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PAU CataluñaConvocatoria ordinaria

Química PAU Cataluña 2024

Química — 2.º Bachillerato — Ejercicios resueltos con explicación

Formato del examen

  • 1 hora 30 minutos
  • Elige 5 de 8 preguntas

Bloques temáticos

  • Estructura atómica y enlace
  • Química orgánica
  • Equilibrio químico
  • Cinética química
  • Electroquímica y reacciones redox
Web oficial del examen

10 ejercicios en EureQuiz

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Ejercicios del examen10 ejercicios

PAU CAT 2024 — Q1 (tabla periódica)Dificultad 3/5

Dos elementos A y B tienen números atómicos 11 y 35 (sin saber cuál es cuál). Forman el compuesto iónico AB y, además, A puede formar la molécula covalente A₂. ¿Qué número atómico corresponde a A?

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Respuesta correcta — opción A

Z = 35 (bromo, no metal)

¡Correcto! Z = 35 (bromo): es un no metal del grupo 17 (config. ...4s² 3d¹⁰ 4p⁵). Forma el anión del compuesto iónico AB y, por ser no metal, también la molécula covalente A₂ (Br₂).
El elemento Z = 11 (sodio) tiene configuración 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹: es un metal alcalino del grupo 1, que forma cationes (Na⁺). El elemento Z = 35 (bromo) tiene configuración ...4s² 3d¹⁰ 4p⁵: es un halógeno del grupo 17, un no metal que forma aniones (Br⁻) y, por compartir electrones con otro átomo igual, la molécula covalente A₂ (Br₂). Como A forma tanto el anión del compuesto iónico AB como la molécula covalente A₂, A debe ser el no metal: Z = 35.

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PAU CAT 2024 — Q2 (ácido débil)Dificultad 3/5

Una muestra contiene 3,8 g de ácido glucónico (ácido monoprótico, M = 196,16 g/mol, Ka = 1,48·10⁻⁴) en 100,0 mL de disolución acuosa. ¿Cuál es el pH de la disolución?

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Respuesta correcta — opción A

pH = 2,28

¡Correcto! C = (3,8/196,16)/0,100 = 0,194 M. Resolviendo x² + 1,48·10⁻⁴ x − Ka·C = 0 se obtiene [H₃O⁺] = 5,28·10⁻³ M; pH = −log(5,28·10⁻³) = 2,28.
Primero se calcula la concentración: n = 3,8/196,16 = 0,01937 mol en 0,100 L, luego C = 0,194 M. El ácido glucónico es un ácido débil monoprótico, así que se plantea el equilibrio HA + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺ con Ka = x²/(C − x) = 1,48·10⁻⁴. Resolviendo (la aproximación x ≪ C es razonable): x = [H₃O⁺] ≈ 5,28·10⁻³ M. Por tanto pH = −log(5,28·10⁻³) = 2,28. Como pH < 4,5, en esa muestra no crecerían los microorganismos nocivos.

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PAU CAT 2024 — Q3 (ley de Hess)Dificultad 3/5

La fermentación de la glucosa es C₆H₁₂O₆(s) → 2 C₂H₅OH(l) + 2 CO₂(g). La combustión de 1 mol de glucosa desprende 2 813 kJ y la de 1 mol de etanol desprende 1 367 kJ. Aplicando la ley de Hess, ¿cuál es la entalpía estándar de la reacción de fermentación?

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Respuesta correcta — opción A

−79 kJ/mol

¡Correcto! ΔH°ferm = ΔH°comb(glucosa) − 2·ΔH°comb(etanol) = (−2 813) − 2·(−1 367) = −2 813 + 2 734 = −79 kJ/mol (reacción exotérmica).
Por la ley de Hess, la fermentación se obtiene combinando la combustión directa de la glucosa con las combustiones invertidas (y multiplicadas por su coeficiente) de los productos. Como se forman 2 mol de etanol: ΔH°ferm = ΔH°comb(glucosa) − 2·ΔH°comb(etanol) = (−2 813) − 2·(−1 367) = −2 813 + 2 734 = −79 kJ/mol. El signo negativo indica que la fermentación es exotérmica (libera calor).

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PAU CAT 2024 — Q4 (equilibrio de esterificación)Dificultad 3/5

Se hacen reaccionar 2,0 mol de etanol con 1,0 mol de ácido acético: CH₃COOH + CH₃CH₂OH ⇌ CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O. En el equilibrio quedan 0,15 mol de ácido acético sin reaccionar. Considerando el volumen constante, ¿cuál es el valor de Kc?

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Respuesta correcta — opción A

Kc ≈ 4,19

¡Correcto! Reaccionan x = 1,0 − 0,15 = 0,85 mol. En el equilibrio: ácido 0,15; etanol 2,0 − 0,85 = 1,15; éster 0,85; agua 0,85. Kc = (0,85·0,85)/(0,15·1,15) = 4,19.
Inicialmente hay 1,0 mol de ácido y 2,0 mol de etanol. Si en el equilibrio quedan 0,15 mol de ácido, han reaccionado x = 1,0 − 0,15 = 0,85 mol de cada reactivo. Las cantidades en el equilibrio son: ácido = 0,15; etanol = 2,0 − 0,85 = 1,15; éster = 0,85; agua = 0,85. Como todas las especies están en el mismo volumen V (que se simplifica al ser igual número de moles en numerador y denominador), Kc = ([éster][agua])/([ácido][etanol]) = (0,85·0,85)/(0,15·1,15) ≈ 4,19.

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PAU CAT 2024 — Q4 (Le Chatelier en la esterificación)Dificultad 3/5

En la reacción de esterificación CH₃COOH + CH₃CH₂OH ⇌ CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O, ¿qué estrategia NO aumenta el rendimiento de obtención del acetato de etilo?

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Respuesta correcta — opción C

Quitar el catalizador ácido

¡Correcto! Quitar el catalizador NO aumenta el rendimiento: un catalizador solo acelera la reacción (la cinética), pero no desplaza el equilibrio ni cambia la composición final.
Según el principio de Le Chatelier, el rendimiento de la esterificación aumenta cuando el equilibrio se desplaza hacia los productos: esto se consigue añadiendo un exceso de reactivo (etanol o ácido acético) o eliminando un producto (el agua). En cambio, quitar (o poner) el catalizador no modifica la posición del equilibrio ni el rendimiento: un catalizador solo afecta a la cinética, acelerando la reacción para que el equilibrio se alcance antes. Por tanto, retirar el catalizador no aumenta el rendimiento, solo hace la reacción más lenta.

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PAU CAT 2024 — Q5 (fuerza electromotriz de una pila)Dificultad 3/5

Se monta una pila con electrodos de cobre y plata sumergidos en disoluciones de sus iones. Datos: E°(Ag⁺/Ag) = 0,80 V; E°(Cu²⁺/Cu) = 0,34 V. ¿Cuál es la fuerza electromotriz estándar de la pila?

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Respuesta correcta — opción A

E°pila = +0,46 V

¡Correcto! El cátodo es la plata (mayor potencial) y el ánodo el cobre: E°pila = E°cátodo − E°ánodo = 0,80 − 0,34 = +0,46 V.
En una pila galvánica, el electrodo con mayor potencial de reducción actúa como cátodo (reducción) y el de menor potencial como ánodo (oxidación). Aquí la plata (0,80 V) es el cátodo y el cobre (0,34 V) el ánodo. La fuerza electromotriz estándar es E°pila = E°cátodo − E°ánodo = 0,80 − 0,34 = +0,46 V. El valor positivo confirma que la reacción Cu + 2 Ag⁺ → Cu²⁺ + 2 Ag es espontánea, y la lámina de cobre (ánodo) se va disolviendo (pierde masa).

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PAU CAT 2024 — Q5 (electrodo que pierde masa)Dificultad 3/5

En la pila Cu | Cu²⁺ ‖ Ag⁺ | Ag (con E°pila = +0,46 V), ¿qué le ocurre a la lámina de cobre a medida que avanza la reacción y por qué?

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Respuesta correcta — opción A

Pierde masa, porque es el ánodo y el Cu se oxida a Cu²⁺

¡Correcto! La lámina de cobre es el ánodo: en él ocurre la oxidación Cu → Cu²⁺ + 2 e⁻, por lo que el cobre metálico se disuelve y la lámina pierde masa.
En la pila Cu | Cu²⁺ ‖ Ag⁺ | Ag, el cobre tiene menor potencial de reducción (0,34 V) que la plata (0,80 V), de modo que el cobre es el ánodo, donde ocurre la oxidación: Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2 e⁻. Al oxidarse, el cobre metálico del electrodo pasa a iones Cu²⁺ en disolución, por lo que la lámina de cobre se va disolviendo y pierde masa. En el cátodo (plata), en cambio, los iones Ag⁺ se reducen y se depositan, aumentando la masa de la lámina de plata.

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PAU CAT 2024 — Q6 (ciclo de Born-Haber)Dificultad 3/5

Para el cloruro de rubidio (RbCl) se conocen las entalpías del ciclo de Born-Haber: ΔH₁ (sublimación Rb) = +82 kJ/mol; ΔH₂ (disociación Cl₂) = +240 kJ/mol; ΔH₃ (ionización Rb) = +403 kJ/mol; ΔH₄ (afinidad electrónica Cl) = −349 kJ/mol; ΔH₅ (formación RbCl) = −435 kJ/mol. Sabiendo que ΔH₅ = ΔH₁ + ½ΔH₂ + ΔH₃ + ΔH₄ + U, ¿cuál es la energía reticular U del RbCl?

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Respuesta correcta — opción A

U = −691 kJ/mol

¡Correcto! U = ΔH₅ − ΔH₁ − ½ΔH₂ − ΔH₃ − ΔH₄ = −435 − 82 − 120 − 403 − (−349) = −691 kJ/mol.
El ciclo de Born-Haber relaciona la entalpía de formación del RbCl con las etapas de sublimación, disociación, ionización, afinidad electrónica y energía reticular: ΔH₅ = ΔH₁ + ½ΔH₂ + ΔH₃ + ΔH₄ + U. Despejando la energía reticular: U = ΔH₅ − ΔH₁ − ½ΔH₂ − ΔH₃ − ΔH₄ = −435 − 82 − (240/2) − 403 − (−349) = −435 − 82 − 120 − 403 + 349 = −691 kJ/mol. El valor negativo indica que se libera energía al formarse la red cristalina iónica.

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PAU CAT 2024 — Q6 (energía reticular y tamaño iónico)Dificultad 3/5

Comparando el fluoruro de sodio (NaF) y el cloruro de rubidio (RbCl), ambos con cargas iónicas +1 y −1, ¿cuál tiene mayor energía reticular (en valor absoluto) y por qué?

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Respuesta correcta — opción A

El NaF, porque sus iones son más pequeños (menor distancia)

¡Correcto! El NaF, porque sus iones (Na⁺ y F⁻) son más pequeños que los del RbCl (Rb⁺ y Cl⁻): a igual carga, cuanto menor es la distancia entre iones, mayor es la atracción y la energía reticular (ley de Coulomb).
La energía reticular de un compuesto iónico es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional a la distancia entre los iones (ley de Coulomb). Como el NaF y el RbCl tienen las mismas cargas (+1 y −1), la diferencia depende del tamaño de los iones. El Na⁺ y el F⁻ son más pequeños que el Rb⁺ y el Cl⁻ (tienen menos capas electrónicas), por lo que en el NaF los iones están más cerca, se atraen con más fuerza y la energía reticular es mayor en valor absoluto: |U(NaF)| > |U(RbCl)|.

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PAU CAT 2024 — Q1 (energía de ionización)Dificultad 3/5

Comparando el sodio (Na, Z = 11) y el rubidio (Rb, Z = 37), ambos metales alcalinos del grupo 1, ¿cuál tiene mayor primera energía de ionización y por qué?

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Respuesta correcta — opción A

El sodio, porque su electrón externo está más cerca del núcleo

¡Correcto! El sodio: su electrón externo está en un orbital más interno (3s) y más cerca del núcleo que el del rubidio (5s), por lo que está más atraído y cuesta más arrancarlo.
La energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo gaseoso. Dentro de un mismo grupo, disminuye al bajar, porque el electrón externo ocupa orbitales cada vez más alejados del núcleo y está más apantallado. El sodio (Na, electrón externo en 3s) lo tiene más cerca del núcleo que el rubidio (Rb, electrón externo en 5s), de modo que está más fuertemente atraído y cuesta más arrancarlo. Por tanto, la primera energía de ionización del sodio es mayor que la del rubidio.

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