Química — 2023, convocatòria ordinària

a) Escriviu les dues reaccions de combustió. Calculeu l’entalpia estàndard de reacció de cada combustible a 298 K. Si us demanessin consell en l’elecció d’un dels dos combustibles per a fer senyals des d’un vaixell, considerant que la bodega del vaixell està gairebé al límit del pes permès, quin dels dos aconsellaríeu? Justifiqueu la resposta.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) Representeu el diagrama entàlpic del procés de combustió de la hidrazina. A l’etiqueta d’un envàs que conté hidrazina, s’observen els dos pictogrames següents. Expliqueu què volen dir aquests pictogrames i de quins perills ens alerten.

Pictograma 1 Pictograma 2

Dades: Masses atòmiques relatives: H = 1,0; C = 12; N = 14,0; O = 16,0. Entalpies estàndard de formació a 298 K:

Substància N₂H₄(l) N₂H₂(CH₃)₂(l) H₂O(g) CO₂(g)

∆Hf° (kJ mol⁻¹) 50,6 42,0 –241,8 –393,5

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Formuleu l’etanol i l’acetona. Indiqueu quin és el pic base i el pic de l’ió molecular dels espectres de cada mostra. Quina informació ens donen aquests pics? Quin espectre correspon a cada dissolvent? Justifiqueu les respostes.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) El pic característic per a identificar una cetona en un espectre d’absorció infraroig

(IR) correspon a un nombre d’ona de 1 700 cm⁻¹. Calculeu la longitud d’ona, la freqüència i l’energia corresponents a aquest pic.

Dades: Masses atòmiques relatives: H = 1,0; C = 12; O = 16,0. Velocitat de la llum en el buit: c = 3,0 × 10⁸ m s⁻¹. Constant de Planck: h = 6,63 × 10⁻³⁴ J s.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Quan la reacció ha arribat a l’equilibri, s’ha comprovat que el recipient contenia

0,40 mol de SO₂Cl₂, 0,10 mol de SO₂ i 0,50 mol de Cl₂. Determineu el valor de la constant d’equilibri en concentracions (Kc). Si, després d’assolir l’equilibri, s’addicionen 0,30 mol de SO₂ a la mescla de reacció, quina és la nova concentració de clorur de sulfuril en l’equilibri?

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) Raoneu quin efecte tindria sobre el rendiment de la reacció: — un augment de la temperatura del recipient; — un augment del volum del recipient; — l’eliminació del catalitzador. Raoneu també quin efecte tindrien sobre el valor de la Kc les tres accions mencionades anteriorment.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Calculeu la constant d’acidesa de l’àcid hipoclorós, sabent que una solució aquosa

0,30 m d’aquest àcid té un pH de 4,02 a 25 °C. Un altre àcid, l’àcid clorós (HClO₂), té una constant d’acidesa Kₐ d’1,00 × 10⁻². Quin pH tindrà una solució de concentració 0,30 m d’aquest segon àcid?

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) En valorar 40,0 mL d’una solució de desinfectant, de concentració d’àcid hipoclorós desconeguda, amb una solució aquosa d’hidròxid de sodi (NaOH) 0,05 m, necessitem 33,0 mL d’aquesta base per a arribar al punt final. Escriviu la reacció de valoració. Quina és la concentració d’àcid hipoclorós en el desinfectant? Aquesta concentració és major o menor que la concentració habitual dels desinfectants emprats més freqüentment? Digueu si el pH en el punt d’equivalència serà àcid, neutre o bàsic, i justifiqueu la resposta.

Dades: Masses atòmiques relatives: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Justifiqueu si es tracta d’una reacció endotèrmica o exotèrmica. Calculeu el valor de l’entalpia estàndard de formació de l’acetaldehid a 298 K. Dibuixeu en un mateix gràfic l’energia de la reacció en funció de la coordenada de reacció de la reacció catalitzada i no catalitzada, tot indicant la posició dels estats de transició, les energies d’activació i l’entalpia de reacció.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) Determineu les energies d’activació de la reacció de síntesi de l’acetaldehid a partir de metà i monòxid de carboni del procés catalitzat i no catalitzat. Què és un catalitzador? Raoneu, a partir del model cinètic de l’estat de transició, com afecta un catalitzador a la velocitat de la reacció.

Dades: Entalpies estàndard de formació a 298 K:

Substància CH₄(g) CO(g)

∆Hf° (kJ mol⁻¹) –75 –111

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Calculeu la solubilitat molar del sulfat de bari en aigua. Calculeu quina quantitat d’ió bari (Ba²⁺), en mg, s’ingereix si es prenen 200 mL d’una solució saturada de sulfat de bari abans d’una anàlisi radiològica.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) Alguns estudis indiquen que aproximadament el 2 % de la població és aŀlèrgica a l’ió bari. En el cas que un pacient sigui aŀlèrgic a l’ió bari, raoneu si afegir una certa quantitat de sulfat de sodi (Na₂SO₄) a la suspensió de sulfat de bari que cal prendre seria bo per a disminuir els efectes de l’aŀlèrgia. A les persones aŀlèrgiques a l’ió bari, quina suspensió els provocarà més aŀlèrgia: una de sulfat de bari o una de carbonat de bari (BaCO₃)? Justifiqueu la resposta.

Dades: Constants del producte de solubilitat a 25 °C: Kₚₛ (BaSO₄) = 1,1 × 10⁻¹⁰;

Kₚₛ (BaCO₃) = 3,2 × 10⁻⁹. Masses atòmiques relatives: Ba = 137,3; S = 32,1; O = 16,0.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Es vol cromar un objecte d’acer rectangular que té una superfície de 1 400 cm² amb una capa de crom de 0,1 mm de gruix. Per a fer-ho, es coŀloca aquest objecte com a càtode en una cubeta d’electròlisi que conté ions Cr³⁺ en solució. Escriviu la reacció d’electrodeposició del crom. Si el corrent és de 20,0 A, quantes hores ha de durar l’electròlisi?

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) Els ànodes de sacrifici també s’utilitzen com a sistema de protecció anticorrosiu.

Aquests recobriments s’oxiden abans que el metall que protegeixen. Justifiqueu quins dels metalls de la taula següent podrien utilitzar-se com a ànodes de sacrifici per a protegir una superfície que conté ferro. Definiu oxidant i reductor. En la vida quotidiana, quins són els principals agents causants de la corrosió dels metalls?

Potencials estàndard de reducció a 298 K:

E°(Cu⁺/Cu) E°(Co²⁺/Co) E°(Fe²⁺/Fe) E°(Zn²⁺/Zn) E°(Al³⁺/Al) E°(Mg²⁺/Mg)

0,52 V –0,28 V –0,44 V –0,76 V –1,66 V –2,37 V

Dades: Densitat del crom: 7,1 g cm⁻³.

Constant de Faraday: F = 9,65 × 10⁴ C mol⁻¹. Massa atòmica relativa: Cr = 52,0.

Etiqueta de l’alumne/a

L’Institut d’Estudis Catalans ha tingut cura de la correcció lingüística i de l’edició d’aquesta prova d’accés

2023

Proves d’accés a la universitat

Química

Sèrie 5

Quadre quali fi

dre qua

Espai per a etiquete s

Responeu a QUATRE de les set qüestions següents. En el cas que respongueu a més qüestions, només es valoraran les quatre primeres.

Cada qüestió val 2,5 punts.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Definiu el terme orbital atòmic segons el model ondulatori de l’àtom, i escriviu la configuració electrònica de l’àtom de sodi en estat fonamental. Expliqueu què és l’energia d’ionització d’un àtom i calculeu-ne el valor per a l’àtom de sodi, expressat en kJ mol⁻¹.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) En l’espectre d’emissió del sodi s’observa una línia intensa que correspon a la transició electrònica 3p → 3s. De quin color és aquesta radiació?

Dades: Nombre atòmic: Z(Na) = 11. Nombre d’Avogadro: NA = 6,02 × 10²³ mol⁻¹. Constant de Planck: h = 6,63 × 10⁻³⁴ J s. Velocitat de la llum en el buit: c = 3,0 × 10⁸ m s⁻¹. 1 nm = 10⁻⁹ m. 1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J. Espectre electromagnètic visible:

Color de la radiació violat blau verd groc taronja vermell

Longitud d’ona (nm) 380-450 450-495 495-570 570-590 590-620 620-750

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Justifiqueu quin elèctrode actuarà de càtode i quin d’ànode en aquesta pila. Escriviu les semireaccions que tindran lloc a cada elèctrode, la reacció iònica global i la notació de la pila. Calculeu-ne la força electromotriu estàndard (FEM).

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) Expliqueu com muntaríeu aquesta pila al laboratori, i indiqueu el material i les altres substàncies químiques que necessitaríeu. Feu un dibuix del muntatge experimental.

Dades: Potencials estàndard de reducció a 25 °C:

E°(Cu²⁺/Cu) = 0,34 V; E°(Al³⁺/Al) = –1,68 V.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Sabem que les entalpies estàndard de combustió de la glucosa i de l’etanol són, respectivament, –2 816,8 kJ mol⁻¹ i –1 366,9 kJ mol⁻¹. Calculeu la calor que es desprèn, a pressió constant, quan es forma un mol d’etanol per fermentació de la glucosa.

Nota: Les entalpies estàndard de combustió estan expressades per mol de substància que es crema.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) En les taules termodinàmiques podem trobar l’entalpia estàndard de formació d’un compost. Escriviu la reacció química corresponent a l’entalpia estàndard de formació de l’etanol gasós, i estimeu-ne el valor a partir de les dades d’energia d’enllaç següents:

Enllaç C—C C—O C—H H—H O—H O=O

Energia d’enllaç (kJ mol⁻¹) 347 360 414 436 464 498

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Calculeu les concentracions de les tres substàncies quan han transcorregut dues hores des de l’inici de la reacció, i el valor del quocient de reacció (Q) en aquest moment. Digueu si el contingut del reactor està en equilibri o no ho està, i justifiqueu la resposta.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) Suposeu que, després de cinc hores, la quantitat de HI s’estabilitza, de manera que ni augmenta ni disminueix si deixem transcórrer més temps. Justifiqueu quin efecte tindria sobre la quantitat de mols de HI si, en aquest moment: — disminuïm el volum del reactor; — eliminem una part de l’hidrogen gasós del reactor; — introduïm un catalitzador al reactor; — augmentem la temperatura del reactor.

Dada: Entalpia estàndard de formació a 298 K: ΔHf° (HI) > 0.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Escriviu la reacció de l’ió hipoclorit en aigua. Calculeu el pH, a 25 °C, de la solució desinfectant que recomanava l’Agència. Suposeu que la densitat de la solució és 1,00 g cm⁻³.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) Per a seguir un dels mètodes de fabricació d’hipoclorit de sodi, necessitem clor gasós

(Cl₂). Podem obtenir aquest clor principalment mitjançant l’electròlisi de clorur de sodi, emprant un càtode de mercuri i un ànode de titani:

2 Cl⁻(aq) + 2 Na⁺(aq) + Hg(l) → Cl₂(g) + 2 NaHg(s)

Efectuem l’electròlisi de 2,00 L d’una solució de NaCl emprant un corrent constant de 4,00 A. Quina és la concentració de clor que hi haurà a la ceŀla electrolítica després de 180 minuts?

Dades: Massa molar de l’hipoclorit de sodi (NaClO) = 74,5 g mol⁻¹.

Constant d’acidesa de l’àcid hipoclorós (HClO) a 25 °C: Kₐ = 3,2 × 10⁻⁸. Constant d’ionització de l’aigua a 25 °C: Kw = 1,0 × 10⁻¹⁴. Constant de Faraday: F = 9,65 × 10⁴ C mol⁻¹.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Escriviu l’equació de velocitat de la reacció de destrucció de l’ozó, si sabem que segueix una cinètica de segon ordre. Calculeu la constant de velocitat d’aquesta reacció si estimem que la producció de l’ozó degut a totes les fonts és 7,2 × 10⁻¹³ mol L⁻¹ h⁻¹, i que l’ozó es troba en estat estacionari. Expliqueu, a partir d’un model cinètic, com afecta la temperatura a la velocitat de reacció.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) Calculeu l’energia de Gibbs estàndard de la reacció de destrucció de l’ozó a 298 K i justifiqueu que és espontània. Si sabem que l’espontaneïtat d’aquesta reacció no depèn de la temperatura, raoneu si la reacció és endotèrmica o exotèrmica.

Dada: Energia de Gibbs estàndard de formació a 298 K: ΔGf° (O₃) = 142,7 kJ mol⁻¹.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

a) Podem dissoldre, a 25 °C, un càlcul d’1,25 mg de fosfat de calci en 10,0 L d’aigua?

Raoneu-ho quantitativament.

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.

b) En quatre tubs d’assaig hi posem una mica de fosfat de calci sòlid en contacte amb

10 mL de solució aquosa saturada d’aquesta sal. Afegim a cadascun dels tubs uns miŀlilitres de les solucions que es mostren a la taula següent:

Tub Tub 1 Tub 2 Tub 3 Tub 4

Substància afegida CaCl₂(aq) HCl(aq) EDTA(aq) H₂O(l)

Expliqueu, raonadament i qualitativament, què observarem en cada tub.

Nota: EDTA (àcid etilendiaminotetraacètic): lligand orgànic que forma complexos solubles amb molts ions metàŀlics (inclosos els alcalinoterris).

Dades: Masses atòmiques relatives: O = 16,0; P = 31,0; Ca = 40,1. Producte de solubilitat del fosfat de calci a 25 °C: Kₚₛ = 2,07 × 10⁻³³.

Espai per a etiquete s

Tret automàticament del PDF oficial: les fórmules es veuen bé a la imatge.