Examen Resuelto Selectividad EVAU UCLM Junio Química 2023/2024

Examen de Química (PCE) - Junio 2018

Bloque 1

1. Los números cuánticos, n, l y ml, son:

Respuesta: a. Consecuencia de las observaciones espectroscópicas

Razonamiento: Los números cuánticos (n, l, ml) surgen como soluciones a la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno. Esta ecuación describe el comportamiento de los electrones en los átomos y se basa en observaciones experimentales de los espectros atómicos. Los números cuánticos no se determinan a partir de estudios de reacciones nucleares.

2. De los siguientes átomos: cesio, hierro y flúor, ¿cuál de ellos tiene una mayor afinidad electrónica?

Respuesta: c. El flúor

Razonamiento: La afinidad electrónica es la energía liberada cuando un átomo neutro en estado gaseoso captura un electrón para formar un anión. Generalmente, aumenta de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba en la tabla periódica. El flúor es el elemento más electronegativo y está en la parte superior derecha (sin contar los gases nobles), por lo que tiene la mayor afinidad electrónica de los tres. El cesio, al estar a la izquierda y abajo, es el que menos.

3. De acuerdo con la teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia, TRPECV, el metano tiene una geometría:

Respuesta: c. Tetraédrica

Razonamiento: El metano (CH4) tiene un átomo central de carbono con cuatro pares de electrones enlazantes (con los hidrógenos) y ningún par solitario. Según la TRPECV, cuatro pares de electrones alrededor de un átomo central se disponen en los vértices de un tetraedro para minimizar la repulsión, resultando en una geometría tetraédrica.

4. En la catálisis homogénea:

Respuesta: a. El catalizador y los reactivos están en la misma fase, generalmente líquida

Razonamiento: La catálisis homogénea se define por la presencia del catalizador en la misma fase que los reactivos. La mayoría de las veces, esta fase es líquida. Si el catalizador está en una fase diferente, se trata de catálisis heterogénea.

5. En una reacción en equilibrio, al aumentar la concentración de uno de los productos, se produce:

Respuesta: a. El aumento de la concentración, en el equilibrio, de los reactivos

Razonamiento: Según el principio de Le Châtelier, si se cambia una condición de un sistema en equilibrio (como la concentración de un reactivo o producto), el sistema se ajustará para contrarrestar ese cambio. Al aumentar la concentración de un producto, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, favoreciendo la formación de reactivos.

6. Un ácido muy fuerte tiene:

Respuesta: a. Una constante de acidez muy grande

Razonamiento: Un ácido fuerte se disocia completamente en solución acuosa. La constante de acidez (Ka) es una medida de la fuerza de un ácido: cuanto mayor sea el valor de Ka, más fuerte es el ácido, porque indica un mayor grado de disociación. Un pKa pequeño (el logaritmo negativo de Ka) también indica un ácido fuerte.

7. Indique la respuesta INCORRECTA:

Respuesta: c. En una reacción ácido-base el ácido se convierte en su ácido conjugado

Razonamiento: En una reacción ácido-base, según la teoría de Brønsted-Lowry, un ácido dona un protón (H+) y se convierte en su base conjugada. Una base acepta un protón y se convierte en su ácido conjugado. La opción "c" es incorrecta porque el ácido se convierte en su base conjugada, no en su ácido conjugado.

8. A la vista de la reacción:

$2HI + H_2SO_4 \\longrightarrow I_2 + SO_2 + 2H_2O$

Indique la respuesta CORRECTA:

Respuesta: a. La reacción es de oxidación-reducción

Razonamiento: En esta reacción, el yoduro (I-) en el HI se oxida a yodo molecular (I2), aumentando su número de oxidación de -1 a 0. El azufre en el H2SO4 se reduce de +6 a +4 en el SO2. Como hay transferencia de electrones (oxidación y reducción), es una reacción redox. No es de sublimación (cambio de estado sólido a gas) y no es una reacción ácido-base típica en el sentido de Brønsted-Lowry o Lewis.

9. ¿Cuántos isómeros de cadena tiene el alcano de cinco carbonos?

Respuesta: b. 3

Razonamiento: Los isómeros de cadena son compuestos con la misma fórmula molecular pero diferente ordenamiento de la cadena carbonada. Para el alcano de cinco carbonos (pentano, C5H12), los isómeros de cadena son:

• n-pentano (cadena lineal)
• 2-metilbutano (isopentano)
• 2,2-dimetilpropano (neopentano)

10. En las reacciones de un éter y agua se forma/n:

Respuesta: b. Dos alcoholes y la reacción se denomina hidrólisis

Razonamiento Un éter tiene la estructura general R-O-R'. En presencia de agua y, generalmente, un catalizador ácido o básico, el enlace éter se rompe. Esta reacción se llama hidrólisis ("ruptura por agua"). El producto son dos alcoholes (R-OH y R'-OH).

Bloque 2

1. Conocidos los potenciales normales estándar de reducción:

• $Eº(MnO_4^- / MnO_2) = 0.59 V$
• $Eº(Pb^{2+} / Pb) = -0.13 V$
• $Eº(PbO_2 / Pb^{2+}) = 1.45 V$
• $Eº(H_2O_2 / H_2O) = 1.77 V$

a. Ajuste la reacción y deduce razonadamente si el permanganato puede oxidar al plomo elemental a plomo (II) en medio básico.

Reacción en medio básico (sin ajustar): $MnO_4^- + Pb \\longrightarrow MnO_2 + Pb^{2+}$

Semirreacciones:

• Reducción: $MnO_4^- \\longrightarrow MnO_2$
• Oxidación: $Pb \\longrightarrow Pb^{2+}$

Ajuste en medio básico: *Reducción: $MnO_4^- + 2H_2O + 3e^- \\longrightarrow MnO_2 + 4OH^-$ *Oxidación: $Pb + 2OH^- \\longrightarrow Pb(OH)_2 + 2e^-$

Para igualar los electrones, multiplicamos la primera ecuación por 2 y la segunda por 3:

• $2MnO_4^- + 4H_2O + 6e^- \\longrightarrow 2MnO_2 + 8OH^-$
• $3Pb + 6OH^- \\longrightarrow 3Pb^{2+} + 6e^-$

Reacción global ajustada: $2MnO_4^-(aq) + 3Pb(s) + 4H_2O(l) \\longrightarrow 2MnO_2(s) + 3Pb^{2+}(aq) + 8OH^-(aq)$

Para que la reacción sea espontánea, el potencial de la celda ($E_{celda}$) debe ser positivo.

$E_{celda} = E_{cátodo} - E_{ánodo}$

En este caso:

• Cátodo (reducción): $MnO_4^- / MnO_2 (0.59 V)$
• Ánodo (oxidación): $Pb^{2+} / Pb (-0.13 V)$

$E_{celda} = 0.59 V - (-0.13 V) = 0.72 V$

Como $E_{celda}$ es positivo, la reacción es espontánea. El permanganato sí puede oxidar el plomo elemental a plomo(II).

b. Deduzca razonadamente si el plomo (II) puede ser oxidado a Pb(IV) por agua oxigenada en medio ácido. *Reducción: $H_2O_2 + 2H^+ + 2e^-\\longrightarrow 2H_2O$ $Eº = 1.77V$ *Oxidación:$Pb^{2+} \\longrightarrow PbO_2 + 4H^+ + 2e^-$ $Eº = 1.45V$ Reacción global: $H_2O_2 + Pb^{2+} \\longrightarrow PbO_2 + 2H_2O$ $E_{celda} = E_{cátodo} - E_{ánodo} = 1.77V - 1.45V = +0.32V$ Como el potencial es positivo, el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) si puede oxidar el Pb(II) a Pb(IV).

2. Responda a las siguientes cuestiones:

a. Escriba las fórmulas desarrolladas e indica el tipo de isomería que presentan entre sí el etilmetiléter y 1-propanol.

• Etilmetiléter: $CH_3-CH_2-O-CH_3$
• 1-Propanol: $CH_3-CH_2-CH_2-OH$

Estos dos compuestos tienen la misma fórmula molecular ($C_3H_8O$) pero diferente grupo funcional. El etilmetiléter es un éter, y el 1-propanol es un alcohol. Por lo tanto, son isómeros de función.

b. Indica si el siguiente compuesto halogenado $CH_3-CHBr-CH_2-CHOH-CH_2-CH_3$ tiene isomería óptica. Razona la respuesta en función de los carbonos asimétricos que pueda presentar.

Un carbono asimétrico (o quiral) es aquel que está unido a cuatro grupos diferentes. En el compuesto dado:

• El carbono 2 (unido a $CH_3$, Br, H, y $CH_2-CHOH-CH_2-CH_3$) es asimétrico.
• El carbono 4 (unido a H, OH, $CH_2-CH_3$, y $CH_2-CHBr-CH_3$) es asimétrico.

Dado que el compuesto tiene dos carbonos asimétricos, sí presenta isomería óptica. Existirán enantiómeros (imágenes especulares no superponibles) y diastereoisómeros.

Examen de Química (PCE) - Septiembre 2018

Bloque 1

1. ¿Qué indica el número cuántico de espín, ms?

Respuesta: c. Las dos orientaciones posibles de giro del electrón alrededor de su propio eje.

Razonamiento: El número cuántico de espín (ms) describe el momento angular intrínseco del electrón, que está cuantizado y se visualiza como la rotación del electrón sobre su propio eje. Puede tomar dos valores, +1/2 o -1/2, representando las dos posibles orientaciones de este "giro".

2. Los metales de transición se caracterizan por:

Respuesta: a. Tienen una configuración electrónica ns²(n-1)dx* en su capa más interna

Razonamiento: Los metales de transición se caracterizan por tener electrones en los orbitales d. Su configuración electrónica general es ns²(n-1)d**x*, donde n es el período y x varía de 1 a 10. Esto les confiere propiedades como la formación de iones con diferentes estados de oxidación, la formación de complejos coloreados y actividad catalítica. La (b) es incorrecta.

3. El enlace de hidrógeno es el responsable de:

Respuesta: c. Las dos anteriores son correctas

Razonamiento: El enlace (o puente) de hidrógeno es una interacción intermolecular fuerte que se da entre un átomo de hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo (como O, N o F) y un par solitario de otro átomo electronegativo. Esta interacción es responsable del anormalmente alto punto de ebullición del agua (comparado con otros hidruros de elementos del mismo grupo) y también de su bajo punto de fusión en relacion a su masa molecular.

4. Los catalizadores:

Respuesta: c. Las dos respuestas anteriores son correctas

Razonamiento: Los catalizadores son sustancias que aumentan la velocidad de una reacción química sin consumirse en el proceso global. Lo hacen proporcionando un camino de reacción alternativo con una energía de activación menor. No forman parte de los reactivos ni de los productos, aunque participen en pasos intermedios.

5. En un equilibrio químico una disminución de la concentración de uno de los productos conlleva:

Respuesta: b. Un aumento en la concentración de los reactivos

Razonamiento: Esto se debe a que la constante de equilibrio, se ve perturbada por la concentración de uno de los productos.

6. Indique la respuesta CORRECTA. En las condiciones de laboratorio, 25ºC:

Respuesta: a. Cuando se dice que una disolución es neutra la [H+] = 10^-7 M

Razonamiento: En una disolución neutra a 25 °C, la concentración de iones hidrógeno ([H+]) es igual a la concentración de iones hidróxido ([OH-]), y ambas son iguales a 10^-7 M. Esto se deriva del producto iónico del agua (Kw = [H+][OH-] = 10^-14 a 25 °C). Un pH de 7 corresponde a una disolución neutra.

7. A la vista de la reacción:

$KMnO_4 + H_2O_2 + H_2SO_4 \\longrightarrow MnSO_4 + O_2 + H_2O + K_2SO_4$

Indique la respuesta CORRECTA:

Respuesta: c. El número de oxidación del oxígeno en el $H_2O_2$ es -1

Razonamiento:

• En la mayoría de los compuestos, el oxígeno tiene un número de oxidación de -2.
• En los peróxidos (como el $H_2O_2$), el oxígeno tiene un número de oxidación de -1.
• En el O2 molecular, tiene un número de oxidación de 0.

8. Indique la respuesta CORRECTA:

Respuesta: a. La oxidación supone un aumento del número de oxidación del átomo

Razonamiento:

• La oxidación es un proceso en el que un átomo pierde electrones, lo que resulta en un aumento de su número de oxidación.
• La reducción es un proceso en el que un átomo gana electrones, lo que resulta en una disminución de su número de oxidación.

9. Indique la respuesta CORRECTA:

Respuesta: a. El ácido acético o ácido etanoico es un ácido carboxílico

Razonamiento:

• El ácido acético (o ácido etanoico) tiene la fórmula $CH_3COOH$. El grupo -COOH es el grupo carboxilo, característico de los ácidos carboxílicos.
• El ácido fórmico o metanoico es HCOOH.
• El grupo funcional de los ácidos carboxílicos, es el carboxilo (-COOH)

10. La reacción de condensación del grupo carboxílico de un aminoácido y el grupo amino de otra molécula da lugar a la formación de:

Respuesta: c. Las dos respuestas anteriores son correctas

Razonamiento: La reacción de condensación entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-NH2) de otro aminoácido forma un enlace peptídico (-CO-NH-) y libera una molécula de agua. El compuesto resultante, que contiene el enlace peptídico, es una amida.

Bloque 2

1. Se tienen dos disoluciones acuosas, una de ácido salicílico HA ($K_a = 10^{-3}$) y otra de ácido benzoico HC ($K_a = 2 \\cdot 10^{-5}$). Si la concentración de los dos ácidos es la misma, contesta razonadamente a las preguntas:

a. ¿Cuál de los dos ácidos es más débil?

El ácido más débil es el que tiene la menor constante de acidez ($K_a$). Comparando los valores:

• Ácido salicílico: $K_a = 10^{-3}$
• Ácido benzoico: $K_a = 2 \\cdot 10^{-5}$

$2 \\cdot 10^{-5} < 10^{-3}$, por lo tanto, el ácido benzoico es el más débil.

b. ¿Cuál de los dos ácidos tiene un grado de disociación mayor?

El ácido con mayor grado de disociación es el ácido más fuerte (mayor $K_a$). Por lo tanto, el ácido salicílico tiene un grado de disociación mayor.

c. ¿Cuál de las dos disoluciones da un valor menor de pH?

Un menor valor de pH indica una mayor acidez (mayor concentración de iones $H^+$). El ácido más fuerte (ácido salicílico) se disociará más, generando una mayor concentración de $H^+$ y, por lo tanto, un pH menor.

d. ¿Cuál de las dos bases conjugadas es más débil?

La base conjugada de un ácido fuerte es débil, y la base conjugada de un ácido débil es relativamente más fuerte. Dado que el ácido salicílico es el ácido más fuerte, su base conjugada será la más débil.

2. A 425 ºC la Kc del equilibrio: $I_2(g) + H_2(g) \\rightleftharpoons 2HI(g)$, tiene un valor de 54,8.

a. Indicar en qué sentido se desplazará la reacción si en un recipiente de 10 L se introducen 12,69 g de I2, 1,01 g de H2 y 25,58 g de HI y se calienta hasta 425 ºC.

Primero, calculamos las concentraciones iniciales de cada especie:

• $[I_2] = \\frac{12.69 g}{253.8 g/mol \\cdot 10 L} = 0.005 M$
• $[H_2] = \\frac{1.01 g}{2.02 g/mol \\cdot 10 L} = 0.05 M$
• $[HI] = \\frac{25.58 g}{127.9 g/mol \\cdot 10 L} = 0.02 M$

Luego, calculamos el cociente de reacción, Q:

$Q = \\frac{[HI]^2}{[I_2][H_2]} = \\frac{(0.02)^2}{(0.005)(0.05)} = 1.6$

Comparamos Q con Kc:

• $Q = 1.6$
• $K_c = 54.8$

Como $Q < K_c$, la reacción se desplazará hacia la derecha (hacia la formación de productos, HI) para alcanzar el equilibrio.

b. Calcular las concentraciones de I2, H2 y HI cuando se alcance el equilibrio a la temperatura dada.

Planteamos el equilibrio con las concentraciones iniciales y los cambios (x):

	$I_2$	$H_2$	$2HI$
Inicial	0.005	0.05	0.02
Cambio	-x	-x	+2x
Equilibrio	0.005-x	0.05-x	0.02+2x

Sustituimos en la expresión de Kc:

$K_c = \\frac{[HI]^2}{[I_2][H_2]} = \\frac{(0.02 + 2x)^2}{(0.005 - x)(0.05 - x)} = 54.8$

Resolvemos la ecuación cuadrática:

$54.8(0.005 - x)(0.05 - x) = (0.02 + 2x)^2$ $54.8(0.00025 -0.055x + x^2)= 0.0004 + 0.08x + 4x^2$ $0.0137 - 3.014x + 54.8x^2 = 0.0004 + 0.08x + 4x^2$ $50.8x^2 -3.094x + 0.0133 = 0$

Resolviendo la ecuación cuadrática, la solución correcta es:

$x = 0.0047$

Las concentraciones en el equilibrio son: $[I_2] = 0.005 M-0.0047M= 3,00 \\cdot 10^{-4}M$ $[H_2] = 0.05M -0.0047M= 4.53 \\cdot 10^{-2}M$ $[HI] = 0.02M +2 \\cdot 0.0047M = 2.94 \\cdot 10^{-2}M$

c. Calcular el valor de Kp.

La relación entre Kp y Kc es:

$K_p = K_c(RT)^{\\Delta n}$

Donde:

• $R = 0.082 \\frac{atm \\cdot L}{mol \\cdot K}$ (constante de los gases ideales)
• $T = 425 °C = 698 K$ (temperatura en Kelvin)
• $\\Delta n$ = (moles de productos gaseosos) - (moles de reactivos gaseosos) = 2 - (1 + 1) = 0

Como $\\Delta n = 0$, entonces:

$K_p = K_c(RT)^0 = K_c = 54.8$