Examen Resuelto Selectividad EVAU UCLM Junio Química 2022

Ejercicio 1:

a) El ácido acético (CH3COOH) es un ácido débil que se ioniza parcialmente en agua según el equilibrio:

$CH_3COOH(aq) + H_2O(l) \\rightleftharpoons CH_3COO^-(aq) + H_3O^+(aq)$

La constante de acidez (Ka) para este equilibrio es 1.8 x 10^-5 M. Podemos usar una tabla ICE (Inicio, Cambio, Equilibrio) para determinar las concentraciones en equilibrio:

	CH3COOH	CH3COO-	H3O+
Inicio	0.25	0	0
Cambio	-x	+x	+x
Equilibrio	0. 25-x	x	x

La expresión de Ka es:

$K_a = \\frac{[CH_3COO^-][H_3O^+]}{[CH_3COOH]}$

Sustituyendo los valores de equilibrio:

$1.8 \\times 10^{-5} = \\frac{x \\cdot x}{0.25 - x}$

Debido a que Ka es pequeño, podemos asumir que x es mucho menor que 0.25, por lo que 0.25 - x ≈ 0.25. Esto simplifica la ecuación a:

$1.8 \\times 10^{-5} = \\frac{x^2}{0.25}$

Resolviendo para x:

$x^2 = 1.8 \\times 10^{-5} \\cdot 0.25$ $x = \\sqrt{4.5 \\times 10^{-6}}$ $x \\approx 2.12 \\times 10^{-3} \\, M$

Por lo tanto, las concentraciones en el equilibrio son:

• [CH3COOH] = 0.25 - x ≈ 0.25 M
• [CH3COO-] = x ≈ 2.12 x 10^-3 M
• [H3O+] = x ≈ 2.12 x 10^-3 M

El grado de ionización (α) se calcula como:

$\\alpha = \\frac{[H_3O^+]}{[CH_3COOH]_{inicial}} = \\frac{2.12 \\times 10^{-3}}{0.25} \\approx 0.00848$

Expresado como porcentaje: 0.00848 * 100% = 0.848%

b) La reacción de neutralización entre el ácido acético (CH3COOH) y el hidróxido de sodio (NaOH) es:

$CH_3COOH(aq) + NaOH(aq) \\rightarrow CH_3COONa(aq) + H_2O(l)$

Esta es una reacción de neutralización ácido-base donde un ácido y una base reaccionan para formar una sal (acetato de sodio) y agua. Es una reacción completa, es decir se produce hasta que se consume totalmente el reactivo limitante.

Para calcular el volumen de NaOH 0.01 M necesario, primero calculamos los moles de CH3COOH en 10 mL de la solución 0.25 M:

$Moles_{CH3COOH} = Molaridad \\cdot Volumen = 0.25 \\, M \\cdot 0.010 \\, L = 0.0025 \\, moles$

Según la estequiometría de la reacción, 1 mol de CH3COOH reacciona con 1 mol de NaOH. Por lo tanto, se necesitan 0.0025 moles de NaOH. Ahora calculamos el volumen de la solución de NaOH 0.01 M que contiene estos moles:

$Volumen_{NaOH} = \\frac{Moles}{Molaridad} = \\frac{0.0025 \\, moles}{0.01 \\, M} = 0.25 \\, L$

Convertimos a mililitros: 0.25 L * 1000 mL/L = 250 mL

Por lo tanto, se necesitan 250 mL de la solución de NaOH 0.01 M.

Ejercicio 2:

a) La reacción global es:

$KClO_3 + FeCl_2 + HCl \\rightarrow KCl + FeCl_3 + H_2O$

Ajuste por el método del ión-electrón:

1. Identificar las semirreacciones de oxidación y reducción:

   • El cloro en KClO3 pasa de estado de oxidación +5 a -1 en KCl (reducción).
   • El hierro en FeCl2 pasa de estado de oxidación +2 a +3 en FeCl3 (oxidación).

2. Escribir las semirreacciones:

   • Reducción: $ClO_3^- \\rightarrow Cl^-$
   • Oxidación: $Fe^{2+} \\rightarrow Fe^{3+}$

3. Ajustar los átomos distintos de O e H:

   • Reducción: $ClO_3^- \\rightarrow Cl^-$
   • Oxidación: $Fe^{2+} \\rightarrow Fe^{3+}$

4. Ajustar los átomos de oxígeno añadiendo moléculas de H2O:

   • Reducción: $ClO_3^- \\rightarrow Cl^- + 3H_2O$
   • Oxidación: $Fe^{2+} \\rightarrow Fe^{3+}$

5. Ajustar los átomos de hidrógeno añadiendo iones H+:

   • Reducción: $ClO_3^- + 6H^+ \\rightarrow Cl^- + 3H_2O$
   • Oxidación: $Fe^{2+} \\rightarrow Fe^{3+}$

6. Ajustar las cargas añadiendo electrones (e-) :

   • Reducción: $ClO_3^- + 6H^+ + 6e^- \\rightarrow Cl^- + 3H_2O$
   • Oxidación: $Fe^{2+} \\rightarrow Fe^{3+} + e^-$

7. Igualar el número de electrones en ambas semirreacciones:

   • Reducción: $ClO_3^- + 6H^+ + 6e^- \\rightarrow Cl^- + 3H_2O$
   • Oxidación: $6Fe^{2+} \\rightarrow 6Fe^{3+} + 6e^-$ (multiplicada por 6)

8. Sumar las semirreacciones:

   $ClO_3^- + 6H^+ + 6Fe^{2+} \\rightarrow Cl^- + 3H_2O + 6Fe^{3+}$

   Esta es la ecuación iónica ajustada.

9. Especie oxidante y reductora:

El oxidante es la especie que se reduce (gana electrones), en este caso, el $ClO_3^-$ (más específicamente, el Cl en el $ClO_3^-$). El reductor es la especie que se oxida (pierde electrones), en este caso, el $Fe^{2+}$ (el Fe en el $FeCl_2$). b) La reacción iónica ajustada es:

$ClO_3^- + 6H^+ + 6Fe^{2+} \\rightarrow Cl^- + 3H_2O + 6Fe^{3+}$

c) Para obtener la ecuación global ajustada, agregamos los contraiones (K+ y Cl-) que estaban presentes en la ecuación original, pero que no participaron directamente en la transferencia de electrones:

$KClO_3 + 6FeCl_2 + 6HCl \\rightarrow KCl + 6FeCl_3 + 3H_2O$