Preparación examen final UPC Física 1 2021 PDF

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Apuntes, ejercicios y resolución de exámenes de la Universidad Politécnica de Catalunya del curso académico 2020-2021 Campus EEBE...

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COMUNIDAD VALENCIANA / JUNIO 2000. LOGSE / QUÍMICA / OPCIÓN A / EXAMEN COMPLETO

CUESTIONES 1.- Calcule la entalpía de formación estándar del monóxido de nitrógeno a presión constante, expresándola en kJ/mol, a partir de las siguientes ecuaciones termoquímicas: N 2 (g) + 2 O2 (g) 2 NO2 (g) 2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g)

H1 = 67,78 kJ H2 = -112,92 kJ

2.- Dados los siguientes conjuntos de números cuánticos para el electrón en el átomo de hidrógeno, indique las combinaciones que no sean posibles, explicando en cada caso el motivo. a) 2, 2, 1, +1/2 b) 4, 0, 2, -1/2 c) 1, 0, 0, +1/2 d) 3, -1, 0, -1/2 3.- Aplique el modelo de bandas de orbitales moleculares para describir cualitativamente el enlace metálico. Explique también mediante dicho modelo las diferencias de comportamiento entre las sustancias conductoras, semiconductoras y aislantes de la electricidad. 4.- a) Escriba la fórmula desarrollada y el nombre sistemático de dos isómeros de función, cuya fórmula molecular sea C4 H10 O. Indique la función orgánica a la que pertenece cada uno de ellos. b) La misma pregunta del apartado A) para la fórmula molecular C4 H8 O c) La misma pregunta del apartado A) para la fórmula molecular C4 H8 O2 5.- Supongamos que la legislación medioambiental establece los siguientes límites para las concentraciones de iones de metales pesados en los vertidos de aguas residuales industriales: Hg < 0,05 mg/L y Pb < 7,5 mg/L. Una industria obtiene como subproducto una disolución que es 1,0·10-5 M en nitrato de plomo (II) y 1,0·10-5 M en nitrato de mercurio (II). a) Calcular los contenidos de Hg y Pb de dicha disolución expresándolos en mg/L. b) ¿Cuánta agua no contaminada debería mezclarse con cada litro de esta disolución para que el vertido fuera aceptable?. Datos: Ma (Hg) = 201; Ma (Pb) = 207 6.- El poliestireno es un polímero muy utilizado para fabricar recipientes, embalajes, aislamientos térmicos, etc. Se obtiene por adición de moléculas del monómero estireno, cuyo nombre sistemático es fenil-eteno o etenil-benceno. a) Escriba la fórmula desarrollada del estireno. b) Explique cómo se produce la polimerización del estireno y dibuje una porción de cadena del poliestireno. c) Calcule la composición porcentual en masa de carbono e hidrógeno en el estireno. Datos: Ma (H) = 1; Ma (C) = 12.

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PROBLEMAS OPCIÓN A 1.- a) Escriba la reacción ajustada de hidrogenación del etino (acetileno) para obtener eteno y la reacción de hidrogenación del eteno para obtener etano, ambas a 25ºC. b) La entalpía de hidrogenación del etino a eteno es de –174,5 kJ/mol, y la entalpía de hidrogenación del etano es de –137,3 kJ/mol. Calcule la entalpía de deshidrogenación del etano para obtener etino a 25ºC. c) Calcule la entalpía correspondiente a la reacción de deshidrogenación de 1,0 gramos de etano para obtener eteno a 25ºC Datos: Ma (H) = 1; Ma (C) = 12 2.- El SO2 presente en el aire es el principal responsable de la lluvia ácida. Se puede determinar la concentración de SO2 del aire haciendo que dicho compuesto se disuelva y realizando una volumetría redox con una disolución de ion permanganato. La reacción es: 5 SO2 + 2 MnO4 - + 2 H2 O

5 SO42- + 2 Mn2+ + 4 H+

a) Indique qué especie química se oxida y cuál se reduce especificando los cambios de estado de oxidación. b) Al analizar una disolución que contiene SO2 disuelto se comprueba que se necesitan 7,4 mL de disolución 0,0080 M de MnO4 -. Calcule el número de moles y el número de gramos de dióxido de azufre que contiene dicha disolución. c) El SO2 de la disolución del apartado anterior proviene de una muestra de 500 litros de aire. Calcule la presión del SO2 en dicha muestra de aire a 25ºC. Datos Ma (O) = 16; Ma (S) = 32. R = 0,082 atm L/Kmol.

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SOLUCIONES: CUESTIONES

Cuestión 1

Formación de monóxido de nitrógeno: ½ N 2 (g) + ½O 2 (g)

NO (g)

Aplicando la ley de Hess, podemos combinar las reacciones y, por tanto las entalpías: H0 f = ½ H1 – ½ H2 H0 f = ½(67,78) – ½(-112,92) = 90,35 kJ/mol Cuestión 2 a) n = 2; l = 2; m = 1; s = +1/2 El valor de “l” puede ser desde 0 hasta n-1, por lo que si en este caso n = 2, l = 0 ó l = 1, pero nunca 2. Esta combinación no es posible. b) n = 4; l = 0; m = 2; s = -1/2 El valor de “m” depende directamente del valor de “l” ya que puede variar entre “-l” y “+l”. Como tenemos l = 0, m sólo podría valer 0 y no 2 como indica el enunciado. Esta combinación no es posible. c) n = 1; l = 0; m = 0; s = +1/2 Esta combinación si es posible ya que n = 1, primer nivel energético, que es donde se encuentra el electrón del hidrógeno. Como n = 1, “l” sólo puede tomar el valor l = 0, esto nos indica que se trata de un orbital “s”, m = 0 también es el único valor que puede tomar, y el número cuántico de espín puede tomar valores + ½ó – ½. d) n = 3; l = -1; m = 0; s = -1/2 Esta combinación no es posible ya que el número l no puede tomar valores negativos, sino solamente valores desde 0 hasta (n-1). Cuestión 4 a) C4 H10 O CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 CH3 – O – CH2 – CH2 – CH3

Dietileter (etoxietano) Metilpropileter (metoxipropano)

Son los isómeros de posición. Se trata en ambos casos de éteres.

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CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – OH 1-Butanol CH3 – CH2 – CHOH – CH3 2-Butanol Son dos isómeros de posición, se trata en ambos casos de alcoholes. Entre las fórmulas primeras y las dos últimas existe isomeria funcional b) C4 H8O CH3 – CH2 – CH2 – CHO Butanal CH3 – CO – CH2 – CH3 Butanona Son dos isómeros de función, el primero es un aldehido y el segundo una cetona. CH2 = CH – O – CH2 – CH3 Etil-etenileter CH3 – O – CH = CH – CH3 Metil- 1-propileter (puede dar lugar a dos isómeros ópticos) CH3 – O

CH3

CH3 – O

C=C H

H C=C

H

H

Cis

CH3 trans

CH3 – O – CH2 – CH = CH2 metil-2-propenileter Son isómeros de posición, en los tres casos se trata de eteres Entre los dos primeros casos y estos tres últimos existe isomería de función. c) C4 H8O 2 CH3 – CH2 – CH2 – COOH

ácido butanoico

CH3 – COO – CH2 – CH3

etanoato de etilo

CH3 – CH2 – COO – CH3

propanoato de metilo

Los dos últimos son ésteres, presentan entre sí isomería de posición, el primero es un ácido y tiene isomería funcional con respecto a los ésteres. Cuestión 5 a) Contenidos en Pb y Hg Disolución que contiene: Nitrato de plomo (II) en concentración 1,0·10-5 M Como es una sal soluble, en disolución acuosa se disocia completamente:

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Pb(NO3 )2

Pb2+ + 2 NO3-

Por la estequiometría de la disolución vemos que la concentración de iones Pb2+ es: [Pb2+] =1,0·10-5 M En un litro de disolución tendremos 1,0·10-5 moles , pasando el número de moles a gramos: m (g) = nº moles Mat m (g) = 1,0·10-5 · 207 = 2,07·10-3 g = 2,07 mg La concentración de iones es : [Pb2+] = 2,07 mg/L Nitrato de mercurio (II) en concentración 1,0·10-5 M. Es una sal soluble que en disolución acuosa se disocia completamente: Hg(NO3 )2

Hg2+ + 2 NO3 -

La concentración de iones Hg2+ en la disolución es de 1,0·10-5 M , en un litro de disolución habrá 1,0·10-5 moles, que pasándolos a gramos: m (g) = nº moles · Mat = 1,0·10-5 · 201 = 2,01·10-3 g = 2,01 mg La concentración de iones es: [Hg2+]= 2,01 mg/L b) Vertido aceptable para concentraciones: Concentración de Hg < 0,05 mg/L y concentración de Pb < 7,5 mg/L Como las concentraciones del vertido son: Pb2+ = 2,07 mg/L y Hg2+ = 2,01 mg/l En cuanto al plomo el vertido es aceptable pero no lo es en cuanto al mercurio, hay que rebajar su concentración hasta como mínimo 0,05 mg/L, para lo cual se añade agua no contaminada: Concentración máxima que se puede alcanzar = 0,05 mg/L En un litro de vertido tenemos 2,01 mg Entonces: Hg2+

máxima

= 0,05 = 2,01 / V; de donde V = 40,2 L

Al tener un litro de vertido, el volumen de agua que hay que añadir es: V = 40,2 – 1 V = 39,2 L de agua pura por cada litro de vertido. www.profes.net es un servicio gratuito de Ediciones SM

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PROBLEMAS OPCIÓN A Problema 1 a) Las reacciones de hidrogenación son por vía catalítica con Pt o Pd como catalizadores, pues si no es así son extremadamente lentas: CH

CH + H2

CH2 = CH2 + H2

" CH = CH " CH – CH 2

2

3

3

b) Reacción de deshidrogenación del etano para obtener etino: CH

CH + H2

CH2 = CH2 + H2

" "

CH2 = CH2 CH3 – CH3

H1 = - 174,5 kJ/mol H2 = -137,3 kJ/mol

Aplicando la ley de Hess a la deshidrogenación del etano se tiene: CH3 – CH3

" CH

CH + 2 H2

H (deshidrogenación) = - H2 + (- H1 ) H (deshidrogenación) = - (-137,3) – (- 174,5) = 311,8 kJ/mol

c) A partir de la entalpía para la hidrogenación de eteno a etano se obtiene la de la deshidrogenación de etano a eteno (reacción inversa): CH3 – CH3

" CH

2

= CH2 + H2

H3 = 137,3 kJ/mol

Calculando el nº de moles de etano que hay en 1,0 g: nº de moles = m (g) / Mm nº de moles = 1 / 30 = 0,033 moles H = 0,033 · 137,3 = 4,5 kJ Problema 2 a) Reacción redox: 5 SO2 + 2 MnO 4 - + 2 H2 O nº de oxidación: +4 -2

+7 –2

5 SO 42- + 2 Mn2+ + 4 H+ +6 -2

+2

A partir de los números de oxidación vemos la especie que se oxida y la que se reduce: El S pasa de (+4) a (+6) por lo tanto se oxida. www.profes.net es un servicio gratuito de Ediciones SM

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El Mn pasa de (+7) a (+2) es decir, se reduce b) Por la estequiometría de la reacción vemos que por cada 5 moles de SO2 se necesitan 2 moles de iones MnO 4 -. Si tenemos 7,4 mL de este último con una concentración de 0,0080 M, tenemos que calcular los moles que hay en este volumen: M = nº moles / V nº de moles = M · V = 0,0080 · 7,4·10-3 = 5,92·10-5 moles de MnO 4 n SO2 = 5/2 · 5,92·10-5 = 1,48·10-4 moles de SO2 m = nº moles · Mm = 1,48·10-4 · 64 = 9,5 · 10-3 g de SO2 c) A partir de la ecuación de los gases ideales: P·V = n· R·T P = n·R·T / V P = 1,48·10-4 · 0,082 · 298 / 500 = 7,23·10-6 atm

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