Examen resuelto de Química — Extraordinaria 2026

Los fotocatalizadores son compuestos capaces de promover una reacción química al ser irradiados con luz y se aplican en campos tan diversos como la degradación de contaminantes, la producción de hidrógeno verde o la valorización de las emisiones de CO₂. Uno de los fotocatalizadores más populares utilizado en algunas de estas aplicaciones es el dióxido de titanio (TiO₂), un semiconductor que absorbe radiación ultravioleta (UV).
1.1. El TiO₂ se puede obtener a través de la siguiente reacción:
$$\mathrm{TiCl_4(l)+O_2(g)\rightarrow TiO_2(s)+2\,Cl_2(g)}$$
Calcule la variación de energía libre de Gibbs estándar de esta reacción a 25 °C.
Indique si se trata de un proceso espontáneo en condiciones estándar a 25 °C, y determine en qué intervalo de temperaturas lo será, asumiendo que la entalpía y la entropía de la reacción no varían con la temperatura. [1,25 puntos]
1.2. Algunos de los contaminantes que pueden ser degradados mediante la acción del dióxido de titanio bajo irradiación con luz UV son el diclorometano (CH₂Cl₂), el dibromometano (CH₂Br₂) o el tetracloroeteno (C₂Cl₄).
Represente las estructuras de Lewis de estos tres compuestos organohalogenados y proponga cuál será su geometría según la teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (RPECV). En el caso del tetracloroeteno, diga cuál será la geometría alrededor de cada uno de los átomos de carbono de la molécula.
Explique de manera justificada si el tetracloroeteno es un compuesto polar o no. [1,25 puntos]
Datos: Números atómicos: Z(H) = 1; Z(C) = 6; Z(Cl) = 17; Z(Br) = 35. Electronegatividad según la escala de Pauling: H = 2,20; C = 2,55; Cl = 3,16; Br = 2,96.

Las personas con deficiencia de hierro y vitaminas, como los adolescentes en crecimiento, las mujeres embarazadas o los atletas, a menudo tienen que tomar comprimidos multivitamínicos con hierro y vitaminas de los grupos B y C para ayudar a reducir el cansancio y la fatiga, promover la formación de glóbulos rojos y mejorar el metabolismo. La determinación cuantitativa de hierro en estos comprimidos se puede realizar mediante la reacción redox del ion Fe²⁺ con una solución de Ce⁴⁺ de concentración conocida.
2.1. Escriba la reacción redox entre los iones Fe²⁺ y Ce⁴⁺ y justifique cuál de esos reactivos es el reductor y cuál es el oxidante. Determine si esta reacción tiene lugar de forma espontánea en condiciones estándar a 25 °C. Justifique la respuesta. [1,25 puntos]
2.2. El ion Fe²⁺ forma una sal insoluble con el anión sulfuro, de manera análoga a lo que sucede con otros iones de metales de transición como los iones Pb²⁺, Ag⁺ o Cu²⁺.
Calcule la solubilidad del sulfuro de hierro(II) en agua a 25 °C.
Explique de manera razonada si la adición de alguna de las siguientes sales solubles en agua permitiría aumentar la solubilidad del sulfuro de hierro(II): a) Na₂S y b) AgNO₃. [1,25 puntos]
Datos: Potenciales estándar de reducción a 25 °C:
$E^\circ(\mathrm{Fe^{3+}/Fe^{2+}})=0{,}77\ \mathrm V;\quad E^\circ(\mathrm{Ce^{4+}/Ce^{3+}})=1{,}44\ \mathrm V.$
Productos de solubilidad a 25 °C:
$K_{\mathrm{ps}}(\mathrm{FeS})=8{,}00\times10^{-19};\quad K_{\mathrm{ps}}(\mathrm{Ag_2S})=8{,}00\times10^{-51}.$

El acetato de sodio o etanoato de sodio (CH₃COONa) es uno de los conservantes alimentarios (etiquetado como E 262) más utilizados, ya que sirve para regular la acidez, potenciar el sabor y alargar la vida útil de los alimentos. Por estos motivos, es común encontrarlo como aditivo en varias salsas culinarias. La determinación de su concentración en estas salsas se puede realizar de forma directa mediante una valoración ácido-base.
3.1. Cuando el acetato de sodio se disuelve en agua, ¿se comporta como un ácido o como una base? Escriba la reacción que justifica su respuesta.
En el laboratorio se dispone de soluciones patrón de ácido clorhídrico y de hidróxido de sodio de concentración conocida (0,010 M), así como de naranja de metilo como indicador ácido-base, con un intervalo de viraje entre pH 3,1 y 4,0. ¿Cuál de estas soluciones patrón utilizaría para determinar la concentración de acetato de sodio en una salsa culinaria? Justifique la respuesta.
Escriba la reacción de neutralización que tiene lugar en esta valoración ácido-base y explique de manera razonada si el pH en el punto de equivalencia será ácido, básico o neutro. ¿Sería correcto utilizar en la valoración el naranja de metilo como indicador?
La valoración de 50 mL de una salsa culinaria consume 15,6 mL del patrón correspondiente. Calcule la concentración de acetato de sodio en esta salsa (en g L⁻¹). [1,25 puntos]
3.2. El siguiente gráfico corresponde a un espectro de absorbancia de infrarrojo (IR).
De los tres picos marcados en el espectro, ¿cuál corresponde al de más energía? Calcule la frecuencia, la longitud de onda y la energía correspondientes a este pico.
Utilizando los datos espectrales que se muestran, justifique si el espectro IR corresponde al acetato de sodio o a su producto de neutralización ácido-base.

[El gráfico original representa «Transmitancia (%)» frente a «Número de onda (cm⁻¹)», con el número de onda decreciente hacia la derecha. Las tres bandas marcadas están en 3024, 1714 y 1294 cm⁻¹; la de 3024 está en una banda ancha y la de 1714 es intensa.]

[1,25 puntos]
Datos: Números atómicos: Z(H) = 1; Z(C) = 6; Z(O) = 8.
Masas atómicas relativas: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0; Na = 23,0; Cl = 35,5.
Constante de acidez del ácido acético a 25 °C: $K_a(\mathrm{CH_3COOH})=1{,}78\times10^{-5}$.
Velocidad de la luz en el vacío: $c=3{,}0\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$.
Constante de Planck: $h=6{,}63\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}$.
$1\ \mathrm{nm}=10^{-9}\ \mathrm m$.

El uso de fertilizantes químicos es una práctica habitual en la agricultura moderna para aumentar el rendimiento de los cultivos. Uno de los más utilizados es el nitrato de amonio (NH₄NO₃), que aporta nitrógeno en dos formas que las plantas pueden asimilar: el ion amonio (NH₄⁺) y el ion nitrato (NO₃⁻). Este compuesto es muy soluble en agua y, al disolverse, puede modificar el pH del suelo, y por lo tanto, afectar a la disponibilidad de los nutrientes minerales. Cuando se disuelve en agua, el nitrato de amonio se disocia completamente:
$$\mathrm{NH_4NO_3(s)\rightarrow NH_4^+(ac)+NO_3^-(ac)}$$
Y el ion amonio formado se comporta como un ácido débil según el siguiente equilibrio:
$$\mathrm{NH_4^+(ac)+H_2O(l)\rightleftharpoons NH_3(ac)+H_3O^+(ac)}\qquad K_a=5{,}62\times10^{-10}\ \text{a 25 °C}$$
En los suelos agrícolas, el pH influye fuertemente en la disponibilidad de los nutrientes. Con valores de pH bajos, los iones Fe²⁺ y Mn²⁺ se vuelven más solubles, pero el fósforo (en forma de PO₄³⁻) queda retenido y se torna menos accesible para las plantas. Por otro lado, con valores de pH altos pasa lo contrario: el hierro se vuelve insoluble y menos accesible para las plantas, mientras que el fósforo se encuentra más disponible.
4.1. Determine las concentraciones (en molaridad) de todas las especies presentes en equilibrio (incluyendo los iones OH⁻) en una muestra que contiene 14,25 g de nitrato de amonio disueltos en 100,0 mL de agua a 25 °C.
Explique de manera razonada si la disolución resultante acidifica o alcaliniza el suelo y cómo esto puede afectar a la disponibilidad de hierro y de fósforo para las plantas. [1,25 puntos]
4.2. En los suelos agrícolas, el ion amonio puede oxidarse a nitrato mediante la acción de varios microorganismos. Por ejemplo, las enzimas de las bacterias del género Nitrosomonas inician este proceso catalizando la formación de nitrito a partir de amonio:
$$2\,\mathrm{NH_4^+(ac)}+3\,\mathrm{O_2(g)}\xrightarrow{\text{Nitrosomonas}}2\,\mathrm{NO_2^-(ac)}+4\,\mathrm{H^+(ac)}+2\,\mathrm{H_2O(l)}$$
Esta reacción es lenta y su velocidad depende de diversos factores ambientales. Explique de manera justificada qué efecto tendrán los siguientes factores sobre la velocidad de esta reacción: a) un aumento de la temperatura, en un rango que no afecte a la proliferación ni a la estabilidad de las bacterias de tipo Nitrosomonas; b) un aumento de la concentración de oxígeno al remover el terreno con un motocultor, y c) la acidificación del medio, que reduce la población de bacterias del género Nitrosomonas. [1,25 puntos]
4.3. Los microorganismos que se encuentran en la tierra también pueden oxidar la materia orgánica que los rodea, y este fenómeno se puede utilizar para generar electricidad en las llamadas biopilas (o microbial fuel cells). Tal y como se muestra en la figura, en una biopila sencilla las bacterias del compartimento del ánodo descomponen compuestos orgánicos presentes en el suelo y generan electrones y protones. Los electrones se dirigen hacia el cátodo a través de un circuito externo, y generan corriente eléctrica, mientras que los protones atraviesan una membrana y alcanzan el cátodo, donde reaccionan con el oxígeno y forman agua.

[La figura muestra el ánodo negativo con bacterias, la membrana central y el cátodo positivo con O₂; un conductor exterior une los electrodos.]

Escriba la semirreacción que tiene lugar en el cátodo de la biopila.
Si en una biopila se obtienen 0,25 A de corriente de manera constante, calcule cuántos gramos de oxígeno se consumirán en el cátodo en 1 h de funcionamiento. [1,25 puntos]
4.4. Cuando las biopilas se almacenan bajo tierra, algunos fenómenos ambientales pueden afectar a su rendimiento y a la estabilidad de la corriente eléctrica que suministran. Por este motivo, se tienen que proteger con una carcasa, que habitualmente se hace de polipropileno (o polipropeno, PP) o de un poliéster biodegradable de tipo polihidroxialcanoato (PHA).
A partir de las estructuras de los monómeros utilizados para la síntesis del PP (propileno o propeno) y del PHA (ácido 3-hidroxibutanoico), dibuje las estructuras de estos polímeros.
$$\text{Propileno: }\mathrm{CH_3-CH=CH_2}\qquad \text{Ácido 3-hidroxibutanoico: }\mathrm{CH_3-CH(OH)-CH_2-COOH}$$
¿Qué tipos de reacciones de polimerización conducen a la formación de PP y PHA?
¿La molécula de ácido 3-hidroxibutanoico es quiral? Justifique la respuesta.
Dibuje los siguientes isómeros estructurales (o constitucionales) para el ácido 3-hidroxibutanoico: un isómero estructural de cadena y un isómero estructural de posición. [1,25 puntos]
Datos: Números atómicos: Z(H) = 1; Z(C) = 6; Z(O) = 8.
Masas atómicas relativas: H = 1,0; N = 14,0; O = 16,0.
Constante de ionización del agua a 25 °C: $K_w=1{,}0\times10^{-14}$.
Constante de Faraday: $F=96\,500\ \mathrm{C\,mol^{-1}}$.
$1\ \mathrm A=1\ \mathrm{C\,s^{-1}}$.