Química PAU 2025

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 PRUEBA DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD Curso 2024-2025 MATERIA: QUÍMICA INSTRUCCIONES GENERALES Y CALIFICACIÓN Después de leer atentamente el examen, responda 4 preguntas de la siguiente forma:

 Responda a la pregunta 1 (sin optatividad).

 Responda a una pregunta a elegir entre las preguntas: 2A y 2B.

 Responda a una pregunta a elegir entre las preguntas: 3A y 3B.

 Responda a una pregunta a elegir entre las preguntas: 4A y 4B.

TIEMPO Y CALIFICACIÓN: 90 minutos. Cada pregunta tiene una calificación máxima de 2,5 puntos

1) Responda a las siguientes preguntas:

a) (0,75 puntos) El nitrato de amonio es un compuesto con muchas aplicaciones, cuya síntesis se realiza por reacción directa de ácido nítrico y amoniaco. Escriba la reacción ajustada que se produce y, haciendo uso de la Tabla, calcule ∆G r º a 300 K. Justifique la espontaneidad de la reacción.

b) (0,75 puntos) Una de las aplicaciones del nitrato de amonio es como explosivo, ya que en ciertas condiciones (temperaturas por encima de 175 ºC) se produce de forma explosiva la reacción de descomposición que da lugar a óxido de dinitrógeno y agua. Escriba la reacción ajustada y con los datos de la Tabla calcule ∆H r º y ∆S r º. Determine ∆G r º a 450 K para dicha reacción. Considere que ∆H r º y ∆S r º no cambian con la temperatura. Justifique si la reacción es exotérmica y espontánea.

c) (0,5 puntos) Escriba la ley de velocidad de la reacción de descomposición del nitrato de amonio considerando que las unidades de su constante de velocidad son s−1, e indique el orden de la reacción.

d) (0,5 puntos) Explique cómo afecta a la velocidad de la reacción de descomposición del nitrato de amonio una disminución de la temperatura.

Tabla. Datos termodinámicos a 300K.

Compuesto NH 4 NO 3 HNO 3 NH 3 N2O H2O

∆G f º (kJ·mol−1) −184 −81 −17

∆H f º (kJ·mol−1) −366

Sº (J·K−1·mol−1)

−241

2A) Dadas las configuraciones electrónicas de tres elementos en estado fundamental X: [Ar]4s2, Y: [Ne]3s2 3p2 y Z: [He]2s22p5:

a) (0,5 puntos) Determine su posición en la tabla periódica (periodo y grupo).

b) (0,5 puntos) Indique nombre y símbolo de los elementos Y y Z.

c) (0,75 puntos) Justifique si es posible o no cada una de las siguientes combinaciones de números cuánticos. En los casos afirmativos, razone si puede corresponder al electrón más externo de alguno de los elementos del enunciado, indicando a cuál: (2, 1, 0, +1/2); (3, 0, 1, −1/2); (3, 2, 0, +1/2); (4, 4, 0, +1/2).

d) (0,75 puntos) Defina electronegatividad y justifique cuál de los elementos X, Y o Z es el más electronegativo.

2B) Considere las siguientes moléculas, cuyas temperaturas de ebullición se indican entre paréntesis: CH 3 OH (338 K), HCHO (254 K) y CH 4 (111 K):

a) (0,5 puntos) Dibuje la estructura de Lewis de los tres compuestos.

b) (0,75 puntos) Indique la hibridación del átomo de carbono y la geometría de cada una de las moléculas del enunciado utilizando el modelo de RPECV.

c) (0,75 puntos) Justifique los diferentes valores de las temperaturas de ebullición indicadas.

d) (0,5 puntos) ¿Cuál/es es/son soluble/s en agua? Justifique la respuesta.

3A) Responda a las siguientes cuestiones:

a) (0,5 puntos) Nombre los siguientes compuestos, e indique a qué tipo de compuesto orgánico pertenecen:

i) CH 3 −CH(CH 3 )−CH 2 −C(CH 2 CH 3 )(CH 3 )−CH 2 −CHO ii) CH 2 =CH−O−CH 2 −CH 3

b) (1 punto) Escriba la fórmula semidesarrollada de los siguientes compuestos, nombrando el/los grupo/s funcional/es presente/s:

ii) ácido 4−etenilhept−2−enoico i) 3−etil−3,5−dimetilhexan−2−ol iii) 4−etilhexan−3−ona iv) 3−etil−4−metilheptanamida

c) (1 punto) Formule y nombre dos isómeros de cadena no cíclicos del hexano.

3B) Responda a las siguientes cuestiones:

a) (1 punto) Justifique si para el compuesto CH 3 −CH 2 −CHOH−CH 3 son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Escriba las reacciones correspondientes si las hubiere, y nombre los productos:

i) Al reaccionar con H 2 SO 4 concentrado da prioritariamente dos compuestos isómeros geométricos.

ii) Puede adicionar agua para dar butano.

b) (0,5 puntos) Formule, en cada caso, el compuesto que presente las siguientes condiciones:

i) Un aldehído de tres carbonos que contenga átomos con hibridación sp.

ii) Una amina secundaria de tres átomos de carbono, con el átomo de nitrógeno unido a un carbono con hibridación sp3 y a otro carbono con hibridación sp2.

c) (1 punto) Dados los compuestos CH 3 −CHOH−CH 3 y CH 3 −CH 2 −CH 3 :

i) Justifique cuál tiene mayor temperatura de fusión.

ii) Formule la reacción de obtención de CH 3 −CHOH−CH 3 a partir del alqueno correspondiente, indicando el medio en el que transcurre (ácido, básico), el tipo de reacción y si se trata del producto minoritario y la regla que sigue.

4A) El ácido butanoico (C 3 H 7 COOH) es un ácido monoprótico débil que se utiliza en muchas aplicaciones de la vida cotidiana, por ejemplo para mantener la frescura del pan, como aromatizante en jarabes o para mejorar la jugosidad de la carne, entre otras. A 25 ºC se preparan 250 mL de una disolución 0,250 M de este ácido con pH = 2,72.

a) (1,5 puntos) Escriba ajustada la reacción de disociación en agua y calcule el porcentaje de disociación del ácido y el pKa.

b) (0,5 puntos) A 25 ºC se prepara una disolución de butanoato de sodio (C 3 H 7 COONa). Razone, si su pH será mayor, menor o igual que el de la disolución del enunciado.

c) (0,5 puntos) Justifique si se formaría una disolución reguladora al mezclar la disolución del enunciado con una disolución de butanoato de sodio.

4B) En un recipiente de 2,50 L se introducen 0,0200 mol de N 2 y 0,0300 mol de H 2 . Se eleva la temperatura hasta 400 ºC, y la reacción N 2 (g) + 3 H 2 (g) ⇄ 2 NH 3 (g) alcanza el equilibrio, obteniéndose ∆H r < 0 y una concentración de NH 3 (g) de 0,00375 mol·L–1.

a) (1 punto) Calcule las presiones parciales de cada sustancia en el equilibrio y la presión total.

b) (0,5 puntos) Obtenga Kp y Kc.

c) (0,5 puntos) Justifique si el rendimiento del proceso aumenta realizándolo a menor temperatura.

d) (0,5 puntos) Razone cómo varía la concentración de N 2 cuando se añade al equilibrio un gas inerte como el Ar a volumen y temperatura constantes.

Dato. R = 0,0820 atm⋅L⋅mol−1⋅K−1.

QUÍMICA CRITERIOS ESPECÍFICOS DE CORRECCIÓN Y CALIFICACIÓN

Se tendrá en cuenta en la calificación de la prueba:

- Claridad de comprensión y exposición de conceptos.

- Uso correcto de formulación, nomenclatura y lenguaje químico.

- Capacidad de análisis y relación.

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

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

Distribución de puntuaciones máximas:

El alumno deberá responder 4 preguntas de la siguiente forma:

 Pregunta 1 (sin optatividad).

 Una pregunta a elegir entre las preguntas 2A y 2B.

 Una pregunta a elegir entre las preguntas 3A y 3B.

 Una pregunta a elegir entre las preguntas 4A y 4B.

La puntuación máxima de cada pregunta es de 2,5 puntos, distribuidos en los correspondientes apartados de la siguiente forma:

PREGUNTA

2A 2B 3A 3B 4A 4B

PUNTUACIÓN MÁXIMA

a) 0,75 puntos; b) 0,75 puntos; c) 0,5 puntos; d) 0,5 puntos

a) 0,5 puntos; b) 0,5 puntos; c) 0,75 puntos; d) 0,75 puntos

a) 0,5 puntos; b) 0,75 puntos; c) 0,75 puntos; d) 0,5 puntos

a) 0,5 puntos; b) 1 punto; c) 1 punto

a) 1 punto; b) 0,5 puntos; c) 1 punto

a) 1,5 puntos; b) 0,5 puntos; c) 0,5 puntos

a) 1 punto; b) 0,5 puntos; c) 0,5 puntos; d) 0,5 puntos

QUÍMICA SOLUCIONES (Documento de trabajo orientativo)

1) Puntuación máxima: a) 0,75 puntos; b) 0,75 puntos; c) 0,5 puntos, d) 0,5 puntos.

a) HNO 3 + NH 3 → NH 4 NO 3 ; ∆G r 0 = ∆G f 0(NH 4 NO 3 ) − ∆G f 0(HNO 3 ) − ∆G f 0(NH 3 ) = −184 − (−81 − 17) = −86 kJ·mol–1. Dado que el valor de ∆G r 0 < 0, la reacción es espontánea.

b) La reacción que tiene lugar es: NH 4 NO 3 → N 2 O + 2 H 2 O;

∆H r º = Σn·∆H f ° (productos) − Σn·∆Hf0 (reactivos) = ∆Hf0(N2O) + 2·∆Hf0(H2O) − ∆Hf0(NH4NO3) = 82 – (2 × 241) + 366 = −34 kJ·mol–1 ∆Srº = Σn·S0 (productos) − Σn·S0 (reactivos) = S0(N2O) + 2·S0(H2O) – S0(NH4NO3) = 220 + (2 × 189) − 151 = 447 J·K–1·mol–1 ∆Gr0 = ∆Hr0 − T·∆Sr0 = −34 – (450 × 447×10−3) = −235 kJ·mol–1 La reacción es exotérmica porque ∆Hr0 < 0 y es espontánea ya que ∆Gr0 < 0.

c) v = k·[NH4NO3]. La reacción es de orden 1.

d) Según la ecuación de Arrhenius, la constante de velocidad de la reacción disminuye al bajar la temperatura: k = Ae−Ea/RT, y con ello disminuye la velocidad. Válido explicarlo por la teoría de colisiones.

2A) Puntuación máxima: a) 0,5 puntos; b) 0,5 puntos; c) 0,75 puntos; d) 0,75 puntos

a) X: grupo 2, periodo 4. Y: grupo 14, periodo 3. Z: grupo 17, periodo 2.

b) Y: silicio, Si. Z: flúor, F.

c) (2, 1, 0, +1/2) Corresponde a un electrón 2p, por lo que podría pertenecer al F (Z).

(3, 0, 1, −1/2) Esta combinación de números cuánticos no es posible, porque si l = 0, ml no puede ser igual a 1.

(3, 2, 0, +1/2) Corresponde a un electrón 3d, por lo que no pertenece a ningún elemento del enunciado.

(4, 4, 0, +1/2) Esta combinación de números cuánticos no es posible, porque si n = 4, l no puede ser igual a 4.

d) La electronegatividad mide la tendencia de un elemento a atraer los electrones cuando se combina con otro elemento para formar un enlace. Los valores de electronegatividad aumentan hacia la derecha en un periodo (la carga nuclear efectiva aumenta al avanzar en un mismo periodo) y al subir en un grupo (el radio atómico disminuye y los electrones están cada vez más atraídos por el núcleo), por lo que el elemento más electronegativo de los tres es el F (Z).

2B) Puntuación máxima: a) 0,5 puntos; b) 0,75 puntos; c) 0,75 puntos; d) 0,5 puntos

H C H

a)

b) En las moléculas CH3OH y CH4, el C presenta hibridación sp3 y su geometría es tetraédrica. En la molécula HCHO, el C tiene hibridación sp2 y su geometría es triangular plana.

c) La temperatura de ebullición es mayor cuanto más intensas son las fuerzas intermoleculares. El CH4 es una molécula no polar que solo tiene fuerzas de dispersión (o London) que son las más débiles, el HCHO es una molécula polar con fuerzas de dispersión (o London) y fuerzas dipolo-dipolo; el CH3OH es una molécula polar con un grupo OH por lo que, además de las fuerzas de dispersión (o London) y fuerzas dipolo-dipolo, presenta enlace de hidrógeno, que son las más intensas. Por lo tanto, el orden de intensidad de las fuerzas intermoleculares es: CH3OH > HCHO > CH4, que es el mismo orden que siguen sus temperaturas de ebullición.

d) Tanto el CH3OH como el HCHO son solubles en agua, ya que son moléculas polares.

3A) Puntuación máxima: a) 0,5 puntos; b) 1 punto; c) 1 punto.

a) i) CH3−CH(CH3)−CH2−C(CH2CH3)(CH3)−CH2−CHO (3−etil−3,5−dimetilhexanal), aldehído;

ii) CH2=CH−O−CH2−CH3 (etenil etil éter), éter.

b) i) CH3−CH(CH3)−CH2−C(CH2CH3)(CH3)−CH(OH)−CH3 (3−etil−3,5−dimetilhexan−2−ol), grupo alcohol o hidroxilo.

ii) CH3−(CH2)2−CH(CH=CH2)−CH=CH−COOH (ácido 4−etenilhept−2−enoico), 2 dobles enlaces y grupo ácido o carboxilo.

iii) CH3−CH2−CH(CH2CH3)−CO−CH2−CH3 (4−etilhexan−3−ona), grupo cetona o carbonilo.

iv) CH3−CH2−CH2−CH(CH3)−CH(CH2CH3)−CH2−CONH2 (3−etil−4−metilheptanamida), grupo amida.

c) Válidas dos respuestas cualesquiera de entre estas: i) CH3−CH(CH3)−(CH2)2−CH3 (2−metilpentano); ii) CH3−CH2−CH(CH3)−CH2−CH3 (3−metilpentano); iii) CH3−CH(CH3)−CH(CH3)−CH3 (2,3−dimetilbutano); iv) CH3−C(CH3)2−CH2−CH3 (2,2−dimetilbutano).

3B) Puntuación máxima: a) 1 punto; b) 0,5 puntos; c) 1 punto.

a) i) Verdadera. CH3−CH2−CHOH−CH3 + H2SO4 (concentrado) → CH3−CH=CH−CH3 (cis−but−2−eno y trans−but−2−eno).

ii) Falsa ya que sería una disolución acuosa de alcohol.

b) i) CH≡C−CHO; ii) CH3−NH−CH=CH2.

c) i) El de mayor temperatura de fusión es el CH3−CHOH−CH3, por el tipo de fuerzas intermoleculares que presenta. El CH3−CHOH−CH3 tiene enlaces de hidrógeno al estar unido un átomo de hidrógeno a un elemento muy electronegativo y pequeño, como el átomo de oxígeno. También tiene fuerzas dipolodipolo, porque es una molécula polar y fuerzas de dispersión (fuerzas de London). CH3−CH2−CH3 presenta solo fuerzas de dispersión (fuerzas de London).

ii) CH3−CH=CH2 + H2O/H+→ CH3−CH2−CH2OH (minoritario) + CH3−CHOH−CH3 (mayoritario). Adición o hidratación. Regla de Markovnikov.

4A) Puntuación máxima: a) 1,5 puntos; b) 0,5 puntos; c) 0,5 puntos.

C3H7COOH + H2O  C3H7COO− + H3O+ co 0,250 ceq 0,250 − x

pH = – log [H3O+]; [H3O+] = 10−pH = 10−2,72 = 1,91×10−3 M. x = [H3O+] = 1,91×10−3 M.

x = co·α; α = 1,91×10−3 / 0,250 = 7,64×10−3, α = 0,764%.

Ka = [Bu−]·[H3O+] / [HBu] = x2 / (0,250 − x) = (1,91×10−3)2 / (0,250 − 1,91×10−3) = 1,47×10−5.

pKa = −log Ka = −log (1,47×10−5) = 4,83.

b) En disolución acuosa: C3H7COONa → Na+ + C3H7COO−. El Na+ no se hidroliza; C3H7COO− sí por provenir de un ácido débil: C3H7COO− + H2O ⇄ C3H7COOH + OH−, produciendo OH−, con lo que la disolución es básica, obteniéndose un pH superior al de la disolución del enunciado.

c) Sí porque la disolución resultante estaría formada por los dos componentes que pueden formar una disolución reguladora: un ácido débil (HBu o C3H7COOH) y una sal de su base conjugada (Bu– o C3H7COO– o C3H7COONa).

a)

4B) Puntuación máxima: a) 1 punto; b) 0,5 puntos; c) 0,5 puntos; d) 0,5 puntos.

N2 (g) + 3 H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g) n0 0,0200 0,0300 0,0200 − x 0,0300 − 3x 2x neq ceq(NH3) = 0,00375 M = 2x / 2,50; x = 0,00469 mol.

neq(N2) = 0,0200 − x = 0,0153 mol; neq(H2) = 0,0300 − 3x = 0,0159 mol; neq(NH3) = 2x = 0,00938 mol.

p·V = n·R·T; peq(N2) = 0,0153 × 0,0820 × 673 / 2,50 = 0,338 atm; peq(H2) = 0,0159 × 0,0820 × 673 / 2,50 = 0,351 atm; peq(NH3) = 0,00938 × 0,0820 × 673 / 2,50 = 0,207 atm.

peq(total) = peq(N2) + peq(H2) + peq(NH3) = 0,338 + 0,351 + 0,207 = 0,896 atm.

b) Kp = p2(NH3) / p(N2)·p3(H2) = 0,2072 / (0,338 × 0,3513) = 2,93; Kc = Kp·(RT)−∆n; ∆n = 2 − 4 = −2;

Kc = 2,93 × (0,0820 × 673)2 = 8920.

c) Puesto que es un proceso exotérmico (∆Hr < 0), al disminuir la temperatura se retira calor, según el principio de Le Châtelier el equilibrio se desplaza hacia donde se desprende calor, es decir, hacia la formación de productos, luego el rendimiento es mayor.

d) La adición de un gas inerte, a volumen y temperatura constantes, no altera el equilibrio, por lo que la concentración de N2 no varía.

a)