Examen Resuelto Prueba Acceso Universidad UCM Química 2024

OPCIÓN A

Pregunta A1.-

a) La configuración electrónica del elemento A (Z=6, Carbono) es $1s^2 2s^2 2p^2$. Su capa de valencia es n=2, por lo que pertenece al Periodo 2. La configuración electrónica del elemento B (Z=3, Litio) es $1s^2 2s^1$. Su capa de valencia es n=2, por lo que pertenece al Periodo 2.

*Razonamiento:* La configuración electrónica se obtiene siguiendo el principio de Aufbau (llenado de orbitales en orden creciente de energía), el principio de exclusión de Pauli (máximo dos electrones por orbital con espines opuestos) y la regla de Hund (máxima multiplicidad de espín en orbitales degenerados). El número cuántico principal (n) más alto ocupado indica el periodo al que pertenece el elemento.

b) Ambos elementos pertenecen al mismo periodo (Periodo 2). El radio atómico disminuye al avanzar de izquierda a derecha en un periodo. Esto se debe a que, al aumentar el número atómico (Z) dentro del mismo periodo, aumenta la carga nuclear efectiva ($Z_{ef}$) sobre los electrones de valencia, ya que el apantallamiento de los electrones internos es similar. Una mayor $Z_{ef}$ atrae más fuertemente a los electrones de la capa de valencia, reduciendo el tamaño del átomo. El elemento B (Li, Grupo 1) está a la izquierda del elemento A (C, Grupo 14). Por lo tanto, el radio atómico del Litio es mayor que el del Carbono. El orden creciente de radio atómico es: A (C) < B (Li).

*Razonamiento:* La comparación del radio atómico se basa en las tendencias periódicas. Dentro de un periodo, el factor dominante es la carga nuclear efectiva. Al moverse de izquierda a derecha, Z aumenta, pero los electrones se añaden a la misma capa (n=2), por lo que el apantallamiento no compensa el aumento de la carga nuclear. La mayor atracción del núcleo sobre los electrones contrae la nube electrónica, disminuyendo el radio.

c) La energía de ionización (EI) se define como la mínima energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo neutro en estado gaseoso y en su estado electrónico fundamental, para formar un ion monopositivo gaseoso. $X(g) + EI \\rightarrow X^+(g) + e^-$ La energía de ionización generalmente aumenta al avanzar de izquierda a derecha en un periodo. Esto se debe al aumento de la carga nuclear efectiva ($Z_{ef}$) y a la disminución del radio atómico. Al estar los electrones de valencia más fuertemente atraídos por el núcleo y más cerca de él, se requiere más energía para extraer uno. Comparando A (C) y B (Li), ambos están en el Periodo 2. El Carbono (A) está más a la derecha que el Litio (B), por lo que su carga nuclear efectiva es mayor y su radio atómico es menor. En consecuencia, el elemento A (Carbono) tiene mayor energía de ionización que el elemento B (Litio).

*Razonamiento:* La definición de energía de ionización debe ser precisa. La justificación de la tendencia se basa en los mismos factores que explican la tendencia del radio atómico (carga nuclear efectiva y distancia núcleo-electrón). Un electrón más fuertemente retenido (mayor $$Z_{ef}$$, menor radio) requiere más energía para ser eliminado.

Pregunta A2.-

a) Los nombres de los compuestos son: i) Propan-2-ona (o acetona) ii) Ácido propanoico iii) Propan-2-ol iv) Propanal

*Razonamiento:* Se aplican las reglas de nomenclatura IUPAC. Se identifica la cadena principal (3 carbonos en todos los casos: prop-), el grupo funcional principal y su posición si es necesario (cetona en C2 para i, ácido carboxílico para ii, alcohol en C2 para iii, aldehído para iv).

b) Los grupos funcionales presentes son: i) Grupo carbonilo (cetona): $-CO-$ ii) Grupo carboxilo: $-COOH$ iii) Grupo hidroxilo (alcohol): $-OH$ iv) Grupo carbonilo (aldehído): $-CHO$

*Razonamiento:* Se identifica el conjunto de átomos característico que define la familia de compuestos orgánicos a la que pertenece cada molécula.

c) La reacción entre el compuesto ii) (Ácido propanoico, $CH_3CH_2COOH$) y el compuesto iii) (Propan-2-ol, $CH_3CHOHCH_3$) es una reacción de esterificación. Se forma un éster y agua. $CH_3CH_2COOH + CH_3CHOHCH_3 \\xrightarrow{H^+} CH_3CH_2COOCH(CH_3)_2 + H_2O$ El producto formado es el propanoato de isopropilo (o propanoato de 1-metiletilo). El tipo de reacción es una esterificación (específicamente, esterificación de Fischer), que es un tipo de reacción de condensación.

*Razonamiento:* Se reconoce la reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol, que produce un éster mediante la eliminación de una molécula de agua. Se nombra el éster resultante indicando primero la parte derivada del ácido (propanoato) y luego el grupo alquilo derivado del alcohol (isopropilo).

d) El compuesto i) (Propan-2-ona, una cetona) se puede obtener a partir del compuesto iii) (Propan-2-ol, un alcohol secundario) mediante una reacción de oxidación. Los alcoholes secundarios se oxidan a cetonas utilizando agentes oxidantes adecuados (como dicromato de potasio, $K_2Cr_2O_7$, o permanganato de potasio, $KMnO_4$, en medio ácido).

*Razonamiento:* Se aplica el conocimiento sobre las reacciones de oxidación de alcoholes. Los alcoholes secundarios se oxidan específicamente a cetonas.

Pregunta A3.-

a) Los equilibrios de solubilidad son: Para el ioduro de plata (AgI): $AgI(s) \\rightleftharpoons Ag^+(aq) + I^-(aq)$ Para el cromato de plata (Ag₂CrO₄): $Ag_2CrO_4(s) \\rightleftharpoons 2Ag^+(aq) + CrO_4^{2-}(aq)$

*Razonamiento:* Se representa la disociación de la sal sólida insoluble en sus iones constituyentes en disolución acuosa, indicando el estado de agregación de cada especie (sólido para el compuesto iónico, acuoso para los iones disueltos) y usando la doble flecha para indicar el equilibrio.

b) Para calcular la solubilidad (s) en mol·L⁻¹: * AgI: $K_s = [Ag^+][I^-]$ Si la solubilidad es s, entonces $[Ag^+] = s$ y $[I^-] = s$. $K_s = s \\times s = s^2$ $s = \\sqrt{K_s} = \\sqrt{8.1 \\times 10^{-17}}$ $s_{AgI} = 9.0 \\times 10^{-9} \\text{ mol L}^{-1}$ * Ag₂CrO₄: $K_s = [Ag^+]^2[CrO_4^{2-}]$ Si la solubilidad es s', entonces $[CrO_4^{2-}] = s'$ y $[Ag^+] = 2s'$ (por la estequiometría). $K_s = (2s')^2 \\times s' = 4s'^3$ $s' = \\sqrt[3]{\\frac{K_s}{4}} = \\sqrt[3]{\\frac{1.9 \\times 10^{-12}}{4}} = \\sqrt[3]{4.75 \\times 10^{-13}}$ $s'_{Ag_2CrO_4} = 7.8 \\times 10^{-5} \\text{ mol L}^{-1}$

Comparando las solubilidades: $$s'_{Ag_2CrO_4} (7.8 \\times 10^{-5} \\text{ mol L}^{-1}) > s_{AgI} (9.0 \\times 10^{-9} \\text{ mol L}^{-1})$$.
Por lo tanto, el **Ag₂CrO₄ es más soluble** que el AgI en agua pura.

*Razonamiento:* La solubilidad molar (s) se define como la concentración molar del compuesto que se disuelve en una disolución saturada. Se relaciona la solubilidad con las concentraciones iónicas en el equilibrio a través de la estequiometría de la disociación y se sustituye en la expresión del producto de solubilidad (Ks) para despejar s. Se comparan los valores numéricos de s para determinar cuál es más soluble.

c) El ácido yodhídrico (HI) es un ácido fuerte que se disocia completamente en agua: $HI(aq) \\rightarrow H^+(aq) + I^-(aq)$ Al añadir HI a una disolución saturada de AgI, se introduce el ion ioduro ($I^-$), que es un ion común al equilibrio de solubilidad del AgI: $AgI(s) \\rightleftharpoons Ag^+(aq) + I^-(aq)$ Según el Principio de Le Chatelier, un aumento en la concentración de uno de los productos (en este caso, $I^-$) desplazará el equilibrio hacia la izquierda, es decir, hacia la formación de AgI sólido. Como resultado, la solubilidad del ioduro de plata (AgI) disminuye. La concentración de iones plata ($[Ag^+]$) en la disolución disminuirá, mientras que la concentración total de iones ioduro ($[I^-]$) aumentará debido a la adición de HI. Si por "concentración de ioduro de plata" se entiende la concentración de $Ag^+$ proveniente de la disolución del AgI, esta disminuirá.

*Razonamiento:* Se identifica el efecto del ion común. El ion ioduro ($$I^-$$) añadido por el HI es común al equilibrio de solubilidad del AgI. Se aplica el Principio de Le Chatelier para predecir el desplazamiento del equilibrio y, por tanto, la disminución de la solubilidad de la sal. Se analiza cómo cambian las concentraciones iónicas.

Pregunta A4.-

a) Se tiene 1,0 L de disolución de NaOH con pH = 13. El NaOH es una base fuerte. Primero calculamos el pOH: $pOH = 14 - pH = 14 - 13 = 1$ La concentración de iones hidróxido ($OH^-$) es: $[OH^-] = 10^{-pOH} = 10^{-1} = 0.1 \\text{ M}$ Como el NaOH es una base fuerte, se disocia completamente: $NaOH(aq) \\rightarrow Na^+(aq) + OH^-(aq)$. Por lo tanto, la concentración inicial de NaOH es igual a la concentración de $OH^-$ en el equilibrio: $[NaOH] = [OH^-] = 0.1 \\text{ mol L}^{-1}$ El volumen de la disolución es 1,0 L. Calculamos los moles de NaOH: $n_{NaOH} = \\text{Concentración} \\times \\text{Volumen} = 0.1 \\text{ mol L}^{-1} \\times 1.0 \\text{ L} = 0.1 \\text{ mol}$ Calculamos la masa molar del NaOH: $M_{NaOH} = 23.0 (\\text{Na}) + 16.0 (\\text{O}) + 1.0 (\\text{H}) = 40.0 \\text{ g/mol}$ Finalmente, calculamos la masa de NaOH utilizada: $\\text{Masa}_{NaOH} = n_{NaOH} \\times M_{NaOH} = 0.1 \\text{ mol} \\times 40.0 \\text{ g/mol} = 4.0 \\text{ g}$ Se utilizaron 4,0 g de hidróxido de sodio.

*Razonamiento:* A partir del pH de una base fuerte, se calcula el pOH y luego la concentración de $$OH^-$$. Esta concentración es igual a la concentración de la base fuerte. Con la concentración y el volumen, se calculan los moles, y con los moles y la masa molar, se calcula la masa.

b) Se quiere añadir ácido clorhídrico (HCl), un ácido fuerte, para que el pH sea 7. Un pH de 7 corresponde al punto de equivalencia en la neutralización de una base fuerte (NaOH) con un ácido fuerte (HCl). La reacción de neutralización es: $NaOH(aq) + HCl(aq) \\rightarrow NaCl(aq) + H_2O(l)$ La estequiometría es 1:1. En el punto de equivalencia, los moles de ácido añadido son iguales a los moles de base iniciales. Moles de NaOH iniciales = 0.1 mol (calculado en el apartado a). Moles de HCl necesarios = 0.1 mol. La concentración del HCl es 0.50 M ($0.50 \\text{ mol L}^{-1}$). Calculamos el volumen de HCl necesario: $\\text{Volumen}_{HCl} = \\frac{\\text{Moles}_{HCl}}{\\text{Concentración}_{HCl}} = \\frac{0.1 \\text{ mol}}{0.50 \\text{ mol L}^{-1}} = 0.2 \\text{ L}$ Se deben añadir 0,2 L (o 200 mL) de HCl 0,50 M.

*Razonamiento:* Se identifica que pH=7 es el punto de equivalencia para la neutralización ácido fuerte-base fuerte. Se utiliza la estequiometría de la reacción (1:1) para determinar los moles de HCl necesarios, que deben ser iguales a los moles de NaOH iniciales. Con los moles y la concentración del HCl, se calcula el volumen requerido.

c) En el apartado b) se obtiene una disolución neutra (pH=7) que contiene NaCl disuelto en agua. El volumen total es el inicial (1.0 L) más el añadido (0.2 L), es decir, 1.2 L. La disolución final contiene NaCl, que es la sal de una base fuerte (NaOH) y un ácido fuerte (HCl). Los iones que la forman ($Na^+$ y $Cl^-$) son, respectivamente, el ácido conjugado de una base fuerte y la base conjugada de un ácido fuerte. Ninguno de estos iones reacciona de forma apreciable con el agua (no sufren hidrólisis significativa) para modificar el pH. $Na^+(aq) + H_2O \\nrightarrow$ $Cl^-(aq) + H_2O \\nrightarrow$ Por lo tanto, la disolución de NaCl es neutra (pH=7). Si esta disolución neutra se diluye hasta el doble de su volumen inicial (es decir, a 2.4 L), simplemente se reduce la concentración de NaCl, pero la disolución sigue siendo una disolución acuosa de NaCl. Como los iones no alteran el pH del agua, la disolución diluida seguirá siendo neutra y su pH será 7.

*Razonamiento:* Se identifica la composición de la disolución final del apartado b (NaCl en agua, pH=7). Se razona que los iones de una sal de ácido fuerte y base fuerte no sufren hidrólisis y, por tanto, no afectan al pH del agua. La dilución de una disolución neutra con agua (que también es neutra) da como resultado una disolución neutra.