Química PAU 2021

Enunciado del examen en texto

Texto sacado del PDF oficial. Las fórmulas, tablas y figuras se ven mejor en el visor de arriba.

UNIVERSIDADES PÚBLICAS DE LA COMUNIDAD DE MADRID EVALUACIÓN PARA EL ACCESO A LAS ENSEÑANZAS UNIVERSITARIAS OFICIALES DE GRADO Curso 2020-2021 MATERIA: QUÍMICA INSTRUCCIONES GENERALES Y CALIFICACIÓN Después de leer atentamente el examen, responda a cinco preguntas cualesquiera a elegir entre las diez que se proponen.

TIEMPO Y CALIFICACIÓN: 90 minutos. Todas las preguntas se calificarán pregunta sobre 2 puntos.

A.1 (2 puntos) Responda las siguientes cuestiones:

a) Considere los elementos: A (1s22s22p63s2), B (1s22s22p2) y C (1s22s22p63s23p4). Identifique cada elemento y especifique el grupo y el periodo al que pertenece.

b) Considere los elementos D (1s22s1) y E (1s22s22p6). La primera energía de ionización de uno de ellos es 2080,7 kJꞏmol−1 y la del otro 520,2 kJꞏmol−1. Justifique qué valor de la energía de ionización corresponde a cada uno.

c) ¿Cuántos electrones desapareados existen en los átomos de Na, N y Ne?

Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

A.2 (2 puntos) Para la reacción en fase gaseosa 2 NO2 (g) + F2 (g) → 2 NO2F (g) la ecuación de velocidad es v = k [NO2] [F2]. Responda las siguientes cuestiones:

a) Indique los órdenes parciales respecto de los reactivos y el orden total de la reacción.

b) Razone si es una reacción elemental.

c) Determine las unidades de la constante de velocidad.

d) Justifique, mediante la ecuación de Arrhenius, cómo afecta un aumento de temperatura a la velocidad de reacción.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.

A.3 (2 puntos) Se hacen reaccionar dicromato de potasio y yoduro de potasio en presencia de ácido sulfúrico, dando lugar a sulfato de cromo (III), yodo y sulfato de potasio.

a) Formule las semirreacciones de oxidación y reducción e indique las especies oxidante y reductora.

b) Ajuste la reacción iónica y molecular global por el método del ion-electrón.

c) Determine el volumen de una disolución 0,25 M de dicromato de potasio que se necesita para obtener 5,0 g de yodo.

Dato. Masa atómica: I = 127.

Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

A.4 (2 puntos) Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

a) El propanoato de metilo se obtiene mediante una reacción de esterificación a partir de ácido propanoico y etanol.

b) En la reacción de eliminación del compuesto butan−2−ol se obtiene como producto mayoritario but−1−eno.

c) El compuesto prop−2−en−1−ol es un isómero de función de la propanona.

d) El compuesto pent−2−eno en presencia de Br2 da lugar a 2,3−dibromopentano.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.

A.5 (2 puntos) Se prepara una disolución de ácido nitroso de pH = 2,42.

a) Determine la concentración inicial del ácido.

b) Calcule el grado de disociación del ácido.

c) A 200 mL de la disolución del enunciado se le adicionan 500 mg de NaOH. Escriba la reacción que transcurre y justifique si el pH de la disolución resultante es ácido, básico o neutro.

Datos. Ka (ácido nitroso) = 4,5104. Masas atómicas: H = 1; O = 16; Na = 23.

Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

B.1 (2 puntos) Considere las moléculas NCl3 y AlCl3.

a) Dibuje sus estructuras de Lewis.

b) Justifique las fuerzas intermoleculares presentes en el compuesto que forma cada molécula.

c) Indique la hibridación y el número de pares de electrones enlazantes y libres del átomo central de cada una de ellas.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartado a); 0,75 puntos apartados b) y c).

B.2 (2 puntos) Responda las siguientes cuestiones:

a) Formule la reacción que permite obtener metilbenceno (tolueno) a partir de clorometano e indique de qué tipo es.

b) Formule los siguientes compuestos:

penta−2,4−dien−1,4−diol, but−3−in−2−ona 4−fenil−2−metilpentan−1−ol.

c) Nombre y formule dos compuestos, isómeros de función, de fórmula molecular C3H6O.

Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c).

B.3 (2 puntos) Responda las siguientes cuestiones:

a) Ordene por orden creciente de pH las disoluciones acuosas de igual concentración de los siguientes compuestos: HF, NH3, HCN y NaCl. Razone la respuesta.

b) Calcule la concentración de una disolución de ácido acético sabiendo que 75 mL de esta disolución se neutralizan con 100 mL de una disolución de hidróxido de potasio 0,15 M.

Datos. Ka (HF) = 1,4104; Kb (NH3) = 1,8105; Ka (HCN) = 4,91010.

Puntuación máxima por apartado: 1 punto.

B.4 (2 puntos) En un recipiente de 1,0 L a 300 ºC se introducen 5,0 g de PCl5. La presión final cuando se alcanza el equilibrio PCl5 (g)  PCl3 (g) + Cl2 (g) es de 2,0 atm.

a) Calcule el grado de disociación del PCl5.

b) Determine la presión parcial de cada uno de los gases en el equilibrio.

c) Calcule Kc y Kp.

Datos. R = 0,082 atmꞏLꞏK1ꞏmol1. Masas atómicas: P = 31,0; Cl = 35,5.

Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

B.5 (2 puntos) Responda las siguientes cuestiones a partir de la reacción de oxidación-reducción (no ajustada): Cu2+ (ac) + H2O  Cu (s) + O2 (g).

a) Razone si la reacción se produce de forma espontánea.

b) Escriba las semirreacciones de oxidación y reducción, indicando en qué electrodo se deposita el cobre y en cuál se desprende oxígeno.

c) Determine cuánto cobre se deposita si se hace pasar una corriente de 0,50 amperios a través de 1,0 L de disolución de CuSO4 0,2 M durante 4 horas.

Datos. E0(V): Cu2+/Cu = 0,34; O2/H2O = 1,23. F = 96485 C. Masa atómica: Cu = 63,5.

Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartado a); 0,75 puntos apartados b) y c).

QUÍMICA CRITERIOS ESPECÍFICOS DE CORRECCIÓN

Si se han contestado más de cinco preguntas, únicamente deberán corregirse las cinco preguntas resueltas en primer lugar.

Se tendrá en cuenta en la calificación de la prueba:

1.- Claridad de comprensión y exposición de conceptos.

2.- Uso correcto de formulación, nomenclatura y lenguaje químico.

3.- Capacidad de análisis y relación.

4.- Desarrollo de la resolución de forma coherente y uso correcto de unidades.

5.- Aplicación y exposición correcta de conceptos en el planteamiento de las preguntas.

Distribución de puntuaciones para este ejercicio Cada una de las preguntas se podrá calificar con un máximo de 2 puntos.

Distribución de puntuaciones máximas por apartado:

Pregunta A1.- 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

Pregunta A2.- 0,5 puntos por apartado.

Pregunta A3.- 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

Pregunta A4.- 0,5 puntos por apartado.

Pregunta A5.- 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

Pregunta B1.- 0,5 puntos apartado a); 0,75 puntos apartados b) y c).

Pregunta B2.- 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c).

Pregunta B3.- 1 punto por apartado.

Pregunta B4.- 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

Pregunta B5.- 0,5 puntos apartado a); 0,75 puntos apartados b) y c).

QUÍMICA SOLUCIONES (Documento de trabajo orientativo)

A.1.- Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

a) A: Magnesio, grupo 2, periodo 3; B: Carbono, grupo 14, periodo 2; C: Azufre, grupo 16, periodo 3.

b) La mayor energía de ionización corresponde al elemento con la configuración electrónica más estable, configuración de gas noble, porque se requiere más energía para arrancar un electrón. Por lo tanto, a D (1s22s1) le corresponde 520 kJꞏmol−1 y a E (1s22s22p6) le corresponde 2080,7 kJꞏmol−1.

c) Na: 1 electrón desapareado; N: 3 electrones desapareados; Ne: 0 electrones desapareados.

A.2.- Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.

a) Órdenes parciales: 1 respecto de NO2 y 1 respecto F2. Orden total = 2.

b) Los órdenes parciales de los reactivos no coinciden con los coeficientes estequiométricos, por lo que se puede asegurar que no es una reacción elemental.

c) {unidades k} = {unidades v} / {unidades c}2 = {unidades c}–1ꞏ{unidades t}–1. Por ejemplo: L mol–1∙s–1.

d) Según la ecuación de Arrhenius, k = Aꞏe–Ea/RT, un aumento de temperatura hace que la constante de velocidad sea mayor y, por tanto, la velocidad de reacción aumenta.

A.3.- Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartado a) y c); 0,5 puntos apartado b).

a) Oxidación: 2 I−  I2 + 2 e− Reducción: Cr2O72− + 14 H+ + 6 e−  2 Cr3+ + 7 H2O KI(I−) especie reductora y K2Cr2O7 (Cr2O72−) especie oxidante.

b) Hay que multiplicar la semirreacción 2 I−  I2 + 2 e− por 3.

Reacción iónica: 6 I− + Cr2O72− + 14 H+  3 I2 + 2 Cr3+ + 7 H2O Reacción molecular: K2Cr2O7 + 6 KI + 7 H2SO4  Cr2(SO4)3 + 3 I2 + 4 K2SO4 + 7 H2O

c) n(I2) = 5,0 / 254 = 0,020 mol n(K2Cr2O7) = 0,020 / 3 = 6,7ꞏ10–3 mol V(K2Cr2O7) = 6,7ꞏ10–3 / 0,25 = 0,027 L = 27 mL.

A.4.- Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.

a) Falsa. CH3−CH2−COOH (ácido propanoico) + CH3OH (metanol)→ CH3−CH2−COO−CH3 (propanoato de metilo).

b) Falsa. CH3−CHOH−CH2−CH3 (butan−2−ol) + H2SO4/calor → CH3−CH=CH−CH3 (but−2−eno).

c) Verdadera. Prop−2−en−1−ol (CH2OH−CH=CH2) tiene como fórmula molecular C3H6O, igual que la propanona (CH3−CO−CH3).

d) Verdadera. CH3−CH2−CH2=CH−CH3 (pent−2−eno) + Br2 → CH3−CH2−CHBr−CHBr−CH3 (2,3−dibromopentano).

(Nota: se admite que el alumno utilice la nomenclatura anterior a 1993)

A.5.- Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

a) pH = − log[H3O+] = 2,42; [H3O+] = 3,810−3 M.

HNO2 + H2O  NO2 + H3O+ Inicial c0

−3 −3 Equilibrio c0  3,810 3,810 3,810−3

−4 Ka = [NO2 ]ꞏ[H3O ] / [HNO2]; 4,510 = (3,810−3)2 / (c0  3,810−3); c0 = 0,036 molꞏL–1.

b)  = x / c0 = 3,810−3 / 0,036 = 0,11.

c) n(NaOH) = 0,500 / 40 = 0,0125 mol; n(HNO2) = 0,036  0,2 = 7,210−3 mol. HNO2 + NaOH  NaNO2 + H2O. Hay un exceso de NaOH, NaOH  Na+ + OH−; pH básico.

QUÍMICA SOLUCIONES

B.1.- Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartado a); 0,75 apartados b) y c).

a)

b) NCl3: fuerzas dipolo-dipolo, ya que tiene enlaces polares y sus momentos dipolares no se anulan por geometría y fuerzas de dispersión (fuerzas de London).

AlCl3: fuerzas de dispersión (fuerzas de London), ya que aunque tiene enlaces polares sus momentos dipolares se anulan por geometría.

c) N: sp3, 3 pares de electrones enlazantes y 1 par de electrones libres; Al: sp2, 3 pares de electrones enlazantes y no tiene electrones libres.

B.2.- Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c).

−CH3 + HCl. Sustitución.

a) CH3−Cl +

b) CH2OH−CH=CH−C(OH)=CH2; CH3−CO−C≡CH; CH3−CH(C6H5)−CH2−CH(CH3)−CH2OH.

c) Propanona (acetona): CH3−CO−CH3. Propanal: CH3−CH2−CHO. Prop−2−en−1−ol: CH2=CH−CH2OH.

Etenil metil éter: CH2=CH−O−CH3. Válida la respuesta para enoles.

(Nota: se admite que el alumno utilice la nomenclatura anterior a 1993)

B.3.- Puntuación máxima por apartado: 1 punto.

a) HF y HCN son ácidos y sus disoluciones son las que tienen un menor pH (pH ácido). De estos, la disolución con menor pH es la del compuesto que tiene mayor Ka, es decir, la de HF. NH3 es una base débil y su disolución es la que tiene un mayor pH (pH básico). NaCl es una sal de ácido fuerte y base fuerte y su disolución tiene pH neutro. Por lo tanto, el orden creciente de pH es: HF < HCN < NaCl < NH3.

b) na = nb; MaꞏVa = MbꞏVb; 0,075  Ma = 0,15  0,100; Ma = 0,20 M.

B.4.- Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).

a) n(PCl5) = 5,0 / 208,5 = 0,024 mol.

PCl5 (g)  PCl3 (g) + Cl2 (g) n0 0,024

neq 0,024 (1  ) 0,024 0,024 nT = pTV/RT = (2,0  1,0) / (0,082  573); 0,042 = 0,024 (1  ) + 0,024 + 0,024 = 0,043;  = 0,75.

b) p(PCl5) = x(PCl5) ꞏpT = (0,006 / 0,042)  2,0 = 0,28 atm.

p(PCl3) = p(Cl2) = x(PCl3) ꞏpT = (0,018 / 0,042)  2,0 = 0,86 atm.

c) Kp = p(PCl3)ꞏp(Cl2) / p(PCl5) = 0,862 / 0,28 = 2,6; Kp = Kcꞏ(RT)n, con n = 1, Kc = 2,6 / (0,082  573) = 0,055.

B.5.- Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos apartado a); 0,75 puntos apartados b) y c).

a) E0proceso = E0cátodo – E0ánodo = 0,34  1,23 =  0,89 V < 0, por tanto, la reacción no es espontánea.

b) Ánodo (oxidación): 2 H2O  O2 + 4 H+ + 4 e− Cátodo (reducción): Cu2+ + 2 e−  Cu

c) La reacción de reducción se multiplica por 2.

Reacción global: 2 Cu2+ + 2 H2O  2 Cu + O2 + 4 H+.

n(Cu2+) = (I  t) / (F  n) = (0,50  4  3600) / (96485  2) = 0,037 mol;

m(Cu2+) = 0,037  63,5 = 2,5 g.