examen de química del 14 de mayo de 2009

examen de química del 14 de mayo de 2009

EXAMEN DE QUÍMICA DEL 14 DE MAYO DE 2009
Nombre y Apellidos: EXAMEN RESUELTO
OPCIÓN A
1. Formula o nombra los siguientes compuestos: a) 3-Hidroxibutanal; b) p-Clorotolueno; c)
Dicromato potásico; d) NH4Cl, e) NaBrO2; f) CH3-CH(CH3)-CH=CI-COOH
(1,5p)
2. Calcula la velocidad con la que será expulsado un electrón de Cs, cuya energía umbral es
de 6,22·10-19 J, si se irradia con una radiación con una longitud de onda de 150 nm. (1,5p)
3. Indica los productos que se obtienen y qué tipo de reacción se da en cada caso:
a) Benceno + cloro (en presencia de tricloruro de hierro).
b) 1-bromopropano + amoniaco.
c) Acetona + ácido cianhídrico.
(1,5p)
4. Calcula la variación de energía libre de Gibbs estándar para el proceso:
4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO (g) + 6 H2O (l)
y predice si es espontánea o no en condiciones estándar. Las energías libres de Gibbs de
formación estándar son -16,7 kJ/mol para el NH3 (g); 86,7 kJ/mol para el NO (g) y -237,2
kJ/mol para el H2O (l)
(1,5p)
5. El potencial de reducción del electrodo (Fe+2/Fe) es -0,44 V y el del electrodo (Fe+3/Fe+2)
es 0,77 V. Calcula la constante de equilibrio de la reacción Fe + 2 Fe+3 → 3 Fe+2 en
condiciones estándar. (2p)
6. La reacción del permanganato potásico con glicerina produce una gran cantidad de calor,
como consecuencia de la oxidación de la glicerina, que se conoce como “fuego
instantáneo”. La reacción que se produce es:
14 KMnO4 + 4 C3H5(OH)3 → 7 K2CO3 + 7 Mn2O3 + 5 CO2 + 16 H2O
¿Qué volumen de dióxido de carbono se obtendrá si hacemos reaccionar 23 g de
permanganato de potasio con 6 mL de glicerina a 1 atm de presión y 20 ºC? ¿Qué masa del
óxido de manganeso se producirá? (La densidad de la glicerina es de 1,2613 g/mL. K = 39;
Mn = 55; O = 16; C = 12; H = 1; R = 0,082 atm·l·mol-1·K-1)
(2p)
OPCIÓN B
1. Formula o nombra los siguientes compuestos químicos: a) Ca(HSO4); b) Ba(OH)2; c)
CH2=CH-CHO; d) o-nitroanilina; e) Ácido 3-carbonilpentanoico, f) Nitrito auroso (1,5p)
2. ¿Cuál es la variación de la energía interna que se produce al hacer la combustión de 150 g
de una gasolina de 95 octanos (concentración del 95% en octano) si la entalpía de
combustión del octano es de -5430 kJ/mol? (C = 12; H = 1; R = 8,314 J/mol)
(1,5p)
3. Las siguientes afirmaciones son ciertas. Explica el fundamento teórico que las soporta:
a) La velocidad de reacción depende de la temperatura.
b) La f.e.m de una pila está relacionada con el cociente de reacción del proceso.
c) La energía cinética asociada a los electrones del efecto fotoeléctrico está relacionada
con la energía de ionización del metal del que proceden.
(1,5p)
4. Si ponemos el 2-clorobutano en presencia de NaOH concentrada obtenemos una mezcla de
isómeros insaturados. ¿Qué compuestos se obtendrán si se hacen reaccionar con agua en
medio ácido? ¿Y con Br2? Formula y nombra todos los compuestos que se obtengan.
(1,5p)
5. Se disuelven 20,5 g de acetato de sodio en 250 mL de agua. ¿Cuál será el pH de la
disolución resultante? (C = 12; H = 1; O = 16; Na = 23; Ka = 1,8·10-5). (2p)
6.
Valoramos 25 mL de una disolución de dicloruro de hierro con una disolución de
permanganato potásico 0,15M en medio ácido, si consumimos 12 mL de la disolución de
permanganato, ¿cuál es la concentración del dicloruro de hierro? Los productos de la
valoración son el tricloruro de hierro y el dicloruro de manganeso. (2p)
OPCIÓN A
OH
CH3
O
1. a)
; b)
H
Cl
c) K2Cr2O7 ; d) Cloruro amónico ;
e) Bromito
sódico ; f) Ácido 2-Yodo-4-metil-2-pentenoico.
2. En primer lugar hemos de calcular la energía de la radiación incidente para
después obtener la energía cinética del electrón:
hc
6,625 ⋅10-34 J ⋅ s 3 ⋅10 8 m s
E=
=
= 1,325 ⋅10-18 J
λ
150 ⋅10-9 m
EC = (E - EU ) = (1,325 ⋅10-18 - 6,22 ⋅10-19 ) J = 7,03 ⋅10-19 J
El siguiente paso es calcular la velocidad asociada a esta energía cinética:
2 ⋅ EC
1
27,03 ⋅10-19 J
m
EC = mv 2 ; v =
=
= 1,24 ⋅106
-31
2
m
9,1 ⋅10 kg
s
3. a)
FeCl3
Se trata de una sustitución
aromática electrofílica (SAE) sobre
un anillo bencénico en el que se produce un efecto mesómero “+M”, lo que activa el
anillo a SAE en posiciones orto y para.
b) CH3-CH2-CH2Br + 2 NH3 → CH3-CH2-CH2NH2 + [CH3-CH=CH2] + NH4Br. En este
caso compiten la sustitución nucleofílica y la eliminación por tratarse de un carbocatión
primario (en el caso de la sustitución), aunque el producto de la eliminación debe ser
muy minoritario porque el medio no es lo suficientemente básico. Se trata de una
sustitución nucleofílica bimolecular, SN2, porque el intermedio de reacción es muy
inestable y es más probable un mecanismo en una sola etapa.
+ Cl2
Cl + HCl
OH
O
c)
H 3C
+
C
N
C
H
CH3
4.
H 3C
C
CN
CH 3
Es una adición nucleofílica propia de
insaturaciones fuertemente polarizadas.
∆G0 = {4 ⋅ ∆G0f [NO (g)] + 6 ⋅ ∆G0f [H2 O (l)]} - {4 ⋅ ∆G0f [NH3 (g)] + 5 ⋅ ∆G0f [O2 (g)]}
kJ
kJ
= -1009,6
mol
mol
A partir de este dato podemos concluir que se trata de un proceso ESPONTÁNEO.
∆G0 ={4 ⋅ 86,7 + 6 ⋅ (-237,2) - 4 ⋅ (-16,7)}
5.
2Fe+3 +Fe → 3Fe+2

 0
Cátodo: Fe+3 +1e- → Fe+2 (x2)  E =E c - E a =0,77-(-0,44)=1,21 V
0,059
n ⋅ E0 2 ⋅1,21
E0 =
logK ; logK=
=
= 41,02 ; K = 1,05 ⋅10 41
n
0,059 0,059
Ánodo: Fe → Fe+2 +2e-
6. Lo primero que debemos hacer es determinar quién es el reactivo limitante:
23 g KMnO 4 ⋅
6 mL ⋅
1 mol
= 0,1456 moles KMnO4
158 g
1,2613 g
1 mol
= 7,5678 g C3H8 O3 ⋅
= 0,0822 moles C3H8 O3
1 mL
92 g
14 moles KMnO4
x
=
; x = 0,2877 moles KMnO4
4 moles C3H8 O3
0,0822 moles C3H8 O3
A la vista de los resultados debemos concluir que el REACTIVO LIMITANTE es el
KMnO4 por lo que tenemos que referir los cálculos a él.
14 moles KMnO4
0,1456 moles KMnO 4
=
; x = 0,0520 moles CO2
5 moles CO2
x
0,0520 moles ⋅ 0,082
VCO2 =
14 moles KMnO4
5 moles Mn2 O3
atm ⋅ L
293 K
K ⋅ mol
= 1,2494 L
1 atm
0,1456 moles KMnO 4
=
; x = 0,0728 moles Mn2 O3
x
0,0728 moles Mn2 O3 ⋅
158 g
= 11,5024 g Mn2O3
1 mol
OPCIÓN B
NO2
1. a) Bifosfato de calcio ; b) Hidróxido de bario ; c) Propenal ; d)
O
O
; e) ;
NH 2
f) AuNO2
OH
2. La reacción es C 8H18 (l) + 252 O2 (g) → 8 CO2 (g) + 9 H2 O (l) Vamos a calcular los
moles de octano que contiene esa gasolina:
150 g
95 g octano
1 mol
= 142,5 g ⋅
= 1,25 moles octano
100 g
114 g
Ahora podemos calcular la variación de la energía interna:
∆U = ∆H - ∆ngas ⋅ R ⋅ T
kJ
8,314 ⋅10 −3 kJ
 9
∆U = -5430
1,25 moles -  −  moles
298 K = -6776,35 kJ
mol
mol ⋅ K
 2
3. a) La velocidad de reacción de un proceso es proporcional a las concentraciones de
los reactivos (o productos) y la constante de proporcionalidad se denomina Constante de
Velocidad. Es un cociente entre las constantes de equilibrio de los procesos inverso y
directo y estas constantes de equilibrio dependen de la temperatura. La expresión
general de la constante de velocidad es k = A ⋅ e-Eact RT en la que la temperatura forma
parte del exponente de una exponencial.
b) La ecuación de Nerst relaciona la f.e.m de una pila con el cociente de reacción de
RT [ C ] [D]
la manera ε = ε ⋅ ln
Dependiendo del valor de la f.e.m podremos calcular
a
b
nF
[ A ] [B ]
c
d
0
cuál es el cociente de reacción y si ésta está próxima al equilibrio o no.
c) La energía cinética será la diferencia entre la energía de la radiación incidente y el
trabajo de extracción de esos electrones. Este trabajo de extracción es lo que llamamos
energía de ionización del metal: EC = E - Eion.
4.
5. El equilibro que se establece es CH3COO- + H2O → CH3COOH + OH- ya que el
catión sodio no produce hidrólisis por provenir de una base fuerte. La
1mol
0,25 moles
concentración de acetato es 20,5 g ⋅
= 0,25 moles ;
= 1 M y la
0,25 L
82 g
c 0α 2
Como nos dan el
(1-α )
para nuestro equilibrio:
expresión de la constante de basicidad del acetato es K b =
dato
de
la
Ka
debemos
recalcular
el
valor
-14
Kw
10
=
= 5,56 ⋅10-10 Como el valor de Kb es muy pequeño podemos
-5
Ka
1,8 ⋅10
suponer que la hidrólisis será mínima y el valor de la constante de disociación
también.
Kb
α =
= 5,56 ⋅10-10 = 2,36 ⋅10-5
c0
Kb=
[OH- ] = 2,36 ⋅10-5 M ; pOH = 4,63 ; pH = 14 - pOH = 9,37
6. La ecuación es: KMnO4 + 5 FeCl2 + 8 HCl → 5 FeCl3 + MnCl2 + KCl + 4 H2O.
Los moles de KMnO4 que han reaccionado en la valoración se pueden calcular como:
moles
nKMnO4 = 0,012 L ⋅ 0,15
= 1,8 ⋅10-3 moles . Si tenemos en cuenta la estequiometría,
L
habrán reaccionado 5—1,8—10-3 = 9—10-3 moles de FeCl2. La concentración del FeCl2
9 ⋅10-3 moles
será: cFeCl2 =
= 0,36 M
0,025 L