PAU Código: 27 SETEMBRO 2013 QUÍMICA Cualifficafición: O alumno elixirá UNHA das dúas opcións. Cada pregunta cualifcarase con 2 puntos. OPCIÓN A 1. Complete as seguintes reaccións ácido-base e identifique os pares conxugados ácido-base: 1.1. HCl(aq) + OH (aq) 1.2. CO₃² (aq) + H₂O(l) 1.3. HNO₃(aq) + H₂O(l) 1.4. NH₃(aq) + H₂O(l) 2. 2.1. Deduza a partir dos potenciais de redución estándar se a seguinte reacción: 2 Fe²+(aq) + Cl₂(g) 2 Fe³+(aq) + 2 Cl (aq) terá lugar nese sentido ou no inverso. Datos: E (Fe³+/Fe²+) = +0,77 V; E (Cl₂/Cl ) = +1,36 V 2.2. Razoe si unha molécula de fórmula AB₂ debe ser sempre lineal. 3. Introdúcese PCI₅ nun recipiente pechado de 1 L de capacidade e quéntase a 493 K ata descompoñerse termicamente segundo a reacción: PCI₅(g) PCI₃(g) + Cl₂(g). Unha vez alcanzado o equilibrio, a pre- sión total é de 1 atm (101,3 kpa) e o grado de disociación 0,32. Calcule: 3.1. As concentracións das especies presentes no equilibrio e as súas presións parciais. 3.2. O valor de K e K. Dato: R = 0,082 atm L K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹. 4. As entalpías de formación do butano(g), dióxido de carbono(g) e auga(l) a 1 atm (101,3 kpa) e 25 son -125,35 kj mol ¹, -393,51 kj mol ¹ e 285,83 kj mol ¹, respectivamente. Formule a reacción de combustión do butano e calcule: 4.1. A calor que pode subministrar unha bombona que contén 6 kg de butano. 4.2. O volume de osíxeno, medido en condicións normais, que se consumirá na combustión do butano contido na bombona. Dato: R = 0,082 atm L K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹. 5. Na valoración de 20,0 ml dunha disolución de ácido clorhídrico gastáronse 18,1 ml dunha disolución de hidróxido de sodio 0,125 M. 5.1. Calcule a molaridade da disolución do ácido indicando a reacción que ten lugar. 5.2. Indique o material e reactivos necesarios, así como o procedemento para levar a cabo a valoración OPCIÓN B 1. Explique razoadamente o efecto sobre o equilibrio: 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) H = -221 kj mol ¹ 1.1. Ao engadir CO. 1.2. Ao engadir C. 1.3. Ao elevar a temperatura. 1.4. Ao aumentar a presión. 2. 2.1. Formule os seguintes compostos: 1-cloro-2-buteno, ácido 2-pentenodioico; butanoato de etilo; etanamida. 2.2. Cales deles presentan isomería cis-trans? Razoe a resposta. 3. 3.1. Qe concentración debe ter unha disolución de amoníaco para que o seu ph sexa de 10,35? 3.2. Cal será o grao de disociación do amoníaco na disolución? Dato: K (NH₃) = 1,78 10 ⁵ 4. 4.1. Empregando o método do ión electrón axuste a ecuación química que corresponde á seguinte reacción redox: KClO₃(s) + SbCl₃(s) + HCl(aq) SbCl₅(aq) + KCl(s) + H₂O(l) 4.2. Calcule os gramos de KClO₃ que se necesitan para obter 200 g de SbCl₅, se o rendemento da reacción é do 50%. 5. 5.1. Faga un esquema dunha pila formada por un eléctrodo de cinc e un eléctrodo de prata, detallando cada un dos seus compoñentes, así como o material e reactivos necesarios para a súa construción. 5.2. Indique as reaccións que teñen lugar, sinalando que eléctrodo actúa como o ánodo e cal como o cátodo, a reacción global e o potencial da pila. Datos: E (Zn²+/Zn) = -0,76 V y E (Ag+/Ag) = +0,80 V.
Solucións OPCIÓN A 1.- Completa as seguintes reaccións ácido-base e identifica os pares conxugados ácido-base: a) HCl(aq) + OH (aq) b) CO₃² (aq) + H₂O(l) c) HNO₃(aq) + H₂O(l) d) NH₃(aq) + H₂O(l) a) HCl(aq) + OH (aq) Cl (aq) + H₂O(l) O ión cloruro Cl é a base conxugada do ácido clorhídrico HCl. O H₂O é o ácido conxugado da base OH (ión hidróxido). b) CO₃² (aq) + H₂O(l) HCO₃ (aq) + OH (aq) O ión hidroxenocarbonato HCO₃ é o ácido conxugado da base CO₃² (ión carbonato). O ión hidróxido (OH ) é a base conxugada do ácido H₂O (auga). c) HNO₃(aq) + H₂O(l) NO₃ (aq) + H₃O+(aq) O ión nitrato NO₃ é a base conxugada do ácido nítrico HNO₃. O ión oxonio H₃O+ é o ácido conxugado da base H₂O (auga). d) NH₃(aq) + H₂O(l) NH₄+(aq) + OH (aq) O ión amonio NH₄+ é o ácido conxugado da base NH₃ (amoníaco). O ión hidróxido (OH ) é a base conxugada do ácido H₂O (auga). 2.- a) Deduce a partir dos potenciais de redución estándar se a seguinte reacción: 2 Fe²+(aq) + Cl₂(g) 2 Fe³+(aq) + 2 Cl (aq) terá lugar nese sentido ou no inverso. Datos: E (Fe³+/Fe²+) = +0,77 V; E (Cl₂/Cl ) = +1,36 V b) Razoa se unha molécula de fórmula AB₂ debe ser sempre lineal. Verdadeira. Aínda que o criterio para determinar a espontaneidade dunha reacción química é o signo da enerxía libre de Gibbs ΔG < 0 nas reaccións de oxidación-redución emprégase outro baseado no potencial. A relación matemática entre a enerxía libre ΔG de Gibbs e o potencial electroquímico E, é ΔG = -n F E na que n é o número de electróns intercambiados por cada mol de especie reducida ou oxidada, F é 1 Faraday que corresponde á carga dun mol de electróns e E é o potencial electroquímico do proceso. Como aparece un signo na expresión, a condición para que unha reacción sexa espontánea é que E > 0 As reaccións que poderían suceder son Redución 2 Fe³+ + 2 e 2 Fe²+ E = +0,77 V Oxidación: 2 I I₂ + 2 e E = -0,53 V Reacción global: 2 Fe³+ + 2 I I₂ + 2 Fe²+ E = +0,24 V que ao ter un potencial positivo, é espontánea. Oxídase o ión ioduro e redúcese o ión Fe³+ a ión Fe²+. Aínda que para axustar a reacción iónica hai que multiplicar cada semirreacción por un coefciente, o potencial vale o mesmo, posto que o que cambia é a enerxía libre de Gibbs. Por exemplo, para a redución do ión ferro(iii) a ión ferro(ii) Fe³+ + e Fe²+ E = +0,77 V ΔG = - F E = -0,77 F [J] ao multiplicar por 2 queda 2 Fe³+ + 2 e 2 Fe²+ ΔG ' = 2 ΔG = -1,54 F [J] pero a ecuación ΔG = -n F E, queda agora ΔG ' = -2 F E ' (intercámbianse 2 electróns). Despexando E '
1,54 F [ J] E '= =0,77 V 2 F[ C] b) Non. A teoría de repulsión de pares de electróns da capa de valencia é a que dá unha xustifcación máis sinxela dos ángulos de enlace. Supón que os electróns de valencia, xunto cos dos átomos que forman enlace con el, rodean a un átomo formando parellas, nas que a repulsión entre os electróns de cada parella é pequena, debido a que teñen spin contrario, e só hai que ter en conta a repulsión electrostática clásica entre os pares enlazantes (excepto os π) e entre estes e os pares non enlazantes, de forma que se dispoñan o máis afastados posible. Unha repulsión de dous pares dá unha disposición lineal con ángulos de 180, tres pares dan unha triangular con ángulos de 120 e catro pares diríxense cara aos vértices dun tetraedro con ángulos de 109,5. Hai moléculas de fórmula AB₂ que son lineais, como a de CO₂ ou a de BeI₂ e outras que son triangulares como a de SO₂ ou a de H₂O. Molécula CO₂ BeI₂ SO₂ H₂O Átomo central C Be S O Conf. elec. fundamental (2s)² (2pₓ)¹ (2p )¹ (2s)² (3s)² (3pₓ)² (3p )¹ (3p )¹ (2s)² (2pₓ)² (2p )¹ (2p )¹ Conf. electrón. excitada (2s)¹ (2pₓ)¹ (2p )¹ (2p )¹ (2s)¹ (2pₓ)¹ Diagrama de Lewis O C O I Be I O S O H O H Pares σ 2 2 2 2 Pares π 2 2 1 0 Pares non enlazantes 0 0 1 2 Pares que se repelen 2 2 3 4 Disposición dos pares lineal lineal triangular tetraédrica Ángulo de enlace 180 180 <120 105 Forma da molécula lineal lineal angular plana angular plana O H O=C=O I Be I S O O H 3. Introdúcese PCl₅ nun recipiente pechado de 1 L de capacidade e quéntase a 493 K ata descompoñerse termicamente segundo a reacción: PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g). Unha vez alcanzado o equilibrio, a pre- sión total é de 1 atm (101,3 kpa) e o grado de disociación 0,32. Calcula: a) As concentracións das especies presentes no equilibrio e as súas presións parciais. b) O valor de K e K. Dato: R = 0,082 atm L K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹. Rta.: a) [PCl₅]ₑ = 0,0127 mol/dm³; [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0,006700 mol/dm³; p(pcl₅) = 0,515 atm = 52,2 kpa; p(pcl₃) = p(cl₂) = 0,243 atm = 24,6 kpa; b) K = 2,82 10 ³; K = 0,114 [p en atm] Datos Cifras signifcativas: 3 Gas: Volume V = 1,00 dm³ Temperatura Presión total no equilibrio T = 493 K p = 1,00 atm Grao de disociación α = 0,320 Constante dos gases ideais R = 0,082 atm dm³ K ¹ mol ¹
Incógnitas Concentracións de cada especie no equilibrio Presións parciais de cada especie no equilibrio Constantes de equilibrio Outros símbolos Cantidade da substancia X no equilibrio Ecuacións Lei de Dalton das presións parciais Concentración da substancia X Ecuación de estado dos gases ideais Grao de disociación Constantes do equilibrio: a A + b B c C + d D [PCl₅], [PCl₃], [Cl₂] p(pcl₅), p(pcl₃), p(cl₂) K, K nₑ(x) p = p [X] = n(x) / V p V = n R T α= n d n 0 K c = [C] c d e [D] e [ A] ea [ B] K b p= p c e(c) p d e (D) e p a e ( A) p b e (B) b) Supoñendo comportamento ideal para os gases: n e t = P V R T = 1,00 atm 1,0 L 0,0827 0atm L mol 1 K 1 493 K =0,0247 7mol de gases no equilibrio A ecuación de disociación é: PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Chámase x á cantidade de PCl₅ disociada. Pola estequiometría da reacción, Cantidade PCl₅ PCl₃ Cl₂ inicial n₀ n₀ 0 0 mol que reacciona ou se forma n α n₀ α n₀ α n₀ mol no equilibrio nₑ n₀ α n₀ α n₀ α n₀ mol A cantidade de gas que hai no equilibrio é: nₑ = n₀ α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀ Comparando co resultado anterior, As cantidades no equilibrio serán: 0,0247 = (1 + 0,320)n₀ n₀ = 0,0247 / 1,320 = 0,0187 mol PCl₅ inicial nₑ(pcl₅) = n₀ α n₀ = (1 α) n₀ = (1 0,320) 0,0187 = 0,0127 mol PCl₅ no equilibrio E as concentracións serán: E as presións parciais: p (PCl 5 )= n (PCl 5 ) R T V nₑ(cl₂) = nₑ(pcl₃) = α n₀ = 0,320 0,0187 = 0,006700 mol [PCl₅]ₑ = 0,0127 mol PCl₅ / 1,0 dm³ = 0,0127 mol / dm³ [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0,006700 mol / 1,0 dm³ = 0,006700 mol / dm³ =[ PCl 5 ] R T =0,0127 7mol 0,082 atm dm 3 mol 1 K 1 493 K=0,515 atm p(pcl₅) = 0,515 atm = 52,2 kpa
p(cl 2 )=p (PCl 3 )= n(pcl 3 ) R T =[ PCl V 3 ] R T =0,006 mol 0,082 atm dm 3 mol 1 K 1 493 K=0,243 atm p(pcl₃) = p(cl₂) = 0,243 atm = 24,6 kpa a) A constante de equilibrio en función das concentracións é K c = [ PCl 3 ] e [Cl 2 ] e [ PCl 5 ] e = 0,006 0,006 0,0127 7 =2,82 10 3 (concentracións en mol/dm³) A constante de equilibrio en función das presións é K p = p (PCl ) p (Cl ) e 3 e 2 = [PCl ] 3 e R T [Cl ] 2 e R T = [ PCl ] e [Cl ] 3 2 e R T =K p e (PCl 5 ) [ PCl 5 ] e R T [PCl 5 ] c R T e K = K R T = 2,82 10 ³ 0,082 493 = 0,114 (presións en atm) 4.- As entalpías de formación do butano(g), dióxido de carbono(g) e auga(l) a 1 atm (101,3 kpa) e 25 son -125,35 kj mol ¹, -393,51 kj mol ¹ e 285,83 kj mol ¹, respectivamente. Formule a reacción de combustión do butano e calcula: a) A calor que pode subministrar unha bombona que contén 6 kg de butano. b) O volume de osíxeno, medido en condicións normais, que se consumirá na combustión do butano contido na bombona. Dato: R = 0,082 atm L K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹. Rta.: a) Q = 2,9707 10⁵ kj; b) V = 15 m³ O₂ Datos Cifras signifcativas: 5 C(s) + H₂(g) C₄H₁₀(g) C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) H₂(g) + ½ O₂(g) H₂O(l) Masa de butano Constante dos gases ideais Masa molar do butano Incógnitas Calor desprendida na combustión de 6 kg de butano Volume de osíxeno necesario Outros símbolos Cantidade de substancia (número de moles) Ecuacións Lei de Hess Ecuación dos gases ideais a) A ecuación de combustión é Pola lei de Hess, C₄H₁₀(g) + 13/2 O₂(g) 4 CO₂(g) + 5 H₂O(l) H (C₄H₁₀) = -125,35 kj H (CO₂) = 393,51 kj/mol H (H₂O) = 285,53 kj/mol m(c₄h₁₀) = 6,00070 10³ g R = 0,082 atm dm³ K ¹ mol ¹ M(C₄H₁₀) = 58,124 g/mol Q V(O₂) n H = H (prod.) H (react.) p V = n R T H (C₄H₁₀) = 4 H (CO₂) + 5 H (H₂O) ( H (C₄H₁₀) + 13/2 H (O₂)) H (C₄H₁₀) = (4 [mol CO₂] ( 393,51 [kj/mol CO₂] + 5 [mol H₂O] ( 285,53 [kj/mol H₂O])) (1 [mol C₄H₁₀] (-125,35 [kj/mol C₄H₁₀]) + 13/2 [mol O₂] 0) = 2 877,84 kj A ecuación termoquímica queda:
C₄H₁₀(g) + 13/2 O₂(g) 4 CO₂(g) + 5 H₂O(l) H = 2,87 784 10³ kj/mol C₄H₁₀ A cantidade de butano que hai nunha bombona de 6 kg é: n(c 4 )=6,0007 0 10 3 g C 4 1 mol C 4 58,124 g C 4 =103,23 mol C 4 A calor desprendida polo butano que hai nunha bombona de 6 kg é: b) Da estequiometría da reacción: Q = 103,23 [mol C₄H₁₀] 2,87 784 10³ [kj/mol C₄H₁₀] = 2,9707 10⁵ kj Supoñendo comportamento ideal para o O₂, V (O 2 )= n (O 2 ) R T p n(o 2 )=103,23 mol C 4 13/2 mol O 2 1 mol C 4 =670,98 mol O 2 = 670,98 mol O2 0,082 atm dm3 K 1 mol 1 273 K =15 10 3 dm 3 O 1,0 atm 2 Este resultado ten só dúas cifras signifcativas, porque son as do dato que menos ten (a constante R) 5.- Na valoración de 20,0 cm³ dunha disolución de ácido clorhídrico gastáronse 18,1 cm³ dunha disolución de hidróxido de sodio de concentración 0,125 mol/dm³. a) Calcula a concentración molar da disolución do ácido indicando a reacción que ten lugar. b) Indica o material e reactivos necesarios, así como o procedemento para levar a cabo a valoración Rta.: a) [HCl] = 0,001713 mol/dm³ a) A reacción axustada é HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H₂O(l) Cálculos: Se se gastaron 18,1 cm³ de disolución de hidróxido de sodio de concentración 0,125 mol/dm³ a cantidade de hidróxido de sodio que reacciona é: n(naoh)=18,1 cm 3 0,125 mol NaOH D NaOH 1000 cm 3 D NaOH =2,26 10 3 mol NaOH A cantidade de ácido clorhídrico que reacciona é: E a concentración da disolución de HCl é n(hcl)=2,26 10 3 1 mol HCl mol NaOH 1 mol NaOH =2,26 10 3 mol HCl [HCl ]= 2,26 10 3 mol HCl 20,0 cm 3 D HCl 10 3 cm 3 1,00 dm 3 =0,113 mol HCl/ dm3 D Procedemento de valoración: Cunha pipeta de 20 cm³ mídense 20,0 cm³ de disolución de HCl e vértense nun matraz erlenmeyer de 100 cm³. Engádense dúas pingas de azul de bromotimol e a disolución volverase de cor amarela. Énchese unha bureta de 25 cm³ con disolución de NaOH de concentración 0,125 mol/dm³ por encima do cero. Ábrese a chave ata que o pico da bureta estea cheo e o nivel en cero. Déixanse caer 17 cm³ sobre o erlenmeyer e axítase. Ábrese a chave da bureta para deixar caer a disolución de NaOH en pequenos chorros mentres se imprime un movemento circular ao erlenmeyer ata que a cor do contido do erlenmeyer pase a azul. Anótase o volume de NaOH gastado (p. ex. 18,5 cm³) e tírase o contido do erlenmeyer e lávase o matraz. Vólvese a encher a bureta con NaOH ata o cero. Mídense outros 20 cm³ de HCl coa pipeta, vértense no erlenmeyer (lavado pero non necesariamente seco) e engádense dúas pingas de azul de bromotimol. Colócase o erlenmeyer baixo a bureta e ábrese a chave ata deixar caer case todo o volume medido antes (p. ex. 18,0 cm³). Agora déixase caer o NaOH pinga a pinga mentres se fai rotar ao erlenmeyer, ata que o indicador vire de cor. Anótase este valor. Repítese outras dúas veces e tómase como volume correcto o valor medio das medidas que máis se aproximan. Material: Bureta (1) de 25 cm³ (graduada en 0,1 cm³), pipeta (1) de 20 cm³ con aspirador, matraz erlenmeyer (1) de 100 cm³, disolución de azul de bromotimol.
A bureta é un tubo estreito graduado cunha boca superior algo máis ancha para enchelo e unha chave de paso na parte inferior para poder baleirala. A pipeta é tamén un tubo estreito que pode ser graduado ou ter unha marca de aforo. Énchese ao aspirar cunha especie de xiringa cando a boca inferior máis estreita está mergullada na disolución. O matraz erlenmeyer é un recipiente con forma de tronco de cono, coa boca máis estreita que o fondo, para non salpicar ao removelo cun movemento circular. OPCIÓN B 1. Explica razoadamente o efecto sobre o equilibrio: 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) H = -221 kj mol ¹ a) Ao engadir CO. b) Ao engadir C. c) Ao elevar a temperatura. d) Ao aumentar a presión. a, b e d) A constante de equilibrio en función das das concentracións pode escribirse así: 2 V ) ( n(o 2 ) V ) = (n(co) K c = [CO]2 = [O] 2 n 2 (CO) n(o 2 ) 1 V A constante de equilibrio só depende da temperatura. Non varía aínda que cambien as cantidades de reactivos ou produtos, ou aumente a presión. a) Se se engade monóxido de carbono sen variar o volume, deberá aumentar a cantidade de osíxeno no denominador para que o valor da constante non varíe. O equilibrio desprazarase (cara á esquerda) ata alcanzar un novo estado de equilibrio no que haberá máis O₂ e menos CO. b) A concentración ou a presión de sólidos non aparecen na expresión da constante de equilibrio. Calquera variación non afectará ao resto de cantidades no equilibrio. d) A constante de equilibrio en función das das presións pode escribirse así: K p = p2 (CO) p(o 2 ) =(x (CO) p t )2 = x 2 (CO) x (O 2 ) p t x (O 2 ) p t A constante de equilibrio só depende da temperatura. Non varía aínda que cambien as cantidades de reactivos ou produtos, ou aumente a presión. Se aumenta a presión, para que K permaneza constante, ou ben deberá aumentar o denominador x(o₂), ou diminuír a cantidade de monóxido de carbono no numerador x(co). O equilibrio desprazarase (cara á esquerda) ata alcanzar un novo estado de equilibrio no que haberá máis O₂ e menos CO. c) A constante de equilibrio varía coa temperatura segundo a ecuación de Van't Hof: ln K 2 K 1 = Δ H º R ( 1 T 2 1 T 1) Un aumento de temperatura favorece o sentido endotérmico. Se T₂ > T₁: Para unha reacción exotérmica ( H < 0): 1 < 1 T 2 T 1 ( 1 1 T 2 T 1) < 0 ln K 2 K 1 = Δ H º R ( 1 T 2 1 T 1) = + ( ) < 0 K₂ < K₁
a constante diminúe ao aumentar a temperatura. Se o volume non varía, da expresión da constante do apartado a), dedúcese que para que diminúa a constante debe diminuír o numerador n(co), e/ou aumentar o denominador n(o₂) O equilibrio desprazarase (cara á esquerda) ata alcanzar un novo estado de equilibrio no que haberá máis O₂ e menos CO. 2.- a) Formula os seguintes compostos: 1-cloro-2-buteno, ácido 2-pentenodioico; butanoato de etilo; etanamida. b) Cales deles presentan isomería cis-trans? Razoa a resposta. a) 1-cloro-2-buteno: CH₂Cl CH=CH CH₃ ácido 2-pentenodioico: HOOC CH₂ CH=CH COOH butanoato de etilo: CH₃ CH₂ CH₂ COO CH₂ CH₃ etanamida: CH₃ CONH₂ b) Un composto terá isomería xeométrica (cis-trans), se ten polo menos un dobre enlace no que os grupos unidos a cada carbono do dobre enlace sexan distintos. Só os dous primeiros teñen dobre enlace e cada carbono está unido a dous grupos distintos. No 1-cloro-2-buteno: o primeiro carbono está unido a un hidróxeno (-H) e un grupo clorometilo (-CH₂Cl) o segundo carbono está unido a un hidróxeno (-H) e un grupo metilo (-CH₃) Existen dous isómeros xeométricos, que se poden chamar cis e trans ou Z e E. ClCH 2 H ClCH 2 CH 3 C C C C H CH 3 H H (E)-1-cloro-2-buteno (Z)-1-cloro-2-buteno trans-1-cloro-2-buteno cis-1-cloro-2-buteno No ácido 2-pentenodioico: o primeiro carbono está unido a un hidróxeno (-H) e un grupo (-CH₂COOH) o segundo carbono está unido a un hidróxeno (-H) e un grupo carboxilo (-COOH) Existen dous isómeros xeométricos, que se poden chamar cis e trans ou Z e E. HOOC CH 2 H HOOC CH 2 COOH C C C C H COOH H H ácido (E)-2-pentenodioico ácido(z)-2-pentenodioico ácido trans-2-pentenodioico ácido cis-2-pentenodioico 3.- a) Qe concentración debe ter unha disolución de amoníaco para que o seu ph sexa de 10,35? b) Cal será o grao de disociación do amoníaco na disolución? Dato: K (NH₃) = 1,78 10 ⁵ Rta.: a) [NH₃]₀ = 3,04 10 ³ mol/dm³; b) α = 7,37 % Datos Cifras signifcativas: 3 ph da disolución de amoníaco ph = 10,35 Constante de basicidade do NH₃ Produto iónico da auga Incógnitas Concentración da disolución de amoníaco Grao de disociación do NH₃ na disolución Outros símbolos Disolución Concentración (mol/dm³) de base débil que se disocia Cantidade da substancia X K = 1,78 10 ⁵ K = [H+] [OH ] = 1,00 10 ¹⁴ [NH₃]₀ α D x n(x)
Outros símbolos Cantidade disociada Cantidade inicial Concentración da substancia X Ecuacións Constante de basicidade da base: B(OH) (aq) Bᵇ+(aq) + b OH (aq) ph poh n n₀ [X] K b = [B b+ ] e [OH b ] e [B(OH) b ] e ph = log[h+] poh = log[oh ] Produto iónico da auga ph + poh = 14 Grao de disociación α= n d n 0 = [s] d [s] 0 a) A partir do ph podemos calcular o poh poh = 14 ph = 14 10,35 = 3,65 e de aquí a concentración de ións hidróxido no equilibrio. [OH ]ₑ = 10 poh = 10 ³ ⁶⁵ = 2,24 10 ⁴ mol/dm³ Como o amoníaco é unha base débil, disociarase en auga segundo a ecuación: NH₃(aq) + H₂O(l) NH₄+(aq) + OH (aq) Se chamamos c₀ á concentración de amoníaco antes de disociarse, e x á concentración de amoníaco que se disocia Concentración NH₃ NH₄+ OH queda que: A constante de equilibrio K é: Despexando c₀ b) O grao de disociación α é: [X]₀ inicial c₀ 0 0 mol/dm³ [X] disociada ou formada x x x mol/dm³ [X]ₑ no equilibrio c₀ x x 2,24 10 ⁴ mol/dm³ K b = [NH + 4 ] e [OH - ] e = [NH 3 ] e x = 2,24 10 ⁴ mol/dm³ (2,24 10 4 ) 2 =1,78 (c 0 2,24 10 4 10 5 ) c 0 = (2,24 10 4 ) 2 1,78 10 5 +2,24 10 4 =3,04 10 3 mol/ dm 3 α= [ NH ] 3 d = 2,24 10 4 mol /dm 3 =0,0737 7=7,37 % [NH 3 ] 0 3,04 10 3 3 mol /dm Análise: O amoníaco é unha base débil e está só parcialmente disociada. 4.- a) Empregando o método do ión electrón axuste a ecuación química que corresponde á seguinte reacción redox: KClO₃(s) + SbCl₃(s) + HCl(aq) SbCl₅(aq) + KCl(s) + H₂O(l) b) Calcule os gramos de KClO₃ que se necesitan para obter 200 g de SbCl₅, se o rendemento da reacción é do 50%.
Rta.: a) KClO₃ + 3 SbCl₃ + 6 HCl 3 SbCl₅ + KCl + 3 H₂O; b) m(kclo₃) = 54,6 g Datos Cifras signifcativas: 3 Masa de pentacloruro de antimonio m(sbcl₅) = 200 g Rendemento r = 50,0 % Masa molar: Pentacloruro de antimonio M(SbCl₅) = 299 g/mol Incógnitas Clorato de potasio Masa de clorato de potasio M(KClO₃) = 123 g/mol m(kclo₃) a) As semirreaccións iónicas son: Oxidación 1 : Sb³+ Sb⁵+ + 2 e Redución: ClO₃ + 6 H+ + 6 e Cl + 3 H₂O Multiplicando a primeira por 3 e sumando, obtense a reacción iónica axustada. 3 Sb³+ + ClO₃ + 6 H+ Cl + 3 H₂O + 3 Sb⁵+ Sumando 15 Cl e 1 K+ a cada lado da ecuación e xuntando os ións de signos opostos obtense a reacción global: KClO₃(s) + 3 SbCl₃(s) + 6 HCl(aq) 3 SbCl₅(aq) + KCl(aq) + 3 H₂O(l) b) Se o rendemento fose do 100 %, necesitaríanse, m=200 g SbCl 5 1 mol SbCl 5 299 g SbCl 5 1 mol KClO 3 3 mol SbCl 5 123 g KClO 3 1 mol KClO 3 =27,3 g KClO 3 Pero ao ser só do 50,0 %, haberá que empregar máis, xa que parte del non se aproveita: m'=27,3 g KClO 3 teóricos 100 g necesarios 50,0 g teóricos =54,6 g KClO 3 necesarios 5. a) Faga un esquema dunha pila formada por un eléctrodo de cinc e un eléctrodo de prata, detallando cada un dos seus compoñentes, así como o material e reactivos necesarios para a súa construción. b) Indique as reaccións que teñen lugar, sinalando que eléctrodo actúa como o ánodo e cal como o cátodo, a reacción global e o potencial da pila. Datos: E (Zn²+/Zn) = -0,76 V y E (Ag+/Ag) = +0,80 V. Material: Vasos de precipitados de 100 cm³ (2), tubo en O, cables con pinzas, voltímetro. Reactivos: láminas de prata e cinc puídas, disolucións de sulfato de cinc de concentración 1 mol/dm³ e nitrato de prata de concentración 1 mol/dm³. Disolución de nitrato de potasio de concentración 2 mol/dm³ para a ponte salina. (Cátodo +) redución: 2 Ag+ + 2 e 2 Ag E = 0,80 V (Ánodo ) oxidación: Zn Zn²+ + 2 e E = 0,76 V Reacción global: Zn + 2 Ag+ Zn²+ + 2 Ag E = 1,56 V e Zn NO₃ Zn²+ K+ Ag+ Ag Os electróns circulan do polo negativo (ánodo Zn) ao polo positivo (cátodo Ag). Na ponte salina, os catións K+ circulan cara á disolución que contén ións prata (para compensar a perda de ións prata que se depositaron) e os anións NO₃ diríxense cara á disolución que contén ións cinc (que están en exceso). 1 Esta semirreacción non é real. Non existe o ión Sb⁵+ en disolución acuosa.
Cuestións e problemas das Probas de Acceso á Universidade (P.A.U.) en Galicia. Respostas e composición de Alfonso J. Barbadillo Marán. Algúns cálculos fxéronse cunha folla de cálculo OpenOfce (ou LibreOfce) do mesmo autor. Algunhas ecuacións e as fórmulas orgánicas construíronse coa extensión CLC09 de Charles Lalanne-Cassou. A tradución ao/desde o galego realizouse coa axuda de traducindote, de Óscar Hermida López. Procurouse seguir as recomendacións do Centro Español de Metrología (CEM)