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OPCIÓN A
1.- Dados los elementos A y B con números atómicos 14 y 38 respectivamente: a) Escribe la configuración electrónica de cada uno de ellos. b) Justifica en base a sus configuraciones electrónicas el grupo y periodo al que pertenecen cada uno. c) Razona cuál de ellos tendrá menor energía de ionización (potencial de ionización) d) Indica cuál será el ion más estable del elemento B y su configuración electrónica. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos
a) A (Z=14) 1s^2 ; 2s^2 p^6 ; 3s^2 p^2 B (Z=38) 1s^2 ; 2s^2 p^6 ; 3s^2 p^6 d^10 ; 4 s^2 p^6 ; 5s^2 b) Elemento A: por encontrarse sus electrones más externos en el nivel 3, pertenece al periodo 3. Por tener 4 electrones en su nivel más externo (s^2 p^2 ) pertenecerá al grupo IV A - Carbonoideos - grupo 14. Elemento B: por encontrarse sus electrones más externos en el nivel 5, pertenece al periodo 5. Por tener 2 electrones en su nivel más externo (s^2 ) pertenecerá al grupo II A - Alcalinotérreos - grupo 2.
c) Tendrá menor energía de ionización el elemento B. Esto es debido a que su electrón más externo se encuentra en el periodo 5, frente al periodo 3 del elemento A. Al estar más alejado del núcleo es atraído con menos energía. Así mismo, el elemento B solo posee 2 electrones en su último nivel, frente a los 4 que posee el elemento A.
d ) El ion más estable del elemento B es aquel que le permita tener configuración electrónica s^2 p^6 en su último nivel. Por tanto tiende a ceder los dos electrones para adquirir la configuración de gas noble formando el ion B2+, y su configuración será : 1s^2 ; 2s^2 p^6 ; 3s^2 p^6 d^10 ; 4s^2 p^6
2.- Para los siguientes compuestos orgánicos: A) CH 3 - CH 2 - CHCl-CH 2 OH B) ClCH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 OH C) ClCH 2 - CH 2 - CO-CH 3 a) Justifica qué compuesto presentará isomería óptica. b) ¿Qué compuestos son isómeros de posición? c) Proponga y nombre un compuesto que sea isómero de función de C) d) Nombre los compuestos A), B) y C) Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos
a) Para presentar isomería óptica es necesario que el compuesto tenga un carbono quiral (es decir, que se encuentre unido a cuatro grupos diferentes) El único C que presenta esta característica se encuentra en el compuesto A
b) Para ser isómeros deben tener la misma fórmula empírica, algo que solo ocurre en los compuestos A y B. (C 4 H 9 OCl). Son además isómeros de posición por diferenciarse únicamente en la posición del grupo cloro.
c) Existen varias posibilidades: ClCH 2 - CH 2 - CH 2 - CHO (4-clorobutanal y similares con el cloro en posiciones 2 y 3) ClCH 2 - CH=CH-CH 2 OH (4-cloro- 2 - buten- 1 - ol y similares con otras posiciones de los grupos). Otras posibilidades son: Derivados del ciclobutanol Éteres con un doble enlace en el sustituyente
H 3 C CH 2 C
H
Cl
*CH 2 OH
d) A 2 - cloro- 1 - butanol (2-cloro butan- 1 - ol) B 4 - cloro- 1 - butanol (4-cloro butan- 1 - ol) C 4 - cloro butanona (4-cloro butan- 2 - ona)*
3.- El fosgeno (COCl 2 ) es un gas asfixiante que fue empleado como arma química en la 1ª Guerra Mundial. Cuando se calienta a 707ºC se descompone estableciéndose el equilibrio COCl 2 (g) CO (g) + Cl 2 (g) En un recipiente de 5 litros se introducen 0,25 moles de COCl 2 y cuando se alcanza el equilibrio la presión en el recipiente es 6,26 atm. Calcular: a) El número de moles de cada sustancia presentes en el equilibrio b) El valor de la constante de concentraciones Kc c) El valor de la constante de presiones Kp Dato: R = 0,082 atm.L.K-^1 .mol-^1 Puntuación máxima por apartado: a) 1,0 puntos; b) 0,5 puntos; c) 0,5 puntos.
a) Planteamos el balance de moles iniciales, moles en el equilibrio y sus correspondientes concentraciones molares:
COCl 2 (g) CO (g) + Cl 2 (g) Moles inic 0,25 0 0 Variación - x +x +x Moles totales eq. = 0,25 – x +x +x = 0,25 + x Moles eq. 0,25-x x x
Conc. eq. (0,25-x)/5 x/5 x/
Teniendo en cuenta que conocemos la temperatura del equilibrio (980 K), el volumen (5 L.) y la presión total en el recipiente una vez alcanzado el equilibrio (6,26 atm.) para una cantidad de moles gaseosos de (0,25+x), aplicando la ecuación de los gases: P.V = n. R. T 6,26. 5 = (0,25 + x) 0,082. 980 de donde x = 0, Trasladando el valor de x al balance de los moles en el equilibrio se obtienen: COCl 2 = 0,11 moles; CO = 0,14 moles; Cl 2 = 0,14 moles b) Sustituyendo el valor de x en las concentraciones de los gases en el equilibrio, obtenemos directamente el valor de la constante de concentraciones:
c) Para el cálculo de la constante de presiones hacemos uso de la expresión que nos relaciona las dos constantes, teniendo en cuenta que n = 2 - 1 = 1
Kp = Kc (RT)Δn^ Sustituyendo: Kp = 0,035. (0,082. 980) = 2,
4 .- Un matraz lleva la etiqueta: disolución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) 10-^3 M a) ¿Cuál será su pH? b) ¿Qué volumen de ácido clorhídrico (HCl) 0,02M necesitaremos para neutralizar 250 ml de esa disolución? c) Si mezclamos 100 ml de la disolución de hidróxido de sodio anterior con 20 ml de la disolución de ácido clorhídrico. ¿Cuál será el pH de la mezcla? Puntuación máxima por apartado: a) 0,5 puntos; b) 0,5 puntos; c) 1,0 puntos
Kc = [CO] [Cl^2 ] [COCl 2 ]
Kc = (0,14/5) (0,14/5)(0,11/5) = 0,
Procedemos a ajustarlas primero en masa teniendo en cuenta que se trata de un medio ácido. Cr 2 O 72 -^ + 14 H+^ 2 Cr3+^ + 7 H 2 O 2 I^1 -^ I 2 Seguidamente ajustamos en carga mediante los electrones: Cr 2 O 72 -^ + 14 H+^ + 6 e -^ 2 Cr3+^ + 7 H 2 O 2 I^1 -^ I 2 + 2 e- Balanceamos el ajuste multiplicando la segunda reacción por 3: Cr 2 O 72 -^ + 14 H+^ + 6 e -^ 2 Cr3+^ + 7 H 2 O 3 x (2 I^1 -^ I 2 + 2 e-) Nos queda: Cr 2 O 72 -^ + 14 H+^ + 6 e -^ 2 Cr3+^ + 7 H 2 O 6 I^1 -^ 3 I 2 + 6 e- Sumando ambas reacciones resulta: Cr 2 O 72 -^ + 6 I^1 -^ + 14 H+^ 2 Cr3+^ + 3 I 2 + 7 H 2 O c) Para obtener la reacción global hemos de tener en cuenta que hay una especie química que no entra en el proceso de ajuste que es el KCl y por lo tanto hay que hacer un pequeño recalculo y nos queda:
K 2 Cr 2 O 7 + 6 HI + 8 HCl 2 CrCl 3 + + 3 I 2 + 2 KCl + 7 H 2 O
OPCIÓN B
1.- Para las moléculas: tricloruro de fósforo (cloruro de fósforo (III)) y tetracloruro de silicio (cloruro de silicio (IV)) a) Escriba sus estructuras de Lewis e indique el número de pares de electrones no compartidos. b) Prediga la geometría que le corresponderá a cada una de ellas, justificando la respuesta. c) Razona si serán polares o no polares los enlaces P-Cl y Si-Cl d) Justifica la polaridad de ambas moléculas. Datos: Números atómicos: P=15; Si=14; Cl= Puntuación máxima por apartado:0,5 puntos a) En primer lugar haremos las configuraciones electrónicas que nos permitirán saber el número de electrones de la capa de valencia P ( 1s^2 ; 2s^2 p^6 ; 3s^2 p^3 ) 5 electrones Si ( 1s^2 ; 2s^2 p^6 ; 3s^2 p^2 ) 4 electrones Cl ( 1s^2 ; 2s^2 p^6 ; 3s^2 p^5 ) 7 electrones Para el caso del PCl 3 como el P fosforo tiene cinco electrones en la capa más externa mientras que el cloro le hace falta un electrón para adquirir la configuración de gas noble, entonces el fósforo compartirá un electrón con cada átomo de cloro adquiriendo la configuración de gas noble y lo mismo sucede con el cloro y por lo tanto se formarán tres enlaces covalentes P – Cl y al fósforo le queda u par de electrones no enlazantes, es decir, le queda un par de electrones nos compartidos o solitarios. En el caso del tetracloruro de silicio, el átomo de silicio posee cuatro electrones de valencia compartiendo uno con cada átomo de cloro y de esta forma adquieren la configuración de gas noble formando cuatro enlaces covalentes Si – Cl. De esta forma el silicio emplea sus cuatro electrones de valencia formando los cuatro enlaces y por lo tanto no le queda ningún par de electrones sin compartir. Sus estructuras de Lewis serán:
1 par no compartido 0 pares no compartidos
b) La molécula de tricloruro de fósforo tiene cuatro pares de electrones alrededor del átomo de fósforo presentando una hibridación sp^3 , pero como presenta un par solitario no puede ser tetraédrica, sino que presenta una geometría trigonal o pirámide triangular. De acuerdo con la teoría de RPECV el tricloruro de fósforo presenta una geometría AX 3 E y por lo tanto es pirámide triangular o trigonal La molécula de tetracloruro de silicio tiene también presenta hibridación sp^3 y al ser todos los pares de electrones enlazantes presenta una geometría tetraédrica. Si hacemos uso de la teoría de la RPECV al ser cuatro pares de electrones enlazantes es una molécula del tipo AX 4 , es decir, presenta una geometría tetraédrica.
d) El efecto que tendrá sobre las concentraciones presentes en el equilibrio la adición de pequeñas cantidades de ácido clorhídrico (HCl) Datos: Masas atómicas: C = 12 u; H = 1 u; O = 16 u.
Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. a) Calculamos en primer lugar la concentración molar de la disolución obtenida: M = (0,61 g./ 122 g/mol) / 0,1 = 0,05 M C 6 H 5 COOH + H 2 O C 6 H 5 COO-^ + H 3 O+ c. inicial 0,05 - - c. equil 0,05(1-α) 0,05α 0,05α Si α = 8,1.10-^2
Sustituyendo valores en la expresión nos queda que:
b) Para el cálculo del pH tenemos en cuenta que [H 3 O+] = 0,05. α = 0,05x8,1.10-^2 , luego:
pH = - log H 3 O+ = - log (0,05. 8,1.10-^2 ) = 2, c ) La concentración de ácido benzoico sin disociar será: c = 0,05(1-α) = 0,046 M d) La adición de pequeñas cantidades de HCl que es un ácido fuerte, supondrá introducir más H 3 O+ en el medio. Por el principio de Le Chatelier, cuando en el sistema en equilibrio aumentamos la concentración de una de las especies, el equilibrio se desplazará en el sentido en que atenúe esa modificación, en este caso hacia los reactivos. En la expresión de la constante Ka, al aumentar el numerador, tendrá que aumentar el denominador, por lo tanto el ácido benzoico se disociará menos.
4.- a) Si la solubilidad del cromato de plata (Ag 2 CrO 4 ) a 20ºC es 2,5.10-^4 moles/L. ¿Cuál será el valor de su constante del producto de solubilidad? b) La constante del producto de solubilidad del sulfato de bario (BaSO 4 ) es 1,5.10-^10 a 20ºC. Calcula su solubilidad (moles /L) a esa temperatura. c) Razona qué le ocurrirá a una disolución saturada de sulfato de bario (BaSO 4 ) si disolvemos en ella una sal muy soluble como el sulfato de sodio (Na 2 SO 4 ) Puntuación máxima por apartado: a) 0,8 puntos; b) 0,8 puntos; c) 0 ,4 puntos
a) El equilibrio en disolución acuosa del cromato de plata es: Ag 2 CrO 4 (s) ⇆ 2 Ag+(aq) + CrO 42 -^ (aq) C. inicial: Co 0 0 C. final: 2 S S Dado que la solubilidad es s= 2,5.10-^4 M Kp = CrO 42 - .Ag+^2 = s .(2s)^2 = 4 s^3 = 6,25.10-^11 b) El equilibrio en disolución acuosa de el sulfato de bario es: BaSO 4 (s) ⇆ Ba2+(aq) + SO 42 -^ (aq) C. inicial: Co 0 0 C. final: S S Si su constante del producto de solubilidad es 1,5.10-^10 Kp = SO 42 - .Ba2+ = s .s = s^2 ; 1,5.10-^10 = s^2 s = √(1,5.10-^10 ) = 1,22.10-^5 M
Ka = (0,05.^ )
2 0,05 (1 - =^
(0,05x8,1.10-2)^2 0,05 (1 - 8,1.10-2)
= 3,57.10-4^ M
Ka = [C^6 H^5 COO
c) El equilibrio se desplazará hacia la izquierda por efecto de ión común y Le Chatelier y por tanto el precipitará sulfato de bario. Será por tanto más insoluble.
5.- Para evitar la corrosión de una pieza metálica se le aplica un tratamiento electrolítico usando una disolución de dicloruro de zinc (ZnCl 2 ) a) Indica las reacciones que tendrán lugar en el ánodo y en el cátodo. b) ¿Cuánto tiempo será necesario para depositar 3,27 g de Zn sobre la pieza si la intensidad de la corriente es de 1,5 A? c) ¿Qué volumen de gas cloro, medido a 1 atm y 27 ºC se desprenderá?. Datos: Masas atómicas: Cl = 35,5 u; Zn = 65,4 u. F = 96500 C.mol-^1 R = 0,082 atm.L.K-^1 .mol-^1
Puntuación máxima por apartado: a) 0,4 puntos; b) 0,8 puntos c) 0,8 puntos.
a) En una disolución de ZnCl 2 se forman los iones zinc Zn2+^ y cloruro Cl-. En una cuba electrolítica:
- En el cátodo tiene lugar la reacción de reducción : el ión Zn2+^ el que se reduce: Zn2+^ + 2 e-^ Zn (polo - )
- En el ánodo tiene lugar la oxidación del ion cloruro a cloro gas: 2 Cl-^ Cl 2 + 2 e-^ (polo +) La reacción global será: Zn2+^ + 2 Cl-^ Zn + Cl 2 b) Dado que se han depositado 3,27 g. de Zn, y esta cantidad es directamente proporcional a la masa equivalente (65,3/2), a la intensidad de corriente (1,5 A) y el tiempo empleado; e inversamente proporcional a la constante de Faraday (96500 C.mol-^1 ):
t = 6443,2 s. (1,79 h.)
c) Por cada mol de zinc depositado se desprende 1 mol de cloro, por lo tanto, a partir de (3,27/65,3) = 0,05 moles de zinc se desprenderán 0,05 moles de cloro.
