Examen de Química de selectivitat — Illes Balears 2025

Química Model 1

L'examen està format per 5 preguntes. La primera pregunta és obligatòria, mentre que a les preguntes 2, 3, 4 i 5 només s'ha de respondre un dels dos apartats proposats. S'avaluarà la coherència, la cohesió i la correcció gramatical, lèxica i ortogràfica, així com la presentació de les respostes.

Es requereix utilitzar bolígraf de tinta blava o negra. Es pot fer servir la taula periòdica adjunta i una calculadora convencional (no programable).

Cada pregunta val 2 punts. Temps disponible: 90 minuts.

Exercici 1 (Pregunta 1. 2 punts) (obligatòria)

El premi Nobel de Química de l'any 2024 va ser concedit conjuntament a l'investigador David Baker, pel disseny computacional de proteïnes, i als investigadors Demis Hassabis i John M. Jumper, per la predicció de l'estructura de proteïnes (figura 1). Un dels aminoàcids que formen part de les proteïnes dels éssers vius és l'alanina (figura 2).

[Figura: Figura 1 mostra els tres guanyadors del Nobel de Química 2024: David Baker, Demis Hassabis i John M. Jumper. Figura 2 mostra l'estructura química de l'alanina: H₃C unida a un carboni central que porta un grup NH₂, un H i un grup COOH (àcid carboxílic amb doble enllaç C=O i OH)]

a) Determina el pes molecular de l'alanina.

b) Identifica dos grups funcionals presents a la molècula de l'alanina.

c) Formula o anomena els composts següents:
i) NH₄Cl
ii) Àcid nítric

d) En el laboratori, es pretén valorar un àcid feble monopròtic del tipus RCOOH de concentració desconeguda amb una dissolució de NaOH 0,5 M. Explica el procediment experimental que seguiries per dur a terme la valoració àcid-base.

Exercici 2 (Pregunta 2. Contesta només un dels dos apartats: 2A o 2B)

2A. (2 punts) L'àcid hipoclorós (HClO) és considerat un desinfectant molt potent i, per aquest motiu, és àmpliament utilitzat per a la desinfecció en molts de centres sanitaris arran de la covid. Aquest àcid, molt sovint, s'utilitza en dissolucions de concentració 0,05 M.

a) Calcula la constant d'acidesa de l'àcid hipoclorós, sabent que a 25 °C una dissolució aquosa 0,30 M d'aquest àcid té un pH de 4,02.

b) Es valoren 40 mL d'una dissolució de HClO 0,05 M amb una dissolució d'hidròxid de sodi (NaOH) de concentració 0,1 M.
i) Escriu la reacció de neutralització de l'àcid hipoclorós.
ii) Calcula el volum de NaOH 0,1 M necessari per assolir el punt d'equivalència en la valoració anterior.

2B. (2 punts) La molècula de diclor (Cl₂) en estat gasós és un compost de gran importància en la indústria química. Un dels mètodes d'obtenció de diclor gasós és a partir de l'oxidació d'àcid clorhídric (HCl) amb àcid nítric (HNO₃). S'obtenen, a més del Cl₂, NO₂ i aigua.

a) Escriu i ajusta pel mètode de l'ió-electró la reacció química, en forma iònica, que té lloc en aquest procés.

b) Calcula el volum de Cl₂, en litres, que s'obtendrà, a 25 °C i a 1 atm, si es fan reaccionar 500 mL d'una dissolució de HCl 2 M amb HNO₃ en excés, suposant un rendiment de la reacció del 80%.

Exercici 3 (Pregunta 3. Contesta només un dels dos apartats: 3A o 3B)

3A. (2 punts) Considera les espècies següents: Na, CH₄, KCl i H₂O.

Selecciona l'espècie química que:

a) presenta interaccions de van der Waals i és un gas a temperatura ambient;

b) presenta una elevada conductivitat elèctrica quan es troba en estat sòlid;

c) presenta interaccions tipus enllaç d'hidrogen i es troba en estat líquid a temperatura ambient;

d) és bon conductor de l'electricitat quan es troba en dissolució, però és molt mal conductor en estat sòlid.

En tots els casos justifica, de manera raonada, l'elecció de l'espècie química seleccionada.

3B. (2 punts) Donats els ions F⁻ i O²⁻, justifica si les afirmacions següents són vertaderes o falses:

a) Els dos ions tenen el mateix nombre de protons.

b) Aquestes dues espècies són isoelectròniques.

c) Els dos ions són isòtops del neó (Ne).

d) La molècula F₂O és apolar.

Exercici 4 (Pregunta 4. Contesta només un dels dos apartats: 4A o 4B)

4A. (2 punts) L'òxid de coure (I) (Cu₂O) fou la primera substància utilitzada com a semiconductor abans de la implantació dels derivats del silici. Actualment encara té múltiples aplicacions industrials com a pigment, fungicida, antiincrustant, etc. Aquest compost es pot obtenir a partir de la descomposició de l'òxid de coure (II) (CuO) mitjançant la següent reacció química ajustada:

$$4 \text{ CuO (s)} \rightleftharpoons 2 \text{ Cu}_2\text{O (s)} + \text{O}_2 \text{ (g)} \quad \text{amb } \Delta H^\circ < 0$$

En un recipient, inicialment buit, de 2 L de capacitat, s'introdueixen 4,90 g de CuO i s'escalfa fins a una temperatura de 1.025 °C; quan s'assoleix l'equilibri químic, la pressió total dins el recipient és de 0,5 atm.

a) Calcula els mols de O₂ que s'hauran format.

b) Calcula els valors de Kₚ i Kc.

c) Si el mateix procés es repeteix dins un recipient d'1 L de capacitat, mantenint tots els altres paràmetres constants, s'obtendrà més o menys quantitat de Cu₂O? Justifica la resposta.

4B. (2 punts)

a) Formula els composts següents:
i) pentanal
ii) pentan-2-ona

b) Indica, de manera raonada, per a cada parell de composts orgànics, si aquests composts són isòmers. En cas afirmatiu, explica el tipus d'isomeria que es dona en cada un dels casos:
i) n-butà i 2-metilpropà
ii) 1-cloropropà i 2-cloropropà
iii) etanol i etanal

Exercici 5 (Pregunta 5. Contesta només un dels dos apartats: 5A o 5B)

5A. (2 punts) El metanol (CH₃OH), a més de ser emprat per a la síntesi d'altres composts químics, s'utilitza principalment per elaborar combustibles, dissolvents i anticongelants. El metanol es pot obtenir industrialment a partir de CO i H₂, mitjançant el procés químic següent:

$$\text{CO (g)} + 2\text{H}_2 \text{ (g)} \rightarrow \text{CH}_3\text{OH (g)}$$

Considerant les reaccions químiques següents:

i) $\text{CO (g)} + 1/2 \text{ O}_2 \text{ (g)} \rightarrow \text{CO}_2 \text{ (g)}$ $\Delta H_\text{I}^\circ = -283{,}0 \text{ kJ mol}^{-1}$

ii) $\text{CH}_3\text{OH (g)} + 3/2 \text{ O}_2 \text{ (g)} \rightarrow \text{CO}_2 \text{ (g)} + 2 \text{ H}_2\text{O (g)}$ $\Delta H_\text{II}^\circ = -764{,}4 \text{ kJ mol}^{-1}$

iii) $\text{H}_2 \text{ (g)} + 1/2 \text{ O}_2 \text{ (g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O (g)}$ $\Delta H_\text{III}^\circ = -285{,}8 \text{ kJ mol}^{-1}$

a) Calcula l'entalpia de la reacció d'obtenció del metanol a partir de CO i H₂.

b) Quina quantitat d'energia se cedirà o s'absorbirà per obtenir 1 kg de metanol?

5B. (2 punts) El diòxid de sofre (SO₂) s'origina principalment durant la combustió de combustibles fòssils que contenen sofre, tot i que també es pot produir a partir de la descomposició del triòxid de sofre (SO₃) segons la següent reacció química ajustada:

$$\text{SO}_3 \text{ (g)} \rightleftharpoons \text{SO}_2 \text{ (g)} + \frac{1}{2} \text{ O}_2 \text{ (g)}$$

a) Calcula l'entalpia de la reacció anterior a 298 K.

b) Si se sap que el valor de l'entropia ($S^\circ$), a 298 K, per a l'anterior reacció química és de 94,8 J K⁻¹mol⁻¹; indica, de manera raonada, si aquesta reacció és espontània a la temperatura esmentada.

c) A la fitxa de seguretat del compost SO₂ apareix el pictograma següent. Indica'n el significat.

[Figura: Pictograma de perill amb forma de rombe vermell amb vora vermella, que mostra un símbol de corrosió (líquid vessant sobre una mà i una superfície)]

Dades: Entalpies estàndard de formació a 298 K:
$\Delta H_\text{f}^\circ (\text{SO}_3, \text{g}) = -395{,}2 \text{ kJ mol}^{-1}$; $\Delta H_\text{f}^\circ (\text{SO}_2, \text{g}) = -296{,}1 \text{ kJ mol}^{-1}$