EBAU AsturiasConvocatòria ordinaria

Química EBAU Asturias 2024

Química — 2.º Bachillerato — Exercicis resolts amb explicació

Format de l'examen

1 hora 30 minutos
Responde 5 de 10 preguntas (2 puntos cada una)

Blocs temàtics

Estructura atómica y enlace
Química orgánica
Equilibrio químico
Cinética química
Electroquímica y reacciones redox

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Exercicis de l'examen8 exercicis

EBAU Asturias 2024 — Pregunta 1Dificultat 3/5

EBAU Asturias 2024 — Pregunta 1 — Geometría molecular del CS₂

Según la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV), ¿cuál es la geometría de la molécula de disulfuro de carbono $\text{CS}_2$ (estructura $\text{S}=\text{C}=\text{S}$ )?

ALineal (180°)

BAngular

CTetraédrica

DTrigonal plana

Veure solució

Resposta correcta — opció A

Lineal (180°)

Correcto. El carbono central tiene 2 dobles enlaces y ningún par solitario (2 zonas de densidad electrónica), por lo que la geometría es lineal, con ángulo de

180°

En el

\text{CS}_2

(

\text{S}=\text{C}=\text{S}

), el carbono central forma dos dobles enlaces y no tiene pares de electrones no enlazantes: hay 2 zonas de densidad electrónica. Según la TRPECV, estas se disponen lo más alejadas posible, a

180°

, dando una geometría lineal (análoga a la del

\text{CO}_2

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EBAU Asturias 2024 — Pregunta 2Dificultat 3/5

EBAU Asturias 2024 — Pregunta 2 — Ciclo de Born-Haber del NaCl

Calcula la entalpía reticular $\Delta_{red}H°$ del $\text{NaCl}(s)$ mediante el ciclo de Born-Haber.

Datos (kJ/mol): $E_i(\text{Na}) = 496$ (1.ª energía de ionización); $E_{ea}(\text{Cl}) = -349$ (afinidad electrónica); $\Delta_f H°(\text{NaCl},s) = -411$ ; $\Delta_f H°(\text{Na},g) = 108$ ; $\Delta_f H°(\text{Cl},g) = 122$ .

\Delta_{red}H° \approx -788\ \text{kJ/mol}

\Delta_{red}H° \approx +788\ \text{kJ/mol}

\Delta_{red}H° \approx -90\ \text{kJ/mol}

\Delta_{red}H° \approx -1486\ \text{kJ/mol}

Veure solució

Resposta correcta — opció A

$\Delta_{red}H° \approx -788\ \text{kJ/mol}$

Correcto. Por el ciclo:

\Delta_{red}H° = \Delta_f H°(\text{NaCl}) - [\Delta_f H°(\text{Na},g) + \Delta_f H°(\text{Cl},g) + E_i + E_{ea}] = -411 - (108 + 122 + 496 - 349) = -411 - 377 = -788\ \text{kJ/mol}

El ciclo de Born-Haber para el

\text{NaCl}

\text{Na}(s) + \tfrac12\text{Cl}_2(g) \to \text{NaCl}(s)

se descompone en atomización (formación de

\text{Na}(g)

\text{Cl}(g)

), ionización del Na, afinidad electrónica del Cl y formación de la red. Aplicando la ley de Hess:

\Delta_{red}H° = \Delta_f H°(\text{NaCl}) - [\Delta_f H°(\text{Na},g) + \Delta_f H°(\text{Cl},g) + E_i + E_{ea}] = -411 - (108 + 122 + 496 - 349) = -411 - 377 = -788\ \text{kJ/mol}

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EBAU Asturias 2024 — Pregunta 4aDificultat 3/5

EBAU Asturias 2024 — Pregunta 4a — Entalpía de combustión del metano

Calcula la entalpía de combustión del metano: $\text{CH}_4(g) + 2\,\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l)$ .

Datos $\Delta_f H°$ (kJ/mol): $\text{CO}_2(g) = -393{,}1$ ; $\text{H}_2\text{O}(l) = -285{,}5$ ; $\text{CH}_4(g) = -74{,}8$ .

\Delta_r H° \approx -889{,}3\ \text{kJ/mol}

\Delta_r H° \approx +889{,}3\ \text{kJ/mol}

\Delta_r H° \approx -964{,}1\ \text{kJ/mol}

\Delta_r H° \approx -603{,}8\ \text{kJ/mol}

Veure solució

Resposta correcta — opció A

$\Delta_r H° \approx -889{,}3\ \text{kJ/mol}$

Correcto.

\Delta_r H° = [(-393{,}1) + 2(-285{,}5)] - [(-74{,}8) + 2\cdot0] = -964{,}1 + 74{,}8 = -889{,}3\ \text{kJ/mol}

Por la ley de Hess, con

\Delta_f H°[\text{O}_2] = 0

\Delta_r H° = [\Delta_f H°(\text{CO}_2) + 2\Delta_f H°(\text{H}_2\text{O})] - [\Delta_f H°(\text{CH}_4) + 2\Delta_f H°(\text{O}_2)] = [(-393{,}1) + 2(-285{,}5)] - [(-74{,}8) + 0] = -964{,}1 + 74{,}8 = -889{,}3\ \text{kJ/mol}

. La reacción es exotérmica (combustión).

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EBAU Asturias 2024 — Pregunta 5Dificultat 3/5

EBAU Asturias 2024 — Pregunta 5 — pH de una disolución de HNO₂

Calcula el pH, a $25\ °\text{C}$ , de una disolución acuosa $0{,}0100\ \text{M}$ de ácido nitroso $\text{HNO}_2$ .

Dato: $K_a(25\ °\text{C}) = 5{,}52\times10^{-4}$ .

\text{pH} \approx 2{,}68

\text{pH} \approx 3{,}26

\text{pH} \approx 2{,}38

\text{pH} \approx 2{,}0

Veure solució

Resposta correcta — opció A

$\text{pH} \approx 2{,}68$

Correcto. Resolviendo

K_a = \dfrac{x^2}{c_0 - x}

(sin aproximar, pues

K_a

no es tan pequeña):

x^2 + 5{,}52\times10^{-4}x - 5{,}52\times10^{-6} = 0 \Rightarrow x = [\text{H}^+] = 2{,}08\times10^{-3}\ \text{M}

\text{pH} = -\log(2{,}08\times10^{-3}) \approx 2{,}68

\text{HNO}_2

es un ácido débil:

\text{HNO}_2 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{NO}_2^-

. Con

c_0 = 0{,}0100\ \text{M}

K_a = 5{,}52\times10^{-4}

, como

K_a

no es despreciable conviene resolver

K_a = \dfrac{x^2}{c_0 - x}

x^2 + 5{,}52\times10^{-4}x - 5{,}52\times10^{-6} = 0

, cuya solución positiva es

[\text{H}^+] = x \approx 2{,}08\times10^{-3}\ \text{M}

. Por tanto,

\text{pH} = -\log(2{,}08\times10^{-3}) \approx 2{,}68

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EBAU Asturias 2024 — Pregunta 6Dificultat 3/5

EBAU Asturias 2024 — Pregunta 6 — Potencial de la celda Cu-Zn

Una celda galvánica usa los pares $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$ ( $E° = +0{,}340\ \text{V}$ ) y $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}$ ( $E° = -0{,}763\ \text{V}$ ).

¿Cuál es el potencial estándar de la celda ( $E°_{celda}$ )?

E°_{celda} = 1{,}103\ \text{V}

E°_{celda} = -1{,}103\ \text{V}

E°_{celda} = 0{,}423\ \text{V}

E°_{celda} = -0{,}423\ \text{V}

Veure solució

Resposta correcta — opció A

$E°_{celda} = 1{,}103\ \text{V}$

Correcto. Cátodo (mayor

E°

\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}

; ánodo (menor):

\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}

E°_{celda} = E°_{cátodo} - E°_{ánodo} = 0{,}340 - (-0{,}763) = 1{,}103\ \text{V}

En la celda Daniell (

\text{Cu}

\text{Zn}

), el cátodo es el de mayor potencial de reducción (

\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}

+0{,}340\ \text{V}

) y el ánodo el de menor (

\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}

-0{,}763\ \text{V}

). El potencial estándar de la celda es

E°_{celda} = E°_{cátodo} - E°_{ánodo} = 0{,}340 - (-0{,}763) = 1{,}103\ \text{V}

. Al ser positivo, la reacción es espontánea (

\Delta G° = -nFE° < 0

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EBAU Asturias 2024 — Pregunta 6Dificultat 3/5

EBAU Asturias 2024 — Pregunta 6 — Energía de Gibbs de la celda Cu-Zn

Para la celda $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$ y $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}$ , con $E°_{celda} = 1{,}103\ \text{V}$ y $n = 2$ electrones transferidos, calcula la energía de Gibbs estándar $\Delta_r G°$ .

Dato: $F = 96\,485\ \text{C/mol}$ .

\Delta_r G° \approx -212{,}8\ \text{kJ/mol}

\Delta_r G° \approx +212{,}8\ \text{kJ/mol}

\Delta_r G° \approx -106{,}4\ \text{kJ/mol}

\Delta_r G° \approx -425{,}7\ \text{kJ/mol}

Veure solució

Resposta correcta — opció A

$\Delta_r G° \approx -212{,}8\ \text{kJ/mol}$

Correcto.

\Delta_r G° = -nFE° = -2\cdot96\,485\cdot1{,}103 = -212\,846\ \text{J/mol} \approx -212{,}8\ \text{kJ/mol}

La energía de Gibbs estándar de una reacción electroquímica se relaciona con el potencial de la celda mediante

\Delta_r G° = -nFE°_{celda}

. Con

n = 2

electrones (proceso

\text{Cu}^{2+} + \text{Zn} \to \text{Cu} + \text{Zn}^{2+}

F = 96\,485\ \text{C/mol}

E° = 1{,}103\ \text{V}

\Delta_r G° = -2\cdot96\,485\cdot1{,}103 \approx -212\,800\ \text{J/mol} = -212{,}8\ \text{kJ/mol}

. El valor negativo confirma la espontaneidad.

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EBAU Asturias 2024 — Pregunta 7a.1Dificultat 3/5

EBAU Asturias 2024 — Pregunta 7a.1 — Espín-orbital de la capa de valencia del azufre

El azufre ( $Z = 16$ ) tiene configuración $[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^4$ . ¿Cuál de los siguientes conjuntos de números cuánticos $(n, l, m_l, m_s)$ puede corresponder a un electrón de la capa de valencia del azufre en su estado fundamental?

- I: $(3, 2, 2, +1/2)$ - II: $(3, 1, 1, +1/2)$ - III: $(2, 1, 0, +1/2)$ - IV: $(3, 2, 0, -1/2)$

AEl conjunto I

BEl conjunto II

CEl conjunto III

DEl conjunto IV

Veure solució

Resposta correcta — opció B

El conjunto II

Correcto. II

(3, 1, 1, +1/2)

corresponde a un electrón

3p

(

n=3

l=1

), que sí está ocupado en la capa de valencia del azufre (

3p^4

El azufre (

Z = 16

) tiene configuración

[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^4

, así que su capa de valencia está en

n = 3

con subniveles

3s

(

l=0

) y

3p

(

l=1

). El conjunto II

(3, 1, 1, +1/2)

corresponde a un electrón

3p

, ocupado en el estado fundamental. Los conjuntos I y IV tienen

l = 2

(subnivel

3d

, vacío) y el III tiene

n = 2

(capa interna

[\text{Ne}]

), por lo que no son electrones de valencia.

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EBAU Asturias 2024 — Pregunta 9Dificultat 3/5

EBAU Asturias 2024 — Pregunta 9 — Efecto de un catalizador

En la ecuación de Arrhenius $k = A\,e^{-E_a/RT}$ , ¿cómo afecta la presencia de un catalizador a la constante cinética $k$ de una reacción?

AAumenta

k

al disminuir la energía de activación

E_a

BDisminuye

k

al aumentar

E_a

CNo afecta a

k

(solo cambia el rendimiento)

DAumenta la constante de equilibrio

K

, no

k

Veure solució

Resposta correcta — opció A

Aumenta $k$ al disminuir la energía de activación $E_a$

Correcto. El catalizador disminuye la energía de activación

E_a

, lo que aumenta el factor

e^{-E_a/RT}

y, por tanto, la constante cinética

k

: la reacción se acelera (en ambos sentidos).

Según la ecuación de Arrhenius

k = A\,e^{-E_a/RT}

, la constante cinética crece al disminuir la energía de activación

E_a

. Un catalizador proporciona un camino de reacción alternativo con menor

E_a

, de modo que el factor

e^{-E_a/RT}

aumenta y

k

se incrementa: la reacción se acelera. El catalizador acelera por igual el sentido directo e inverso, por lo que NO modifica la constante de equilibrio

K

ni la entalpía de reacción.

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