Considere los iones ¹⁹F^‒ y ¹⁶O^2‒ y conteste a las siguientes cuestiones:

a) Copie la siguiente frase, completándola con dos de los términos que se proponen: (0,50 puntos)
“Se trata de dos iones ______________, que tienen el mismo número de ______________.”
“isotópicos”, “isotónicos”, “isoelectrónicos”, “protones”, “neutrones”, “electrones”

b) Escriba la configuración electrónica de ambos iones e indique con qué gas noble coincide. (0,40 puntos)

c) Indique qué catión monopositivo posee la misma configuración electrónica que dichos iones. (0,25 puntos)

d) Razone brevemente cuál de los dos iones, F^‒ y O^2‒, tendrá un radio menor. (0,40 puntos)

e) Considere el proceso de formación de los aniones F^‒ y O^2‒ a partir de los átomos neutros, siendo AE₁ la primera afinidad electrónica y AE₂ la segunda afinidad electrónica de cada elemento:

$$\text{F} \xrightarrow[\text{AE}_1(\text{F})]{+\,1\,e^-} \text{F}^- \qquad \text{O} \xrightarrow[\text{AE}_1(\text{O})]{+\,1\,e^-} \text{O}^- \xrightarrow[\text{AE}_2(\text{O})]{+\,1\,e^-} \text{O}^{2-}$$

Explique razonadamente a cuál de las tres afinidades electrónicas, AE₁(F), AE₁(O) y AE₂(O) corresponderá cada uno de los tres siguientes valores: (0,45 puntos)
+780 kJ·mol^‒1; ‒328 kJ·mol^‒1; ‒141 kJ·mol^‒1

El CHCl₃ (l) es un líquido incoloro que se utiliza en la industria como disolvente y en la elaboración de refrigerantes, resinas y plásticos. Dejó de utilizarse como anestésico en cirugías por sus efectos adversos en el organismo. El CCl₄ (l) se ha usado como disolvente, desengrasante y refrigerante, entre otras aplicaciones, pero ha caído prácticamente en desuso por su muy alta toxicidad.

a) Nombre ambas sustancias. (0,30 puntos)

b) Represente sus estructuras de Lewis y, en base a ellas, explique brevemente cómo será la geometría y polaridad de estas moléculas. (0,80 puntos)

c) Explique si una mezcla equimolar de CHCl₃ y CCl₄ será conductora de la electricidad. (0,30 puntos)

d) Considere la siguiente tabla:

Puede verse que los puntos de ebullición de los tres compuestos son bastante similares. Sin embargo, las interacciones intermoleculares son diferentes en cada uno de ellos. Explique brevemente qué interacciones intermoleculares predominan en cada uno de ellos, y por qué el punto de ebullición del CCl₄ es el mayor de los tres. (0,60 puntos)

La corrosión es un proceso de degradación de los metales debido a reacciones con su entorno. Se trata de un problema de gran magnitud que causa graves daños a infraestructuras y equipos, con un elevado impacto económico (un 3,5% del PIB mundial). Uno de los procesos implicados en la corrosión es la oxidación.

El Al es un metal muy reductor (Eº (Al³⁺/Al) = ‒1,67 V), por lo que no debería ser adecuado como material de construcción. En cambio, es ampliamente utilizado, y esto es debido a que se pasiva, recubriéndose de una fina capa de óxido que actúa como barrera protectora frente a la corrosión de todo el material.

a) Explique brevemente qué significa que el Al es muy reductor. (0,25 puntos)

b) Un método industrial para pasivar el Al es mediante su reacción con K₂Cr₂O₇ en medio ácido, generando iones Cr³⁺ y la capa protectora de Al₂O₃. La reacción, en forma iónica y sin ajustar, es:

Al + Cr₂O₇^2‒ + H⁺ → Al₂O₃ + Cr³⁺ + H₂O

b1) Ajuste la reacción, en forma iónica, mediante el método del ion-electrón, indicando cuál es la semirreacción de reducción y cuál la de oxidación. (1,20 puntos)

b2) Nombre los compuestos K₂Cr₂O₇ y Al₂O₃. (0,30 puntos)

b3) Explique brevemente cómo variará el pH durante el transcurso de la reacción. (0,25 puntos)

Una forma de evitar la corrosión en equipamientos, como cascos de buques, oleoductos o tanques, es emplear “ánodos de sacrificio”, también llamados ánodos galvánicos. Como su nombre indica, se trata de piezas de metal que se oxidan más fácilmente que el metal a proteger, evitando que este se corrompa. Considere los siguientes potenciales de reducción y conteste a las siguientes cuestiones:

Eº (Mg²⁺/Mg) = ‒2,34 V y Eº (Fe³⁺/Fe) = ‒0,04 V

a) Entre el Fe y el Mg, explique brevemente cuál de ellos sería el componente del ánodo de sacrificio, protegiendo al otro de la oxidación. (0,30 puntos)

b) El ánodo de sacrificio debe estar en contacto físico con el metal a proteger de forma que, si dicho metal es oxidado por el entorno, el ánodo de sacrificio actuará, reduciéndolo de nuevo.

b1) Escriba la reacción redox ajustada que se produciría entre el Fe³⁺ y el Mg. Para ello escriba primero las semirreacciones de oxidación y reducción, indicando cuál es cada una. (0,50 puntos)

b2) Indique cuántos electrones se intercambian en dicha reacción. (0,25 puntos)

b3) Calcule el potencial de dicha reacción (fuerza electromotriz) y la variación de energía libre, indicando si se trata de una reacción espontánea o no. (0,70 puntos)

c) Razone brevemente si será necesario reemplazar los ánodos de sacrificio cada cierto tiempo. (0,25 puntos)

Muchos ácidos carboxílicos se emplean como aditivos alimentarios. Por ejemplo, el C₆H₅-COOH tiene efecto antimicrobiano y es eficaz como conservante si su pH es inferior a 5. Se dispone de una disolución acuosa 0,04 M de este ácido, disociada en un 4%. Responda a las siguientes cuestiones:

a) Nombre el C₆H₅-COOH. (0,20 puntos)

b) Calcule el pH de la disolución y, en función del valor obtenido, determine si será efectiva como conservante. (0,80 puntos)

c) Calcule el valor de K_a para el C₆H₅-COOH. (0,40 puntos)

d) Compruebe si el valor de K_a obtenido es compatible con un valor de K_b = 1,6·10^‒10 para el C₆H₅-COONa. (0,30 puntos)

e) Explique cualitativamente cómo variará el pH de la disolución de C₆H₅-COOH si se adiciona una cierta cantidad de benzoato de sodio. (0,30 puntos)

El NaHCO₃ se utiliza en extintores de incendios, pues se transforma fácilmente en H₂CO₃ que, a su vez, se descompone liberando una densa nube de CO₂, que desplaza al O₂ en las proximidades del fuego, sofocándolo. Esta reacción se puede recrear en un experimento casero, mezclando en una botella de plástico (con un orificio de salida), NaHCO₃ y vinagre (disolución acuosa de CH₃COOH):

NaHCO₃ + CH₃COOH → H₂CO₃ + CH₃COONa
↓
CO₂ + H₂O

a) Nombre los compuestos NaHCO₃ y CH₃COOH e indique cuál de ellos está actuando como un ácido y cuál como una base, en la primera reacción. (0,40 p)

b) Según la etiqueta de un vinagre casero comercial, su concentración es de 6º (grados acéticos), que equivale a 6 g de CH₃COOH en 100 mL de agua. ¿Qué volumen de este vinagre será necesario para reaccionar completamente con 20 g de NaHCO₃? (0,60 p)

c) Si un extintor comercial contiene 6 kg de NaHCO₃ y se usa completamente para extinguir un fuego, calcule el volumen de CO₂ (g) que se generará, a presión atmosférica, suponiendo que la temperatura que se alcanza en la llama es de 1.000 ºC. (0,60 p)

d) En la reacción del enunciado se forma CH₃COONa. Sabiendo que el CH₃COOH es un ácido débil, explique brevemente si una disolución de CH₃COONa en agua será ácida, básica o neutra. (No es necesario realizar cálculos numéricos, ni escribir reacciones químicas). (0,40 p)

En tres experimentos distintos, realizados a la misma temperatura pero con distintas concentraciones iniciales de los reactivos, se obtuvieron las siguientes velocidades iniciales para la reacción:

2 NO (g) + 2 H₂ (g) → N₂ (g) + 2 H₂O (g)

a) Estime el orden de la reacción respecto a cada uno de los reactivos, explicando su respuesta, y escriba la ecuación de velocidad: (0,80 puntos)

b) Se realizó un cuarto experimento, en el que se olvidaron de anotar el valor de la [H₂]_inicial. Deduzca cuál será ese valor, si el resto de datos del experimento son los siguientes: (0,30 puntos)

c) Si en un instante dado el N₂ se está formando a una velocidad de 0,6·10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹, ¿a qué velocidad se estará consumiendo, en ese mismo instante, el NO? (0,30 puntos)

d) Explique brevemente de qué tipo de reacción se trata (ácido-base, precipitación, redox, desplazamiento, oxidación…). (0,30 puntos)

e) Observando la ecuación química, explique si la entropía aumenta o disminuye. (0,30 puntos)

Una bombona de butano estándar contiene 12,5 kg de gas butano licuado, a alta presión. Cuando se abre la válvula de la bombona se permite la evaporación de parte del butano, que se mezcla con el oxígeno del aire y se quema, liberando energía en forma de calor.

a) Complete y ajuste la reacción de combustión un mol de butano: (0,50 puntos)

C₄H₁₀ (g) + O₂ (g) →

b) Calcule el volumen que ocuparía todo el butano de la bombona, a 25 ºC y 1 atm. (0,50 puntos)

c) Si para la combustión de un mol de butano ΔHº_c = ‒2.877,5 kJ·mol⁻¹ y ΔSº_c = 310 J·K⁻¹·mol⁻¹:

c1) Calcule la energía obtenida de la combustión total de una bombona de butano, expresando el resultado con dos cifras significativas. (0,50 puntos)

c2) Calcule el valor de ΔGº a 298 K, expresando el resultado también con dos cifras significativas, y explique si la reacción será espontánea en condiciones estándar a dicha temperatura. (0,50 puntos)

Considere la siguiente reacción.

CH₃-CH₂-CHBr-CH₃ + NaOH $\xrightarrow{\Delta}$ [ CH₃-CH=CH-CH₃ + CH₃-CH₂-CH=CH₂ ] + NaBr + H₂O
A                                                   B1                    B2

a) Indique qué tipo de reacción orgánica es. (0,25 puntos)

b) Nombre los compuestos A, B1 y B2. (0,45 puntos)

c) Los compuestos B1 y B2 son isómeros entre sí. Indique el tipo y subtipo de isomería que presentan. Indique también cuál de ellos se formará mayoritariamente. (0,30 puntos)

d) Explique brevemente si cada uno de los compuestos A, B1 y B2, puede presentar isomería espacial, y de qué tipo sería. (0,60 puntos)

e) Si la reacción de A con NaOH no tiene lugar en caliente, se forma un producto distinto, C, junto con NaBr y sin formación de H₂O. Escriba la fórmula de C, e indique el tipo de reacción orgánica de que se trata. (0,40 puntos)

CH₃-CH₂-CHBr-CH₃ + NaOH → C + NaBr
A

Considere las siguientes parejas de compuestos:

Pareja A: dos representaciones estereoquímicas (cuñas) de un mismo carbono central unido a COOH, H, H y CH₃ (compuestos A1 y A2).

Pareja B: B1 = bencilbromuro / bromuro de bencilo (anillo de benceno con un grupo CH₂Br); B2 = o-bromotolueno (anillo de benceno con un CH₃ y un Br en posición orto).

a) Para la pareja A: escriba su fórmula semidesarrollada, nómbrela y explique si posee algún carbono asimétrico. (0,50 puntos)

b) Para la pareja B: escriba su fórmula molecular, nombre el compuesto B1 y explique si los dos compuestos, B1 y B2, son isómeros y, en caso afirmativo, de qué tipo y subtipo. (0,60 puntos)

c) Se lleva a cabo la reacción de tolueno con Br₂ en presencia de FeBr₃, obteniéndose una mezcla de tres productos que son isómeros de posición. El 34% de la mezcla corresponde al compuesto B2 del enunciado, el 3% a un isómero minoritario, B3, y el 63% al isómero mayoritario, B4, que es el p-bromotolueno.

Tolueno + Br₂ $\xrightarrow{\text{FeBr}_3\,(\text{cat.})}$ [ B2 + B3 + B4 ] + HBr
(34%)    (3%)    (63%)

c1) Copie la reacción dibujando las fórmulas del tolueno y de los tres isómeros B2, B3 y B4, y nombre los productos B2 y B3. (0,70 puntos)

c2) Indique qué tipo de reacción orgánica es. (0,20 puntos)