1Q u í m i c a

2Q u í m i c a

3Q u í m i c a

4Q u í m i c a

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COMUNITAT VALENCIANA MODELO CURSO 20092010

S O L U C I Ó N D E L A P R U E B A D E A C C E S OAUTOR: Julio Egea Egea

Cuestión 1a) Se realizan las respectivas configuraciones electrónicas:

X (Z � 20): 1s22s2p63s2p64s2

Y (Z � 35): 1s22s2p63s2p6d104s2p5

Z (Z � 37): 1s22s2p63s2p6d104s2p65s1

La energía de ionización (EI) o potencial de ionización(PI) es la energía necesaria que hay que proporcionar aun átomo en estado fundamental y gaseoso, para arran-car el último electrón de una capa de valencia.

Un átomo poseerá tantos valores de energía de ioniza-ción como número de electrones tenga.

La primera energía de ionización es la energía paraarrancar el último electrón de la capa más exterior, suvalor es el menor de todas las demás pues los electro-nes de valencia estarán menos atraídos por el núcleo.

La energía de ionización aumenta al subir en un grupo yal desplazarse a la derecha en un periodo, es decir, esmayor cuanto mas arriba y a la derecha de la tablaperiódica esta el elemento químico.

Por lo tanto: Z � X � Y

b) Estos átomos pueden formar iones para tomar estructu-ra de capa completa, y conseguir mayor estabilidadenergética, los átomos X e Y tenderán a dar los electro-nes de valencia mientras que el átomo Z tenderá aincorporar a su estructura un electrón para completarla.

Los iones más probables serán: X2�y Y�.

X2� � Y� → X2� � 2 Y� → XY2

Problema 2a) Se plantea la reacción y se ajusta por el método del ion

electrón:

HCl (aq) � MnO2 (s) → Cl2 (g) � MnCl2 (s) � H2O (g)1� 4� 0 2�

HCl � MnO2 → Cl2 � MnCl2 � H2O

Se plantean las ecuaciones iónicas: 0

2 Cl� � 2 e� → Cl2 reacción de oxidación

(pérdida de electrones)

MnO2 � 4 H�� 2 e� → Mn2� � 2 H2O reacción de reducción

(ganancia de electrones)

2 Cl� � MnO2 � 4 H� → Cl2 � Mn2� � 2 H2O

Los 4 protones se van a utilizar en el HCl.

Pasando los iones a las especies moleculares de proce-dencia y reordenando el ajuste definitivo queda:

4 HCl (aq) � MnO2 (s) → Cl2 (g) � MnCl2 (s) � 2 H2O (g)

b)

n � � � 0,268 mol de Cl2

0,268 mol de Cl2 � � � �

� 0,099 2 L de HCl � 99,2 mL de HCl

Cuestión 3Aa) Se aplica el Principio de Le Châtelier: «El equilibrio ante

una perturbación externa evolucionará en el sentido decontrarrestarla».

a1) Se trata de un equilibrio heterogéneo donde el C essólido y su concentración permanece constante, portanto al aumentar la cantidad de C, el equilibrio no sealtera y no afecta a la producción de hidrógeno.

La adición de C no afecta a la producción dehidrógeno siempre que exista C sólido en el equilibrio.

a2) Cómo afecta el aumento de temperatura: como �H espositivo, la reacción es endotérmica, necesita calor, portanto, si se le comunica calor evolucionará en el sentidode disminuirlo, es decir, hacia productos.

4 mol de HCl

1 mol de Cl2

1 L

12 mol de HCl10090

pV

RT1 atm � 6 L

0,082atm LK mol

� 273 K

Opción A

Masasmoleculares(uma)

36,5 86,9 35,5 125,9 18

Reacción 4 HCl � MnO2 → Cl2 � MnCl2�2 H2O

Masasreaccionantes(gramos)

146 86,9 35,5 125,9 36

Datos ? ?6 L

1atm0˚C

C (s) � H2O (g) �� CO (g) � H2 (g)�H � �131,2 kJ mol�1

�S � �134,1 J K�1 mol�1

Se añade reactivo sólido Productos

Evolución: sin alteración

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El aumento de temperatura favorece la producción dehidrógeno.

a3) Cómo afecta la reducción del volumen del recipiente:Disminuir el volumen del reactor, a temperatura cons-tante, supone un aumento de la presión del reactor. Portanto, ante un aumento de presión, este equilibrio, evo-lucionará en el sentido de contrarrestar dicho aumento,es decir, hacia donde hay menor presión y, eso ocurre,en la zona de los reactivos pues allí hay 1 mol de gas, yla presión parcial de estos es menor que la de los pro-ductos donde hay 2 mol de gases, por ello el equilibriose desplazará hacia los reactivos.

La disminución del volumen del reactor, a temperaturaconstante no favorece la producción de hidrógeno.

b) Se puede determinar la espontaneidad de un propduc-to a partir de su �G:

�G � �H � T �S

Para que sea espontánea se debe cumplir que �G � 0,es decir, �H � T �S � 0.

Se calcula el valor de T para el cual la reacción es espon-tánea. Para ello se despeja T y aplicando los valores deesta reacción queda:

T � � � 978,37 K

Para valores de la temperatura superiores a 978,37 K lareacción es espontánea.

Problema 4a) Se plantea el equilibrio de disociación del ácido débil:

C3H6O3 � H2O �� C3H5O3� � H3O�

c(1 � ) c c

Ka � �

A partir de la relación [H3O�] � c y del pH, se puedeobtener el valor de :

Como pH � � log [H3O�] ⇒ [H3O�] � antilog [ � pH]

Para pH� 2,44 ⇒ [H3O�]� antilog [�2,44]� 3,63 � 10�3 M

� � � 0,036 3

Ka � � � � 1,37 � 10�4

b) Se calcula la concentración de ácido láctico en la disolu-ción obtenida:

M(C3H6O3) � 90 uma

M � � � �

� � 2,489 � 10�3 M

Ka � � � �1,32 � 10�4

Resolviendo la ecuación de segundo grado resultante,obtenemos:

2,489 � 10�3 2 � 1,32 � 10�4 �1,37 � 10�4 � 0 ⇒

⇒ � 0,209 0

[H3O�] � c � 2,489 � 10�3 � 0,209 0 � 10�4 � 5,18 � 10�4

pH � � log[H3O�] � � log 5,18 � 10�7 � 3,28 ⇒

⇒ pH � 3,28

Cuestión 5a) 1 2 3 4

CH3�C�C�CH3 � HCl CH3�C�C�CH3

2-butino o but-2-ino ácido clorhídrico Cl H2-cloro-2-buteno o 2-cloro-but-2-eno

Si continúa la adición:CI H

CH3�C�C�CH3 � HCl CH3�C�C�CH3

CI H CI H2-cloro-2-buteno ácido clorhídrico 2,2-diclorobutano

b) � HNO3 � H2O

tolueno o-nitrotolueno

Puede continuar:

� HNO3 � H2O

o-nitrotolueno o,o-dinitrotolueno

Puede continuar:

� HNO3 � H2O

o-nitrotolueno

o,o,p-trinitrotolueno

c � c

c(1 � )c2

(1 � )

2,489 � 10�3 2

(1 � )

6,23 � 10�4 mol

0,25 L

nV

mM

V

0,056 g

90 gmol

0,25 L

c22

c(1 � )c2

(1 � )

0,1 � 0,036 32

(1 � 0,036 3)

�H3O��c

3,63 � 10�3

0,1

c2

(1 � )c22

c(1 � )

�H�S

� 131,2 kJmol

� 134,1 � 10�3 kJ mol

C (s) � H2O (g) �� CO (g) � H2 (g)�H � �131,2 kJ mol�1

�S � �134,1 J K�1 mol�1

Reactivos Productos

Aumento de T

Evolución: hacia los productos

C (s) � H2O (g) �� CO (g) � H2 (g)

Reactivos Productos

1 mol � 2 mol

pp pp reactivos � pp productos

Evolución: hacia los productos

� �

� �

� �

� �

adición según

Markovnikov

H2SO4

Reacción denitración

H2SO4

Reacción denitración

CH 3

NO2

CH 3

NO2

CH 3

NO2

CH 3

NO2

H2SO4

Reacción denitración

NO2

CH 3

NO2

NO2

CH 3

NO2

NO2

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o,o,p-trinitrotolueno

c) O OCH3�C � CH3�C � CH3�CH3

OH Hácido etanoico etanal etano

(ácido acético)

e) OCH3�CH2 � C �H

OH OH ácido metanoico

etano

OH�C�O�CH2�CH3 � H2O

metanoato de etilo

Cuestión 1a) Para obtener la polaridad de NCl3, primero se ha de

determinar su geometría, esto se hace aplicando la teo-ría de Lewis a la fórmula NCl3. Las capas de valencia delN y del Cl son: 2s2 2px

1 2py1 2pz

1 y 3s2 3px2 3py

2 3pz1

NCl3 )N(7): 1s22s2p3 ⇒ capa de valencia 2s2p3

Cl(17): 1s22s2p63s2p5 ⇒ capa de valencia 3s2p5

Nota: según Lewis cada átomo se rodea de un octeto.Por lo que el N se sitúa como átomo central, por lo tanto,se puede escribir como se indica en el equema adjunto:

Geometría: para deducir la estructura geométrica deesta molécula, se aplica la teoría de la RPECV, según lacual los 3 pares de los que se rodea el N se disponen enlas posiciones más alejadas posibles, que correspondena las direcciones de los vértices de un triángulo equiláte-ro, pero como el N dispone de un par libre hace que estehaga repulsión con los demás y adopte una estructurapiramidal trigonal.

Polaridad: el cloro por tener más electronegatividad queel nitrógeno, atrae hacia sí los pares de electrones com-partidos creando momentos dipolares. Al ser una molé-cula piramidal trigonal, los momentos dipolares van endistintas direcciones sin compensarse siendo el resulta-do final de la suma de los vectores «�» distinto de ceropor lo que la molécula es polar.

b) El fósforo pertenece al mismo grupo que el N por lo quesu capa de valencia es ns2p3.

Como pertenece al 3.er periodo será el 3s2p3 por lo quecon el cloro formará las mismas estructuras que el nitró-geno.

b1) Falsa. Como tiene tres pares de enlaces compartidos yun par sin compartir, la estructura es piramidal trigonal.

b2) Verdadera. Para deducir la estructura geométrica deesta molécula, se aplica la teoría de la RPECV, según lacual los 3 pares de que se rodea el P se disponen en lasposiciones más alejadas posibles, que corresponden alas direcciones de los vértices de un triángulo equiláte-ro, pero como el P dispone de un par libre hace que estehaga repulsión con los demás y adopte una estructurapiramidal trigonal.

Problema 2a) Se calcula la masa de los 60 litros de octano:

� � ⇒ m � �V � 0,8 � 60 000 mL � 48 000 g

n � � 421,05 mol de octanomM

48 000 g

114 gmol

mV

g

mL

�

�

�

H�

esterificación

��

reductor

(LiAlH4)

reductor

(LiAlH4)

��

�

Opción B

Cl ClN

Cl

N

Cl Cl

Cl

par de electrones

μ total 0

N

Cl Cl

Cl

par de electrones

pirámide trigonal polar

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Cálculo de los moles de O2 consumidos:

421,05 mol de C8H8 � � 5 263,12 mol de O2

V � �

� �

� 127 113,67 L

Volumen de O2 a 25 °C y 765 mmHg es 127,11 m3.

127,11 m3 de O2 � � 605,30 m3 de aire

Volumen de aire a 25 °C y 765 mmHg es 605,30 m3.

b) Se plantea la reacción ajustada a 1 mol de octano, y seponen los datos del enunciado:

C8H18 � O2 → 8 CO2 � 9 H2O

�249,8 kJ/mol �393,5 kJ/mol �285,8 kJ/mol

Aplicando el balance energético de la reacción queda:

�HoC � �n�Ho

productos � �n�Horeactivos �

� [8 � (�393,5) � 9 � (�285,8)] � [(�249,8)] �

� �5 720,2 � 249,8 � �5 470,4 kJ/mol

�HCo � � 5 470,4 kJ/mol, por tanto, la reacción es

exotérmica.

Para los 421,05 mol de C8H18 el calor que se desprende es:

421,05 mol de C8H18 � � �2 303 311,92 kJ

Cuestión 3a)

Para cualquier ácido se puede escribir su ecuación iónicade equilibrio en función de su grado de disociacióncomo:

HA �� A� � H�

c(1 � ) c c

Ka � �

Lo cual indica que si � 1 el ácido está totalmente diso-ciado y su constante Ka será muy grande y como conse-cuencia el ácido será muy fuerte, por el contrario si Ka espequeña el ácido será débil.

Por lo expuesto anteriormente es más fuerte el ácidoacético, CH3COOH pues su Ka es mayor que la del ácidohipocloroso, HClO.

b) Cuanto más débil sea un ácido más fuerte será su baseconjugada. Y se puede demostrar que la relación exis-tente entre la K de un ácido con su base conjugada es:

Ka � Kb � Kw

Por tanto:

Para el ion acetato:

Kb � � �5,5w � 10�10

Para el ion hipoclorito:

Kb � � �3,3w � 10�7

El ion hipoclorito es una base más fuerte que el ion ace-tato.

c) El ácido acético es débil y reacciona con el hipocloritosegún la ecuación:

CH3COOH � ClO� → CH3COO� � HClO

Según el enunciado, no hay ningún reactivo en exceso.

El HOCl es un ácido muy débil y se descompone dando Cl2.

El ion acetato (CH3COO�) sufre la siguiente reacción dehidrólisis:

CH3 � COO� � H2O �� CH3 � COOH � OH�

donde se produce un exceso de iones OH� dando un pHbásico.

Problema 4a)

Kp � � � 0,451 1 atm

Kc � � � 7,11 � 10�3

b) Se plantean las nuevas condiciones pero al ser a la mis-ma temperatura la Kp es la misma, y se calcula el cocien-te de reacción en el instante inicial.

Kp

(RT)�n

0,4511

(0,082 � 773)1�1�1

nRTP

252

mol de O2

1 mol de C8H18

pCO pCl2

p COCl2

0,413 � 0,237

0,217

Kw

Ka

10�14

3,0 � 10�8

Kw

Ka

10�14

1,8 � 10�5

c22

c(1 � )c2

(1 � )

(�5 470,4 kJ)

1 mol de C8H18

252

100 m3 de aire21 m3 de O2

5 236,125 mol � 0,082atm LK mol

� (25 � 273) K

765 mmHg

760mmHg

atm

CH3COOH HClO

Ka 1,8 � 10�5 3,0 �10�8

M (uma) 114 32 44 18

C8H18 � O2 → 8 CO2 � 9 H2O252

moles 1252

8 9

Datos 60 L ? ?

COCl2 (g) �� CO (g) � Cl2 (g)

pequilibrio 0,217 0,413 0,237

V � 5 L COCl2 (g) �� CO (g) � Cl2 (g)

pinicial 0,689 0,330 0,250

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Kp � � � 0,119 7

Como Q � Kp el sistema evolucionará transformandoreactivos a productos, es decir, hacia la derecha.

Kp � � � 0,451 1 atm

Resolviendo la ecuación de segundo grado resultante,obtenemos:

x2 � 1,031 1x �0,228 5 � 0 ⇒ x � 0,187 5

Aplicando este resultado a las expresiones de las presio-nes parciales en el equilibrio queda:

Para COCl2:

pequilibrio � 0,689 � x � 0,689 � 0,187 5 � 0,501 5 atm

Para CO:

pequilibrio(CO) � 0,330 � x � 0,330 � 0,187 5 � 0,517 5 atm

Para Cl2:

pequilibrio(Cl2) � 0,250 � x � 0,250 �0,187 5 � 0,437 5 atm

Nota: se puede comprobar que si se calcula la Kp conestos valores resulta su valor original 0,451.

Cuestión 5pCO pCl2

pCOCl2

0,330 � 0,250

0,689

(0,330 � x) � (0,250 � x)

(0,689 � x)

pCO pCl2

pCOCl2

V � 5 L COCl2 (g) �� CO (g) � Cl2 (g)

pinicial 0,689 0,330 0,250

preaccionan x � �

pformados x x

pequilibrio 0,689 � x 0,330 � x 0,250 � x

Nombre Fórmula

a) etanoato de metilo OCH3�C�O�CH3

b) fenil metil éter

c) yodato de níquel(II) Ni(IO3)2

d) perclorato de potasio KClO4

e) CH2 � CH�CHO Propenal

f) N(CH3)3 Trimetilamina

g) NaHCO3Hidrogenocarbonato de sodio(bicarbonato de sodio)

h) AlPO4

Tetraoxofosfato(V)de aluminio(fosfato de aluminio)

�

O CH 3