Examen resuelto de Química — Ordinaria 2024

Cuestión 1: Dados los elementos K ($Z=19$) y Kr ($Z=36$):

a) [0,75] Escriba sus nombres y sus configuraciones electrónicas e indique para cada uno de ellos el grupo y periodo de la Tabla Periódica al que pertenece, y cómo se suele denominar dicho grupo.

b) [0,50] Indique en qué estado (sólido, líquido o gas) se presentará cada uno de esos elementos en condiciones normales (25 °C, 1 atm) y si conducirá, o no, la electricidad.

c) [0,75] Explique brevemente cuál de ellos tendrá mayor afinidad electrónica (AE), cuál mayor energía de ionización (EI) y cuál mayor radio.

Cuestión 2: Considere las siguientes sustancias orgánicas: metanol ($CH_{4}O$), etilenglicol ($C_{2}H_{6}O_{2}$) y glicerol (glicerina $C_{3}H_{8}O_{3}$), que son alcoholes líquidos a temperatura ambiente.

a) [0,80] Represente sus estructuras de Lewis y en base a ellas indique cómo será la geometría en torno a los átomos de C y O de estas moléculas.

b) [0,60] Indique qué tipo de enlace intermolecular será predominante entre las moléculas en estas sustancias, y ordénelas por orden creciente de punto de ebullición.

c) [0,30] Explique brevemente si en condiciones normales serán conductoras de la electricidad.

d) [0,30] Explique brevemente si estas tres sustancias serán miscibles entre sí y con el agua.

Cuestión 3: La piedra caliza está compuesta mayoritariamente por $CaCO_{3}$ que descompone al calentar según la siguiente reacción:

$$CaCO_{3}\,(s) \;\longrightarrow\; CaO\,(s) + CO_{2}\,(g) \qquad \Delta H^{\circ} = 177\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$$

Datos: $\Delta H^{\circ}_{f}$ ($\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$): $CaO\,(s) = -635{,}62$; $CO_{2}\,(g) = -393{,}5$. Masas atómicas ($\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$): Ca = 40; C = 12; O = 16. $R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$.

a) [0,30] Indique qué sustancias de la reacción anterior son óxidos, y nómbrelos.

b) [0,25] Explique brevemente si se trata, o no, de una reacción redox.

c) [0,25] Observando la ecuación química, explique si la entropía aumenta o disminuye.

d) [0,50] Calcule la $\Delta H^{\circ}_{f}$ del $CaCO_{3}\,(s)$.

e) [0,70] Si una muestra de 10 kg de piedra caliza contiene un 80 % de $CaCO_{3}$, calcule el volumen de $CO_{2}$ que se formará en su descomposición, en condiciones normales (25 °C y 1 atm).

Cuestión 4: En un recipiente de 3 L se introducen 0,90 moles de $N_{2}$ y 1,5 moles de $H_{2}$, alcanzándose el siguiente equilibrio:

$$N_{2}\,(g) + 3\ H_{2}\,(g) \;\rightleftharpoons\; 2\ NH_{3}\,(g) \qquad \Delta H > 0$$

Una vez alcanzado el equilibrio, a una determinada temperatura, la concentración de $H_{2}\,(g)$ es $0{,}2\ M$.

a) [0,20] Nombre el producto de esta reacción ($NH_{3}$).

b) [0,80] ¿Cuál será la concentración de $NH_{3}\,(g)$ en el equilibrio, a esa temperatura? (No es necesario conocer el valor de la constante de equilibrio.)

c) Si se aumenta la temperatura en 50 °C, explique brevemente si:

c1) [0,25] cambiará el valor de la constante de equilibrio.

c2) [0,25] la concentración de $NH_{3}$ aumentará, disminuirá o permanecerá constante.

d) [0,50] Si a una temperatura de 400 °C, $K_{c} = 2{,}07$, calcule el valor de $K_{p}$ a esa temperatura. Datos: $R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Cuestión 5: Un bidón contiene 10 L de una disolución de $HClO_{4}$ (un ácido fuerte), de concentración $0{,}2\ M$.

a) [0,40] Escriba la reacción de disociación de este ácido, y nombre el ácido y su base conjugada.

b) [0,25] Calcule el pH de la disolución.

c) [0,25] Indique la cantidad, en moles, de protones presentes en 1 L de dicha disolución.

d) [0,50] Calcule los moles de $ClO_{4}^{-}$ presentes en 2 L de dicha disolución, y el pH en esos 2 L.

e) [0,35] Si se toma 1 L de dicha disolución y se diluye hasta 10 L, en otro bidón, ¿cuál será la concentración, en molaridad, de la nueva disolución así preparada?

f) [0,25] ¿Cuál sería el pH de una disolución de $HClO_{4}\ 2\ M$?

Cuestión 6: Un bidón contiene 10 L de una disolución $0{,}2\ M$ de $HClO$. Se mide el pH y resulta ser igual a $4{,}1$.

a) [0,40] Escriba la reacción de disociación de este ácido y explique numéricamente, basándose en el dato de concentración y el pH medido, si se trata de un ácido fuerte o débil.

b) [0,40] Nombre el ácido y su base conjugada.

c) [0,40] Calcule el grado de disociación del ácido, expresándolo con una única cifra significativa.

d) [0,60] Calcule la $K_{a}$ del ácido.

e) [0,20] Si se vacía la mitad del bidón, ¿cómo será la concentración de la disolución en su interior?

Cuestión 7: Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción:

$$NaI + H_{2}SO_{4} \;\longrightarrow\; H_{2}S + I_{2} + Na_{2}SO_{4} + H_{2}O$$

a) [0,50] Nombre los compuestos $NaI$, $H_{2}SO_{4}$, $H_{2}S$ y $Na_{2}SO_{4}$.

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

c) [1,00] Ajuste la reacción mediante el método del ion-electrón.

Cuestión 8: Una corriente de 2 A circula durante 1 hora por una celda electrolítica que contiene una disolución $1\ M$ de $HCl$ en $H_{2}O$. Conteste a las siguientes cuestiones, teniendo en cuenta las semirreacciones:

$$Cl_{2} + 2\,e^{-} \rightleftharpoons 2\,Cl^{-};\quad E^{\circ}_{red} = 1{,}36\ V$$

$$\tfrac{1}{2}\,O_{2} + 2\,H^{+} + 2\,e^{-} \rightleftharpoons H_{2}O\;\;(H^{+} + OH^{-});\quad E^{\circ}_{red} = 1{,}23\ V$$

$$2\,H^{+} + 2\,e^{-} \rightleftharpoons H_{2};\quad E^{\circ}_{red} = 0\ V$$

a) [0,30] ¿Qué iones habrá en la disolución? (considerando también la autoionización del agua).

b) [0,40] Escriba y ajuste la semirreacción del cátodo, indicando qué gas se desprende.

c) [0,30] ¿Qué gas ($H_{2}$, $O_{2}$ o $Cl_{2}$) se desprenderá en el ánodo? Razone su respuesta.

d) [0,75] ¿Qué V de $H_{2}$ se desprenderá durante la electrolisis, a 298 K y 1 atm? $F = 96\,500\ C\cdot\text{mol}^{-1}$.

e) [0,25] Si la $[HCl]$ fuera $2\ M$, razone si se desprendería el doble de $H_{2}$ durante el mismo tiempo.

Cuestión 9: Observe las siguientes parejas de compuestos orgánicos, todos ellos de fórmula molecular $C_{3}H_{7}OCl$ (representados como proyecciones de Fischer):

Pareja I: A — H₃C–CHCl–CH₂OH y B — HOCH₂–CHCl–CH₃ (par enantiómero, mismo nombre 2-cloropropan-1-ol).
Pareja II: A — H₃C–CHCl–CH₂OH y C — H₃C–CHOH–CH₂Cl (1-cloropropan-2-ol).

a) [0,25] Explique brevemente si los tres compuestos, A, B y C, son isómeros entre sí.

b) [0,45] Explique brevemente si los compuestos A, B y C tienen algún carbono asimétrico.

c) [0,80] Explique brevemente el tipo y subtipo de isomería que presenta cada pareja.

d) [0,50] Indique de qué tipo es la siguiente reacción a partir de A, y nombre el producto orgánico formado:

$$CH_{3}CHClCH_{2}OH + KOH \;\longrightarrow\; CH_{3}CHOHCH_{2}OH + KCl$$

Cuestión 10:

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

a1) metil vinil éter y prop-2-en-1-ol

a2) isopropilbenceno y propilbenceno

b) [0,60] Nombre los siguientes compuestos, distinguiéndolos según su isomería, e indique de qué tipo y subtipo de isomería se trata:

A: ciclohexano 1,2-disustituido con dos grupos $-CH_{3}$ en el mismo lado (cis-).
B: ciclohexano 1,2-disustituido con los dos grupos $-CH_{3}$ en lados opuestos (trans-).

c) [0,40] Complete la siguiente reacción de nitración (sustitución electrófila aromática), y nombre el compuesto orgánico que se forma:

$$C_{6}H_{6} + HNO_{3} \;\xrightarrow{H_{2}SO_{4}\ (\text{cat.})}\; ? + H_{2}O$$