QUÍMICA 2n Batxillerat - patufetgran.net84.netpatufetgran.net84.net/arxius/Quimica2BatDossier_03-10.pdf · A cada exercici dels exàmens originals es donen totes les dades necessàries

QUÍMICA

2n Batxillerat

Exàmens P.A.U. 2003-2010 Seminari de Física i Química

QUÍMICA PAU 2003-2010

03-S3A-5

EXAMENS DE QUÍMICA DE LES PAU

CURSOS 2002-03 A 2009-10

Ordenats segons temari.

GASOS, DISSOLUCIONS I ESTEQUIOMETRIA ................................... 2 TERMODINÀMICA ................................................................................. 5 CINÈTICA ............................................................................................... 11 EQUILIBRI QUÍMIC .............................................................................. 13 EQUILIBRI IÒNIC .................................................................................. 17 PRODUCTE DE SOLUBILITAT ............................................................ 20 OXIDACIÓ-REDUCCIÓ ........................................................................ 24

IGUALACIÓ, ESTEQUIOMETRIA, GRAU D’OXIDACIÓ ............... 24 PILA REDOX, ESPONTANEÏTAT ..................................................... 26 ELECTRÒLISI ..................................................................................... 28

ESTRUCTURA ATÒMICA I ENLLAÇ .................................................. 29 TEST ........................................................................................................ 33 Per poder consultar els exàmens originals i/o les pautes de correcció, seguirem aquesta norma:

A cada exercici dels exàmens originals es donen totes les dades necessàries però, per reduir espai en aquest dossier, una dada com la R dels gasos l’he eliminada en molts casos, el seu valor serà (normalment): R = 8,31 J·K-1mol-1 = 0,082 atm·L·K-1mol-1. Cada exercici val dos punts, entre claudàtor hi ha la nota de cada apartat de l’exercici, els exercicis tipus TEST es puntuen de forma diferent.

El símbol PL després del nº de l’exercici indica que hi ha una qüestió relacionada amb pràctiques de laboratori, normalment a l’apartat de dissolucions, per preparar-ne una, equilibri iònic per una valoració i a redox per construir una pila.

Curs 2002-03 Examen 2003

Sèrie 3

Opció A o B

Problema nº 5

1


GASOS, DISSOLUCIONS I ESTEQUIOMETRIA 1. PL 03-S2-1 a) Calculeu quin volum d’una dissolució 1,2 M d’hidròxid de sodi s’ha de diluir fins a 500 cm3 per obtenir una dissolució de concentració 4,8·10-2 mol·dm-1. b) Expliqueu el procediment i els estris de laboratori que utilitzaríeu per preparar aquesta dissolució diluïda. [1 punt] c) Indiqueu si caldria posar cap advertència de perillositat en el flascó de l’hidròxid de sodi i en cas afirmatiu quina seria. [0,5 punts 2. 03-S2-3 Es crema una mostra de 0,876 g d’un compost orgànic que conté carboni, hidrogen i oxigen, i s’obté 1,76 g de diòxid de carboni i 0,72 g d’aigua. a) Determineu la massa d’oxigen que hi ha a la mostra. [0,6 punts] b) Trobeu la fórmula empírica del compost. [0,8 punts] c) El compost en qüestió és un àcid orgànic. Justifiqueu de quin àcid es tracta i doneu la seva fórmula. [0,6 punts] Dades: masses atòmiques: H = 1; C = 12; O = 16 3. PL 03-S3-1 El iodur de plom(II) és una sal de color groc, força insoluble en aigua freda, que es pot obtenir barrejant dissolucions de nitrat de plom(II) i iodur de potassi. a) Escriviu la reacció de precipitació que té lloc. [0,5 punts] b) Si barregem 1 L de dissolució 0,1 M de nitrat de plom(II) amb 1 L de dissolució 0,1 M de iodur de potassi, calculeu la quantitat en grams de iodur de plom(II) que s’obtindrà (suposant que és totalment insoluble). [0,5 punts] c) Expliqueu quin procediment seguiríeu al laboratori per preparar les dissolucions anteriors a partir dels productes sòlids i per separar el precipitat format. [1 punt] Dades: masses atòmiques: N = 14; O = 16; K = 39; I = 127; Pb = 207 4. 03-S3A-5 Es dissolen 32 g de naftalè sòlid (C10H8) en 368 g de toluè (C7H8) i s’obté una dissolució de densitat 0,892 g·cm-3. a) Trobeu la concentració molar de naftalè a la dissolució. [0,5 punts] b) Escriviu les reaccions de combustió dels dos components de la dissolució. [0,5 punts] c) Trobeu el volum d’oxigen, mesurat en condicions normals, necessari per cremar completament la dissolució. [1 punt] Dades: masses at.: H = 1; C = 12; O = 16; R = 0,082 atm·L·K-1·mol-1 = 8,31 J·K-1·mol-1 5. 03-S3B-4 El clorur d’hidrogen és un gas molt soluble en aigua i la seva dissolució aquosa s’anomena àcid clorhídric. Es pot obtenir mitjançant reacció del clorur de sodi amb àcid sulfúric concentrat. a) Escriviu la reacció corresponent a l’obtenció de clorur d’hidrogen a partir dels compostos anteriors. [0,4 punts] b) Trobeu el pH de la dissolució obtinguda si el clorur d’hidrogen format a partir d’1 g de clorur de sodi es dissol en 0,5 L d’aigua. [0,8 punts] c) Calculeu quina concentració i quin pH haurà de tenir una dissolució de NaOH tal que 1 L d’aquesta dissolució neutralitzi la dissolució d’àcid clorhídric de l’apartat anterior. [0,8 punts] Dades: masses atòmiques: H = 1; O = 16; Na = 23; Cl = 35,5 ; Kw = 1.0·10-14

6. PL 03-S5-1 La concentració d’un àcid nítric comercial és del 60% en massa, i la seva densitat és 1,31 g·cm-3. a) Calculeu la molaritat de l’àcid nítric comercial. [0,5 punts] b) Indiqueu quin volum d’àcid nítric comercial és necessari per preparar 500 cm3 d’àcid nítric 0,2 molar. [0,5 punts]

2


c) Expliqueu de quina manera faríeu aquesta preparació al laboratori i quin material caldria utilitzar. [1 punt] Dades: masses atòmiques: N = 14; O = 16; H = 1 7. 03-S5A-4 En un mateix recipient hi ha 5 mol de metà i 3 mol de monòxid de carboni, que exerceixen una pressió total de 3 atm contra les parets. a) Trobeu la pressió parcial de cada gas. [0,5 punts] b) Trobeu la temperatura si el volum del recipient és de 80 litres. [0,5 punts] c) Si en el recipient s’introdueixen 11 g de diòxid de carboni, sense variar la temperatura, calculeu la pressió final de la mescla i justifiqueu com variarà la pressió parcial del metà. [1 punt] Dades: masses at.: C = 12; O = 16; H = 1 R = 8,31 J·K-1mol-1 = 0,082 atm·L·K-1mol-1 8. PL 04-S1-1 Una ampolla de dissolució d’àcid fòrmic (o metanoic) indica a l’etiqueta una concentració de 0,015 M. Per comprovar l’exactitud d’aquesta dada, valorem una mostra de 20 cm3 d’aquesta dissolució amb hidròxid de potassi de concentració 0,01 M. a) Escriviu la reacció que té lloc entre l’àcid fòrmic i l’hidròxid de potassi. [0,5 punts] b) En la valoració es consumeixen 2 cm3 menys de dissolució d’hidròxid de potassi del que caldria esperar. Trobeu la concentració veritable de l’àcid fòrmic. [0,5 punts] c) Expliqueu detalladament la manera de fer aquesta valoració al laboratori i anomeneu el material emprat. [1 punt] 9. 04-S3-3 El benzè (C6H6) és líquid a la temperatura ordinària i té una densitat de 878 kg·m-3. a) Escriviu la reacció de combustió del benzè. [0,5 punts] b) Si cremem 50 cm3 de benzè, calculeu el volum d’aire necessari per a la combustió, mesurat a 20 °C i 1 atm. [1 punt] c) Trobeu també el nombre de molècules de CO2 obtingudes en la combustió. [0,5] Dades: masses at.: H = 1; C = 12; O = 16 , R = 0,082 atm·L·K-1mol-1 = 8,31 J·K-1mol-1 contingut d’oxigen a l’aire: 20% en volum NAv = 6,023·1023 mol-1 10. 04-S5A-4 Una mostra d’1,5 g d’un aliatge de Zn i Al que conté un 40% en massa de zinc es tracta amb un excés d’àcid sulfúric fins a la seva dissolució completa i s’obté un despreniment gasós d’hidrogen. a) Calculeu la fracció molar de zinc i alumini a la mostra. [0,5 punts] b) Escriviu les reaccions que tenen lloc. [0,5 punts] c) Determineu el volum d’hidrogen que es desprèn, mesurat en condicions normals.[1] Dades: masses atòmiques: H = 1; O = 16; Al = 27; S = 32; Zn = 65,4 ; R = … 11. PL 05-S1-1 Barregem 50 cm3 d’una solució de NaOH 0,1 M amb 100 cm3 d’una solució de NaOH 0,4 M. a) Trobeu la concentració de la dissolució resultant. [0,5 punts] b) Fem servir la dissolució que hem preparat per valorar 20 cm3 d’un àcid clorhídric de concentració desconeguda, i n’emprem 11,4 cm3 per arribar al punt d’equivalència. Determineu la concentració de la dissolució d’àcid clorhídric. [0,5 punts] c) Expliqueu detalladament el procediment de laboratori que cal seguir per fer la valoració, i esmenteu el material emprat. [1 punt] 12. PL 05-S3-1 Un àcid nítric concentrat té un 86% en massa d’àcid pur, i una densitat d’1,465 g·cm–3. a) Calculeu-ne la concentració en mol·dm–3. [0,5 punts] b) Trobeu el volum de l’àcid concentrat necessari per preparar 100 cm3 d’àcid nítric de concentració 4 M. [0,5 punts] c) Expliqueu com es faria la preparació al laboratori, i esmenteu el material emprat i les mesures de seguretat necessàries per treballar amb àcids concentrats. [1 punt] Dades: masses atòmiques: H = 1, N = 14, O = 16

3


13. 05-S4A-4 La gràfica següent mostra la variació amb la temperatura de la solubilitat del Pb(NO3)2 en aigua, expressada en grams de solut per 100 grams d’aigua: a) Feu una estimació de la massa de Pb(NO3)2 que es pot dissoldre en 1 kg d’aigua a 25 °C. [0,5 punts] b) És saturada a 70 °C una dissolució de Pb(NO3)2 del 50% en massa? [0,5 punts] c) Es barregen 150 g de Pb(NO3)2 i 200 g d’aigua a 25 °C. Justifiqueu si la dissolució serà o no saturada i quina serà la massa de solut no dissolta (si n’hi ha). [0,5 punts] d) Justifiqueu si el procés de dissolució d’aquesta sal és exotèrmic o endotèrmic. [0,5] 14. PL 06-S1-2 Es disposa d’una solució d’hidròxid de potassi del 2,380% en massa i densitat 1,020 g·cm–3. a) Calculeu el pH d’aquesta solució. [0,5 punts] b) S’utilitza aquesta solució per valorar 20,0 cm3 d’una dissolució d’àcid sulfúric i s’arriba al punt d’equivalència amb un volum de 18,2 cm3. Calculeu la molaritat de l’àcid sulfúric. [0,5 punts] c) Expliqueu el procediment que seguiríeu al laboratori per dur a terme la valoració anterior, indicant el material i l’indicador emprats. Podríeu llençar per la pica del laboratori la dissolució un cop valorada? [1 punt] Dades: K = 39,1; H = 1,0; O = 16,0 15. PL 07-S1-2 En la fermentació acètica del vi, l’etanol (alcohol etílic) reacciona amb l’oxigen de l’aire i es transforma en àcid acètic i aigua, i dóna lloc al vinagre. Un vinagre comercial té un 4,286 % en massa d’àcid acètic i una densitat de 1,120 g/mL. a) Calculeu la molaritat de l’àcid acètic en aquest vinagre i el pH que tindrà una solució de HCl d’aquesta mateixa concentració. [0,8 punts] b). Calculeu el volum d’aquest vinagre necessari per a preparar 100 mL d’una solució 0,080 M d’àcid acètic. [0,4 punts] c). Indiqueu el material necessari i el procediment que s’ha de seguir per a preparar la solució de l’apartat anterior. [0,8 punts] DADES: Masses atòmiques: C = 12,0; H = 1,0; O = 16,0. 16. PL 08-S5-2. Es valoren 20 mL d’una solució 0,50 M d’àcid acètic (àcid feble) amb una solució 1,0 M d’hidròxid de potassi. 2.1. Calculeu el volum de la solució d’hidròxid de potassi que es necessitarà per a assolir el punt d’equivalència. [0,5 punts] 2.2. Raoneu, escrivint la reacció corresponent, si el pH en el punt d’equivalència serà 7, més gran que 7 o més petit que 7. [0,5 punts] 2.3. Expliqueu, indicant el material necessari i el procediment seguit, com prepararíeu al laboratori 50 ml d’una solució d’àcid acètic 0,25 M a partir de la solució 0,50 M de l’enunciat. [1 punt] 17. PL 09-S4-2. El salfumant que es ven al comerç és una solució concentrada d’àcid clorhídric. 2.1. Per tal de conèixer el contingut en àcid clorhídric d’un salfumant, es prenen 25,0 mL d’aquest salfumant i es dilueixen amb aigua fins a assolir un volum final de 250 mL. Expliqueu com prepararíeu aquesta solució diluïda de salfumant al laboratori (indiqueu també les mesures de seguretat personal que adoptaríeu). [0,8 punts] 2.2. Es valoren 25,0 mL de la solució diluïda de salfumant amb una solució d’hidròxid de sodi 1 M, i es necessiten 17,5 mL per a arribar al punt d’equivalència. [1,2 punts]

4


a) Calculeu la molaritat i el pH de la solució diluïda de salfumant. b) Calculeu la molaritat i el percentatge en massa del HCl en el salfumant comercial. DADES: Densitat del salfumant comercial = 1,12 g · mL–1. Masses atòmiques relatives: H = 1,0; Cl = 35,5. 18. PL 09-S1-3. L’àcid clorhídric concentrat que s’utilitza als laboratoris és una solució aquosa de clorur d’hidrogen, un gas altament corrosiu i irritant. 3.1. Al laboratori es disposa d’una solució d’àcid clorhídric concentrat del 34,90 % en massa i densitat 1,175 g·mL–1. Calculeu la molaritat de l’àcid en aquesta solució. [0,5 punts] 3.2. A partir d’aquest àcid clorhídric concentrat es preparen 500 mL d’una solució d’àcid clorhídric 0,045 M. a) Calculeu el pH de la solució d’àcid clorhídric 0,045 M. b) Calculeu el volum de la solució d’àcid clorhídric concentrat que cal per a preparar els 500 mL d’àcid clorhídric 0,045 M. c) Expliqueu detalladament com prepararíeu aquesta solució i indiqueu les mesures de seguretat personal que adoptaríeu. [1,5 punts] DADES: Masses atòmiques relatives: H = 1,0; Cl = 35,5.

TERMODINÀMICA 1. 03-S3-3 La fabricació industrial de l’àcid nítric requereix una oxidació catalítica prèvia de l’amoníac, d’acord amb la reacció:

4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO (g) + 6 H2O (g) a) Calculeu la variació d’entalpia estàndard de la reacció a 25 °C. [0,5 punts] b) Calculeu la variació d’entropia estàndard de la reacció a 25 °C. [0,5 punts] c) Determineu a partir de quina temperatura la reacció tindrà lloc espontàniament en el sentit indicat si totes les espècies estan en el seu estat estàndard. [0,5 punts] d) Justifiqueu cap a on es desplaçarà l’equilibri si augmenta la pressió total del sistema. [0,5 punts] Dades:

NH3 (g) O2 (g) NO (g) H2O (g) ΔH°f kJ·mol-1 –46,11 0 90,25 –241,82 S° J·K-1·mol-1 192,45 205,14 210,76 188,83

2. 03-S5-2 El diòxid de sofre és un dels gasos que s’emeten com a conseqüència de la combustió d’hidrocarburs fòssils. Per reacció amb l’oxigen atmosfèric pot transformar-se en triòxid de sofre (gas). a) Si les entalpies estàndard de formació del diòxid de sofre i del triòxid de sofre són, respectivament, –297 i –395 kJ·mol-1, calculeu la variació d’entalpia corresponent a aquesta reacció. És un procés exotèrmic o endotèrmic? [0,5 punts] b) Calculeu la variació d’energia interna a 25 °C d’aquest procés. [1 punt] c) Trobeu la quantitat de calor intercanviada a pressió constant quan es formen 30 litres de triòxid de sofre, mesurats a 25 °C i 1 atm. [0,5 punts] Dades: R 3. 04-S1A-5 La gràfica següent representa la variació amb la temperatura del ΔG0 d’una reacció: Suposant que els valors de ΔH0 i ΔS0 de la reacció són constants en tot l’interval de temperatures de la gràfica i considerant la reacció en condicions estàndard: a) Doneu l’expressió del ΔG0 de la reacció en funció de ΔH0 i ΔS0 i trobeu a quina temperatura estem en condicions d’equilibri. [0,5 punts] b) Citeu una temperatura en la qual la reacció sigui espontània. [0,5 punts]

5


c) Trobeu el valor del ΔH0 de la reacció i digueu si aquesta és exotèrmica o endotèrmica. [0,5 punts] d) Justifiqueu si la variació de l’entropia de la reacció és positiva o negativa. [0,5 punts] 4. 04-S3-2 L’equació termoquímica corresponent a la reacció de neutralització en una dissolució aquosa és:

H+ (aq) + OH- (aq) → H2O (l) ΔH0 = –54 kJ·mol-1 a) Trobeu quina quantitat de calor correspon a la neutralització de 25 cm3 d’àcid clorhídric 2 M amb 25 cm3 d’hidròxid de sodi 2 M. [0,5 punts] b) La dissolució s’escalfarà o es refredarà? [0,5 punts] c) Si la massa de la dissolució anterior és de 52 g i estava a 20 °C, calculeu la temperatura final de la dissolució. [1 punt] Dada: capacitat calorífica de l’aigua: 4,18 J·g-1K-1

5. 04-S5-2 L’acetilè (C2H2) s’obté fent reaccionar el carbur de calci (CaC2) amb aigua, segons la reacció:

CaC2 (s) + 2 H2O (l) → C2H2 (g) + Ca(OH)2 (s), en la qual es desprenen 270,7 kJ per mol de CaC2. a) Trobeu l’entalpia de formació de l’acetilè. [0,5 punts] b) Escriviu la reacció de combustió de l’acetilè i determineu la variació d’entalpia estàndard per a aquesta reacció. [1 punt] c) Calculeu la calor que es desprèn quan es crema l’acetilè obtingut a partir de 6,4 g de carbur de calci. [0,5 punts] Dades: masses atòmiques: H = 1; C = 12; O = 16; Ca = 40

Ca(OH)2 H2O (I) CaC2 (s) CO2 (g) O2 (g) ΔH0

f kJ·mol–1 –986 –286 83 –395,5 0,0 6. 05-S3B-4 La hidrazina (N2H4) reacciona amb el peròxid d’hidrogen (H2O2) segons l’equació:

N2H4 (l) + 2 H2O2 (l) → N2 (g) + 4 H2O (l) a) A partir dels valors de la taula següent, calculeu la variació d’entalpia estàndard i la variació d’entropia estàndard del procés a 25 °C. [1 punt]

N2H4 (l) H2O2 (l) N2 (g) H2O (l) ΔH0

f kJ·mol–1 50,63 –187,78 0 –285,83

S0 / J·K–1mol–1 121,21 109,6 191,61 69,91 b) Justifiqueu si la reacció serà espontània a 25 °C en condicions estàndard. [0,5 punts] c) Aquesta reacció s’ha utilitzat de vegades en la propulsió de coets. Calculeu la quantitat d’energia produïda a partir d’1 kg d’hidrazina. [0,5 punts] Dades: masses atòmiques: H = 1, N = 14, O = 16 7. 05-S4-3 Les entalpies estàndard de formació del butà, l’aigua líquida i el diòxid de carboni són, respectivament, –124,7, –285,5 i –393,5 kJ·mol–1. a) Escriviu la reacció de combustió del butà. [0,5 punts] b) Calculeu l’entalpia estàndard de combustió del butà. [0,5 punts] c) Trobeu la quantitat d’energia calorífica que s’obté en cremar tot el butà d’una bombona (12,5 kg). [0,5 punts] d) Si aquesta energia s’utilitza per escalfar aigua des de 10 °C fins a 40 °C, calculeu la quantitat d’aigua calenta que es podria obtenir. [0,5 punts] Dades: masses at.: H = 1, C = 12 ; capacitat calorífica de l’aigua: 4,18 kJ·kg–1·K–1 8. 06-S3A-4 El metanol líquid pot esdevenir un combustible de futur per als vehicles de motor. a) Escriviu la reacció de combustió del metanol. [0,4 punts] b) Calculeu la variació d’entalpia estàndard a 25 °C del procés de combustió. [0,6] c) Calculeu l’energia alliberada, en condicions estàndard a 25 °C, associada a la combustió d’1 L de metanol. [0,5 punts]

6


d) Raoneu si la variació d’entropia, en condicions estàndard a 25 °C, associada a la combustió del metanol serà positiva o negativa. [0,5 punts] Dades: entalpies estàndard de formació a 25 °C: metanol líquid: –238,7 kJ/mol ; diòxid de carboni gas: –393,5 kJ/mol ; aigua líquida: –285,6 kJ/mol densitat del metanol (l) a 25 °C: 0,800 g cm–3 ; masses at.: C = 12,0; O = 16,0; H = 1,0 9. 06-S4B-4 L’alcohol etílic (etanol) és un bon combustible que reacciona amb l’oxigen i dóna diòxid de carboni i aigua. a) Escriviu la reacció de combustió de l’alcohol etílic i establiu les estructures de Lewis dels reactius i dels productes de la combustió. [1 punt] b) Calculeu la variació d’entalpia estàndard a 25 °C d’aquesta reacció fent servir les energies estàndard d’enllaç a 25 °C que s’indiquen a continuació: [1 punt]

Enllaç C – C C – H C – O O – H O = O C = O Energia kJ·mol–1 413,4 414,0 351,0 462,8 401,7 711,3

Dades: nombres atòmics: H: Z = 1; C: Z = 6; O: Z = 8 10. 07-S1A-4 A 25 °C i 15 atm de pressió l’etí gas es transforma en benzè líquid segons la reacció següent:

3C2H2(g) → C6H6(l) ΔH = –631 kJ a) Raoneu si la variació d’entropia associada a la formació del benzè serà positiva o negativa, i calculeu la calor a pressió constant bescanviada quan s’hagin format 50 g de benzè líquid. [0,8 punts] b) Representeu les estructures de Lewis de les molècules d’etí i de benzè, indiqueu la geometria molecular i els valors previsibles dels angles d’enllaç en cada cas i raoneu en quina d’aquestes dues molècules l’enllaç entre carbonis serà més curt. [1,2] DADES: Masses atòmiques: C = 12,0; H = 1,0. 11. 07-S2-1 En la fermentació acètica del vi, per l’acció de bacteris del gènere Acetobacter, l’etanol (alcohol etílic) reacciona amb l’oxigen de l’aire, es transforma en àcid acètic i aigua i dóna lloc al vinagre. a) Calculeu la ΔH° d’aquesta reacció a 25 °C i raoneu si és exotèrmica o endotèrmica. Calculeu la ΔS° a 25 °C i justifiqueu el caràcter positiu o negatiu d’aquesta variació a partir de les característiques de la reacció. [1 punt] b) Calculeu la ΔG° d’aquesta reacció a 25 °C i raoneu si la reacció serà espontània o no a aquesta temperatura en les condicions estàndard. [0,6 punts] c) L’etanol de les nostres farmacioles, tot i estar en contacte amb l’oxigen de l’aire, es manté estable i no es transforma en àcid acètic. Comjustificaríeu aquest fet a partir de les dades obtingudes en l’apartat anterior? [0,4 punts] DADES: Temperatura=25°C

Substància S° J·K–1·mol–1 ΔHf° kJ·mol–1 C2H5OH(l) 160,7 –277,6 CH3COOH(l) 159,8 –487,0 H2O(l) 70,0 –285,8 O2(g) 205,0

12. 07-S3-1 A través de la fotosíntesi, els vegetals fabriquen sucres a partir de l’aigua i el diòxid de carboni de l’aire segons la reacció simplificada següent:

6CO2(g) + 6H2O(l) → C6H12O6(s) [glucosa] + 6O2(g) a) Calculeu la ΔH° d’aquesta reacció. [0,5 punts] b) Calculeu la ΔS° d’aquesta reacció i argumenteu, fent servir criteris termodinàmics, per què és impossible que els vegetals puguin dur a terme la fotosíntesi en condicions estàndard a 25 °C sense una aportació d’energia des d’una font externa. [0,5 punts]

7


c) La combustió regulada dels sucres és la font d’energia més important en els éssers vius. Calculeu la ΔH corresponent a la combustió de 25,00 g de glucosa, en condicions estàndard a 25 °C, i raoneu si la combustió de la glucosa serà un procés espontani o no des d’un punt de vista termodinàmic. Expliqueu per què la glucosa no entra en combustió d’una manera espontània. [1 punt] DADES: Massa molecular de la glucosa = 180,0.

Temp. = 25 °C CO2(g) H2O(l) C6H12O6(s) O2(g) ΔHf° kJ·mol–1 –393,5 –285,9 –1274,4 SM° J·mol–1·K–1 213,7 69,9 212,0 205,1

13. 07-S3A-5 Responeu a les qüestions següents: a) Escalfem el gas d’un cilindre metàl·lic vertical dotat d’un pistó de 3 kN de pes i el pistó es desplaça 20 cm. Considerant que la calor absorbida pel gas ha estat de 40 J, calculeu la variació d’energia interna del gas. [0,5 punts] b) Quin significat físic té l’energia interna d’un sistema? [0,5 punts] c) Què vol dir que l’energia interna és una funció d’estat? [0,5 punts] d) Es pot determinar l’energia interna d’un sistema? Raoneu la resposta. [0,5 punts] 14. 08-S2-1. El butà i el propà són dos gasos combustibles utilitzats en la indústria i les llars. 1.1. Escriviu les reaccions de combustió del butà i del propà i calculeu, per a cada combustió, la calor a pressió constant alliberada en condicions estàndard a 25 °C quan es forma 1 mol de CO2. [1,5 punts] 1.2. Considerant la calor a pressió constant alliberada quan es forma 1 mol de CO2, justifiqueu quin dels dos combustibles contribuirà més a l’agreujament de l’efecte d’hivernacle. [0,5 punts] DADES:

Temperatura = 25 ºC Propà gas Butà gas H2O(l) CO2(g) ΔHf° kJ·mol-1 -103,8 -126,5 -285,8 -393,5

15. 08-S4B-4. Avui dia, per tal de rebaixar la dependència respecte dels combustibles fòssils, s’estudien i desenvolupen motors a base de piles de combustible alimentades amb hidrogen. Aquests ginys es fonamenten en la reacció global següent:

H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) 4.1. Raoneu el signe de ΔS i ΔH d’aquesta reacció. [0,8 punts] 4.2. Fent servir la llei de Hess, calculeu la ΔHf° d’1 mol d’aigua gas a 100 °C. [1,2] DADES: Entalpia de formació de l’aigua líquida a 25 °C ΔHf°, 25 °C, H2O(l)

–285,8 kJ·mol–1

Capacitat calorífica específica (o calor específica) de l’aigua. Considereu que la capacitat calorífica específica de l’aigua no varia en l’interval de 25 °C a 100 °C

+4,18 J·K–1·g–1

Massa molecular de l’aigua 18,0 Entalpia de vaporització de l’aigua a 100 °C H2O(l) a 100 °C → H2O(g) a 100 °C

+40,66 kJ·mol–1

8


16. 08-S5-3. El metà, component majoritari del gas natural, es fa servir de combustible en alguns autobusos i altres vehicles de motor. Aquest hidrocarbur crema a l’aire i forma diòxid de carboni i aigua (combustió completa), per bé que, quan la concentració d’oxigen a l’aire és baixa o bé la proporció entre l’aire i el combustible és molt petita, no hi ha prou oxigen perquè tingui lloc la combustió completa i es formen aigua i monòxid de carboni (combustió incompleta). 3.1. Escriviu les reaccions corresponents a la combustió completa i incompleta d’un mol metà i calculeu el valor de ΔH°reacció, a 25 °C, per a cada cas. Doneu dues raons que justifiquin el fet que es practiquin controls periòdics dels gasos d’escapament per tal d’evitar la combustió incompleta als motors de combustió dels vehicles. [1,4 punts] 3.2. Calculeu la ΔH°, a 25 °C, de la reacció:

CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g) Raoneu també el signe de la seva ΔS. [0,6 punts] DADES:

Temperatura = 25 ºC H2O(l) CO2(g) CO(g) CH4(g) ΔHf° / kJ·mol–1 -285,8 -393,5 -110,5 -78,4

17. 09-S1-1. Tal com es fa constar en les advertències de les autoritats sanitàries espanyoles, el benzè (C6H6) és un agent cancerigen que és present en el fum del tabac. 1.1. Calculeu la calor a pressió constant que s’alliberarà en la combustió d’1 mol de benzè líquid en condicions estàndard a 25 °C. [0,8 punts] 1.2. Definiu entalpia de vaporització d’una substància i calculeu l’entalpia de vaporització del benzè líquid en condicions estàndard a 25 °C i expresseu el resultat en kJ · kg–1. [1,2 punts] DADES:

Temperatura = 25 °C H2O(l) CO2(g) C6H6(l) C6H6(g) ΔHf° / kJ·mol–1 –285,8 –393,5 49,0 82,9

Masses atòmiques relatives: H = 1,0; C = 12, 0. 18. 09-S3-1. Les reaccions de combustió del carboni grafit, de l’hidrogen i del metà són: C(grafit) + O2(g) → CO2(g) ΔH° (298,15 K) = –393,5 kJ · mol–1 H2(g) + O2(g) → H2O(l) ΔH° (298,15 K) = –285,8 kJ · mol–1 CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH° (298,15 K) = –890,4 kJ · mol–1 1.1. Calculeu l’entalpia estàndard de formació del metà a 298,15 K. [1 punt] 1.2. Raoneu si la reacció de combustió del metà serà espontània o no a 298,15 K. [1] DADES:

T = 298,15 K CH4(g) O2(g) CO2(g) H2O(l) S° J · K–1 · mol–1 186,3 205,1 213,7 69,9

19. 09-S4-1. El carbó és el combustible fòssil que, en el decurs de la seva combustió, allibera menys energia calorífica per mol de CO2 format. Per aquesta raó, es diu que el carbó és el combustible fòssil amb més capacitat d’agreujament de l’efecte d’hivernacle. Per contra, el metà, que és el component majoritari del gas natural, té una capacitat d’agreujament de l’efecte d’hivernacle molt inferior. 1.1. Escriviu les reaccions de combustió del C(grafit) i del metà gas i calculeu la calor a pressió constant que s’alliberarà en cada reacció quan s’hagi format una tona (103 kg) de CO2. [1 punt]

9


1.2. Considerant que l’entalpia de sublimació del C(grafit) és 718,4 kJ · mol–1, raoneu el caràcter endotèrmic o exotèrmic de la reacció:

C(g) + 2H2(g) → CH4(g) [1 punt] DADES: Considereu que, en tots els casos, les reaccions es produeixen en les condicions estàndard a 25 °C.

Temperatura = 25 ºC CH4(g) CO2(g) H2O(l) ΔHf° / kJ·mol–1 -78,4 -393,5 -285,8

Masses atòmiques relatives: C = 12,0; O = 16,0. 20. 10-S1-2. El diòxid de nitrogen es pot formar a partir del monòxid de nitrogen, a 298 K, segons la reacció següent:

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) ΔH° = –114,14 kJ a) Raoneu si la reacció serà espontània en condicions estàndard i a 298 K. [1 punt] b) Calculeu la calor a pressió constant que es desprendrà en reaccionar 5,0 L de monòxid de nitrogen, mesurats a 298 K i 1,0 atm, amb un excés d’oxigen. [1 punt] DADES: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1 = 8,31 J·K–1·mol–1.

Temperatura = 298 K NO(g) O2(g) NO2(g) S° (J ·K–1·mol–1) 210,8 205,1 240,1

21. 10-S2-3. La formació del CO és difícil de dur a terme experimentalment perquè, si no es fa servir un excés d’oxigen, la reacció és incompleta, i si hi ha un excés d’oxigen no es pot

evitar que l’oxidació continuï i es formi també CO2. El valor de l’entalpia de formació del CO gasós es calcula a partir de la determinació de les entalpies de combustió del C grafit i del CO gasós. a) Escriviu l’equació de la reacció de formació del CO gasós. Calculeu l’entalpia estàndard de formació del CO gasós a partir de la figura següent: [1 punt]

Diagrama d’entalpies b) Es fan reaccionar, a pressió constant, 140 g de CO i 20,4 L d’O2 gasós mesurats a 1,2 atm i 25 °C, i es forma CO2 gasós. Quina quantitat de calor es desprèn en aquesta reacció? [1 punt] DADES: Considereu que en tots els casos les reaccions es produeixen en condicions estàndard i a 25 °C. R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1 = 8,31 J·K–1·mol–1 ; C = 12; O = 16. 22. PL 10S2-6. Es vol efectuar un experiment al laboratori per a determinar, de manera aproximada, l’entalpia de dissolució de l’hidròxid de potassi en aigua. a) Descriviu el procediment que seguiríeu al laboratori i el material que faríeu servir. [1 punt] b) Si en dissoldre 2,0 g d’hidròxid de potassi en 200 mL d’aigua es produeix un increment en la temperatura de la solució de 2,5 °C, quina és l’entalpia molar de la reacció de dissolució de l’hidròxid de potassi? [1 punt] DADES: Considereu negligible la calor absorbida pel recipient. Capacitat calorífica específica de la solució = 4,18 J·g–1·°C–1. Densitat de la solució = 1,0 g·mL–1. Masses atòmiques relatives: H = 1,0; O = 16,0; K = 39,1. 23. 10-S2-7. El procés químic d’oxidació de la glucosa transfereix energia al cos humà:

C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6H2O(l) + 6CO2(g) En aquest procés, a 25 °C: ΔH° = –2 808 kJ·mol–1 i ΔS° = 182 J·K–1·mol–1. a) Determineu l’energia lliure que s’obté, a 37 °C, quan prenem una cullerada de glucosa (10 g), suposant que les magnituds ΔH° i ΔS° no varien amb la temperatura. [1 punt]

10


b) Per què aquesta reacció d’oxidació de la glucosa, a 37 °C, pot transferir energia al cos humà? [1 punt] DADES: Masses atòmiques relatives: C = 12,0; H = 1,0; O = 16,0. 24. 10-S4-3. El carbonat de calci es descompon, en condicions estàndard i a 25 °C, segons la reacció següent:

CaCO3(s) ⇄ CaO(s) + CO2(g) ΔH° = 178 kJ·mol–1 Si l’entropia estàndard d’aquesta reacció (ΔS°) és 165 J·K–1·mol–1: a) Calculeu l’energia lliure estàndard de la reacció a 25 °C. Raoneu si la reacció és espontània en condicions estàndard i a 25 °C. [1 punt] b) Quina temperatura mínima s’ha d’aconseguir perquè el CaCO3 sòlid es descompongui en condicions estàndard? Considereu que ΔS° i ΔH° no varien amb la temperatura. [1 punt] 25. 10-S4-5. La reacció de combustió del metà, a 1 atm i 25 °C, es produeix segons l’equació següent:

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ΔH° = –849,3 kJ·mol–1 a) En la combustió del metà, és més gran la quantitat d’energia implicada en el trencament d’enllaços o en la formació d’enllaços? Raoneu la resposta. [1 punt] b) Calculeu l’entalpia de l’enllaç C−H. [1 punt] DADES:

Enllaç O═O C−O OH Entalpia d’enllaç (kJ ·mol–1) 498 805 464

CINÈTICA 1. 08-S2-2. Tenint presents els principis de la cinètica química, doneu resposta a les qüestions següents: 2.1. Sense que calgui usar un catalitzador ni incrementar la temperatura, raoneu dues maneres diferents d’augmentar la velocitat de la reacció entre el carbonat de calci sòlid i l’àcid clorhídric: [1 punt] CaCO3(s) + 2HCl(aq) → Ca2+(aq) + 2Cl–(aq) + CO2(g) + H2O(l) 2.2. Raoneu la certesa o la falsedat de l’afirmació següent: en una reacció en equilibri, la incorporació d’un catalitzador provoca un desplaçament de la situació d’equilibri cap a la formació dels productes de la reacció. [0,5 punts] 2.3. La reacció irreversible en fase gasosa A(g) + B(g) → C(g) es produeix en un recipient de volum variable. Raoneu l’efecte que tindrà una reducció del volum del recipient sobre la velocitat de la reacció. [0,5 punts] 2. 08-S4A-5. La reacció química no catalitzada A + B → C + D presenta una variació d’entalpia, a mesura que avança la reacció, com la que es mostra en la figura adjunta. 5.1. Indiqueu el valor aproximat de l’energia d’activació d’aquesta reacció. [0,5 punts] 5.2. Què representa l’espècie X de la figura? [0,5 punts] 5.3. Calculeu la ΔH de la reacció A + B → C + D i indiqueu si serà exotèrmica o endotèrmica. [0,5 punts] 5.4. Dibuixeu al vostre quadern la corba donada i, a sobre, la que podria correspondre a la reacció A + B → C + D quan aquesta s’esdevingui en presència d’un catalitzador. [0,5 punts]

11


3. 09-S1A-5. La cinètica és la part de la química que estudia la velocitat de les reaccions i els mecanismes mitjançant els quals es produeixen aquestes reaccions. 5.1. Les reaccions químiques entre substàncies sòlides generalment presenten unes velocitats de reacció molt més petites que les que assoleixen quan aquests mateixos sòlids estan dissolts. Expliqueu-ne la raó. [0,8 punts] 5.2. La velocitat d’una reacció del tipus A(g) + B(g) → C(g) s’incrementa en augmentar la temperatura. Expliqueu-ne la raó. [0,6 punts] 5.3. Tot i que la reacció de combustió del butà és espontània des d’un punt de vista termodinàmic, quan hi ha una fuita d’aquest gas no es produeix la combustió del gas fins que no salta una guspira. Expliqueu-ne la raó. [0,6 punts] 4. 09-S4A-5. La cinètica química és la part de la química que estudia la velocitat amb què es produeixen les reaccions. 5.1. Expliqueu la raó per la qual la velocitat d’una reacció en fase gasosa, duta a terme a volum constant, s’incrementa en augmentar la temperatura del sistema. [0,6 punts] 5.2. Quan es redueix el volum del reactor on té lloc la reacció irreversible X(g) + Y(g) → Z(g), es comprova que augmenta la velocitat de formació de Z(g). Expliqueu-ne la raó. [0,6 punts] 5.3. La reacció A(g) + B(g) → C(g) presenta una energia d’activació de 32 kJ/mol, mentre que la seva reacció inversa C(g) → A(g) + B(g) té una energia d’activació de 58 kJ/mol. Raoneu si la reacció A(g) + B(g) → C(g) serà exotèrmica o bé no ho serà. [0,8] 5. 10-S1-7. La figura següent mostra el diagrama de la cinètica de la reacció A → C.

Variació de l’energia en funció de la coordenada de reacció

a) Raoneu si es tracta d’una reacció elemental o d’una reacció que inclou etapes. Què representa B? Quines magnituds representen D i E? [1 punt] b) És una reacció endotèrmica o exotèrmica? Es modificarien D i F si la reacció es produís en presència d’un catalitzador? Justifiqueu les respostes. [1 punt] 6. 10-S2-5. La hidròlisi de la sacarosa, o sucre de taula, es pot efectuar en un medi àcid que actua com a catalitzador. S’ha comprovat experimentalment que aquesta reacció té una cinètica de primer ordre respecte de la sacarosa. H+

C12H22O11(aq) + H2O(l) → C6H12O6(aq) + C6H12O6(aq) sacarosa glucosa fructosa

a) Definiu el concepte d’ordre de reacció respecte d’un reactiu. Quin dels següents gràfics (A, B o C) indica que la hidròlisi àcida de la sacarosa és de primer ordre respecte d’aquest reactiu? Raoneu la resposta. [1 punt]

12


Velocitat de la reacció d’hidròlisi àcida de la sacarosa en funció de la concentració d’aquest reactiu

b) Què és un catalitzador? Expliqueu com actua un catalitzador en una reacció química a partir del model de l’estat de transició. [1 punt]

EQUILIBRI QUÍMIC 1. 03-S2B-4 El metanol se sintetitza industrialment per reacció entre el monòxid de carboni i l’hidrogen, reacció en què es desprenen 90 kJ·mol-1 en forma de calor. En un matràs de 5 L s’introdueix 1 mol de monòxid de carboni i 1 mol d’hidrogen, i l’equilibri s’assoleix a 225 °C quan el sistema conté 0,15 mol de metanol. a) Escriviu la reacció de síntesi del metanol. [0,5 punts] b) Trobeu la composició del sistema en equilibri (concentració molar de cada espècie). c) Calculeu els valors de Kc i Kp a 225 °C. [0,5 punts] d) Indiqueu i justifiqueu dues possibles maneres d’incrementar el rendiment en metanol de la reacció. [0,5 punts] Dades: R = 0,082 atm·L·K-1·mol-1 = 8,31 J·K-1·mol-1 2. 03-S3B-5 El triòxid de sofre s’obté per oxidació del diòxid, segons la reacció reversible i exotèrmica següent:

2 SO2 (g) + O2 (g) ⇄ 2 SO3 (g) a) Expliqueu com es modifica l’equilibri d’aquesta reacció en augmentar la temperatura. [0,5 punts] b) Expliqueu com es modifiquen les velocitats de les reaccions directa i inversa en augmentar la temperatura. [0,5 punts] c) Definiu catalitzador, expliqueu quina és la seva missió i com actua, i doneu-ne algun exemple. [1 punt] 3. 04-S1-3 El fosgè (COCl2) és un gas asfixiant que va ser utilitzat a la Primera Guerra Mundial i que actualment es fa servir en la síntesi de colorants i polímers. A 573 K, la constant d’equilibri per a la descomposició del fosgè en CO i Cl2 és KP = 0,01 atm. a) Trobeu la constant d’equilibri Kc per a la reacció indicada. [0,5 punts] b) En un recipient de 100 L s’introdueix 1,0 mol de fosgè i s’escalfa a 573 K. Trobeu la composició final del recipient (pressions parcials o concentracions de cada espècie) un cop assolit l’equilibri. [1 punt] c) Indiqueu justificadament com influiria en la reacció la utilització d’un recipient més gran, a la mateixa temperatura i amb la mateixa quantitat inicial de fosgè. [0,5 punts] Dades: R = 0,082 atm·L·K-1·mol-1 = 8,31 J·K-1·mol-1

13


4. 04-S5B-4 La reacció d’esterificació entre l’àcid acètic i l’etanol a 25 °C: CH3COOH + CH3CH2OH ⇄ CH3COOCH2CH3 + H2O

arriba a l’equilibri quan s’han transformat en èster 2/3 del nombre de mols de reactius presents a l’inici de la reacció. a) Calculeu la constant d’equilibri de la reacció (Kc) suposant que partim d’una mescla que conté el mateix nombre de mols dels dos reactius. [1 punt] b) Justifiqueu si el pH de la dissolució varia o no al llarg de la reacció. [0,5 punts] c) Usualment, aquesta reacció es duu a terme en presència d’una certa quantitat d’HCl que actua com a catalitzador. Discutiu quins avantatges pot implicar la utilització d’un catalitzador en la reacció. [0,5 punts] 5. 05-S1-2 El clorur de nitrosil (NOCl) és un gas que es descompon a temperatura elevada en monòxid de nitrogen (NO) i clor (Cl2), ambdós gasosos. Si s’introdueixen 2 mol de NOCl en un recipient d’un litre i s’escalfen a 650 K, s’arriba a l’equilibri quan s’ha descompost un 20% del reactiu. a) Trobeu la constant d’equilibri Kc a aquesta temperatura. [1 punt] b) Determineu la pressió final del recipient. [0,5 punts] c) Indiqueu alguna manera d’incrementar el rendiment de la reacció. [0,5 punts] 6. 05-S3-3 La constant d’equilibri a 1259 K de la reacció:

CO + H2O ⇄ CO2 + H2 és Kp = 0,64. En un recipient d’1 L es barregen 3 mol de CO i 1 mol de vapor d’aigua a una pressió total de 2 atm i a una temperatura de 1259 K. a) Indiqueu el valor de Kc a la mateixa temperatura. [0,5 punts] b) Determineu el nombre de mols de cada compost presents a l’equilibri. [1 punt] c) Justifiqueu com evolucionarà l’equilibri si deixem expandir el sistema a temperatura constant fins a duplicar-ne el volum. [0,5 punts] Dades: R = … 7. 05-S4B4 Per a la reacció d’esterificació que té lloc entre l’àcid propanoic i l’etanol per donar propanoat d’etil i aigua (totes les espècies són líquides): a) Escriviu l’equació de la reacció. [0,5 punts] b) Si la constant d’equilibri de la reacció és Kc = 16,0, trobeu les concentracions a l’equilibri quan la reacció s’inicia amb 1 mol de cada reactiu en un recipient d’1 litre de capacitat. [1 punt] c) Escriviu i anomeneu algun isòmer de l’èster format. [0,5 punts] 8. 06-S1-1 La síntesi del metanol (alcohol metílic) es basa en l’equilibri següent:

CO(g) + 2H2(g) ⇄ CH3OH(g) En un reactor cilíndric d’1 litre de capacitat es disposen 2 mol de CO i 2 mol d’hidrogen, i s’escalfa el conjunt fins a 600 K. Considerant que, un cop assolit l’equilibri a aquesta temperatura, s’han format 0,8 mol de metanol: a) Calculeu els mols de cada substància un cop assolit l’equilibri. [0,5 punts] b) Calculeu el valor de KP a 600 K. [1 punt] c) Indiqueu l’efecte que produirà sobre l’equilibri un augment del volum del recipient (imagineu-vos que el cilindre està dotat d’un pistó que permet la variació del seu volum). Raoneu la resposta. [0,5 punts] Dades: R = … 9. 06-S4-2 A 25 °C disposem 2,20 g de iodur d’hidrogen gasós a dins d’un reactor d’1 litre de capacitat. A continuació escalfem el sistema fins a 725 K, temperatura a què el iodur d’hidrogen es descompon parcialment formant hidrogen i iode gasós. a) Escriviu la reacció associada a l’equilibri de descomposició del iodur d’hidrogen. b) Calculeu la pressió en pascals exercida pel iodur d’hidrogen gasós a 25 °C abans de descompondre’s. [0,4 punts]

14


c) Considerant que un cop assolit l’equilibri a 725 K queden a dins del reactor encara 1,72 g de iodur d’hidrogen sense descompondre, calculeu el nombre de mols de cadascuna de les espècies en equilibri. [0,75 punts] d) Calculeu el valor de Kc a 725 K. [0,6 punts] Dades: R = 0,082 atm L K–1 mol–1= 8,314 J K–1 mol–1 ; Masses at.: I = 126,90; H = 1,01 10. 06-S3-3 La síntesi de l’amoníac pel procés de Haber i Bosch ve expressada per la reacció següent:

N2 (g) + 3 H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g) ΔH = –92,0 kJ En un recipient de 2 L i a 400 K es troben en equilibri 0,80 mol d’amoníac, 0,40 mol de nitrogen i 0,50 mol d’hidrogen. a) Calculeu la constant d’equilibri Kc a 400 K. [0,6 punts] b) Calculeu els mols de nitrogen que caldria introduir en el sistema, sense variar la temperatura i el volum, per assolir un nou equilibri amb 1 mol d’amoníac. [0,8 punts] c) Indiqueu dues possibles maneres d’augmentar el rendiment de la reacció de formació d’amoníac. [0,6 punts] 11. 07-S1-3 A 400 °C, el iodur d’hidrogen gas es descompon parcialment i dóna hidrogen gas i iode gas segons la reacció següent:

2HI(g) ⇄ H2(g) + I2(g) Dins d’un reactor de 2 L de capacitat disposem 0,80 mols de iodur d’hidrogen i escalfem el sistema fins a 400 °C per tal que s’assoleixi l’equilibri. Considerant que Kc = 1,56·10–2: a) Calculeu el nombre de mols de cada substància en l’equilibri. [1 punt] b) Raoneu si variarà el nombre total de mols de gas a mesura que es descompon el iodur d’hidrogen i calculeu la pressió total dels gasos del reactor en l’equilibri. [0,6] c) Raoneu com afectarà al valor de Kc i a l’estat d’equilibri la introducció d’un catalitzador en el reactor. [0,4 punts] DADES: R = 0,08206 atm·L·K–1·mol–1 = 8,314 J·K–1·mol–1; 1 atm = 1,013·105 Pa. 12. 07-S3-3 La síntesi de l’amoníac pel procés de Haber-Bosch ve expressada per la reacció següent:

N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ΔH = –92,0 kJ En un recipient de 2 L i a 400 K es troben en equilibri 0,80 mol d’amoníac, 0,40 mol de nitrogen i 0,50 mol d’hidrogen. a) Calculeu la constant d’equilibri Kc de la reacció a 400 K. [0,6 punts] b) Establiu la geometria molecular de l’amoníac, raoneu el valor previsible del seu angle d’enllaç i argumenteu, a partir de la polaritat de la molècula, si l’amoníac serà soluble en aigua o no. [1 punt] c) L’any 1918, donada la importància industrial de l’amoníac, Haber fou guardonat amb el Premi Nobel de Química pel procés de síntesi que du el seu nom. Indiqueu els principals usos i aplicacions industrials de l’amoníac. [0,4 punts] DADES: H(Z = 1); N(Z = 7); O(Z = 8). 13. 08-S2B-4. La reacció de síntesi de l’amoníac és:

N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) A 300 °C, es disposen 10 mol de nitrogen i 30 mol d’hidrogen dins d’un reactor. Quan s’arriba a l’equilibri queden 4,4 mol de nitrogen sense reaccionar. 4.1. Calculeu el nombre de mols de NH3(g) en l’equilibri i els mols totals en l’equilibri. [1 punt] 4.2. Sabent que la pressió total dels gasos en l’equilibri és 50 atm, calculeu la pressió parcial de cada gas en l’equilibri i el valor de KP. [1 punt]

15


14. 08-S4-3. A temperatures prou baixes, el tetraòxid de dinitrogen és relativament estable, per bé que, quan s’escalfa, es descompon i forma diòxid de nitrogen. Es disposa una certa quantitat de N2O4 dins d’un recipient tancat de 2 L i s’escalfa el conjunt fins a 373,15 K per tal que s’assoleixi l’equilibri de descomposició:

N2O4(g) ⇄ 2NO2(g) ΔH > 0 3.1. Sabent que, un cop assolit l’equilibri, la pressió total en el recipient és 0,75 atm i que encara resten 0,030 mol de N2O4 sense descompondre’s, calculeu: a) La pressió parcial de cada gas en l’equilibri i el valor de Kp. b) Els mols de N2O4 que s’han disposat en el recipient al començament de l’experiment. [1,5 punts] 3.2. Considerant que el tetraòxid de dinitrogen és un gas incolor i que el diòxid de nitrogen és, en canvi, un gas de color marró fosc, raoneu com afectarà un augment de la temperatura el color de la mescla dels dos gasos en equilibri. [0,5 punts] DADES: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1. 15. 08-S5B-4. A temperatures baixes, el diòxid de nitrogen es dimeritza i forma tetraòxid de dinitrogen segons la reacció següent:

equilibri de dimerització: 2NO2(g) ⇄ N2O4(g) 4.1. Es posen 0,130 mol de NO2 en un recipient de 2 L i es refreda el conjunt fins a 298,15 K amb l’objectiu d’assolir l’equilibri de dimerització. Sabent que, un cop assolit l’equilibri, la concentració de NO2 en el recipient és 0,011 M, calculeu: [1 punt] a) La concentració del tetraòxid de dinitrogen en l’equilibri. b) El valor de KP. 4.2. S’introdueixen 0,200 mol d’un gas inert en el recipient mantenint-ne constants la temperatura i el volum. Raoneu l’efecte que això té sobre l’equilibri i calculeu la pressió total sobre les parets del recipient. [1 punt] DADES: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1. 16. 09-S1B-4. A 298,15 K, el tetraòxid de dinitrogen es descompon i forma diòxid de nitrogen segons la reacció següent:

N2O4(g) ⇄ 2NO2(g) ΔH = 59 kJ 4.1. Els òxids de nitrogen com ara el N2O4(g) i el NO2(g) es formen en els tubs d’escapament dels vehicles i són uns dels gasos responsables del boirum (smog) urbà. D’altra banda, el NO2(g) té un efecte irritant en les mucoses respiratòries molt superior al del N2O4(g). Raoneu, considerant com afecta la temperatura en l’equilibri de descomposició del N2O4(g), si és previsible que un boirum amb N2O4(g) i NO2(g) sigui més irritant a l’estiu que a l’hivern, o bé a l’inrevés. [0,5 punts] 4.2. En un recipient de 2 L de capacitat es disposa una certa quantitat de N2O4 i s’escalfa el sistema fins a 298,15 K. Sabent que s’assoleix l’equilibri químic quan la pressió total dins el recipient és 1,00 atm i la pressió parcial del N2O4 és 0,70 atm, calculeu: a) El valor de KP a 298,15 K. [1 punt] b) El nombre de mols de cadascun dels gasos en l’equilibri. [0,5 punts] DADES: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1. 17. 09-S3-3. A 423,15 K, l’oxidació del clorur d’hidrogen es produeix segons la reacció següent:

4HCl(g) + O2(g) ⇄ 2Cl2(g) + 2H2O(g) En un recipient de 2 L de capacitat, introduïm 3,6 mol de HCl i 2,0 mol de O2. Sabent que el nombre de mols de O2 en l’equilibri és 1,4, calculeu: 3.1. El nombre de mols de la resta de gasos en l’equilibri. [0,6 punts]

16


3.2. El valor de Kc. [0,6 punts] 3.3. La pressió total a l’interior del recipient un cop assolit l’equilibri. [0,8 punts] DADES: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1. 18. 09-S4-3. A temperatures prou elevades, el SO2(g) reacciona amb l’oxigen i s’estableix l’equilibri següent:

2SO2(g) + O2(g) ⇄ 2SO3(g) ΔH < 0 En un reactor de 2 L de capacitat es disposen 0,40 mol de SO2(g) i 0,40 mol de O2(g) i s’escalfa el conjunt fins a 1 000 K, per tal que els gasos reaccionin i es formi SO3(g). 3.1. Sabent que, un cop el sistema ha assolit l’equilibri, la concentració de SO3(g) és 0,17 M, calculeu la molaritat de la resta de substàncies en l’equilibri i el valor de Kc. [1,5 punts] 3.2. Un cop assolit l’equilibri indicat en l’apartat anterior, mantenint constant el volum del reactor, s’escalfa el sistema fins a 1 200 K i s’espera el temps suficient perquè aquest torni a assolir una nova situació d’equilibri. Raoneu, considerant el sentit del desplaçament de l’equilibri, si la concentració de SO3(g) en el nou estat d’equilibri serà més gran o més petita que 0,17 M. [0,5 punts] 19. 10-S4-1. Als motors dels automòbils es produeix la reacció següent, que provoca contaminació atmosfèrica per òxids de nitrogen:

N2(g) + O2(g) ⇄ 2NO(g) La constant d’equilibri de concentracions d’aquesta reacció és 1,0·10–30 a 298 K, però a una temperatura de 1100 K és 1,0·10–5. a) Raoneu si la reacció és endotèrmica o exotèrmica. [1 punt] b) Si en un recipient tancat d’1,0 L de volum que està a una temperatura de 1100 K introduïm 1,0 mol de nitrogen i 1,0 mol d’oxigen, quants mols de monòxid de nitrogen hi haurà en el recipient quan la reacció assoleixi l’equilibri? [1 punt]

EQUILIBRI IÒNIC 1. 03-S2-2 L’àcid acetilsalicílic (aspirina), de fórmula C9H8O4, és un àcid feble i monopròtic. La seva solubilitat en aigua és de 0,5 g en 150 cm3 de dissolució, i una dissolució saturada té un pH de 2,65. a) Trobeu la constant d’acidesa de l’àcid acetilsalicílic. [1 punt] b) Justifiqueu si el pH d’una dissolució de la sal sòdica de l’àcid acetilsalicílic és menor, igual o més gran que 7. [0,5 punts] c) La ingestió d’aspirines pot ser perjudicial en els casos en què hi ha tendència a l’acidesa gàstrica excessiva. Justifiqueu si els següents productes serien o no adequats per compensar aquesta acidesa: [0,5 punts]

- clorur de sodi - vinagre - glucosa - hidrogencarbonat de sodi

Dades: masses atòmiques: H = 1; C = 12; O = 16 2. 03-S5-3 L’àcid benzoic és un àcid monopròtic amb una constant de dissociació Ka = 6,3·10-

5. a) Determineu el pH d’una dissolució 0,05 M d’àcid benzoic i la concentració de les espècies presents a la dissolució. [1 punt] b) Determineu el volum d’una dissolució de NaOH 0,1 M que es necessita per valorar 25 cm3 de la dissolució anterior. [0,5 punts] c) Justifiqueu si, en el punt d’equivalència de la valoració, la dissolució serà àcida, bàsica o neutra. [0,5 punts]

17


3. 04-S3A-4 En la valoració d’una mostra de HCl amb una dissolució de NaOH s’ha representat gràficament la concentració de protons [H+] present a cada moment en funció del volum de NaOH afegit. a) Justifiqueu quina de les dues gràfiques següents reprodueix millor la variació de [H+] al llarg de la valoració: [0,5 punts]

b) Quin pH té la dissolució inicial de HCl? [0,5 punts] c) Quin volum de dissolució de NaOH s’ha afegit en el punt d’equivalència? [0,5 punts] d) Si el volum inicial d’àcid és 20 cm3, trobeu la concentració de la dissolució de NaOH. 4. 04-S5-3 L’àcid fòrmic o metanoic té com a constant d’ionització Ka = 1,77·10-4 a 25 °C. a) Trobeu el pH d’una dissolució 0,02 M d’àcid fòrmic. [1 punt] b) Determineu el volum de dissolució d’hidròxid de sodi 0,015 M que serà necessari per neutralitzar 30 cm3 de la dissolució de l’àcid. [0,5 punts] c) Justifiqueu si en el punt d’equivalència de la valoració el pH serà menor, igual o més gran que 7. [0,5 punts] 5. 05-S1A-4 Disposem de dos recipients; un d’ells conté 25 cm3 d’àcid clorhídric 0,2 M i l’altre 25 cm3 d’àcid fluorhídric 0,2 M. a) Justifiqueu qualitativament quina de les dues dissolucions tindrà un pH més elevat. b) Justifiqueu quina de les dues dissolucions necessitaria un volum més gran de dissolució d’hidròxid de sodi 0,1 M per arribar al punt d’equivalència en una valoració. c) Indiqueu en cada cas si la dissolució resultant de la valoració un cop arribat al punt d’equivalència és àcida, bàsica o neutra. [0,4 punts] d) Indiqueu el significat de les advertències de perillositat que apareixen en els recipients d’àcid fluorhídric concentrat. [0,4 punts] e) Raoneu quin dels dos pictogrames anteriors ha d’aparèixer als recipients d’àcid clorhídric concentrat. [0,4 punts] Dades: Ka (àcid fluorhídric) = 5,6·10–4 6. 05-S3-2 La pluja àcida s’origina, entre altres causes, a partir del diòxid de sofre present a l’atmosfera, que reacciona amb l’oxigen i dóna triòxid de sofre, el qual es combina posteriorment amb l’aigua de pluja i dóna àcid sulfúric. a) Escriviu les dues reaccions esmentades. [0,5 punts] b) Calculeu la concentració molar d’àcid sulfúric present en una mostra de 10 L d’aigua de pluja, suposant que s’ha recollit l’àcid corresponent a 15 mg de SO2. [0,5 punts] c) Determineu el pH de l’aigua de pluja suposant que, en aquestes condicions, l’àcid sulfúric es dissocia completament. [0,5 punts] d) Tenint en compte que, en realitat, la dissociació de l’àcid sulfúric no és completa, raoneu si el pH veritable de la mostra d’aigua de pluja serà més gran o més petit que el calculat abans. [0,5 punts] Dades: masses at.: H = 1, O = 16, S = 32 7. 05-S4-2 L’àcid nitrós és un àcid dèbil, amb una constant de dissociació Ka = 4,3·10–4. a) Escriviu la reacció de neutralització de l’àcid nitrós amb l’hidròxid de bari. [0,5 punts] b) Calculeu la concentració que ha de tenir una dissolució d’àcid nitrós si volem que el seu pH sigui igual al d’una dissolució d’àcid clorhídric 0,01 M. [1 punt]

18


c) Determineu la massa d’hidròxid de bari necessària per neutralitzar 10 cm3 de la dissolució d’àcid nitrós de l’apartat b). [0,5 punts] Dades: masses atòmiques: H = 1, N = 14, O = 16, Ba = 137,3 8.PL 06-S1-3 A 25 °C es té una dissolució 0,100 M d’àcid acètic en la qual l’àcid es troba ionitzat un 1,3%. a) Calculeu el pH d’aquesta dissolució. [0,4 punts] b) Calculeu el valor de Ka a 25 °C. [0,4 punts] c) Calculeu el volum d’una dissolució 0,250 M d’hidròxid de potassi necessari per valorar 50 mL de la dissolució d’àcid acètic. [0,4 punts] d) Detallant el procediment seguit, els materials i l’indicador emprats, expliqueu com faríeu al laboratori la valoració de l’apartat anterior. [0,8 punts] 9. 06-S3-1 L’àcid fluorhídric és un àcid feble amb una Ka = 7,20·10–4. Disposem d’una dissolució 5,00·10–2 M d’aquest àcid. a) Calculeu el pH d’aquesta dissolució. [0,8 punts] b) Calculeu la massa d’hidròxid d’alumini que reaccionarà estequiomètricament amb 200 mL d’aquesta dissolució. [0,6 punts] c) Definiu dissolució amortidora (o reguladora) i raoneu el valor aproximat que presentarà el pH en el punt d’equivalència quan es valori una dissolució d’àcid fluorhídric amb una dissolució d’hidròxid de sodi. [0,6 punts] Dades: Al = 27,0; H = 1,01; O = 16,0 10. 07-S2-2 Es valoren 5,00 mL d’una solució d’amoníac amb una solució d’HCl 0,114 M i la corba de valoració obtinguda és la que es representa en la figura. a) Observeu la corba de valoració, indiqueu el pH inicial de la solució d’amoníac i raoneu el valor del pH en el punt d’equivalència. [0,8 punts] b) Calculeu la concentració de la solució d’amoníac. [0,4 punts] c). Calculeu el pH inicial i establiu les coordenades del punt d’equivalència que correspondrien a la corba de valoració de 5,00 mL d’una solució de NaOH 0,456 M amb la solució de HCl 0,114 M. [0,8 punts] 11. 07-S3-2 L’àcid acètic és un àcid monopròtic feble que prové de l’oxidació de l’etanol (alcohol etílic) i es troba en el vinagre de vi. Valorem 15 mL d’una solució d’àcid acètic amb una solució de NaOH 0,860 M, i la corba de valoració obtinguda és la que es representa en la figura. a) Calculeu la molaritat de la solució d’àcid acètic. [0,4 punts] b) Observeu la corba, indiqueu el pH de la solució d’àcid acètic i calculeu el grau d’ionització de l’àcid en aquesta solució. [0,8 punts] c) Calculeu la constant d’acidesa, Ka, de l’àcid acètic. [0,8 punts] 12. 08-S4-1. L’àcid làctic és un àcid monopròtic feble que es troba a la llet i als productes lactis. En solució aquosa, la ionització d’aquest àcid es pot representar mitjançant la reacció següent:

CH3-CHOH-COOH + H2O ⇄ CH3-CHOH-COO- + H3O+ àcid làctic + aigua ⇄ ió lactat + protó hidratat o ió oxoni

1.1. Una solució aquosa 0,100 M d’àcid làctic té un pH = 2,44. Calculeu el valor de la constant d’acidesa (Ka). [1 punt]

19


1.2. Tres vasos de precipitats sense etiquetar contenen, respectivament, una solució aquosa de clorur de sodi, una solució aquosa de clorur d’amoni i una solució aquosa de lactat de sodi. Raoneu, escrivint les reaccions que s’escaiguin, com identificaríeu, amb l’ajut del paper indicador universal de pH, el contingut de cada vas de precipitats. [1 punt] 13. 09-S3A-4. Des d’un punt de vista químic, el vinagre de vi és una solució diluïda d’àcid acètic. 4.1. Un vinagre de 6° d’acidesa (6,00 g d’àcid acètic en 100 g de vinagre) té una densitat d’1,05 g · mL–1. Calculeu el pH que previsiblement tindrà aquest vinagre. [1] 4.2. L’hidrogencarbonat de sodi és un agent antiàcid. a) Escriviu la reacció que es produeix entre l’hidrogencarbonat de sodi i l’àcid acètic. b) Calculeu la massa d’hidrogencarbonat de sodi que reaccionarà de manera estequiomètrica amb 50 mL del vinagre de l’enunciat. [1 punt] DADES: Ka (àcid acètic, 25 °C) = 1,75·10–5. Masses atòmiques relatives: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0; Na = 23,0. 14. 10-S1-1. El gas amoníac, NH3, és un dels compostos més fabricats del món. La gran importància que té es deu a la facilitat amb què es pot convertir en altres productes que contenen nitrogen. En l’àmbit domèstic, trobem solucions d’amoníac en una àmplia varietat de productes de neteja. Suposeu que preparem al laboratori una solució aquosa d’amoníac de concentració inicial 0,030 M: a) Calculeu el pH d’aquesta solució a 25 ºC. [1 punt] b) Raoneu si una solució aquosa de NH4Cl 0,030 M serà àcida, neutra o bàsica. [1] DADES: Constant de basicitat (Kb) de l’amoníac a 25 °C = 1,8·10–5. Constant d’ionització de l’aigua (Kw) a 25 °C = 1,0·10–14. 15. 10-S2-1. Es prepara una solució aquosa d’àcid fòrmic, HCOOH, barrejant 4,60 g d’aquest àcid amb aigua en un vas de precipitats. Després, la solució es transvasa quantitativament a un matràs aforat de 500 mL i s’enrasa amb aigua. Es mesura experimentalment el pH de la solució a 25 °C i s’obté un valor de 2,22. a) Quina és la constant d’acidesa de l’àcid fòrmic a 25 °C? [1 punt] b) Quina hauria de ser la concentració d’una solució d’àcid clorhídric perquè tingués el mateix pH que la solució d’àcid fòrmic anterior? [1 punt] DADES: Massa molecular relativa de l’àcid fòrmic = 46,0 16. 10-S4-4. Volem obtenir la corba de valoració de 25 mL d’una solució aquosa d’àcid clorhídric 0,500 M amb una solució aquosa d’hidròxid de sodi 0,500 M. a) Expliqueu el procediment experimental que seguiríeu al laboratori i indiqueu el material que faríeu servir per a obtenir la corba de valoració. [1 punt] b) Escriviu la reacció de valoració, feu un dibuix aproximat de la corba de valoració i assenyaleu-hi el punt d’equivalència. Raoneu quin pH tindrà la valoració en aquest punt a 25 °C. [1 punt]

PRODUCTE DE SOLUBILITAT 1. 03-S2A-5 A temperatura ambient, una dissolució saturada de clorur de plom(II) conté 1,004 g de la sal en 250 cm3 de dissolució. a) Trobeu el producte de solubilitat del clorur de plom(II). [1 punt] b) Determineu si es produirà precipitat en barrejar 10 cm3 de dissolució de clorur de sodi 0,1 M amb 30 cm3 de dissolució de nitrat de plom(II) 0,01 M. [1 punt] Dades: masses atòmiques: Cl = 35,5; Pb = 207,2 2. 03-S3A-4 Una dissolució saturada d’hidròxid de zinc té pH = 8,5. a) Quines són les concentracions dels ions hidròxid i zinc en aquesta dissolució? [0,5]

20


b) Trobeu el producte de solubilitat de l’hidròxid de zinc. [0,5 punts] c) Quina quantitat (en grams) d’hidròxid de zinc dissolt hi ha en 200 cm3 de dissolució saturada? [0,5 punts] d) De quina manera es podria incrementar la solubilitat d’aquest hidròxid? [0,5 punts] Dades: masses atòmiques: H = 1; O = 16; Zn = 65,4 3. 03-S5B-5 Les constants del producte de solubilitat (Kps) del carbonat de plata i del iodat de plata són, respectivament, 8,2·10-12 i 3,1·10-8. a) Determineu la solubilitat (en g/L) de cadascun dels dos compostos en aigua. [1 punt] b) Justifiqueu en quina de les dues dissolucions saturades hi ha més ions plata per litre. [1 punt] Dades: masses atòmiques: C = 12; O = 16; Ag = 108; I = 127 4. 04-S1A-4 A 1000 cm3 d’una dissolució de carbonat de sodi 0,001 mol·dm-3, s’hi afegeix gota a gota dissolució de clorur de bari de concentració 0,001 mol·dm-3. Quan se n’hi han afegit 8,2 cm3, s’observa l’aparició d’un precipitat. a) Escriviu la reacció de precipitació que té lloc i indiqueu el producte que precipita.[0,5] b) Calculeu el producte de solubilitat del precipitat format. [1 punt] c) Justifiqueu per què el precipitat format es redissol si s’afegeix àcid clorhídric a la dissolució. [0,5 punts] 5. 04-S3A-5 Una dissolució té una concentració 1,0·10-5 mol·dm-3 en ions bari i 2,0·10-3 mol·dm-3 en ions calci. Si hi anem afegint sulfat de sodi, indiqueu: a) quina concentració de sulfat hi haurà en el moment en què comenci la precipitació del primer ió i quin serà aquest. [1 punt] b) quina serà la concentració de l’ió que ha precipitat en primer lloc quan comenci a precipitar el segon ió. [1 punt] Dades: Kps (BaSO4) = 1,1·10–10; Kps (CaSO4) = 2,4·10–5 6. 05-S1B-4 S’evaporen 250 cm3 de dissolució saturada de sulfat de calci, i se n’obté un residu sòlid de 207 mg. a) Calculeu la solubilitat de la sal en mol·dm–3. [0,5 punts] b) Calculeu la constant del producte de solubilitat del sulfat de calci. [0,5 punts] c) Determineu si precipitarà o no sulfat de calci en barrejar 50 cm3 de nitrat de calci 0,001 M i 50 cm3 de sulfat de sodi 0,01 M. [1 punt] Dades: masses atòmiques: O = 16, S = 32, Ca = 40 7. 05-S3A-5 El clorur de magnesi és una sal soluble en aigua. Això no obstant, si l’aigua emprada té caràcter bàsic es pot observar l’aparició d’un precipitat. a) Justifiqueu aquest fet, i indiqueu quina és l’espècie que precipita. [0,5 punts] b) Calculeu el producte de solubilitat de l’espècie anterior, sabent que el precipitat apareix quan es dissolen 1,35 g de clorur de magnesi en 250 cm3 d’aigua de pH = 9. c) Indiqueu com es podria redissoldre el precipitat format. [0,5 punts] Dades: masses atòmiques: H = 1, O = 16, Mg = 24,3, Cl = 35,5 8. 06-S1-3 El sulfat d’estronci és una sal molt poc soluble en aigua. En evaporar tota l’aigua present en 250 mL d’una solució saturada a 25 °C de sulfat d’estronci s’obtenen 26,0 mg d’aquesta sal. a) Calculeu la solubilitat a 25 °C del sulfat d’estronci en aigua i expresseu-ne el resultat en mol L–1. [0,5 punts] b) Calculeu la constant producte de solubilitat de la sal a 25 °C. [0,5 punts] c) Raoneu si es formarà precipitat de sulfat d’estronci quan es mesclin volums iguals de sengles dissolucions de sulfat de sodi 0,020 M i de clorur d’estronci 0,010 M. [0,7] d) Indiqueu i raoneu el valor del producte de solubilitat a 25 °C del sulfat d’estronci en una dissolució 1,00 M de clorur de sodi. [0,3 punts]

21


Dades: S = 32,1; O = 16,0; Sr = 87,6 9. 06-S3A-5 A 1 L de dissolució de sulfat de magnesi 0,10 M s’hi va afegint gota a gota una dissolució concentrada d’hidròxid de sodi fins a aconseguir que el pH sigui 9,0. Considerant que el nombre de gotes de dissolució d’hidròxid de sodi afegides és tan petit que no comporta cap canvi en el volum de la dissolució: a) Calculeu la concentració d’ions hidròxid de la dissolució a pH = 9,0. [0,5 punts] b) Raoneu si precipitarà hidròxid de magnesi a pH = 9,0. [1 punt] c) Expliqueu com solubilitzaríeu un precipitat d’hidròxid de magnesi. [0,5 punts] Dades: Kps de l’hidròxid de magnesi = 1,20 10–11 10. 06-S4-1 A 25 °C una dissolució saturada d’hidròxid de calci té un pH = 12,35. a) Calculeu la solubilitat de l’hidròxid de calci a 25° C i expresseu el resultat en g·dm–3. b) Calculeu el Kps de l’hidròxid de calci a 25 °C. [0,6 punts] c) Expliqueu com podríeu dissoldre un precipitat d’hidròxid de calci. [0,4 punts] Dades: Ca = 40,08; H = 1,01; O = 16,00 11. 07-S1B-4 El clorur de plata és una sal insoluble amb una Kps (25 °C) = 2,8·10–10. a) Calculeu la solubilitat, expressada en mol·L–1, del clorur de plata a 25 °C. [0,6] b) Calculeu la solubilitat, expressada en mol·L–1, del clorur de plata a 25 °C en una solució 0,01 M de clorur de sodi, i justifiqueu aquest valor en comparació amb l’obtingut en l’apartat anterior. Quin nom rep el fenomen que justifica aquesta variació de solubilitat? [1 punt] c) Raoneu si la solubilitat del clorur de plata a 25 °C en una solució 0,005 M de clorur de calci serà major, igual o menor que la calculada en l’apartat 4.2. [0,4 punts] 12. 07-S2A-4 A 25 °C, la solubilitat del fluorur de bari en aigua és 1,300 g·L–1. Calculeu a aquesta temperatura: a) La solubilitat del fluorur de bari expressada en mol·L–1. [0,4 punts] b) La constant producte de solubilitat (Kps) del fluorur de bari. [1 punt] c) La solubilitat del fluorur de bari, expressada en mol·L–1, en una solució aquosa 0,500 M de fluorur de sodi. [0,6 punts] DADES: Masses atòmiques: F = 19,00; Ba = 137,3. 13. 07-S3B-4 Atesa l’abundància en l’aigua de mar, on majoritàriament es troba en forma de clorur, el magnesi és un element pràcticament inesgotable. A la mar Morta, per exemple, amb unes aigües amb un elevat contingut en sals minerals, la concentració de Mg2+ és 44,0 g·L–1. a) A 25 °C anem afegint, gota a gota, a 1 L d’aigua procedent de la mar Morta, una solució concentrada d’hidròxid de sodi fins a arribar a un pH = 12,0. Considerant que el volum de la solució afegida és negligible, calculeu la molaritat de l’ió Mg2+ a aquest pH i la massa d’hidròxid de magnesi que haurà precipitat. [1,5 punts] b) Expliqueu com podríeu dissoldre, mitjançant procediments químics, un precipitat d’hidròxid de magnesi. Escriviu la reacció corresponent. [0,5 punts] Dades: Kps (hidròxid de magnesi, 25 °C)= 3,4·10–11. ; M. at.: H = 1; O = 16; Mg = 24,3. 14. 08-S2A-4. El sulfat d’alumini es fa servir en el tractament i la clarificació d’aigües i de solucions aquoses. Amb aquesta finalitat, es dissol el sulfat d’alumini en l’aigua, i a continuació, en addicionar hidròxid de sodi, es forma un precipitat gelatinós d’hidròxid d’alumini que s’enduu i sedimenta bona part dels contaminants que es troben en suspensió. 4.1. Escriviu la reacció corresponent a l’equilibri de solubilitat de l’hidròxid d’alumini (Al(OH)3) i calculeu el pH d’una solució saturada d’hidròxid d’alumini en aigua. [1,5] 4.2. Raoneu com solubilitzaríeu un precipitat d’hidròxid d’alumini. [0,5 punts] DADES: KPS (hidròxid d’alumini, 25 °C) = 3,710–15.

22


15. 08-S4A-4. La fluorita és un mineral constituït per fluorur de calci (CaF2)que generalment es troba en massissos granítics. 4.1. Considerant que el fluorur de calci és pràcticament insoluble en aigua, calculeu, expressant el resultat en mg·L–1, la solubilitat en aigua d’aquesta sal a 25 °C. [1 punt] 4.2. El fluor és un element indispensable per al bon estat de les nostres dents. L’absència de fluorurs en la dieta propicia la càries, per bé que un excés no és desitjable, atès que en aquest cas les dents esdevenen fràgils i trencadisses. Per això, es recomana que l’aigua de boca presenti una concentració d’ions fluorur d’1,0 mg·L–1, sense sobrepassar la concentració d’1,5 mg·L–1. Calculeu la concentració de fluorurs en una aigua de duresa alta, amb 320 mg de catió calci per litre, saturada de fluorur de calci. S’ajusta aquesta aigua a les recomanacions? [1 punt] DADES: KPS (fluorur de calci, 25 °C) = 4,0·10–11 ; F = 19,0; Ca = 40,1. 16. 08-S5A-4. La ingestió contínua de quantitats petites de sals de plom acaba provocant saturnisme, una malaltia que afecta seriosament el nostre sistema nerviós. Per aquest motiu, la Unió Europea ha establert que el contingut de Pb2+ en les aigües potables no ha de sobrepassar els 10–5 g·L–1. 4.1. La cerussita és un mineral constituït per carbonat de plom(II), una sal molt poc soluble en aigua. Raoneu si una aigua subterrània que ha estat en contacte amb la cerussita i, en conseqüència, s’ha saturat de carbonat de plom(II), es podria destinar, pel que fa al contingut de Pb2+ al consum de boca. [1 punt] 4.2. Al laboratori es mesclen 150 mL d’una solució de nitrat de plom(II) 0,040 M amb 50 mL d’una solució de carbonat de sodi 0,010 M. Raoneu si precipitarà el carbonat de plom(II) en el recipient on s’ha fet la mescla. Què succeiria si aquesta mescla s’acidifiqués amb una solució diluïda d’àcid nítric? Escriviu la reacció corresponent. [1] DADES: Kps (carbonat de plom(II), 25 °C) = 1,5·10–15. Pb = 207,2. Considereu que la temperatura ha estat sempre 25 °C, que els volums són additius i que l’àcid carbònic és un àcid feble. 17. 09-S1A-4. L’absència d’ions fluorur en la dieta afavoreix l’aparició de càries dental. Tanmateix, un excés d’aquests ions tampoc no és bo, ja que les dents esdevenen fràgils i es trenquen amb facilitat. Per això, les autoritats sanitàries recomanen que l’aigua destinada al consum humà tingui una concentració d’ions fluorur situada entre 1,0 i 1,5 mg · L–1. 4.1. Raoneu, efectuant els càlculs que siguin pertinents, si l’aigua saturada de fluorur de calci a 25 °C s’ajusta, pel que fa al contingut en fluorurs, a les recomanacions sanitàries indicades. [1,4 punts] 4.2. Determineu la solubilitat del fluorur de calci en una solució 0,1 M de fluorur de sodi. Expresseu el resultat en mols per litre. [0,6 punts] DADES: Constant producte de solubilitat, Kps, del fluorur de calci a 25 °C = 4,0·10–11. Massa atòmica relativa: F = 19,0. 18. PL 09-S3-2. El carbonat de calci i el carbonat de magnesi són dues sals molt poc solubles en aigua, amb unes constants producte de solubilitat, KPS, a 25 °C, que són 5,0 · 10–9 i 1,0 · 10–5, respectivament. 2.1. Considerant que els equilibris de solubilitat d’aquests carbonats són:

CaCO3(s) ⇄ CO32–(aq) + Ca2+(aq)

MgCO3(s) ⇄ CO32–(aq) + Mg2+(aq)

raoneu quin dels dos carbonats és més soluble en aigua i calculeu la solubilitat d’aquest carbonat a 25 °C. Expresseu el resultat en mg · L–1. [0,8 punts] 2.2. Si es mesclen 100 mL d’una solució de clorur de magnesi 0,012 M amb 50 mL d’una solució de carbonat de sodi 0,060 M, precipitarà carbonat de magnesi? Raoneu la resposta. Podeu considerar que els volums de les solucions són additius. [0,6 punts]

23


2.3. Expliqueu com prepararíeu al laboratori els 100 mL de la solució de clorur de magnesi 0,012 M a partir d’una solució de clorur de magnesi 0,120 M. Quin material necessitaríeu? [0,6 punts] DADES: Masses atòmiques relatives: C = 12,0; O = 16,0; Mg = 24,3; Ca = 40,1. 19. 09-S4A-4. A 25 °C, es prepara una solució saturada d’hidròxid de zinc en aigua i el seu pH és 8,5. 4.1. Calculeu el valor de la constant producte de solubilitat, Kps, de l’hidròxid de zinc a 25 °C i la massa d’hidròxid de zinc que hi ha dissolta en 5 L d’una solució saturada d’hidròxid de zinc en aigua. [1,5 punts] 4.2. Calculeu la solubilitat de l’hidròxid de zinc en una solució de clorur de zinc 1,5·10–2 M. [0,5 punts] DADES: Masses atòmiques relatives: H = 1,0; O = 16,0; Zn = 65,4.

OXIDACIÓ-REDUCCIÓ IGUALACIÓ, ESTEQUIOMETRIA, GRAU D’OXIDACIÓ 1. 03-S3-2 L’ió permanganat reacciona en medi àcid amb l’ió Fe2+ per donar ions Mn2+ i Fe3+. a) Igualeu la reacció redox corresponent pel mètode de l’ió-electró i indiqueu quina espècie és l’oxidant i quina la reductora. [1 punt] b) Si la reacció es duu a terme amb dissolucions de permanganat de potassi i de sulfat de ferro(II) en presència d’àcid sulfúric, escriviu la reacció igualada en forma molecular. [0,5 punts] c) El permanganat de potassi és un exemple de substància comburent. Expliqueu què vol dir això i citeu algun altre exemple. [0,5 punts] 2. 04-S1-2 L’àcid sulfúric és un líquid oliós que no hauria d’estar en contacte amb la pell. Reacciona amb el coure metàl·lic i dóna sulfat de coure(II), diòxid de sofre i aigua. a) Escriviu la reacció que té lloc, ajustada pel mètode de l’ió-electró, en forma iònica i en forma molecular. [0,8 punts] b) Calculeu el volum de diòxid de sofre, mesurat a 25 °C i 1,01·105 Pa, que s’obté a partir de 30 g de coure. [0,8 punts] c) Per quin motiu cal prendre precaucions especials quan es barreja àcid sulfúric amb aigua? [0,4 punts] Dades: masses atòmiques: Cu = 63,5 ; R = … 3. 04-S3B-4 En fer bombollejar sulfur d’hidrogen gasós a través d’àcid nítric es forma sofre, diòxid de nitrogen i aigua. a) Ajusteu la reacció d’oxidació-reducció que té lloc i indiqueu quines són les espècies oxidant i reductora. [1 punt] b) Calculeu la massa de sofre que s’obtindrà a partir de 15 cm3 d’àcid nítric concentrat (del 60% en massa i densitat 1,38 g·cm–3). [1 punt] Dades: masses atòmiques: H = 1; N = 14; O = 16; S = 32 4. 05-S1-3 El sulfur de zinc es transforma en sulfat de zinc per reacció amb àcid nítric concentrat, i es desprèn monòxid de nitrogen (NO). a) Indiqueu les espècies oxidant i reductora. [0,5 punts] b) Escriviu la reacció corresponent, igualada pel mètode de l’ió-electró. [1 punt] c) Calculeu la massa de sulfat de zinc que s’obtindrà per reacció entre 50 cm3 d’àcid nítric 13 M i la quantitat suficient de sulfur de zinc. [0,5 punts] Dades: masses atòmiques: H = 1, N = 14, O = 16, S = 32, Zn = 65,4 5. 05-S3A-4 El ZnSO4 es pot obtenir a partir del ZnS per oxidació amb HNO3, una reacció en la qual s’obté, a més a més, NO. a) Escriviu i ajusteu la reacció indicada, pel mètode de l’ió-electró. [1 punt]

24


b) Calculeu el volum mínim d’HNO3 de concentració 6 M necessari per reaccionar amb una mostra de 8 g del mineral blenda, que conté un 70% en massa de ZnS. [0,5 punts] c) Calculeu la massa de Zn metàl·lic que es podria obtenir del producte. [0,5 punts] Dades: masses atòmiques: H = 1, O = 16, N = 14, S = 32, Zn = 65,4 6. 06-S1A-4 El cinabri és un mineral que conté sulfur de mercuri (II). Una mostra de cinabri es fa reaccionar amb àcid nítric concentrat de manera que el sulfur de mercuri (II) present en el mineral reacciona amb l’àcid formant aigua, monòxid de nitrogen i sulfat de mercuri (II). a) Igualeu la reacció pel mètode de l’ió-electró. [0,8 punts] b) Indiqueu l’espècie que s’oxida i la que es redueix. [0,4 punts] c) Calculeu el volum d’àcid nítric 13,0 M que reaccionarà amb el sulfur de mercuri(II) present en 10,0 g d’un cinabri que té un 92,5% de sulfur de mercuri (II). [0,8 punts] Dades: Hg = 200,6; S = 32,1 7. 06-S3B-4 En presència d’acid sulfúric, el permanganat de potassi (KMnO4) reacciona amb el peròxid d’hidrogen (H2O2) per tal de donar oxigen, sulfat de manganès (II), sulfat de potassi i aigua. a) Escriviu la reacció i ajusteu-la pel mètode de l’ió-electró. [0,8 punts] b) Calculeu el volum d’oxigen que s’alliberarà a 1,013·105 Pa i 25 °C quan 15 mL d’una dissolució de permanganat de potassi 0,100 M hagin reaccionat amb la quantitat estequiomètrica d’H2O2. [0,8 punts] c) És perillós preparar una dissolució aquosa concentrada d’àcid sulfúric? Per quina raó? Com s’ha de preparar adequadament aquesta dissolució? Expliqueu les precaucions que cal prendre a l’hora de treballar amb l’àcid sulfúric concentrat al laboratori. [0,4 punts] Dades: R = 0,082 atm L K–1 mol–1 = 8,314 J K–1 mol–1 8. 07-S1-1 En medi sulfúric, el sulfit de potassi reacciona amb el permanganat de potassi i dóna sulfat de potassi i sulfat de manganès(II). a) Indiqueu els estats d’oxidació del Mn i del S en el permanganat de potassi i el sulfit de potassi, respectivament. [0,4 punts] b) Igualeu la reacció redox pel mètode de l’ió-electró. [1 punt] c) El permanganat de potassi és un agent oxidant molt potent. Malgrat això, per a eliminar les substàncies responsables de les males olors dels cursos baixos d’alguns rius s’ha fet servir el peròxid d’hidrogen, que és un oxidant menys potent però, alhora, menys contaminant. Escriviu la reacció de reducció del peròxid d’hidrogen i expliqueu per què és menys contaminant que el permanganat de potassi. [0,6 punts] 9. 07-S2B-4 L’estany metàl·lic reacciona amb l’àcid nítric concentrat i forma òxid d’estany(IV), diòxid de nitrogen i aigua. a) Ajusteu la reacció que té lloc pel mètode de l’ió-electró. [1 punt] b) Calculeu el volum d’una solució d’àcid nítric del 16,0% en massa i densitat 1,09 g ·mL–1, que reaccionarà estequiomètricament amb 2,00 g d’estany. [1 punt] DADES: Masses atòmiques: Sn = 118,7; H = 1,0; N = 14,0; O = 16,0. 10.PL 08-S2-3. En presència d’àcid sulfúric, el peròxid d’hidrogen (H2O2) reacciona amb el permanganat de potassi i dóna sulfat de manganès(II), sulfat de potassi, oxigen i aigua. De fet, aquesta reacció es fa servir per a determinar la concentració de peròxid d’hidrogen en una aigua oxigenada comercial. 3.1. Igualeu pel mètode de l’ió-electró la reacció entre el peròxid d’hidrogen i el permanganat de potassi. [0,6 punts] 3.2. Per a determinar la concentració de peròxid d’hidrogen en una aigua oxigenada comercial es prenen exactament 25 mL de l’aigua oxigenada, s’acidifiquen amb la quantitat suficient d’àcid sulfúric, i el conjunt es dilueix fins a 250 mL amb aigua destil·lada. Expliqueu, indicant l’utillatge i el procediment escaients, com prepararíeu de manera precisa al laboratori aquesta solució diluïda de l’aigua oxigenada comercial. [0,8 punts]

25


3.3. Considerant que 10,0 mL de la solució diluïda de l’aigua oxigenada així preparada reaccionen de manera estequiomètrica amb 22,0 mL d’una solució de permanganat de potassi 0,020 M, determineu la molaritat d’aquesta solució diluïda. [0,6 punts] 11. 08-S5-1. En solucions aquoses d’àcid sulfúric, el sulfat de ferro(II) reacciona amb el permanganat de potassi i es forma sulfat de ferro(III), sulfat de manganès(II), sulfat de potassi i aigua. 1.1. Igualeu aquesta reacció pel mètode de l’ió-electró. [0,6 punts] 1.2. En farmàcia, el sulfat de ferro(II) es fa servir en la preparació de medicaments per a tractar pacients amb determinats tipus d’anèmies. Amb la finalitat de conèixer el contingut de catió Fe2+ en uns comprimits antianèmics, es dissol un d’aquests comprimits en una solució d’àcid sulfúric i es fa reaccionar amb una solució de permanganat de potassi 0,020 M. Sabent que tot el Fe2+ del comprimit reacciona de manera estequiomètrica amb 6,60 mL de la solució de permanganat de potassi, calculeu els mg de catió Fe2+ que hi havia en el comprimit analitzat. [0,8 punts] 1.3. Escriviu la semireacció corresponent a la reducció del catió Fe2+ i indiqueu l’interès industrial del producte que s’hi ha format. Esmenteu el nom genèric que reben les indústries on s’obté aquest producte. [0,6 punts] DADES: Considereu que l’únic component del comprimit que reacciona amb el permanganat de potassi és el sulfat de ferro(II). Fe = 55,85. 12. 09-S4B-4. El clor és un gas de color groc verdós que s’utilitza en la potabilització de l’aigua per al consum humà i en la desinfecció de l’aigua de les piscines. 4.1. Al laboratori, es pot preparar clor gas fent reaccionar el permanganat de potassi sòlid amb àcid clorhídric concentrat. Considerant que en el decurs d’aquesta reacció redox es forma clor, clorur de manganès(II) i aigua, escriviu i ajusteu la reacció mitjançant el mètode de l’ió-electró. [0,8 punts] 4.2. Calculeu el volum de clor gas, a 20 °C i 1 atm de pressió, que es pot obtenir en fer reaccionar 10 mL de clorhídric concentrat del 35,2 % en massa i densitat 1,175 g·mL–1 amb un excés de permanganat de potassi. [0,6 punts] 4.3. En l’etiqueta del pot de vidre del permanganat de potassi apareixen els pictogrames següents:

Què signifiquen aquests pictogrames? Quines precaucions cal prendre per a manipular el permanganat de potassi? [0,6 punts] DADES: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1. Masses atòmiques relatives: H = 1,0; Cl = 35,5. PILA REDOX, ESPONTANEÏTAT 1. 03-S5B-4 Per al muntatge d’una pila, tenim a la nostra disposició barretes de coure i de plata i dissolucions 1 M de nitrat de coure (II) i de nitrat de plata. a) Feu un esquema de la pila que podríem construir, indicant l’ànode, el càtode, les reaccions que tenen lloc a cada elèctrode, la reacció global i el sentit de circulació dels electrons. [1 punt] b) Determineu la força electromotriu estàndard de la pila. [0,5 punts] c) Calculeu la variació d’energia de Gibbs estàndard per a la reacció que es produeix. Dades: E 0 (Ag+/Ag) = 0,80 V; E 0 (Cu2+/Cu) = 0,34 V; F = 96500 C·mol-1 2.PL 04-S5-1 Disposem de dissolució de nitrat de coure(II) 1 M i dissolució de sulfat d’estany(II) 1 M, com també de barretes de coure i estany i material divers de laboratori.

26


a) Expliqueu com construiríeu una pila amb aquests components. Dibuixeu un esquema de la pila i anomeneu el material emprat. [1 punt] b) Indiqueu l’ànode i el càtode i les reaccions que hi tenen lloc. [0,5 punts] c) Indiqueu el sentit de circulació dels electrons i trobeu la força electromotriu de la pila. [0,5 punts] Dades: E 0 (Cu2+/Cu) = 0,34 V; E 0 (Sn2+/Sn) = –0,14 V 3.PL 05-S4-1 Per a la reacció següent:

Cu (s) + Sn2+(aq) → Cu2+(aq) + Sn (s) a) Justifiqueu si, en condicions estàndard, tindrà lloc tal com està escrita o en sentit contrari. [0,5 punts] b) Expliqueu de quina manera es pot construir una pila en la qual tingui lloc aquesta reacció (en el sentit adequat). Indiqueu l’ànode, el càtode i el sentit del moviment dels electrons pel circuit extern. [1 punt] c) Calculeu la força electromotriu estàndard de la pila. [0,5 punts] Dades: E 0 (Cu2+/Cu) = 0,34 V, E 0 (Sn2+/Sn) = –0,14 V 4.PL 06-S3-2 Disposem d’una làmina de coure, d’una de ferro i de dues dissolucions aquoses: una de sulfat de ferro (II) 1,0 M i l’altra de sulfat de coure (II) 1,0 M. a) Expliqueu com construiríeu una pila amb aquestes substàncies al laboratori. [0,6] b) Indiqueu el càtode i l’ànode de la pila, llurs polaritats i les reaccions que hi tenen lloc. [0,5 punts] c) Calculeu la força electromotriu estàndard a 25 °C d’aquesta pila. [0,5 punts] d) Escriviu la notació de la pila formada a partir de les substàncies esmentades. [0,4] Dades: a 25 °C: Eº(Cu2+/Cu) = +0,340 V; Eº(Fe2+/Fe) = –0,440 V 5. 07-S2-3 Disposem una làmina de zinc dins d’un vas de precipitats que conté una solució 1 M de sulfat de coure(II). Considerant els següents valors dels potencials estàndard de reducció a 25 °C: E°(Zn+2/Zn) = –0,76 V i E°(Cu+2/Cu) = 0,34 V, i que una solució de sulfat de coure(II) és blava, mentre que una de sulfat de zinc és incolora: a) Escriviu la reacció que té lloc en el vas de precipitats i raoneu l’aspecte que prendrà la làmina de zinc a mesura que avanci la reacció. De quin color quedarà la solució quan la reacció s’haurà completat? [0,4 punts] b) Dibuixeu l’esquema de la pila que podem construir amb dues làmines de Zn i Cu, i dues solucions 1 M de sulfat de zinc i 1 M de sulfat de coure(II). Indiqueu sobre el vostre dibuix el sentit del corrent d’electrons de la pila i el moviment dels ions del pont salí. [0,8 punts] c) Calculeu el valor de la força electromotriu estàndard d’aquesta pila a 25 °C i indiqueu raonadament l’elèctrode que actuarà de càtode en la pila. [0,8 punts] 6. 10-S1-4. Al laboratori disposem d’una solució aquosa de Zn2+ 1,0 M, d’una solució aquosa de Cu2+ 1,0 M i de ferro i alumini sòlids. a) Quina reacció faríeu per a obtenir zinc sòlid? Justifiqueu la resposta. [1 punt] b) Escriviu l’equació de la reacció entre la solució aquosa de Cu2+ i l’alumini sòlid calculeu l’energia lliure estàndard d’aquesta reacció. [1 punt] DADES: Considereu que les reaccions es produeixen a 25 °C. / F= 9,65·104C·mol–1.

Temperatura = 25 °C Cu2+/Cu Fe2+/Fe Zn2+/Zn Al3+/Al E° (V) +0,34 –0,44 –0,76 –1,68

7. 10-S2-2. A partir de solucions de Zn2+ 1,0 M i Ag+ 1,0 M, i emprant una solució de KNO3 2,0 M com a pont salí, es construeix al laboratori la pila següent, a una temperatura de 25 °C:

Zn(s) | Zn2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s) a) Escriviu les equacions de les semireaccions d’oxidació i reducció, i l’equació de la reacció iònica global de la pila. Calculeu-ne la força electromotriu (FEM). [1 punt]

27


b) Dibuixeu un esquema de la pila. Indiqueu-hi la polaritat i el nom de cada elèctrode i assenyaleu en quin sentit es mouen els ions del pont salí. [1 punt] DADES:

Parell redox Zn2+/Zn Ag+/Ag E° (V), a 25 °C –0,76 +0,80

ELECTRÒLISI 1. 03-S2A-4 El sodi metàl·lic s’obté industrialment per electròlisi del clorur de sodi fos. a) Indiqueu en quin elèctrode (ànode o càtode) tindrà lloc la producció de sodi metàl·lic i escriviu la reacció corresponent. [0,5 punts] b) Si es fa circular un corrent de 80 A durant 30 minuts per un recipient que conté clorur de sodi fos, calculeu la càrrega que ha circulat i la massa de sodi que s’obté. c) Es podria obtenir sodi metàl·lic electrolitzant una dissolució de clorur de sodi? Justifiqueu la resposta. [0,5 punts] Dades: masses atòmiques: Na = 23; Cl = 35,5 F = 96500 C·mol-1

2. 05-S4A-5 Es vol dipositar electrolíticament una capa de 0,005 mm d’or sobre una moneda metàl·lica que té una superfície total de 3 cm2. Per fer-ho s’introdueix la moneda en un bany que conté ions Au3+, i es connecta a un circuit pel qual circula un corrent de 0,1 A. a) Indiqueu si la moneda haurà d’actuar com a ànode o com a càtode. [0,5 punts] b) Escriviu la reacció que tindrà lloc a l’elèctrode. [0,5 punts] c) Calculeu la massa d’or que cal dipositar. [0,5 punts] d) Determineu el temps que haurà de circular el corrent. [0,5 punts] Dades: mas. at.: Au = 197 ; Densitat de l’or = 19,3 g·cm–3 , 1 Faraday = 96 485 C·mol–1 3. 06-S1B-4 Durant tres hores es fa circular un corrent continu constant per dues cel·les d’electròlisi disposades en sèrie amb sengles dissolucions de AgNO3 i CuSO4. Passat aquest temps, en la cel·la que conté AgNO3 s’han dipositat 0,600 g de plata metàl·lica. a) Dibuixeu l’esquema associat a aquesta electròlisi (amb les dues cel·les en sèrie) i justifiqueu en quin elèctrode es dipositarà la plata metàl·lica. Quin nom té aquest elèctrode? [0,6 punts] b) Calculeu la intensitat de corrent elèctric que ha circulat per les cel·les electrolítiques. c) Calculeu la massa de coure metàl·lic que s’haurà dipositat en la segona cel·la passades les tres hores. Quin nom rep l’elèctrode on s’ha dipositat el coure? [0,8] Dades: F = 96 485 C; Ag = 107,8; Cu = 63,5 4. 06-S4A-4 En la indústria, l’electròlisi del clorur de sodi en fusió permet l’obtenció de sodi metàl·lic i clor gasós. Es fa circular durant una hora un corrent elèctric de 195 kA per una cel·la electrolítica industrial que conté clorur de sodi fos. a) Escriviu les reaccions que tenen lloc a l’ànode i al càtode de la cel·la. [0,5 punts] b) Calculeu els mols d’electrons que han circulat per la cel·la. [0,5 punts] c) Calculeu les masses de sodi i de clor gasós que s’obtenen en l’electròlisi. [1 punt] Dades: Na = 23,0; Cl = 35,5 ; F = 96 485 C mol–1 5. 07-S3A-4 Quan es fa l’electròlisi en una solució d’una sal soluble d’un metall divalent, fent passar un corrent de 3,00 A durant cinc hores, es dipositen 18,29 g de metall. a) Calculeu la massa atòmica del metall. [1 punt] b) Indiqueu el nom de l’elèctrode on es diposita el metall, escriviu la reacció que hi té lloc i raoneu si es tracta d’una oxidació o d’una reducció. [0,5 punts] c) Tenint present el que representa la constant de Faraday, calculeu, expressant el resultat en coulombs, la càrrega de l’ió divalent del metall. [0,5 punts] DADES: Constant de Faraday = F = 96500 C·mol–1; NA = 6,022·1023.

28


6. 09-S3B-4. L’electròlisi de l’aigua mitjançant un corrent elèctric continu proporcionat per cèlul·les fotovoltaiques pot ser una via sostenible per a l’obtenció d’hidrogen, un combustible que, a diferència dels hidrocarburs d’origen fòssil, no produeix gasos d’efecte d’hivernacle. 4.1. Es duu a terme l’electròlisi d’aigua acidulada amb H2SO4 fent servir un esquema experimental com el que es mostra en la figura de la dreta. a) Observant la figura, raoneu quin gas s’allibera en l’elèctrode A i en l’elèctrode B i indiqueu quin nom reben aquests elèctrodes. b) Escriviu les reaccions que tenen lloc en cadascun d’aquests elèctrodes. [1,5 punts] 4.2. En una cel·la electrolítica en què té lloc l’electròlisi de l’aigua, s’hi han alliberat, passat un cert temps, 4 g d’hidrogen gas. Calculeu la càrrega elèctrica que ha circulat per la cel·la durant aquest temps. [0,5 punts] DADES: F = 96 485 C · mol–1. Massa atòmica relativa: H = 1,0. 7. 10-S1-5. Mitjançant el procés d’electròlisi de l’aigua es poden obtenir hidrogen i oxigen gasosos. a) Indiqueu el material que necessitaríeu per a dur a terme aquest procés al laboratori i feu un esquema del muntatge experimental. Escriviu les equacions de les semireaccions que tenen lloc en cadascun dels elèctrodes. [1 punt] b) Determineu el volum d’hidrogen, mesurat a 1,0 atm i 25 °C, que s’obtindrà en efectuar l’electròlisi de l’aigua durant mitja hora amb una intensitat de corrent de 2,0 A. [1 punt] DADES: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1 = 8,31 J·K–1·mol–1. F = 9,65·104 C·mol–1. 8. 10-S4-2. En fer l’electròlisi de clorur de liti fos, LiCl, s’obté Cl2 a l’ànode i Li al càtode. a) Escriviu el procés que té lloc en cadascun dels elèctrodes i indiqueu quin és el procés d’oxidació i quin el de reducció. Quina polaritat tenen els elèctrodes? [1 punt] b) Calculeu la intensitat de corrent necessària per a descompondre 15,0 g de clorur de liti fos en una hora. [1 punt] DADES: Cl = 35,5; Li = 6,9. Constant de Faraday = F = 9,65·104 C·mol–1.

ESTRUCTURA ATÒMICA I ENLLAÇ 1. 03-S2B-5 Dos àtoms d’hidrogen es troben en els estats excitats corresponents als nivells n = 2 i n = 4, respectivament. Si aquests àtoms tornen directament al seu estat fonamental: a) Justifiqueu si els àtoms emetran o absorbiran energia en forma de radiació. [0,5 p] b) Raoneu per a quin dels dos àtoms la radiació electromagnètica implicada tindrà més energia i per a quin la longitud d’ona serà més gran. [0,5 punts] c) Definiu energia de ionització d’un àtom i discutiu com varia amb la seva grandària. 2. 03-S5A-5 La configuració electrònica de la capa de valència d’un element químic en l’estat fonamental és 4s24p5. a) Indiqueu quin és el nombre atòmic d’aquest element, així com el grup i el període als quals pertany, justificant adequadament les respostes. [1 punt] b) En combinació amb el fòsfor, aquest element forma un compost de fórmula PX3. Justifiqueu quina geometria presentarà una molècula d’aquest compost. [1 punt] Dades: nombre atòmic del fòsfor: 15 3. 04-S1B-4 Justifiqueu, a partir de les estructures electròniques de valència (o de Lewis), quina és la geometria més probable de les molècules següents, i indiqueu també si tindran caràcter polar o no: a) BF3 [0,5 punts] b) NF3 [0,5 punts] c) CO2 [0,5 punts] d) H2S [0,5 punts] Dades: nombres atòmics: H = 1; B = 5; C = 6; N = 7; O = 8; F = 9; S = 16

29


4. 04-S3-1 Disposem de propanol líquid pur (CH3CH2CH2OH) i d’una dissolució 1 M de iodur de potassi (KI). Volem preparar 500 cm3 d’una dissolució aquosa que contingui 0,04 mol·dm-

3 de iodur de potassi i 0,4 mol·dm-3 de propanol. a) Calculeu els volums de cadascuna de les dissolucions de partida que cal utilitzar per fer aquesta preparació. [1 punt] b) Descriviu de manera detallada el procediment de laboratori que cal seguir per fer la preparació i anomeneu el material que cal emprar. [1 punt] Dades: masses atòmiques: H = 1; C = 12; O = 16 ; densitat del propanol = 0,80 g·cm-3

5. 04-S5A-5 Justifiqueu, a partir de les estructures electròniques de valència (o de Lewis), quina és la geometria més probable de les molècules següents i indiqueu també si tindran caràcter polar o no: a) CHCl3 [0,5 punts] b) CBr4 [0,5 punts] c) Cl2O [0,5 punts] d) NH3 [0,5 punts] Dades: nombres atòmics: H = 1; C = 6; N = 7; O = 8; Cl = 17; Br = 35 6. 05-S1A-5 a) Representeu les estructures de Lewis dels elements nitrogen, oxigen i clor. [0,5 p.] b) D’acord amb la teoria de la repulsió dels parells d’electrons de valència, justifiqueu les estructures i la geometria de les molècules NCl3, Cl2O i NO, i indiqueu, a més a més, el tipus d’enllaç que es forma i si les molècules són polars o no. [1,5 punts] Dades: nombres atòmics: N = 7, O = 8, Cl = 17 7. 06-S1A-5 Aplicant la teoria de la repulsió dels parells d’electrons de la capa de valència, establiu la geometria de les molècules següents: a) CF4, NF3 i BF3. [0,75 punts] b) Raoneu en cada cas si la molècula serà polar o apolar. [0,45 punts] c) Definiu àcid i base de Lewis i raoneu si alguna de les molècules indicades en l’apartat a) podrà actuar d’àcid o de base de Lewis. [0,8 punts] Dades: nombres atòmics: B: Z = 5 ; C: Z = 6 ; N: Z = 7 ; F: Z = 9 8. 06-S4A-5 L’energia d’ionització de l’estat fonamental del sodi és 495,8 kJ mol–1. a) Calculeu l’energia necessària per ionitzar 10 g de sodi gasós des del seu estat fonamental. [0,5 punts] b) Expresseu el valor de l’energia d’ionització del sodi en eV àtom–1. [0,5 punts] c) Calculeu la longitud d’ona de la radiació capaç d’ionitzar el sodi gasós. [1 punt] Dades: velocitat de la llum en el buit (c) = 3,000 108 m s–1 càrrega de l’electró (e) = 1,602 10–19 C ; nombre d’Avogadro (NA) = 6,022 1023 mol–1 constant de Plank (h) = 6,626 10–34 J s ; massa atòmica del Na = 23,00 9. 07-S1A-5 Responeu a les qüestions següents: [0,5 punts cada apartat] a) Definiu energia d’ionització d’un element. b) El liti, el sodi i el potassi són tres metalls alcalins de nombres atòmics 3, 11 i 19, respectivament. Assigneu, de manera raonada, a cadascun d’aquests metalls un dels següents valors possibles pel que fa a l’energia d’ionització: 100, 119 i 124 kcal/mol. c) Raoneu com varia l’energia d’ionització al llarg d’un període de la taula periòdica. d) Argumenteu la veritat o falsedat de l’afirmació següent: qualsevol metall alcalí és més electropositiu que qualsevol metall alcalinoterri. 10. 07-S2A-5 Els elements Na,Mg, S i Cl pertanyen al tercer període de la taula periòdica i tenen, respectivament, 1, 2, 6 i 7 electrons a la capa de valència. a) Raoneu quins seran els ions monoatòmics més estables d’aquests elements.[0,4] b) Ordeneu els elements per energies d’ionització creixents i justifiqueu la resposta. c) Formuleu el compost que previsiblement formarà el Mg amb el Cl i indiqueu el tipus d’enllaç existent en aquest compost. [0,4 punts]

30


d) En determinats casos el sofre presenta l’estat d’oxidació +2. Raoneu el tipus d’enllaç que s’establirà entre el S i el Cl quan aquests dos elements reaccionin entre si per formar diclorur de sofre. Establiu la geometria molecular d’aquest compost i raoneu si serà polar o no. [0,6 punts] 11. 08-S2A-5. Els nombres atòmics de l’oxigen, del fluor i del sodi són, respectivament, 8, 9 i 11. 5.1. Raoneu quin dels tres elements tindrà un radi atòmic més gran. [0,5 punt] 5.2. Raoneu si el radi de l’ió fluorur serà més gran o més petit que el radi atòmic del fluor. [0,5 punt] 5.3. En determinades condicions, el fluor i l’oxigen reaccionen entre si i formen difluorur d’oxigen (OF2). Raoneu el tipus d’enllaç que existirà en aquesta molècula, determineu-ne la geometria molecular i el valor previsible de l’angle d’enllaç i justifiqueu-ne la polaritat. [1 punt] 12. 08-S4-2. L’estany, el carboni diamant i el iode són sòlids a les temperatures i pressions habituals. 2.1. Raoneu per què el carboni diamant té una temperatura de fusió de 3 823 K, mentre que el iode és un sòlid que se sublima amb facilitat. [1 punt] 2.2. Entre el carboni diamant i l’estany, quin dels dos sòlids conduirà millor el corrent elèctric? Expliqueu-ne la raó. [0,5 punts] 2.3. Entre l’estany i el iode, quin d’aquests elements presentarà el radi atòmic més gran? Expliqueu-ne la raó. [0,5 punts] 13. 08-S5A-5. Els nombres atòmics de tres elements A, B i C són, respectivament, Z– 1, Z i Z+1. Sabent que l’element B és el gas noble que es troba en el tercer període (argó), responeu raonadament a les qüestions següents: 5.1. En quin grup de la taula periòdica es troben els elements A i C? Quin d’aquests dos elements presenta una energia d’ionització més gran? [0,5 punts] 5.2. En quin període es troben els elements A i C? Quin d’aquests elements presenta un radi atòmic més gran? [0,5 punts] 5.3. Quin és l’estat d’oxidació més probable dels elements A i C? Quin tipus d’enllaç s’establirà quan reaccionin entre si? [0,5 punts] 5.4. Quin tipus d’enllaç s’estableix en els compostos que es formen quan els elements A i C reaccionen (separadament) amb l’oxigen (Z = 8)? [0,5 punts] 14. 09-S1-2. Els halògens són els elements del grup 17 i es caracteritzen perquè tenen set electrons en la capa de valència. 2.1. El tetraclorur de carboni o tetraclorometà, CCl4, és un dissolvent orgànic apolar. Justifiqueu la geometria i l’apolaritat d’aquest compost a partir del model de la repulsió dels parells d’electrons de la capa de valència. Quin valor previsible tindran els angles d’enllaç? [1 punt] 2.2. Pel que fa als enllaços C−Cl i C−F, raoneu quin d’ells tindrà una longitud d’enllaç més gran. [0,5 punts] 2.3. El cloroform (triclorometà) és líquid a 5 °C, mentre que el bromoform (tribromometà) és sòlid a aquesta mateixa temperatura. Com justificaríeu aquest fet? [0,5 punts] DADES: C (Z = 6); F (Z = 9); Cl (Z = 17); Br (Z = 35). 15. 09-S3A-5. Pel que fa als halògens de la figura de la dreta: 5.1. En les condicions habituals de pressió i temperatura, el clor és un gas constituït per molècules diatòmiques. Argumenteu per què les molècules de clor són diatòmiques i no monoatòmiques. [0,6 punts]

31


5.2. El volum atòmic del clor és molt més petit que no pas el volum de l’ió clorur. Expliqueu-ne la raó. [0,6 punts] 5.3. Fa uns quants anys, els CFC (hidrocarburs fluorats i clorats) eren molt utilitzats com a agents refrigerants en neveres, aparells d’aire condicionat i com a gasos propel·lents en els aerosols. En aquests compostos, que són els responsables principals de la destrucció de la capa d’ozó, hi són presents els enllaços C−F i C−Cl. Argumenteu quin dels dos tindrà una longitud d’enllaç més gran. [0,8 punts] DADES: C (Z = 6). 16. 10-S1-3. Amb l’ajut d’aquesta gràfica, en què es mostra l’energia d’ionització dels seixanta primers elements de la taula periòdica, responeu a les qüestions següents:

Primera energia d’ionització en funció del nombre atòmic

a) Definiu el concepte d’energia d’ionització d’un element. Justifiqueu, a partir de l’estructura electrònica dels àtoms, per què la primera energia d’ionització és tan alta en els elements situats en els pics de la figura. [1 punt] b) Compareu l’energia d’ionització del sodi (Z = 11) amb la del magnesi (Z = 12) i justifiqueu-ne els valors segons les estructures electròniques d’aquests dos elements. 17. 10-S1-6. El diòxid de carboni, un dels gasos de l’atmosfera, absorbeix part de la radiació infraroja emesa per la superfície de la Terra. a) Expliqueu què li succeeix a la molècula de diòxid de carboni quan absorbeix un fotó de radiació infraroja. Per què les molècules de diòxid de carboni absorbeixen només certes freqüències de radiació infraroja? [1 punt] b) Calculeu la freqüència i la longitud d’ona d’un fotó de radiació infraroja que té una energia d’1,33·10–20 J. [1 punt] DADES: Constant de Planck h = 6,63·10–34 J·s. Velocitat de la llum c = 3·108 m·s–1. 18. 10-S2-4. Per a passar un mol de molècules de HCl des del nivell més baix de vibració (estat fonamental) fins al nivell de vibració següent es requereix una energia de 32,7 kJ. a) Calculeu l’energia, expressada en J, que es necessita per a passar una molècula de HCl des de l’estat fonamental fins al nivell de vibració següent. Quin tipus de radiació electromagnètica hauria d’absorbir una molècula de HCl per a realitzar aquest procés? [1 punt] b) Calculeu la freqüència i la longitud d’ona de la radiació electromagnètica que hauria d’absorbir una molècula de HCl per a passar de l’estat fonamental al nivell de vibració següent. [1 punt] DADES: Constant d’Avogadro = NA = 6,02·1023 mol–1.

32


Constant de Planck = h = 6,63·10–34 J·s. Velocitat de la llum = c = 3,0·108 m·s–1. 19. 10-S4-6. La figura següent mostra el radi atòmic dels quaranta-cinc primers elements de la taula periòdica:

Radi atòmic d’alguns elements en funció del nombre atòmic

a) Justifiqueu, a partir de l’estructura electrònica dels àtoms, la variació del radi atòmic al llarg del segon període de la taula periòdica (nombres atòmics del 3 al 9). [1 punt] b) Compareu el radi atòmic del liti (Z = 3) i el del potassi (Z = 19) i justifiqueu aquests valors a partir de l’estructura electrònica dels dos àtoms. [1 punt] 20. 10-S4-7. Una radiació electromagnètica es pot definir mitjançant qualsevol dels paràmetres següents: energia, longitud d’ona, freqüència o nombre d’ona. a) Apliquem a una determinada molècula les radiacions electromagnètiques que s’indiquen a la taula següent. Ordeneu-les de més a menys energia i justifiqueu la resposta. [1 punt] Radiacions electromagnètiques

Radiació radiació 1 radiació 2 radiació 3 Valor i unitat 2,65·10–17 J 2,70·10–7 m 5,10·1014 s–1

b) Les molècules d’ozó (O3) de l’estratosfera absorbeixen certes radiacions ultraviolades i ajuden a protegir els éssers humans de patir càncer de pell. D’altra banda, les molècules de diòxid de carboni (CO2) de la troposfera absorbeixen certes radiacions infraroges emeses per la superfície de la Terra i provoquen l’escalfament de l’atmosfera per l’efecte d’hivernacle. Expliqueu quins tipus de canvis es produeixen en les molècules d’ozó i de diòxid de carboni en aquests processos d’absorció de radiació electromagnètica. [1 punt] DADES: Constant de Planck h = 6,63·10–34 J·s. Velocitat de la llum c = 3,0·108 m·s–1.

TEST En les quatre qüestion, trieu l’única resposta que considereu vàlida (no cal justificar-la). Cada resposta errònia descompta un 33% (–0,17 punts) de la puntuació prevista per a cada pregunta. Per contra, les preguntes no contestades no tindran cap descompte. 1. 04-S1B-5. [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. Un recipient tancat a 25 °C i 1 atm conté 1 g de O2. Si hi introduïm 1 g de H2, mantenint constants el volum i la temperatura:

a) la pressió parcial de l’oxigen disminuirà, perquè ara només representa el 50% de la massa continguda en el recipient. b) la pressió parcial de l’oxigen no variarà, perquè hi ha el mateix nombre de mols d’oxigen que abans. c) la pressió total serà el doble de la pressió inicial, perquè la massa total és el doble.

33


d) la pressió total disminuirà, a causa que es formarà aigua líquida per reacció entre l’oxigen i l’hidrogen.

5.2. L’òxid de ferro(III) es pot reduir a òxid de ferro(II) per reacció amb monòxid de carboni: Fe2O3 (s) + CO (g) → 2FeO (s) + CO2 (g) Si la reacció té lloc en un recipient tancat que es manté a temperatura constant, la pressió total del recipient:

a) augmentarà al llarg de la reacció. b) disminuirà al llarg de la reacció. c) es mantindrà constant al llarg de la reacció. d) no es podrà controlar, perquè hi ha espècies sòlides en el sistema.

5.3. La reacció entre l’hidrogen i el iode es representa per H2 + I2 ⇄ 2 HI. Aquesta equació vol dir que:

a) 1 mol de H2 i 1 mol de I2 donen lloc a 2 mol de HI. b) 2 mol de H i 2 mol de I donen lloc a 2 mol de HI. c) 1 g de H2 i 1 g de I2 donen lloc a 2 g de HI. d) la concentració de HI és sempre el doble que la de H2 i la de I2.

5.4. En una reacció química: a) el nombre total de mols de reactius que hi havia inicialment és igual al nombre total de mols de productes que apareixen al final. b) el nombre total de molècules presents augmenta sempre a mesura que té lloc la reacció. c) la massa total dels reactius que han reaccionat és igual a la massa total dels productes que s’han format al final de la reacció. d) el nombre total d’àtoms presents al llarg del procés depèn de la velocitat amb què es dóna la reacció.

2. 04-S3B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. Una molècula diatòmica:

a) sempre té caràcter polar. b) només és polar si els dos àtoms són diferents. c) només és polar si els dos àtoms són iguals. d) no pot ser polar, perquè no pot tenir estructura angular.

5.2. Una reacció endotèrmica: a) escalfarà el recipient en què tingui lloc. b) no pot ser espontània, perquè ΔG0 serà sempre positiu. c) implica ΔS0

> 0. d) s’afavorirà si incrementem la temperatura.

5.3. Indiqueu quins dels compostos següents són gasos a temperatura ambient i 1 atm de pressió:

1) HCl 2) CO2 3) I2 4) KCl 5) NH3 a) 2 i 5 b) 2, 3 i 5 c) 1, 2 i 5 d) 1, 2 i 4

5.4. La reacció d’esterificació: àcid acètic + etanol ⇄ acetat d’etil + aigua

es fa usualment utilitzant HCl com a catalitzador, perquè, d’aquesta manera: a) l’equilibri es desplaça cap a la formació de productes. b) s’incrementa la velocitat de la reacció. c) es pot reduir la quantitat de reactius necessària per obtenir la mateixa quantitat de productes. d) el producte que s’obté té un grau de puresa més elevat.

3. 04-S5B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. El producte de solubilitat d’una sal en aigua:

a) és una constant que només depèn de la temperatura. b) és una constant que depèn de la temperatura i el volum de la dissolució emprada. c) no és constant, ja que canvia si hi afegim una altra sal amb un ió comú. d) no és constant, ja que la solubilitat de la sal augmenta si hi posem més dissolvent.

34


5.2. Els productes de solubilitat del sulfat de plom(II) i del iodur de plom(II) són força semblants; això vol dir que la solubilitat del iodur de plom(II) és:

a) molt semblant a la del sulfat de plom(II). b) més gran que la del sulfat, perquè el iodur de plom(II) es dissocia en tres ions. c) més petita que la del sulfat de plom(II), perquè aquest es dissocia en dos ions. d) més gran que la del sulfat de plom(II), perquè els sulfats són molt insolubles.

5.3. En una reacció redox, l’oxidant: a) cedeix electrons al reductor, el qual s’oxida. b) rep electrons del reductor, el qual s’oxida. c) cedeix electrons al reductor, el qual es redueix. d) rep electrons del reductor, el qual es redueix.

5.4. Formem una pila amb un elèctrode de Zn en una dissolució de ZnSO4 i un elèctrode de Cu en una dissolució de CuSO4. Les dissolucions estan unides per un pont salí. En aquestes condicions:

a) el Cu2+ passa a Cu i el Zn2+ passa a Zn, agafant electrons del circuit extern. b) el Cu passa a Cu2+ i el Zn passa a Zn2+, cedint electrons al pont salí. c) el Cu2+ passa a Cu i l’elèctrode de Zn és el càtode. d) el Cu2+ passa a Cu i l’elèctrode de Zn és l’ànode.

4. 05-S1B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. Mentre té lloc el procés de canvi d’estat d’una substància pura:

a) sempre cal subministrar calor al sistema. b) la temperatura es manté constant. c) la pressió es manté constant. d) l’entropia del sistema augmenta.

5.2. Indiqueu quina de les següents afirmacions és incorrecta. a) L’entalpia estàndard de formació del nitrogen líquid és zero. b) La solidificació és un procés exotèrmic. c) En algunes reaccions la variació d’energia interna coincideix amb la variació d’entalpia. d) La variació d’entalpia coincideix amb la quantitat de calor transferida a pressió constant.

5.3. Per a la reacció N2 (g) + 3 H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g), ΔH° = – 92 kJ·mol–1, de quina manera aconseguiríem un increment més gran del rendiment?

a) Incrementant la pressió i la temperatura. b) Disminuint la pressió i la temperatura. c) Augmentant la pressió i disminuint la temperatura. d) La pressió no hi té res a veure; només cal disminuir la temperatura.

5.4. Un dels processos següents implica una disminució de l’entropia del sistema: a) L’escalfament d’aigua de 0 a 80 °C. b) L’obtenció de NaCl a partir de Cl2 i Na. c) La descomposició del CaCO3 en CaO i CO2. d) La sublimació del iode.

5. 05-S3B-5 [0,5 punts per qüestió encertada] 5.1. En la molècula de tetraclorur de carboni:

a) la geometria és piramidal. b) els angles d’enllaç són de 90°. c) els enllaços no són polars. d) la molècula no és polar.

5.2. Els metalls alcalins són: a) bons oxidants, perquè tenen tendència a guanyar electrons. b) bons reductors, perquè tenen tendència a cedir fàcilment el seu electró de valència. c) bons oxidants, perquè reaccionen fortament amb l’aigua. d) no actuen ni com a oxidants ni com a reductors, ja que són metalls.

5.3. Per obtenir una configuració electrònica excitada d’un àtom: a) hem d’escalfar el sistema que conté els àtoms per incrementar la velocitat d’aquests. b) cal que l’àtom absorbeixi l’energia suficient perquè l’electró salti a un nivell superior. c) hem de donar prou energia a l’àtom per extreure’n totalment un dels electrons. d) no es poden obtenir configuracions excitades d’àtoms; només de molècules.

35


5.4. Per trencar un enllaç en una molècula: a) cal formar prèviament un altre enllaç més estable. b) cal que la molècula perdi una energia equivalent a la de l’enllaç que volem trencar. c) cal donar a la molècula una energia més gran que la de l’enllaç que volem trencar. d) no es poden trencar enllaços; només canviar-los de covalent a iònic o a l’inrevés.

6. 05-S4B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. El potencial d’ionització dels elements en la taula periòdica:

a) disminueix en un grup quan s’incrementa el nombre atòmic. b) augmenta en un grup quan s’incrementa el nombre atòmic. c) és el mateix per a tots els elements d’un grup. d) és el mateix per a tots els elements d’un període.

5.2. Un ió positiu M+ es pot obtenir .......................... a l’àtom neutre M: a) arrencant un protó. b) afegint un protó. c) arrencant un electró. d) afegint un neutró.

5.3. La molècula de NH3 és polar perquè: a) té tres hidrògens i un sol nitrogen. b) té geometria piramidal. c) l’hidrogen té molta afinitat amb l’aigua. d) totes les molècules que tenen nitrogen són polars.

5.4. La geometria de la molècula de monòxid de carboni és: a) angular, perquè l’oxigen té dos parells d’electrons solitaris que deformen la molècula lineal. b) angular, perquè només són lineals les molècules amb àtoms idèntics. c) lineal, perquè tots els àtoms de la molècula són del mateix període de la taula periòdica. d) lineal, perquè la molècula només té dos àtoms.

7. 06-S1B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. Per a la reacció: N2O4 (g) ⇄ 2NO2 (g) ΔH= 58,2 kJ si, un cop assolit l’equilibri, volem augmentar la concentració de diòxid de nitrogen:

a) caldrà escalfar el sistema. b) caldrà incorporar un catalitzador. c) caldrà modificar l’estequiometria de la reacció. d) caldrà disminuir la temperatura.

5.2. En el procés siderúrgic Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g): a) el Fe2O3 s’oxida. b) el CO es redueix. c) el Fe2O3 es redueix. d) cap dels casos anteriors, atès que cal considerar la reacció en sentit contrari.

5.3. Indiqueu l’única afirmació correcta de les proposicions següents: a) l’aigua entra en ebullició quan s’evapora. b) l’evaporació de l’aigua és un procés exotèrmic. c) l’aigua pot entrar en ebullició per sota de 100 °C. d) l’aigua sempre entrarà en ebullició a 100 °C.

5.4. Indiqueu l’única afirmació correcta: a) el iode és un element polar molt soluble en tetraclorur de carboni. b) l’aigua dissol molts compostos iònics ja que és una substància iònica. c) el metà és un gas que fon a altes temperatures donat que s’estableixen enllaços d’hidrogen molt intensos entre les seves molècules. d) tenir enllaços polars no és condició suficient per tal que una molècula sigui polar.

8. 06-S3B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. Per dissoldre un precipitat de Ba(OH)2, quin pH serà més convenient que tingui la dissolució?

a) pH = 2,0. b) pH = 7,0. c) pH = 10,0.

36


d) El pH no té cap efecte en la redissolució del Ba(OH)2. 5.2. Si afegim aigua destil·lada a una dissolució saturada de AgCl en equilibri amb la sal sòlida:

a) no passarà res, perquè el Kps no varia. b) no passarà res, perquè no varia la quantitat present de cada ió. c) part del sòlid es dissoldrà i passarà a la dissolució. d) no es pot dir res, perquè caldria conèixer el nou valor del Kps.

5.3. El producte de solubilitat d’una sal en aigua: a) no varia encara que la dissolució contingui altres sals amb algun ió comú. b) és més gran quan les sals són molt insolubles. c) és molt petit per a les sals dels ions monovalents. d) té un valor semblant per a totes les sals d’un mateix anió.

5.4. A una determinada temperatura, el Kps del BaSO3 és, aproximadament, 4 vegades més gran que el del BaSO4. Per tant,

a) la solubilitat del BaSO3 és 4 vegades més gran que la del BaSO4. b) la solubilitat del BaSO3 és 2 vegades menor que la del BaSO4. c) el nombre d’ions per unitat de volum a la dissolució de BaSO3 és 4 vegades més petit que a la del BaSO4. d) el nombre d’ions per unitat de volum a la dissolució de BaSO3 és el doble que a la del BaSO4.

9. 06-S4B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. Un catalitzador és una substància que:

a) modifica la velocitat de reacció sense participar en la reacció. b) manté constant la seva concentració al llarg de la reacció. c) fa que les reaccions alliberin més calor i siguin més exotèrmiques. d) fa que les reaccions presentin una energia de Gibbs menor.

5.2. En la pila electroquímica Fe(s) / Fe2+(aq 1M) // Cu2+(aq 1M) / Cu(s): a) els electrons viatgen del Fe cap al Cu a través de la dissolució. b) els electrons viatgen del Cu cap al Fe a través de la dissolució. c) el Cu2+ es redueix en el càtode. d) el Cu2+ s’oxida en l’ànode.

5.3. Identifica l’única resposta incorrecta de les afirmacions següents: a) la fem d’una pila depèn de la temperatura. b) la fem d’una pila varia amb el temps de funcionament de la pila. c) la fem d’una pila és una constant termodinàmica. d) la fem d’una pila depèn de les concentracions de les espècies en dissolució.

5.4. Una reacció química mai serà espontània si: a) presenta una ΔGº negativa. b) presenta una variació d’entropia negativa. c) presenta una ΔGº positiva. d) és endotèrmica i presenta una variació d’entropia negativa.

10. 07-S1B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. Dos recipients A i B amb sengles gasos diatòmics diferents es troben a la mateixa pressió i temperatura. Per això, a) els dos recipients contenen el mateix nombre de molècules.

b) els dos gasos tenen la mateixa densitat. c) si el volum dels recipients és igual, contindran el mateix nombre de molècules. d) si el volum dels recipients és igual, la massa de gas continguda serà la mateixa.

5.2. Dos recipients, amb el mateix volum i temperatura, que es troben connectats mitjançant un tub de volum neligible dotat d’una clau de pas, contenen heli i neó a les pressions de 15 i 3 atm, respectivament. Un cop oberta la clau de pas i assolit l’equilibri,

a) la pressió parcial dels dos gasos és igual. b) el volum ocupat pels dos gasos és idèntic. c) la velocitat mitjana de les molècules de neó és la cinquena part que la velocitat mitjana de les molècules d’heli. d) la concentració dels dos gasos és igual.

37


5.3. L’àcid acètic és un àcid orgànic feble. Assenyaleu quin o quins pictogrames han de figurar en una ampolla d’àcid acètic concentrat:

a) Els pictogrames A, B i C. b) Cap d’aquests pictogrames. c) El pictograma A. d) Els pictogrames A i B.

5.4. Assenyaleu el significat dels pictogrames B, C i D de la pregunta anterior: a) Inflamable, perillós i comburent. b) Explosiu, irritant i comburent. c) Comburent, irritant i explosiu. d) Inflamable, perillós i explosiu.

11. 07-S2B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. La reacció 2A + B → P segueix l’equació de velocitat següent: v = k[B]2. En aquesta reacció és compleix

a) que la velocitat de formació de P és la meitat que la velocitat de desaparició de B. b) que la constant de velocitat depèn tan sols de la concentració de B. c) que la velocitat de formació de P coincideix amb la velocitat de desaparició de B. d) que l’ordre total de reacció és 3.

5.2. Pel que fa a l’energia interna d’un sistema, a) la variació d’aquesta al llarg d’una transformació depèn del camí seguit en la transformació. b) és igual a la calor màxima que pot donar el sistema. c) correspon a l’energia potencial de les molècules del sistema. d) tan sols en podem conèixer la variació al llarg d’un procés i mai el valor absolut.

5.3. En termodinàmica, a) la calor absorbida pel sistema sempre és negativa. b) el treball d’expansió d’un gas sempre és negatiu. c) la variació d’entalpia coincideix amb la calor intercanviada a volum constant. d) la variació d’energia interna coincideix amb la calor intercanviada a pressió constant.

5.4. Les reaccions químiques sempre són espontànies si a) són endotèrmiques i presenten una variació d’entropia negativa. b) són endotèrmiques i presenten una variació d’entropia positiva. c) són exotèrmiques i presenten una variació d’entropia positiva. d) són exotèrmiques i presenten una variació d’entropia negativa.

12. 07-S3B-5 [0,5 punts per resposta correcta; –0,17 punts per resposta incorrecta] 5.1. En les depilacions amb cera es diu que, encara que estiguin a la mateixa temperatura, les cremades provocades per la cera líquida són més doloroses que les provocades per la cera sòlida. Considerant que la cera de depilació presenta un comportament semblant al d’una substància pura, podem dir que:

a) l’afirmació no és certa, perquè les dues substàncies estan a la mateixa temperatura. b) l’afirmació és certa, perquè la cera líquida és menys densa que la sòlida. c) l’afirmació no és certa, perquè els líquids es refreden més ràpidament que els sòlids. d) l’afirmació és certa, perquè els processos de solidificació són exotèrmics.

5.2. Considerant la naturalesa dels enllaços intermoleculars que s’estableixen en cada cas, l’ordre de major a menor temperatura d’ebullició dels compostos següents en estat líquid és:

a) etanol, H2O, metà, butà. b) H2O, etanol, butà, metà. c) metà, H2O, butà, etanol. d) metà, etanol, butà, H2O.

5.3. Pel que fa a l’energia d’ionització, a) augmenta a mesura que augmenta el nombre atòmic de l’element. b) disminueix a mesura que augmenta el nombre atòmic de l’element. c) en el cas dels metalls alcalins augmenta a mesura que augmenta el nombre atòmic de l’element. d) en el cas dels halògens disminueix a mesura que augmenta el nombre atòmic de l’element.

5.4. Indiqueu la resposta incorrecta de les afirmacions següents: Un catalitzador és una substància química que intervé en una reacció

38


a) incrementant-ne la velocitat. b) rebaixant-ne l’energia d’activació. c) rebaixant-ne l’energia de Gibbs. d) proporcionant un mecanisme alternatiu perquè la reacció evolucioni de manera més ràpida.

13. 08-S2B-5. Qüestions d’elecció múltiple. 5.1. L’acetat de plata és una sal poc soluble en aigua. Considerant que dissoldre’l és un procés endotèrmic i que l’àcid acètic és un àcid feble, quin dels canvis següents farà augmentar la solubilitat de l’acetat de plata en l’aigua?

a) Addició d’acetat de sodi. b) Addició d’àcid nítric. c) Addició d’acetat de plata. d) Disminució de la temperatura.

5.2. Quan una pila electroquímica està en funcionament, a) la FEM de la pila es manté constant. b) la FEM° de la pila es manté constant. c) les reaccions anòdica i catòdica es troben en equilibri. d) la ΔG° de la pila va disminuint.

5.3. Pel que fa a la relació entre les propietats de les substàncies i el tipus d’enllaç, a) el diamant presenta una temperatura de fusió molt elevada, perquè tots els

àtoms de C que formen aquest sòlid estan units per enllaços covalents. b) els compostos iònics sempre condueixen el corrent elèctric. c) els sòlids moleculars com ara el I2 tenen punts de fusió relativament alts

comparats amb els dels sòlids iònics. d) el diòxid de carboni i el diòxid de silici tenen unes temperatures de fusió

semblants. 5.4. La molècula d’amoníac N(Z = 7); H(Z = 1)

a) té una geometria plana triangular. b) té una geometria piramidal amb uns angles d’enllaç propers a 109°. c) té una geometria tetraèdrica, on els àtoms ocupen els vèrtexs del tetraedre. d) presenta tres formes ressonants.

14. 08-S4B-5. Qüestions d’elecció múltiple. 5.1. Indiqueu quin dels estris de laboratori següents es fa servir per a determinar volums de manera força exacta.

a) Vas de precipitats. b) Bureta. c) Tub d’assaig. d) Matràs d’Erlenmeyer.

5.2. Quan es treballa al laboratori amb àcid acètic concentrat, a) no cal prendre mesures de seguretat especials. b) cal manipular-lo ràpidament per a evitar que s’oxidi en contacte amb l’aire. c) cal manipular-lo ràpidament per a evitar que es redueixi en contacte amb

l’aire. d) cal prendre, com a mínim, les mateixes mesures de seguretat que en el cas e) dels àcids forts concentrats.

5.3. El diòxid de titani és un pigment blanc, usat en la indústria de pintures i en la fabricació de cosmètics, que es pot obtenir a partir de la ilmenita (FeTiO3), que és un mineral de

a) Fe(II) i Ti(IV). b) Fe(II) i Ti(VI). c) Fe(III) i Ti(II). d) Fe(III) i Ti(V).

5.4. Pel que fa als canvis de fase,

39


a) l’aigua pot entrar en ebullició per sota dels 100 °C. b) l’aigua no es pot evaporar per sota dels 100 °C. c) l’aigua tan sols pot entrar en ebullició als 100 °C. d) l’aigua tan sols pot entrar en ebullició si la temperatura és igual o superior als

100 °C. 15. 08-S5B-5. Qüestions d’elecció múltiple. 5.1. La reacció de combustió de l’etè és C2H4(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 2H2O(g). En aquesta reacció,

a) la velocitat de formació del CO2 és igual a la velocitat de formació del H2O. b) la velocitat de desaparició del C2H4(g) és el doble de la velocitat de formació

del CO2. c) la velocitat de formació del CO2 és el doble de la velocitat de formació del

H2O. d) la velocitat de desaparició del O2 és la meitat de la velocitat de desaparició de

l’etè. 5.2. Pel que fa a una reacció reversible que es porta a terme en presència d’un catalitzador, es pot afirmar que

a) amb catalitzador, la reacció es produeix més ràpidament, si bé, un cop assolit l’equilibri, la concentració dels productes és la mateixa.

b) sense catalitzador, la ΔG de la reacció directa és menor. c) sense catalitzador, la ΔGde la reacció inversa és menor. d) amb catalitzador, la reacció es produeix més ràpidament i, un cop assolit

l’equilibri, la concentració dels productes és més gran. 5.3. El bor (Z = 5) i el nitrogen (Z = 7) són elements situats en el mateix període de la taula periòdica. Quina de les afirmacions següents és la correcta?

a) El bor té una energia d’ionització més gran que el nitrogen. b) El bor és més electronegatiu que el nitrogen. c) El bor té un radi atòmic més gran que el nitrogen. d) L’enllaç N−B és apolar.

5.4. Les configuracions electròniques següents corresponen a àtoms neutres: configuració X: (1s)2(2s)2(2p)6; configuració Y: (1s)2(2s)2(2p)5(3s)1. Indiqueu quina de les afirmacions següents és incorrecta:

a) L’element amb la configuració Y pertany al tercer període. b) L’element amb la configuració X és un gas noble. c) Les configuracions X i Y pertanyen a un mateix element. d) L’energia d’ionització associada a la configuració Y és més petita que la de la

configuració X. 16. 09-S1B-5. Qüestions d’elecció múltiple. 5.1. En una pila Daniell (Zn |Zn2+ || Cu2+|Cu):

a) els electrons circulen pel pont salí des del càtode cap a l’ànode. b) els electrons circulen pel conductor metàl·lic des del càtode cap a l’ànode. c) els electrons circulen pel conductor metàl·lic des de l’ànode cap al càtode. d) la concentració dels ions Cu2+ augmenta a mesura que la pila genera corrent.

5.2. Indiqueu quin dels compostos següents es pot obtenir a partir dels seus elements en condicions estàndard. DADES: E°(Cl2|Cl–) = 1,36 V; E°(I2 | I–) = 0,54 V; E°(Ag+ |Ag) = 0,80 V; E°(Au+3 |Au) = 1,40 V.

a) Clorur de plata. b) Iodur de plata. c) Clorur d’or(III). d) Iodur d’or(III).

40


5.3. Quina de les condicions següents donarà lloc a una reacció espontània a qualsevol temperatura?

a) ΔHreacció > 0 i ΔSreacció < 0 b) ΔHreacció > 0 i ΔSreacció > 0 c) ΔHreacció < 0 i ΔSreacció > 0 d) ΔHreacció < 0 i ΔSreacció < 0

5.4. En el procés de congelació de l’aigua a temperatura constant a) es produeix una disminució de l’entropia del sistema, ja que la solidificació és

un procés endotèrmic. b) es produeix un increment de l’entropia del sistema, ja que la solidificació és

un procés exotèrmic. c) es produeix una disminució de l’entropia del sistema, ja que l’estat líquid és

menys ordenat que l’estat sòlid. d) no es produeix cap canvi d’entropia, ja que la temperatura es manté constant.

17. 09-S3B-5. Qüestions d’elecció múltiple. 5.1. Quan s’afegeix un catalitzador a una reacció en equilibri, sense modificar-ne el volum ni la temperatura,

a) l’equilibri no es modifica, atès que la constant d’equilibri no varia. b) l’equilibri es desplaça cap a la formació de productes, atès que es rebaixa

l’energia d’activació de la reacció. c) l’equilibri es desplaça cap a la formació de productes, atès que es modifica el

valor de ΔG. d) l’equilibri no es modifica, perquè no canvien els valors de les constants de

velocitat. 5.2. En un reactor en el qual és possible modificar-ne el volum es duu a terme la reacció irreversible següent: C(g) → A(g) + B(g). Indiqueu l’única afirmació incorrecta de les proposicions següents:

a) La velocitat de la reacció depèn de la concentració del gas C. b) La velocitat de la reacció depèn de la concentració dels gasos C, A i B. c) La velocitat de la reacció depèn de la temperatura del sistema. d) La velocitat de la reacció depèn del volum del reactor.

5.3. Construïm una pila disposant una làmina de zinc en una solució de Zn2+ 1 M i una làmina de coure en una solució de Cu2+ 1 M. Ambdues solucions es posen en contacte a través d’un pont salí, i els metalls es connecten mitjançant un conductor metàl·lic a les entrades d’un potenciòmetre. Sabent que E° (Cu2+|Cu) = 0,34 V i E° (Zn2+|Zn) = –0,76 V, es pot afirmar que

a) el Cu2+ passa a Cu i el Zn2+ passa a Zn, prenent electrons. b) la pila construïda no funciona, atès que la reacció global no és espontània. c) el Zn2+ passa a Zn i el Cu passa a Cu2+. d) el Cu2+ passa a Cu i el Zn passa a Zn2+.

5.4. La faialita és un mineral al qual s’assigna la fórmula química Fe2SiO4. Els estats d’oxidació del ferro i el silici en aquesta substància són, respectivament:

a) 3 i 2. b) 2 i 4. c) 6 i –4. d) 3 i 4.

18. 09-S4-5. Qüestions d’elecció múltiple. 5.1. Quan una substància pura en fase líquida es congela de manera espontània

a) ΔG serà negativa però ΔH i ΔS seran positives. b) ΔG, ΔH i ΔS seran negatives. c) ΔG i ΔH seran negatives però ΔS serà positiva.

41


d) ΔG i ΔS seran negatives però ΔH serà positiva. 5.2. Al cim d’una muntanya, on la pressió atmosfèrica és inferior que a nivell del mar,

a) la temperatura d’ebullició de l’aigua serà més petita que a nivell del mar. b) la temperatura d’ebullició de l’aigua serà més gran que a nivell del mar. c) la temperatura d’ebullició de l’aigua dependrà de la temperatura ambient. d) la temperatura d’ebullició de l’aigua sempre serà igual a 100 °C.

5.3. En un procés termodinàmic, a) el sistema augmenta la seva energia interna quan la calor cedida pel sistema

és més gran que el treball que es fa sobre el sistema. b) la calor lliurada des del sistema cap a l’entorn es considera positiva. c) el sistema augmenta la seva energia interna si la calor absorbida pel sistema

és més gran que el treball dut a terme per aquest. d) la variació d’entropia del sistema sempre és positiva.

5.4. Identifiqueu l’única resposta incorrecta de les afirmacions següents. En la pila electroquímica Fe(s) |Fe2+(aq) ||Cu2+(aq)|Cu(s)

a) la FEM de la pila depèn de la temperatura. b) la FEM de la pila varia al llarg del temps de funcionament de la pila. c) la FEM de la pila és una constant termodinàmica. d) la FEM de la pila depèn de les concentracions de les espècies en dissolució.

42

Documents

QUÍMICA 2n Batxillerat - patufetgran.net84.netpatufetgran.net84.net/arxius/Quimica2BatDossier_03-10.pdf · A cada exercici dels exàmens originals es donen totes les dades necessàries