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EJERCICIOS QUÍMICA 2º BACHILLERATO NAVIDADES 2013-2014

Cuestión 1B.- Fase General Septiembre 2009-2010 Considere las dos reacciones siguientes en las que todas las especies son gases ideales:

(I) A 2 B + C (II) 2 X Y + Z a) Escriba para cada una de ellas la relación existente entre su variación de entalpía y su

variación de energía interna. b) Indique razonadamente cuál de ellas tendrá mayor variación de entropía.

SOLUCIÓN

a) 0 AH = AU + W AH = AU + An R T. (I) AH = AU + 2 R T; (II) AH = AU + 0 R T

AH = AU

b) La primera reacción tiene una variación de entropía mayor ya que se pasa de 1 mol gas a 3 moles gas, mientras que la segunda reacción la variación de entropía es 0, ya que hay dos moles gas en reactivos y dos moles gas en productos.

Cuestión 2B.- Fase Específica Junio 2009-2010 El dióxido de nitrógeno es un gas de color rojizo que reacciona consigo mismo (se dimeriza) para dar lugar al tetraóxido de dinitrógeno, que es un gas incoloro. Se ha comprobado que una mezcla a 0 ºC es prácticamente incolora mientras que a 100 ºC tiene coloro rojizo. Teniendo esto en cuenta:

a) Escriba la reacción que tiene lugar. b) Justifique si la reacción es exotérmica o endotérmica. c) ¿Qué cambio de color se apreciará a 100 ºC si se aumenta la presión del sistema? d) Justifique si se modificará el color de la mezcla si, una vez alcanzado el equilibrio, se

añade un catalizador.

SOLUCIÓN a) 2 NO2 (g) N2O4 (g) b) El paso de NO2 a N2O4, es un proceso exotérmico, ya que hay claramente una bajada

de temperatura (100 ºC 0 ºC). c) Si aumentamos la presión del sistema el equilibrio se desplazará hacia donde menos

moles haya, por tanto hacia el N2O4, luego se apreciará un cambio de color de rojo a blanco.

d) Un catalizador no altera al equilibrio una vez que este se ha alcanzado, por tanto no se dará ningún cambio de color.

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Cuestión 1B.- Fase General Junio 2009-2010 H El diagrama energético adjunto corresponde a una reacción química A B + C, para la cual AS = 60 J·K-1 y el valor absoluto de la variación de entalpia es AH = 45 KJ. A

a) Justifique si la reacción es espontánea a 25 ºC. b) Indique si un aumento de temperatura aumentará más B+C

La velocidad de la reacción directa A B+C o de la reacción inversa B+C A.

reacción

SOLUCIÓN

a) El diagrama indica que la reacción directa es exotérmica, por tanto AH = -45 KJ y le

valor de AS = 60 J·K-1, si aplicamos la fórmula, tenemos: AG = AH – T AS

AG = -45 KJ – (298 K · 0,060 KJ·K-1)= -45 KJ -17,88 KJ = -62,88 KJ, por tanto al ser un

valor negativo el proceso es espontáneo.

b) La reacción directa es exotérmica y la inversa endotérmica, por tanto un aumento de

temperatura favorecerá más a la reacción endotérmica, es decir a la inversa.

Cuestión 3.- Junio 2008-2009 Justifique si son verdaderas o falsas cada una de las afirmaciones siguientes:

a) La presencia de un catalizador afecta a la energía de activación de una reacción química, pero no a la constante de equilibrio.

b) En una reacción con AH<0, la energía de activación del proceso directo (Ea) es siempre menor que la del proceso inverso (Ea´).

c) Una vez alcanzado el equilibrio en la reacción del apartado anterior, un aumento de temperatura desplaza el equilibrio hacia los reactivos.

d) Alcanzado el equilibrio, las constantes cinéticas de los procesos directo e inverso son siempre iguales.

SOLUCIÓN a) CIERTO, el catalizador baja la energía de activación (catalizador positivo) o bien la sube

(catalizador negativo o inhibidor), pero una vez alcanzado el equilibrio no lo altera y

por tanto la constante de equilibrio no se ve afectada.

b) CIERTO, en una reacción exotérmica la energía de activación es siempre menor que la

del proceso inverso (endotérmico), según se ve en la grafica: H

A Ea

Ea´ B

reacción

c) CIERTO, La reacción directa es exotérmica y por tanto la inversa será endotérmica, un

aumento de temperatura favorecerá a la endotérmica, desplazándose el proceso hacia

los reactivos.

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d) FALSO, en el equilibrio lo que son iguales son las velocidades de los procesos directo e

inverso, pero no las constantes cinéticas.

Problema 2 Opción A.- Junio 2008-2009 El pentacloruro de fósforo se descompone con la temperatura dando tricloruro de fósforo y cloro. Se introducen 20,85 gramos de pentacloruro de fósforo en un recipiente de 1 L y se calientan a 250 ºC hasta alcanzar el equilibrio. A esa temperatura todas las especies están en estado gaseoso y la constante de equilibrio Kc vale 0,044

a) Formule y ajuste la reacción que tiene lugar. b) Obtenga la concentración en mol·L-1 de cada una de las especies de la mezcla gaseosa

a esa temperatura. c) ¿Cuál será la presión en el interior del recipiente? d) Obtenga la presión parcial de Cl2.

DATOS: Masas atómicas: P = 31,0; Cl = 35,5

SOLUCIÓN

a) PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g) 20,85 g b) M.M PCl5 = 208,5 g·mol-1; moles iniciales de PCl5 = = 0,1 moles

208,5 g·mol-1

PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g)

n. iniciales 0,1 0 0

n. equilibrio 0,1-x x x

0,1-x x x [equilibrio]

1 1 1 [PCl3 ] · [Cl2 ] x

2 Si aplicamos la ley de acción de masas, tenemos: Kc = 0,044=

[PCl5] 0,1-x Realizando operaciones sale la ecuación x2 + 0,044x – 0,0044 y los resultados son un valor negativo (no se tiene en cuenta) y el otro valor es x = 0,0479 moles. 0,1 - x [PCl5] = = 0,1 – 0,0479 = 0,052 mol · L-1; [PCl3]= [Cl2] = x = 0,0479 mol · L-1

1 La constante de equilibrio tiene unidades mol·L-1 aunque el ejercicio no las de.

c) PT · 1 = nT · R · T; PT = (0,052 + 2 · 0,0479) · 0,082 · 523 PT = 6,34 atm.

d) Pi · 1 = ni · R · T; PCL2= 0,0479 · 0,082 · 523 PCL2 = 2,05 atm

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Cuestión 5.- Septiembre 2007-2008 Para el siguiente compuesto: CH3 – C = CH – CH3

CH3

a) Indique su nombre sistemático.

b) Escriba su reacción con yoduro de hidrógeno e indique el nombre del producto mayoritario.

c) Formule y nombre los isómeros de posición del compuesto del enunciado.

SOLUCIÓN a) 2-metil, 2-buteno.

b) CH3 – C = CH – CH3 + HI CH3 – CI – CH2 – CH3. R. adición a doble enlace

CH3 CH3

2-yodo, 2-metil, butano

c) CH3 – CH – CH = CH2 3-metil, 1-buteno CH3

CH2 = C – CH2 – CH3 2-metil, 1-buteno CH3

Problema 1 Opción A.- Septiembre 2007-2008 Para la reacción de hidrogenación del eteno (CH2 = CH2), determine:

a) La entalpía de la reacción a 298 K. b) El cambio de la energía de Gibbs de reacción a 298 K. c) El cambio de entropía de reacción a 298 K. d) El intervalo de temperatura para el que dicha reacción no es espontánea.

DATOS A 298 k CH2 = CH2 CH3 – CH3

AHfº (KJ·mol-1) 52,3 -84,7

AGfº (KJ·mol-1) 68,1 -32,9

SOLUCIÓN

a) CH2 = CH2 + H2 CH3 – CH3

AHºREACCIÓN = ∑ n. AHfº PRODUCTOS - ∑ n. AHfº REACTIVOS AHºREACCIÓN = -84,7 KJ -52,3 KJ

= -137 KJ

b) AGºREACCIÓN = ∑ n. AGfº PRODUCTOS - ∑ n. AGfº REACTIVOS AGºREACCIÓN = -32,9 KJ -68,1 KJ

= -101 KJ

AHº - AGº -137 KJ – (-101 KJ) c) AGº = AHº - T ASº ASº = = = -0,1208 KJ · K-1 = -120,8 J·K-1

T 298 K

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d) AGº = AHº - T ASº. Si analizamos los signos vemos que:

AGº = (-) - [(+) (-)] AGº = (-) – (-) AGº = (-) + (+). Para que el proceso no sea

espontáneo, el término T·ASº>AHº, por tanto, calcularemos la temperatura de

equilibrio y por encima de esa temperatura la reacción no será espontánea:

AHº -137 KJ AGº = AHº - T ASº; 0 = AHº - T ASº; T ASº = AHº T = =

ASº -0,1208 KJ · K-1 T = 1134,1 K. Esta es la temperatura de equilibrio y por tanto, por encima de este valor el proceso dejará de ser espontáneo (T> 1134,1 K)

Problema 1 Opción B.- Septiembre 2007-2008 El valor de la constante de equilibrio a 700 K para la reacción 2HI (g) H2 (g) + I2 (g) es 0,0183. Si se introducen 3,0 moles de HI en un recipiente de 5 L que estaba vacío y se deja alcanzar el equilibrio:

a) ¿Cuántos moles de I2 se forman? b) ¿Cuál es la presión total? c) ¿Cuál será la concentración de HI en el equilibrio si a la misma temperatura se

aumenta el volumen al doble? SOLUCIÓN

a) 2HI (g) H2 (g) + I2(g)

n. iniciales 3,0 0 0

n. equilibrio 3 – 2x x x

3 – 2x x x [equilibrio] 5 5 5

x x [H2] [I2] 5 5 x2

Kc = 0,0183 = 0,0183 = [HI]2 3 – 2x 2 (3 – 2x)2

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Ahora se puede aplicar la raíz cuadrada a los dos miembros de la igualdad y tendremos

X2 x 0,0183 = 0,1353 = 0,4059 – 0,2706 x = x (3 – 2x)2 3 – 2x

X = 0,32 moles moles de I2 = X = 0,32 moles.

b) moles de I2 = moles H2 = X = 0,32 moles; moles de HI = 3 – 2x = 3 – 2·0,32 = 2,36 moles

n. totales en el equilibrio = 2,36 + 2·0,32 = 2,36 + 0,64 = 3. Aplicamos la fórmula:

PT · V = n · R · T; PT · 5 = 3 · 0,082 · 700 PT = 34,44 atm

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c) 2HI (g) H2 (g) + I2(g)

3 – 2x x x [equilibrio] Pero hemos visto que el volumen no 10 10 10 influye en el cálculo de x, por tanto el valor de x seguirá siendo el mismo, 0,32 moles, pero si se modificará la concentración de los tres gases, ya que

el volumen se duplica:

3 – 2x 3 – 2· 0,32 [HI] = = = 0,236 mol·L-1. No es necesario hacer todo esto, 10 10 ya que si el volumen se duplica, la la concentración del apartado a) se reduce a la mitad