Examen de Química de selectivitat — C. Valenciana 2022

QUÍMICA – JULIO 2022

BAREM DE L'EXAMEN: L'examen consta de dos blocs: bloc I de quatre problemes (se n'han de contestar únicament 2) i un bloc II de sis qüestions (se n'han de contestar únicament 3). Cada problema o qüestió té una puntuació màxima de 2 punts. Únicament es corregiran els dos primers problemes i les tres primeres qüestions contestades en l'examen escrit. Es permet l'ús de calculadores sempre que no siguen gràfiques o programables i que no puguen realitzar càlcul simbòlic ni emmagatzemar text o fórmules en memòria.

---

Bloc I: PROBLEMES (cal triar-ne 2)

Exercici 1 (Problema 1 · Càlculs estequiomètrics)

El ferro metàl·lic es dissol en dissolucions d'àcid clorhídric, d'acord amb l'equació química (no ajustada) següent:

$$\text{Fe(s)} + \text{HCl(aq)} \rightarrow \text{FeCl}_3\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}$$

Una peça de Fe pur es va dissoldre en 250,0 mL d'una dissolució de HCl 0,230 M. Després de la reacció es va determinar que la concentració de HCl havia disminuït fins a 0,146 M.

a) Ajusteu l'equació química i calculeu la massa (en g) de Fe metàl·lic que va reaccionar. (1 punt)

b) Calculeu la concentració molar de FeCl₃ en la dissolució final. (0,4 punts)

c) Calculeu el volum (en litres) de dihidrogen generat, mesurat a 740 mmHg i 25 °C. (0,6 punts)

Dades: masses atòmiques relatives: H = 1,0; Cl = 35,5; Fe = 55,8. $R = 0,082~\text{atm·L·mol}^{-1}\text{·K}^{-1}$; 1 atm = 760 mmHg.

---

Exercici 2 (Problema 2 · Equilibri químic)

En un reactor d'1 litre de capacitat, s'hi introdueixen 0,1 mol de PCl₅ i es calfa a 250 °C. A aquesta temperatura es produeix la dissociació del PCl₅, segons l'equació química:

$$\text{PCl}_5\text{(g)} \rightleftharpoons \text{PCl}_3\text{(g)} + \text{Cl}_2\text{(g)}$$

Una vegada aconseguit l'equilibri, el percentatge de dissociació del PCl₅ és del 48 %. Calculeu:

a) La pressió total a l'interior del reactor una vegada aconseguit l'equilibri. (0,7 punts)

b) El valor de les constants $K_p$ i $K_C$ a la temperatura de treball. (0,8 punts)

c) Indiqueu raonadament si, en disminuir el volum del reactor a la meitat, tot mantenint la temperatura constant, el percentatge de dissociació del PCl₅ augmentarà o disminuirà. (0,5 punts)

Dada: $R = 0,082~\text{atm·L·K}^{-1}\text{·mol}^{-1}$.

---

Exercici 3 (Problema 3 · Química àcid-base)

En un laboratori es disposa dels següents àcids monopròtics: àcid cloroetanoic $K_a = 1,51 \cdot 10^{-3}$, àcid làctic $K_a = 1,48 \cdot 10^{-4}$, àcid propanoic $K_a = 1,32 \cdot 10^{-5}$, àcid etanoic $K_a = 1,78 \cdot 10^{-5}$.

a) Es mesura el pH d'una dissolució 0,1 M d'un dels àcids, i s'obté un valor de 2,42. Tenint en compte les dades subministrades, identifiqueu de quin àcid es tracta. (1 punt)

b) Una dissolució de l'àcid més feble dels que figuren en la llista anterior té un pH 3,52. Quina concentració molar té? (1 punt)

---

Exercici 4 (Problema 4 · Reaccions redox. Càlculs estequiomètrics)

En un medi àcid, el peròxid d'hidrogen, H₂O₂, reacciona amb el permanganat de potassi, KMnO₄, d'acord amb la reacció (no ajustada) següent:

$$\text{H}_2\text{O}_2\text{(aq)} + \text{KMnO}_4\text{(aq)} + \text{H}_2\text{SO}_4\text{(aq)} \rightarrow \text{O}_2\text{(g)} + \text{MnSO}_4\text{(aq)} + \text{K}_2\text{SO}_4\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O(l)}$$

a) Escriviu la semireacció d'oxidació i la de reducció, així com l'equació química global ajustada. (1 punt)

b) Per a determinar el contingut en H₂O₂, 50,0 mL d'una mostra d'aigua oxigenada, que contenia un excés de H₂SO₄, es van fer reaccionar amb una dissolució de KMnO₄ de concentració 0,225 mol·L⁻¹. Es van necessitar 24,0 mL de la dissolució de KMnO₄ perquè la reacció es completara. Calculeu la concentració de H₂O₂ (en mol·L⁻¹) en l'aigua oxigenada analitzada. (1 punt)

---

Bloc II: QÜESTIONS (cal triar-ne 3)

Exercici 5 (Qüestió 1 · Configuració electrònica. Propietats atòmiques i periòdiques)

Responeu raonadament les qüestions següents:

a) Quin àtom té major la primera energia d'ionització, el calci (Z = 20) o el germani (Z = 32)? (0,7 punts)

b) Quin àtom té major electronegativitat, el potassi (Z = 19) o l'arsènic (Z = 33)? (0,7 punts)

c) Quin àtom té major radi, el magnesi (Z = 12) o el clor (Z = 17)? (0,6 punts)

---

Exercici 6 (Qüestió 2 · Estructura molecular. Estructures electròniques de Lewis)

a) Dibuixeu l'estructura electrònica de Lewis de la molècula de diclorodifluorometà o freó–12 (CCl₂F₂) i del metanal o formaldehid (H₂CO). (0,6 punts)

b) Indiqueu la hibridació de l'àtom de C en cadascuna d'aquestes espècies químiques. (0,4 punts)

c) Deduïu la geometria de totes dues molècules. (0,6 punts)

d) Discutiu la polaritat de cadascuna de les molècules. (0,4 punts)

Dades: Nombres atòmics, Z: H = 1; C = 6; O = 8; F = 9; Cl = 17.
Electronegativitats (Pauling): H = 2,20; C = 2,55; O = 3,44; F = 3,98. Cl = 3,16.

---

Exercici 7 (Qüestió 3 · Química redox)

Al laboratori es disposa de làmines de plata, coure i zinc, així com de dissolucions aquoses, de concentració 1 M, de les sals AgNO₃, Cu(NO₃)₂ i Zn(NO₃)₂. Responeu raonadament les qüestions següents:

a) Quin dels tres metalls és un reductor més fort? (0,6 punts)

b) Construïm una pila amb un elèctrode format per una làmina de Ag metàl·lica submergida en la dissolució d'AgNO₃ i un altre que està format per una làmina de Zn submergida en la dissolució de Zn(NO₃)₂. Quin dels elèctrodes funciona com a ànode i quin com a càtode de la pila? Quin és el potencial estàndard de la pila formada? (0,8 punts)

c) Considerant la pila de l'apartat anterior, discutiu si la làmina de zinc que actua com a elèctrode augmenta o disminueix de massa a mesura que avança la reacció. (0,6 punts)

Dades: Potencials de reducció estàndard, $E^o$ (V): Ag⁺|Ag = + 0,80; Cu²⁺|Cu = + 0,34; Zn²⁺|Zn = – 0,76.

---

Exercici 8 (Qüestió 4 · Química àcid-base)

Al laboratori es disposa de quatre dissolucions: A (HCl 0,1 M), B (NaOH 0,1 M), C (HF 0,1 M) i D (NH₃ 0,1 M). Discutiu raonadament si les afirmacions següents són vertaderes o falses: (0,5 punts cada apartat)

a) El pH de la dissolució A és major que el de la dissolució C.

b) Quan es mesclen 50 mL de la dissolució A amb 25 mL de la dissolució B s'obté una dissolució bàsica.

c) El pH de la dissolució B és major que el de la dissolució D.

d) Quan es mesclen 50 mL de la dissolució A amb 50 mL de la dissolució D s'obté una dissolució neutra.

Dades: $K_a$ (HF) = $6,6 \cdot 10^{-4}$; $K_b$ (NH₃) = $1,8 \cdot 10^{-5}$; $K_W = 10^{-14}$.

---

Exercici 9 (Qüestió 5 · Cinètica química)

La cinètica de la descomposició del peròxid d'hidrogen, H₂O₂, en reaccionar amb l'ió iodur, I⁻, és de primer ordre tant respecte del H₂O₂ com del I⁻. Discutiu raonadament si les afirmacions següents són vertaderes o falses: (0,5 punts cada apartat)

a) Un augment en la concentració de H₂O₂ no té cap efecte sobre la velocitat de reacció.

b) Quan augmenta la temperatura a la qual es produeix la descomposició del peròxid d'hidrogen, augmenta la velocitat de la reacció.

c) La variació en la concentració de l'ió iodur afecta més el valor de la velocitat de reacció que la variació de la concentració de H₂O₂.

d) La velocitat de la reacció es duplica en duplicar el volum del reactor, mantenint constant la temperatura.

---

Exercici 10 (Qüestió 6 · Reactivitat i formulació orgànica)

Per a cadascuna de les reaccions següents, escriviu la fórmula dels reactius orgànics, completeu les reaccions i anomeneu els compostos orgànics resultants. (0,5 punts cada apartat)

a) 2-butè (o but-2-è) + bromur d'hidrogen $\longrightarrow$

b) 3-pentanol (o pentan-3-ol) $\xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4, \text{ calor}}$

c) 1-butanol (o butan-1-ol) + àcid 2-metilpropanoic $\xrightarrow{\text{H}^+}$

d) Butanona $\xrightarrow{\text{LiAlH}_4 \text{ (reductor)}}$