es débil tiene poca tendencia a ceder un protón, y su base conjugada tendrá mucha tendencia a aceptarlo nuevamente, lo que significa que será fuerte. c) Verdadera. Ácido es toda sustancia capaz de ceder un protón, y cuando lo hace se transforma en su base conjugada, siendo el protón la diferencia entre ellos.

Solución:


4.- Cuando se adiciona un catalizador a un sistema reaccionante, decir razonadamente si son ciertas o falsas las siguientes propuestas, corrigiendo las falsas. a) La variación de entalpía de la reacción se hace más negativa, es decir, la reacción se hace más exotérmica y por lo tanto es más rápida. b) La variación de la energía libre de Gibbs se hace más negativa y en consecuencia aumenta la velocidad. c) Hace disminuir la energía de activación del proceso y así aumenta la velocidad del mismo.

Un catalizador rebaja la barrera de activación y por tanto disminuye la energía de activación del proceso sin modificar ninguna de las magnitudes termodinámicas, es decir acelera el transcurso del mismo. Por tanto, las propuestas a y b son falsas y la c es verdadera.


5.- Se desea preparar 250cc de una disolución 0,29 molar de ácido clorhídrico y para ello se dispone de agua destilada y de un reactivo comercial de tal ácido, cuya etiqueta, entre otros, contiene los siguientes datos: HCl densidad 1,184 g/mL y 37,5 % en peso . a) ¿Cuántos mililitros del reactivo comercial se necesitarán para preparar la citada disolución? b) Explique cómo actuará para preparar la disolución pedida y el material utilizado.

Solución: M (HCl) = 36,5 g · mol−1. a) La resolución de este tipo de problemas exige conocer primero los moles contenidos en los 250 mL de disolución a preparar, para a partir de aquí, poder determinar los mililitros que hay que tomar de la disolución comercial. Los moles de HCl que han de estar disueltos en los 250 mL de disolución a preparar son: N = M · V = 0,29 moles · L−1 · 0,25 L = 0,0725 moles, que son los que han de estar contenidos en el volumen de disolución comercial que hay que tomar. En segundo lugar hay que conocer la concentración molar de la disolución comercial, y de ahí, determinar el volumen de disolución que contienen los moles anteriormente calculados: La molaridad de la disolución comercial, utilizando los correspondientes factores de conversión (relaciones de equivalencia) y considerando 1 L de disolución, es:

.16,125,36

1

100

5,37

1

1000184,1 M

HClg

HClmol

disolucióng

HClg

disoluciónL

disoluciónmL

disoluciónmL

disolucióng=⋅⋅⋅

El volumen de esta disolución comercial que contiene los 0,0725 moles de HCl es:

M = .96,500596,016,12

0725,0)(

)(

)(1

mLLLmoles

moles

M

molesnV

litrosV

molesn==

⋅==⇒

−

b) Una vez realizado los cálculos correspondientes, se toma con una pipeta los mL de disolución comercial calculados, se vierte en un matraz aforado de 250 mL, se añade un poco de agua destilada y se agita para favorecer la disolución, y finalmente se añade más agua destilada hasta llegar al enrase del matraz. Resultado: a) V = 5,96 mL.

pruebas de acceso a las número universidades quimica … · indique de un modo razonado si las...

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