Examen resuelto de Química — Extraordinaria 2023

Cuestión 1: Dado el elemento con configuración electrónica $1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{2}\,3d^{10}\,4p^{3}$:

a) [0,50] Indique su nombre y símbolo atómico, así como su posición (grupo y periodo) en la Tabla Periódica. ¿Cómo se suele denominar a ese grupo?

b) [0,50] Explique brevemente si las siguientes configuraciones electrónicas corresponden a un átomo excitado de dicho elemento, a un ion de dicho elemento o si no son posibles:

i) $1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{1}\,3d^{11}\,4p^{3}$

ii) $1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{1}\,3d^{10}\,4p^{3}\,5s^{1}$

c) [0,25] Escriba un posible conjunto de números cuánticos $(n, l, m, s)$ para un electrón $3d$.

d) [0,50] ¿Cuántos electrones de valencia, y cuántos electrones desapareados, tendrá este elemento en su estado fundamental? Justifique brevemente su respuesta.

e) [0,25] Indique entre los siguientes, qué conjunto de estados de oxidación más probables corresponde a este elemento: i) $+3, +5, -3$; ii) $+2, +10, +3$; iii) $-3, -5$.

Cuestión 2:

a) [1,50] Dibuje el ciclo de Born-Haber para la formación del $MgO\,(s)$ a partir de $Mg\,(s)$ y $O_{2}\,(g)$, y determine su entalpía de formación, a partir de los siguientes datos:

$EI_{1}(Mg) = 738\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $EI_{2}(Mg) = 1451\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$.
$\Delta H_{\text{sub}}(Mg) = 148\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\Delta H_{\text{red}}(MgO) = -3791\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ (entalpía reticular).
$AE_{1}(O) = -141\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$; $AE_{2}(O) = +798\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$.
$\Delta H_{\text{disoc}}(O_{2}) = 498\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$.

b) [0,50] Explique la diferencia de signo entre la primera y la segunda afinidad electrónica del O.

Cuestión 3: Observe atentamente el siguiente diagrama entálpico (perfil de reacción) que se proporciona en el examen — dos máximos (estados de transición) y un mínimo intermedio entre reactivos y productos, con las energías $E_{\text{reactivos}} = 20$ kJ·mol⁻¹, primer máximo $= 22{,}5$ kJ·mol⁻¹, intermedio $= 17{,}5$ kJ·mol⁻¹, segundo máximo $= 27{,}5$ kJ·mol⁻¹ y $E_{\text{productos}} = 7{,}5$ kJ·mol⁻¹ — y conteste a las preguntas:

a) [0,20] ¿En cuántas etapas ocurre la reacción representada?

b) [0,30] Indique el valor numérico de la $E_{a}$ de cada etapa.

c) [0,40] ¿Cuántos estados de transición hay en esta reacción y cuál es la energía de cada uno de ellos?

d) [0,30] ¿Qué etapa es la determinante de la velocidad de la reacción? Explique en qué se basa su respuesta.

e) [0,40] Calcule el valor de $\Delta H$ para la reacción directa y explique si dicha reacción es exotérmica o endotérmica.

f) [0,40] Explique si la adición de un catalizador efectivo afectará a la velocidad de la reacción global y a su $\Delta H$.

Cuestión 4: En un recipiente cerrado a 27 °C se encuentran 100 g de grafito en equilibrio con una mezcla de $CO_{2}\,(g)$ y $CO\,(g)$, según la siguiente reacción:

$$C\,(s) + CO_{2}\,(g) \;\rightleftharpoons\; 2\,CO\,(g) \qquad K_{p} = 50\ \text{a}\ 27\ °\text{C}.$$

a) [1,00] Calcule la presión parcial de cada gas sabiendo que la $P_{\text{total}}$ en el equilibrio es de 5,5 atm.

b) [0,40] Calcule el valor de $K_{c}$ para dicho equilibrio, a 27 °C.

c) Explique cómo variará la presión parcial de CO en los siguientes casos:

c1) [0,30] Si se adicionan al recipiente otros 100 g de grafito.

c2) [0,30] Si mediante un émbolo se reduce el volumen del recipiente.

Cuestión 5:

a) [1,60] Escriba los procesos ácido-base (disociación, hidrólisis) que tienen lugar al disolver las siguientes sustancias en agua, indicando adecuadamente si se trata o no de un equilibrio, y cómo será el pH de la disolución resultante (neutro, ácido o básico): i) NaOH; ii) HCl; iii) NH₃; iv) NaCl; v) NH₄Cl.

b) [0,40] Indique cuál de las disoluciones anteriores será más ácida, y cuál más básica (suponiendo que se parte de cantidades equimolares de las sustancias).

Datos: $K_{b}(NH_{3}) = 1{,}8\cdot 10^{-5}$.

Cuestión 6:

a) [1,00] Calcule el grado de disociación de una disolución acuosa de $NH_{3}\,(aq)$ ($K_{b} = 1{,}8\cdot 10^{-5}$) de concentración $c = 0{,}5\ M$.

b) [0,50] El pH de una disolución de un ácido monoprótico (HA), de concentración $c = 2\cdot 10^{-3}\ M$ es $pH = 2{,}70$. Explique numéricamente si se trata de un ácido fuerte o débil.

c) [0,50] Calcule la concentración de aniones hidroxilo, $[OH^{-}]$, en la disolución del apartado b).

Cuestión 7: Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción (sin ajustar):

$$P + HNO_{3} + H_{2}O \;\longrightarrow\; H_{3}PO_{4} + NO$$

a) [0,50] Indique cuál es el agente oxidante y el reductor, y cómo varían sus estados de oxidación.

b) [1,50] Ajuste la reacción mediante el método del ion-electrón.

Cuestión 8: Considere una pila galvánica formada por un electrodo de Cu sumergido en una disolución acuosa $1\ M$ de $CuSO_{4}$ y por un electrodo de Zn sumergido en una disolución acuosa $1\ M$ de $ZnSO_{4}$.

a) [0,80] Explique cuál de los electrodos actuará como cátodo y cuál como ánodo. Escriba las semirreacciones que tienen lugar en cada uno de ellos, identificándolas como oxidación o reducción, y escriba también la reacción global de la pila.

b) [0,60] Calcule la fuerza electromotriz de la pila, y la variación de energía libre.

c) [0,30] Explique brevemente si en este proceso se produce o se consume electricidad.

d) [0,30] Razone si durante la reacción varía (y cómo) la masa de los electrodos.

Datos: $E^{\circ}(Cu^{2+}/Cu) = 0{,}34\ V$; $E^{\circ}(Zn^{2+}/Zn) = -0{,}76\ V$; $F = 96\,500\ C\cdot\text{mol}^{-1}$.

Cuestión 9:

a) [1,00] Escriba las fórmulas semidesarrolladas de los siguientes pares de compuestos e indique el tipo y subtipo de isomería que presentan entre sí:

i) etil vinil éter y alil metil éter

ii) but-1-eno y ciclobutano

b) [0,40] Indique el tipo y subtipo de isomería que presentan los siguientes pares de compuestos:

i) Dos proyecciones especulares no superponibles de un mismo bromoyodometano sustituido, con H, Br, I y un sustituyente extra (par enantiómero).
ii) Dos ácidos benzendicarboxílicos en los que las posiciones de los dos $-COOH$ sobre el anillo bencénico son distintas.

c) [0,20] Indique el tipo de reacción orgánica (una sola palabra es suficiente):

$$CH_{3}CHO + H_{2} \;\xrightarrow{Pd\ (\text{cat.})}\; CH_{3}CH_{2}OH$$

d) [0,40] Nombre las dos sustancias orgánicas que intervienen en la reacción anterior.

Cuestión 10:

a) [0,60] Formule o nombre: i) estireno; ii) $CH\equiv C{-}CH_{2}{-}C\equiv C{-}CH_{2}{-}C\equiv CH$; iii) 3-metilpentanamida.

b) Dado el compuesto $CH_{3}CH(CH_{3})CHOHCH_{3}$:

i) [0,20] Nómbrelo.

ii) [0,40] Explique si puede presentar algún tipo de isomería espacial (geométrica y/o óptica).

iii) [0,25] Escriba la fórmula semidesarrollada de un isómero estructural de función.

iv) [0,30] Escriba la ecuación química para la reacción de combustión del compuesto con $O_{2}$.

v) [0,25] Complete la siguiente reacción, con todos los productos mayoritarios esperados:

$$CH_{3}CH(CH_{3})CHOHCH_{3} \;\xrightarrow[180\ °C]{H^{+}\ (\text{cat.})}\; ?$$