Examen resuelto de Química — Ordinaria 2026

El premi Nobel de Química de l’any 2025 va ser concedit de forma conjunta als investigadors S. Kitagawa, R. Robson i O. M. Yaghi (figura 1) pel desenvolupament de xarxes metal·orgàniques (MOF). Aquests materials presenten una àrea superficial extraordinària i s’utilitzen, entre altres aplicacions, com a sensors químics molt selectius. Un pas comú en la síntesi de MOF és la preparació de dissolucions dels precursors metàl·lics i orgànics. Un precursor orgànic molt utilitzat és l’àcid acètic (CH₃COOH) (figura 2).

Figura 1. Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi.
Figura 2. Estructura química de l’àcid acètic (o àcid etanoic): $\mathrm{H_3C^{(2)}-C^{(1)}(=O)-O-H}$.

Considera les espècies químiques següents: I₂ (iode sòlid), CH₄ (metà), MgCl₂ (clorur de magnesi), Cu (coure) i CH₃OH (metanol).

Per a cadascuna de les situacions descrites a continuació, selecciona l’espècie de la llista anterior que millor s'hi adapti i justifica la teva elecció basant-te en el tipus d'enllaç o forces intermoleculars.

Donats els ions Mg²⁺ i Na⁺, justifica si les afirmacions següents són vertaderes o falses:

L’àcid fòrmic (HCOOH), també conegut com a àcid metanoic, és l’àcid orgànic més senzill i es troba de manera natural en el verí de les formigues i en alguns vegetals. És un àcid carboxílic feble que es dissocia parcialment en dissolució aquosa. A 25 °C, la seva constant d'acidesa, Kₐ, té un valor d’1,8 × 10⁻⁵.

En un laboratori s’analitza una dissolució d’àcid fòrmic 0,20 M.

En un laboratori de química es construeix una pila galvànica amb un elèctrode de coure submergit en una dissolució de CuSO₄ i un elèctrode de zinc submergit en una dissolució de Zn(NO₃)₂, connectats mitjançant un pont salí i un voltímetre per mesurar la diferència de potencial entre els elèctrodes.

a) Calcula el potencial estàndard de la pila galvànica.

b) Escriu la semireacció que té lloc al càtode.

c) Explica les funcions del pont salí en aquesta pila galvànica.

d) Si s’introdueix una barra de ferro en una dissolució de CuSO₄, es recobrirà de coure? Justifica la resposta.

Dades de potencials estàndard de reducció:
E°(Cu²⁺/Cu) = +0,34 V
E°(Zn²⁺/Zn) = −0,76 V
E°(Fe²⁺/Fe) = −0,44 V

El iodur d'hidrogen (HI) és un reactiu important en la síntesi de fàrmacs i en la indústria química. Aquest compost es pot obtenir industrialment a partir dels seus elements en fase gasosa, segons l’equilibri homogeni següent:

En un reactor tancat de 10,0 L, inicialment buit, s’introdueixen 2,0 mols de H₂ (g) i 2,0 mols de I₂ (g). La mescla s’escalfa fins a una temperatura de 450 °C, en la qual la constant d’equilibri Kc té un valor de 49,0.

a) Una vegada assolit l’equilibri, calcula el nombre de mols de dihidrogen que hauran reaccionat.

b) Determina el valor de la pressió total de la mescla gasosa en l’equilibri.

c) Calcula el valor de Kp per a aquest equilibri a 450 °C.

d) Si, una vegada assolit l’equilibri químic a 450 °C, augmentam la temperatura del sistema fins a 500 °C, la concentració de HI (g) en el nou equilibri augmentarà o disminuirà? Justifica la resposta.

Constant de la taula periòdica adjunta: R = 0,082 atm L mol⁻¹ K⁻¹.

El metanol (CH₃OH) és un biocombustible i un reactiu fonamental en la indústria química. La seva combustió completa amb oxigen (O₂) és una reacció que s’estudia per a l’emmagatzematge d’energia i per entendre els processos de combustió neta. La reacció química ajustada és la següent:

a) Calcula l’entalpia estàndard de reacció (ΔH°) a 298 K per a la combustió completa del metanol i indica si es tracta d’una reacció endotèrmica o exotèrmica.

b) Sabent que el valor de l’entropia estàndard de reacció (ΔS°) a 298 K és de −390,2 J·K⁻¹·mol⁻¹, determina si aquesta reacció és espontània a 298 K. Raona la resposta a partir del càlcul de l’energia lliure de Gibbs (ΔG°).

c) A la fitxa de seguretat del metanol apareixen diversos pictogrames. Un és el següent. Indica quin significat té.
[Pictograma: flama negra dins un rombe de vora vermella.]

Dades: Entalpies estàndard de formació (ΔH°f) a 298 K:
ΔH°f (CH₃OH, l) = −239,2 kJ·mol⁻¹
ΔH°f (CO₂, g) = −393,5 kJ·mol⁻¹
ΔH°f (H₂O, l) = −285,8 kJ·mol⁻¹

El monòxid de nitrogen (NO) és un contaminant atmosfèric emès pels motors de combustió. A l’atmosfera pot reaccionar amb oxigen (O₂) per formar diòxid de nitrogen (NO₂), el qual és un precursor de la boira fotoquímica. En un estudi de laboratori per simular aquest procés en fase gasosa, es duu a terme la reacció següent:

Un equip d’investigadors realitza experiments a 500 K per determinar l’equació de velocitat d’aquesta reacció química. Mesuren la velocitat inicial (v₀) de formació de NO₂ per a diferents concentracions inicials dels reactius. Les dades que han obtingut són les següents: