QUÍMICA GENERAL: MAYO 2018 · almacenamiento de hidrógeno. En este compuesto el amoniaco actúa...

QUÍMICA GENERAL: MAYO 20181. Indicar si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando la respuesta.

a) Durante el proceso de condensación de un compuesto puro de gas a líquido la entropía molarpuede aumentar o disminuir dependiendo de la naturaleza del compuesto.

b) Todas las reacciones exotermicas son espontaneas.

c) En la actualidad se está estudiando la utilidad del aducto amoniaco-borano (NH3 − BH3) enalmacenamiento de hidrógeno. En este compuesto el amoniaco actúa como base de Lewis y elboro como ácido de Lewis.

d) Sabiendo que la máxima concentración permitida de iones plomo en el agua potable es 0.05ppm, el agua de un pozo subterraneo que está en equilibrio con el mineral anglesita PbSO4

resulta apta para el consumo humano. (Datos: Kps[PbSO4] = 1,6 10−8; Masa atómica delplomo: 206,19 g/mol.

e) En una pila de concentración el potencial de celda en condiciones estandar es cero.

f ) El proceso Haber-Bosch de síntesis de amoniaco (N2 + 3H2 2NH3) transcurre a 723 K,altas presiones y empleando catalizadores de hierro. La presencia de dichos catalizadores logradesplazar el equilibrio hacia la formación de amoniaco.

2. El ibuprofeno (C13H18O2) es un ácido orgánico débil que se ioniza parcialmente en agua. Una di-solución 0.15 M de ibuprofeno en agua destilada presenta una densidad de 1,073g/ml y punto decongelación de -0.29oC. Calcula la concentración molal de iones hidronio en dicha disolución. Datos:Kf = 1,85oCKg/mol.

3. Una disolución amortiguadora de volumen 100 mL es 0.15 M en Na2PO4(aq) y 0.1 M en KH2PO4(aq).(a) ¿Cuál es el pH de la disolución; (b) ¿Cuál es el cambio que experimenta el pH cuando se leagregan 80 mL de NaOH(aq) 0.01 M a la solución amortiguadora?. (c) ¿Cuál es el pH de la di-solución resultante de agregar 10 mL de HNO3 1 M a la solución amortiguadora inicial?. Datos:Ka(H2PO−

4 ) = 6,3 10−8.

4. En fase gas, el ciclobutano se descompone en etileno, de acuerdo con la reacción: C4H8(g) →2C2H4(g). El estudio experimental de la cinética de dicha reacción se realizó en un recipiente a vo-lumen constante, determinando la presión parcial de ciclobutano con el tiempo a la temperatura de430oC.

Tiempo (s) P (C4H8)(mmHg)0 400

2000 3164000 2486000 196

Determinar: (a) el orden de reacción, (b) la constante de velocidad y (c) el tiempo de vida media.

5. Un bloque de 50 kg de hierro fundido a 500 k se lanza dentro de un gran lago que se encuentra a 298K. Una vez que el bloque de hierro alcanza el equilibrio térmico con el agua del lago y suponiendoun calor específico promedio de 0.45 kJ/KgK para el hierro. Determina: (a) el cambio de entropía delbloque de hierro, (b) el cambio de entropía del lago, (c) el cambio de entropía total en el proceso.

6. Se pretende estudiar el siguiente proceso de deshidratación.CuCl2 · 2H2O(s) CuCl2 ·H2O(s) +H2O(g)Para tal efecto, en un recipiente anhidro a 291 K se equilibra una muestra de la sal dihidratada. Enla situación de equilibrio se registra una presión de vapor de agua de 3.724 mmHg. (a) Calcular las

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constantes de equilibrio Kp y Kc para este sistema; (b) ¿Será estable la sal monohidratada, CuCl2 ·H2O(s) en contacto con aire a 291 K y una humedad relativa del 76%. Datos: a 291K Pv(H2O) =15,5 mmHg.

7. El valor absoluto de los potenciales estandar de reducción de los metales X e Y son:Y 2+ + 2e− → Y |E0| = 0,34 VX2+ + 2e− → X |E0| = 0,25 VCuando se conectan las semiceldas de X e Y, los electrones fluyen desde X hacia Y. Cuando X seconecta al electrodo estandar de hidrógeno (EEH), los electrones fluyen desde X hacia el EEH.(a) ¿Los valores de E0 de las semirreacciones son positivos o negativos?(b) ¿Cuál es el potencial estándar de una celda formada por X e Y?.

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GRADO EN QUIMICA

QUIMICA GENERAL – Curso 2018/2019

Examen Final 24 de mayo de 2019

1. (15 puntos)

a) (5 puntos) Escriba la estructura de dos isómeros cuya fórmula molecular es C2H6O, que cumplan con las

reglas de Lewis. Demuestre que todos los átomos de las citadas estructuras cumplen con la regla del octeto e

indique si existen electrones no enlazantes.

En la fórmula molecular C2H6O, se contabilizan 20 electrones de valencia, que pueden ser

distribuidos de la forma indicada a continuación:

Todos los átomos están rodeados de ocho electrones y cumplen con la regla del octeto (el

hidrógeno cumple la regla con sólo dos electrones).

Por otra parte, en el átomo de oxígeno de ambas moléculas hay dos pares de electrones no

enlazantes.

b) (3 puntos) De las dos moléculas del apartado a), indique: i) si los enlaces covalentes en las dos moléculas

son polares o apolares y si la molécula es polar o no; ii) la sustancia que presenta el valor más alto del punto

normal de ebullición. Justifique las respuestas.

i) El enlace C-C es apolar, pues ambos átomos son iguales; por otra parte, los enlaces C-H

son prácticamente apolares, porque la diferencia de electronegatividad entre ambos átomos

es muy pequeña. Los enlaces C-O son polares debido a la diferencia de electronegatividad

entre los átomos de C y O y el enlace O-H es polar debido a la diferencia de electronegatividad

entre los átomos de O e H.

Como consecuencia de las diferencias de electronegatividad de los átomos que forman las

dos moléculas y de su geometría, las dos moléculas son polares, con un aumento de la

densidad electrónica en el entorno de los átomos de oxígeno, que soportarán un exceso de

carga negativa.

ii) En el etanol, existe un enlace O-H, lo que implica que entre las moléculas de esta sustancia

puede existir un enlace de hidrógeno, que no existe en cambio en el dimetiléter.

Puesto que en proceso de ebullición se rompen las fuerzas intermoleculares, la sustancia en

la que las fuerzas intermoleculares sean más intensas, será la que presente el punto normal de

ebullición más elevado. Aunque ambas sustancias tienen la misma masa molar, lo que supone

que la intensidad de las interacciones dipolo inducido-dipolo inducido son semejantes, en el

etanol existen enlaces de hidrógeno, que son más intensos que las interacciones dipolo-dipolo

presentes en ambas moléculas. Puesto que para romper un enlace de hidrógeno se consume

una cierta cantidad de energía adicional, relativamente elevada, para conseguir la ebullición

del etanol habrá que alcanzar una temperatura mayor que en el caso del dimetiléter.

CH3-CH2-OH CH3-O-CH3

C C O H

H

H

H

H

H

C CO H

H

H

H

H

H

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GRADO EN QUIMICA



c) (7 puntos) Escriba las posibles estructuras de Lewis del anión [CH2CHO]−, señalando las cargas formales

sobre cada átomo. Se ha comprobado experimentalmente que la longitud del enlace entre los dos átomos de

carbono de esta sustancia, es menor que la de un enlace sencillo C−C y mayor que la longitud correspondiente

a un enlace doble C=C. Explique esta característica y prediga razonadamente si la longitud del enlace carbono-

oxígeno será mayor o menor que la longitud correspondiente a un enlace sencillo C−O.

Para la estructura aniónica [CH2CHO]−, se pueden escribir las dos estructuras de Lewis

correctas que se muestran a continuación, donde las cargas formales sobre cada átomo se han

indicado con un número arábigo:

El hecho de que se puedan escribir dos estructuras de Lewis correctas para la misma molécula

indica que la molécula real es un híbrido de RESONANCIA entre ambas estructuras de Lewis,

que se denominan formas límite o formas resonantes.

El orden de enlace entre los dos átomos de carbono en la molécula real, esto es, en el híbrido

de resonancia, está comprendido entre el enlace sencillo indicado por la primera estructura

límite y el enlace doble de la segunda, por lo que la longitud de este enlace tiene un valor

comprendido entre el valor correspondiente a un enlace simple y un enlace doble.

Por una razón análoga, se puede predecir que la longitud del enlace covalente entre los átomos

de carbono y oxígeno será inferior a la longitud correspondiente a un enlace sencillo C-O.

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GRADO EN QUIMICA



2. (15 puntos) a) (10 puntos) Considere el empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo de un metal descrito con el modelo

de esferas. i) ¿Cuántos átomos en total hay en la celda unidad y qué relación hay entre su parámetro de red y

el radio de la esfera atómica?; ii) ¿Qué porcentaje de la celda unidad está ocupado por los átomos?; iii) Calcule

la densidad del Na cuando cristaliza en este empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo.

Datos: r(Na) = 1,90·10-10 m; M(Na) = 22,98976928·10-3 kg·mol-1. NA = 6,02214179·1023 mol-1.

Celda unidad de la estructura correspondiente a un empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo.

i. La estructura presenta 8 átomos en los vértices del cubo, cada uno con una contribución de 1/8 a la

celda unidad (8 x 1/8 = 1 átomo), y 1 átomo en el interior de la celda unidad, que pertenece

íntegramente a esa celda (1 x 1 = 1 átomo). Por tanto, el número de átomos que hay en la celda

unidad es : 1 + 1 = 2 átomos.

Designando por l el parámetro de red de la celda unidad, en la figura podemos observar que los

átomos que se encuentran a lo largo de la diagonal del cubo están en contacto mutuo. Por tanto,

d = 4rátomo d = √𝑙2 + (d′)2 (d′)2 = 2 · 𝑙2

d = √𝑙2 + 2 · 𝑙2 = √3 · 𝑙 = 4rátomo

𝒍 =4

√3 rátomo rátomo =

√3

4 𝒍

ii. % volumen ocupado =Vocupado

Vcelda x 100

Vocupado = 2 · Vátomo Vátomo = 4

3 𝜋 · rátomo

3 =4

3 𝜋 · (

√3

4)

3

· 𝒍𝟑

Vátomo =√3

16 𝜋 𝒍𝟑 Vocupado = 2 ·

√3

16 𝜋 𝒍𝟑 =

√3

8 𝜋 𝒍𝟑

% volumen ocupado =

√38

𝜋 𝒍𝟑

𝒍𝟑= 0,68 (𝟔𝟖 %)

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GRADO EN QUIMICA



iii. ρ(Na) =m(Na)celda

Vcelda m(Na)celda = 2 (

átomos

celda) · mátomo(Na)

mátomo(Na) =22,98976928 g Na

1 mol Nax

1 mol Na

6,02214179 · 1023 átomos de Na= 3,818 · 10−23

g

átomo Na

m(Na)celda = 7,636 · 10−23g de Na en la celda

Vcelda = 𝒍𝟑 = (4

√3 rNa)

𝟑

= (4

√3)

𝟑

(rNa)𝟑 = 8,448 · 10−29m3 = 8,448 · 10−23cm3

ρ(Na) =m(Na)celda

Vcelda=

7,636 · 10−23g de Na

8,448 · 10−23cm3= 𝟎, 𝟗𝟎𝟒 𝐠 · 𝐜𝐦−𝟑

b) (5 puntos) Dos recipientes, A y B, contienen la misma cantidad de sustancia del gas helio. Si el recipiente

A tiene un volumen doble que el recipiente B, la temperatura del recipiente A es 26,85 ºC y la del recipiente B

−123,15 ºC, determine la relación que existe entre las presiones de ambos recipientes. Suponga

comportamiento ideal para el gas helio.

Solución.

nA = nB VA = 2·VB TA = 300 K TB = 150 K

pA = nA(mol) · R (

atm · LK · mol

) · 300 (K)

VA(L)

pB = nB(mol) · R (

atm · LK · mol

) · 150 (K)

VB(L)=

nA(mol) · R (atm · LK · mol

) · 150 (K)

VA

2 (L)

pB = nA(mol) · R (

atm · LK · mol

) · 300 (K)

VA(L)= pA

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GRADO EN QUIMICA



3. (20 puntos)

A 20 ºC, el metanol y el etanol forman una disolución ideal. A esa temperatura, se prepara una mezcla concreta

de metanol y etanol. Una vez que se alcanza el equilibrio entre la fase líquida y la fase gaseosa, se observa que

la presión es de 60,00 mmHg. Calcule el porcentaje, en masa, de metanol en las dos fases.

Datos. M(H) = 1,00794·10-3 kg·mol-1; M(C) = 12,0107 ·10-3 kg·mol-1; M(O) = 15,9994 ·10-3 kg·mol-1.

pº(metanol, 20 ºC) = 94,00 mmHg; pº(etanol, 20 ºC) = 44,00 mmHg.

Solución.

Composición de la fase líquida.

p = pE + pM pE = xE · pE0 pM = xM · pM

0 xE = 1 − xM

p = pE0 − (xM · pE

0) + (xM · pM0 )

60,00 = 44,00 − (xM · 44,00) + (xM · 94,00)

𝐱𝐌 = 𝟎, 𝟑𝟐 𝐱𝐄 = 𝟎, 𝟔𝟖

Composición de la fase gaseosa.

pM = yM · p 𝐲𝐌 = pM

p=

xM · pM0

p=

0,32 · 94,00

60,00= 𝟎, 𝟓𝟎 𝐲𝐄 = 𝟎, 𝟓𝟎

Porcentaje en masa de metanol (100 ωM) en la fase líquida.

100 · 𝜔M = 100 ·mM

mM + mE= 100 ·

nM · MM

(nM · MM) + (nE · ME)

100 · 𝜔M = 100 · MM

(MM) + (nE

nM· ME)

nE = xE · ntotal nM = xM · ntotal

100 · 𝜔M = 100 · MM

(MM) + (xE · ntotal

xM · ntotal· ME)

= 100 · MM

(MM) + (xE

xM· ME)

M(CH3OH) = 32,04186·10-3 kg·mol-1 M(CH3CH2OH) = 46,06844·10-3 kg·mol-1

100 · 𝜔M = 100 · 32,04186

32,04186 + (0,680,32 · 46,06844)

= 𝟐𝟒, 𝟔𝟔 %

Porcentaje en masa de metanol (100 ωM) en la fase gaseosa.

100 · 𝜔M = 100 · MM

(MM) + (xE

xM· ME)

= 100 · 32,04186

32,04186 + (0,500,50

· 46,06844)= 𝟒𝟏, 𝟎𝟐 %

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GRADO EN QUIMICA



4.- (15 puntos). Para la reacción química 4KO2(s)+2CO2(g) ⇌ 2K2CO3(s) + 3O2(g), Kp(25 ℃) = 28,5, cuando las presiones se

expresan en atmósferas. La tabla siguiente muestra los valores de las entropías molares estándar, a 25 ℃, de

los cuatro compuestos que intervienen en la reacción. El valor de la constante molar de los gases, R, es

8,314472 J·K−1· mol−1.

Compuesto KO2(s) CO2(g) K2CO3(s) O2(g)

(J·K-1·mol-1) 116,75 213,66 155,54 205,05

A 25 ℃ se añade una cantidad de dióxido de carbono a un matraz que contiene superóxido de potasio, y se

establece el equilibrio con una presión parcial de dióxido de carbono de 0,0721 atm.

a) (4 puntos) Calcule la presión parcial de oxígeno y la presión total en el equilibrio.

Para la reacción 4 KO2(s) + 2 CO2(g) ⇌ 2 K2CO3(s) + 3 O2(g) Kp = 28,5

Kp =p3(O2)

p2(CO2) 28,5 =

p3(O2)

(0,0721)2 𝐩(𝐎𝟐) = 𝟎, 𝟓𝟐𝟗 𝐚𝐭𝐦

𝐏𝐓 = 𝐩(𝐂𝐎𝟐) + 𝐩(𝐎𝟐) = 𝟎, 𝟔𝟎𝟏 𝐚𝐭𝐦

b) (6 puntos) Determine si el valor de ∆rH0(25 ℃) es mayor o menor que cero.

El cálculo del valor de ∆r𝐻0 se realiza a partir de las expresiones:

ΔrGº = ΔrHº - T ΔrSº = − RT ln Kp ΔrHº = ΔrGº + T ΔrSº

Cálculo de ΔrGº

ΔrGº = − RT ln Kp ΔrGº = − (8,314472 J·K-1·mol-1) (298,15 K) ln (28,5)

ΔrGº = − 8304,30 J·mol-1

Cálculo de ΔrSº.

ΔrSº = Σ ν Sº(productos) – Σ ν Sº(reactivos)

ΔrSº = 2·Sº[K2CO3(s)] + 3 Sº[O2(g)] – 4 Sº[KO2(s)] – 2 Sº[CO2(g)]

ΔrSº = (2·155,54) + (3·205,05) – (4·116,75) – (2·213,66) (J·K-1·mol-1)

ΔrSº = 31,91 (J·K-1·mol-1)

ΔrHº = + 1209,7 J·mol-1 El valor de ΔrHº > 0

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GRADO EN QUIMICA



c) Calcule el valor de la constante de equilibrio, Kp(800 K)

El cálculo de Kp800 K lo podemos realizar mediante la aplicación de la ecuación de van’t Hoff:

lnKp

800 K

Kp298,15 K = −

ΔrH°

R(

1

T2−

1

T1) Kp

800 K ¿ ? Kp298,15 K = 28,5

T2 = 800 K T1 = 298,15 K

ΔrHº = + 1209,7 J·mol-1 R = 8,314472 J·K-1·mol-1

𝐊𝐩𝟖𝟎𝟎 𝐊 = 𝟑𝟖, 𝟕𝟎

5.- (15 puntos)

a) (3 puntos) Para que un proceso se produzca de forma espontánea, seleccione cuál de las siguientes

opciones es cierta: i) la entropía del sistema debe aumentar; ii) la entropía del entorno debe aumentar;

iii) ambas, la entropía del sistema y la del entorno, deben aumentar; iv) el cambio neto de entropía del

sistema y del entorno, considerados juntos, debe ser una cantidad positiva; v) la entropía del universo

debe permanecer constante.

El Segundo Principio de la Termodinámica establece que para un proceso espontáneo:

ΔS(universo) = ΔS(sistema) + ΔS(entorno) > 0

En consecuencia, debemos considerar conjuntamente los valores de ΔS(sistema) y de ΔS(entorno), y

la combinación debe ser un valor positivo. Por tanto, la respuesta correcta es la iv.

b) (6 puntos) Indique, de forma razonada, el compuesto que añadiría para aumentar la solubilidad del

carbonato de calcio sólido en una disolución acuosa saturada: i) cloruro de amonio; ii) carbonato de

sodio; iii) agua.

El equilibrio de solubilidad del CaCO3(s) está representado por la ecuación química:

CaCO3(s) ⇌ CaCO3(disuelto) → Ca2+(ac) + CO32-(ac)

La solubilidad solo depende de la temperatura, por tanto, la adición de agua a la disolución acuosa

saturada no modificará la solubilidad del CaCO3(s), solamente aumentará la cantidad de sólido disuelta.

El Na2CO3 es un electrolito fuerte que en disolución acuosa se encuentra totalmente disociado en sus

iones:

Na2CO3(ac) → 2 Na+(ac) + CO32-(ac)

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GRADO EN QUIMICA



Esta disociación supone un aumento de la [CO32-] en la disolución, lo que provoca que el equilibrio de

solubilidad se desplace hacia la izquierda, hacia la formación de CaCO3(s). En consecuencia, la

solubilidad del CaCO3(s) disminuirá.

La adición de NH4Cl(s) a la disolución acuosa saturada genera la formación de los iones en disolución

NH4+ y Cl-:

NH4Cl(ac) → NH4+(ac) + Cl-(ac)

De estos iones, el que reacciona con el agua es el catión amonio, generando un aumento de la [H3O+]

NH4+(ac) + H2O(l) ⇌ NH3(ac) + H3O+(ac)

El H3O+ en exceso reacciona con el anión carbonato para formar ácido carbónico que descompone para

dar dióxido de carbono y agua:

CO32-(ac) + H3O+(ac) → H2CO3(ac) ⇌ CO2(g) + H2O(l)

Esta reacción provoca una disminución de la [CO32-] en la disolución saturada. Para compensar esta

disminución el equilibrio de solubilidad se desplaza hacia la derecha, disolviendo más CaCO3(s) en el

mismo volumen de disolución. Por tanto, la solubilidad del CaCO3(s) aumenta.

c) (6 puntos) Ajuste por el método del ion-electrón y complete en forma molecular las siguientes

reacciones químicas en medio acuoso:

i. Permanganato de potasio + ácido sulfuroso sulfato de manganeso(II)

KMnO4(ac) + H2SO3(ac) MnSO4(ac)

2 x (MnO4- + 8 H+ + 5 e- Mn2+ + 4 H2O)

5 x (SO32- + H2O SO4

2- + 2 H+ + 2 e-)

2 MnO4- + 5 SO3

2- + 6 H+ 2 Mn2+ + 5 SO42- + 3 H2O

2 KMnO4(ac) + 5 H2SO3(ac) 2 MnSO4(ac) + 2 H2SO4(ac) + K2SO4(ac) + 3 H2O(l)

Sólo se considerará contestada adecuadamente si ajustan correctamente la ecuación

molecular.

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GRADO EN QUIMICA



ii. Hidróxido de cromo(III) + peróxido de hidrógeno + hidróxido de potasio cromato de potasio +

agua.

Cr(OH)3(ac) + H2O2(ac) + KOH(ac) K2CrO4(ac) + H2O(l)

2 x (Cr3+ + 4 H2O CrO42- + 8 H+ + 3 e-)

3 x (H2O2 + 2 H+ + 2 e- H2O + H2O)

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 2 H2O 2 CrO42- + 10 H+ Medio básico

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 2 H2O + 10 OH- 2 CrO42- + 10 H+ + 10 OH-

10 H2O

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 10 OH- 2 CrO42- + 8 H2O

2 Cr(OH)3 + 3 H2O2(ac) + 4 KOH(ac) 2 K2CrO4(ac) + 8 H2O(l)

ALTERNATIVA.

2 x (Cr3+ + 8 OH- CrO42- + 4 H2O + 3 e-)

3 x (H2O2 + H2O + 2 e- H2O + 2 OH-)

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 16 OH- + 3 H2O 2 CrO42- + 11 H2O + 6 OH-

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 10 OH- 2 CrO42- + 8 H2O



molecular.

1

0

GRADO EN QUIMICA



6.- (20 puntos)

Una muestra de 1,050 g de un mineral se disuelve en ácido nítrico produciéndose Pb2+ y Ag+. La disolución se

diluye con agua hasta 500 mL y en ella se introduce un electrodo de plata. Con esta semicelda y la semicelda

estándar de hidrógeno (EEH) se construye una celda galvánica que presenta un potencial inicial de 0,503 V.

Calcule el porcentaje en masa de la plata en la muestra inicial.

Datos: Eº(Ag+/Ag) = + 0,80 V; Eº(Pb2+/Pb) = - 0,125 V; M(Ag) = 107,8682·10-3 kg·mol-1.

Solución.

Puesto que el EEH tiene Eº(H+/H2) = 0 V, la comparación de este potencial con el correspondiente a la

semicelda Ag+/Ag (+0,80 V), nos permite concluir que la semicelda Ag+/Ag actuará como cátodo y el EEH

como ánodo. Es necesario determinar la [Ag+] en la disolución, por lo que designaremos como x esa

concentración en el cátodo.

Semirreacciones: H2(g) 2 H+(ac, 1 M) + 2 e-

2 x [Ag+(ac, x M) + 1 e- Ag(s)]

Reacción global: H2(g) + 2 Ag+(ac, x M) 2 H+(ac, 1 M) + Ag(s)

Puesto que las condiciones son distintas a las estándar, aplicando la ecuación de Nernst a la celda galvánica:

E(celda) = E0(celda) − 0,059

n log

[H+]2

p(H2)[Ag+]2

n = 2 p(H2) = 1 atm [H+] = 1 M

Eº(celda) = Eº(reducción) – Eº(oxidación); Eº(celda) = (+ 0,80 V) – (0 V) = + 0,80 V.

E(celda) = 0,503 V. [Ag+] = 9,25 ·10-6 M

Cálculo de la masa de plata en la muestra inicial.

9,25 · 10−6 mol de Ag+

1 L de disolución x 0,5 L de disolución x

107,8682 g de Ag+

1 mol de Ag+

= 4,99 · 10−4 g de plata en la muestra

Cálculo del porcentaje de plata en la muestra.

4,99·10−4 g de plata en la muestra

1,050 g de muestra x 100 = 𝟎, 𝟎𝟒𝟖 %

GRADO EN QUIMICA


Segundo Parcial 24 de mayo de 2019

1

1.- (15 puntos). Para la reacción química 4KO2(s)+2CO2(g) ⇌ 2K2CO3(s) + 3O2(g), Kp(25 ℃) = 28,5, cuando las presiones se

expresan en atmósferas. La tabla siguiente muestra los valores de las entropías molares estándar, a 25 ℃, de

los cuatro compuestos que intervienen en la reacción. El valor de la constante molar de los gases, R, es

8,314472 J·K−1· mol−1.

Compuesto KO2(s) CO2(g) K2CO3(s) O2(g)

(J·K-1·mol-1) 116,75 213,66 155,54 205,05

A 25 ℃ se añade una cantidad de dióxido de carbono a un matraz que contiene superóxido de potasio, y se

establece el equilibrio con una presión parcial de dióxido de carbono de 0,0721 atm.

a) (4 puntos) Calcule la presión parcial de oxígeno y la presión total en el equilibrio.

Para la reacción 4 KO2(s) + 2 CO2(g) ⇌ 2 K2CO3(s) + 3 O2(g) Kp = 28,5

Kp =p3(O2)

p2(CO2) 28,5 =

p3(O2)

(0,0721)2 𝐩(𝐎𝟐) = 𝟎, 𝟓𝟐𝟗 𝐚𝐭𝐦

𝐏𝐓 = 𝐩(𝐂𝐎𝟐) + 𝐩(𝐎𝟐) = 𝟎, 𝟔𝟎𝟏 𝐚𝐭𝐦

b) (6 puntos) Determine si el valor de ∆rH0(25 ℃) es mayor o menor que cero.

El cálculo del valor de ∆r𝐻0 se realiza a partir de las expresiones:

ΔrGº = ΔrHº - T ΔrSº = − RT ln Kp ΔrHº = ΔrGº + T ΔrSº

Cálculo de ΔrGº

ΔrGº = − RT ln Kp ΔrGº = − (8,314472 J·K-1·mol-1) (298,15 K) ln (28,5)

ΔrGº = − 8304,30 J·mol-1

Cálculo de ΔrSº.

ΔrSº = Σ ν Sº(productos) – Σ ν Sº(reactivos)

ΔrSº = 2·Sº[K2CO3(s)] + 3 Sº[O2(g)] – 4 Sº[KO2(s)] – 2 Sº[CO2(g)]

ΔrSº = (2·155,54) + (3·205,05) – (4·116,75) – (2·213,66) (J·K-1·mol-1)

ΔrSº = 31,91 (J·K-1·mol-1)

ΔrHº = + 1209,7 J·mol-1 El valor de ΔrHº > 0

GRADO EN QUIMICA



2

c) (5 puntos) Calcule el valor de la constante de equilibrio, Kp(800 K)

El cálculo de Kp800 K lo podemos realizar mediante la aplicación de la ecuación de van’t Hoff:

lnKp

800 K

Kp298,15 K = −

ΔrH°

R(

1

T2−

1

T1) Kp

800 K ¿ ? Kp298,15 K = 28,5

T2 = 800 K T1 = 298,15 K

ΔrHº = + 1209,7 J·mol-1 R = 8,314472 J·K-1·mol-1

𝐊𝐩𝟖𝟎𝟎 𝐊 = 𝟑𝟖, 𝟕𝟎

2.- (15 puntos)

a) (3 puntos) Para que un proceso se produzca de forma espontánea, seleccione cuál de las siguientes

opciones es cierta: i) la entropía del sistema debe aumentar; ii) la entropía del entorno debe aumentar;

iii) ambas, la entropía del sistema y la del entorno, deben aumentar; iv) el cambio neto de entropía del

sistema y del entorno, considerados juntos, debe ser una cantidad positiva; v) la entropía del universo

debe permanecer constante.

El Segundo Principio de la Termodinámica establece que para un proceso espontáneo:

ΔS(universo) = ΔS(sistema) + ΔS(entorno) > 0

En consecuencia, debemos considerar conjuntamente los valores de ΔS(sistema) y de ΔS(entorno), y

la combinación debe ser un valor positivo. Por tanto, la respuesta correcta es la iv.

b) (6 puntos) Indique, de forma razonada, el compuesto que añadiría para aumentar la solubilidad del

carbonato de calcio sólido en una disolución acuosa saturada: i) cloruro de amonio; ii) carbonato de

sodio; iii) agua.

El equilibrio de solubilidad del CaCO3(s) está representado por la ecuación química:

CaCO3(s) ⇌ CaCO3(disuelto) → Ca2+(ac) + CO32-(ac)

La solubilidad solo depende de la temperatura, por tanto, la adición de agua a la disolución acuosa

saturada no modificará la solubilidad del CaCO3(s), solamente aumentará la cantidad de sólido disuelta.

El Na2CO3 es un electrolito fuerte que en disolución acuosa se encuentra totalmente disociado en sus

iones:

Na2CO3(ac) → 2 Na+(ac) + CO32-(ac)

Esta disociación supone un aumento de la [CO32-] en la disolución, lo que provoca que el equilibrio de

GRADO EN QUIMICA



3

solubilidad se desplace hacia la izquierda, hacia la formación de CaCO3(s). En consecuencia, la

solubilidad del CaCO3(s) disminuirá.

La adición de NH4Cl(s) a la disolución acuosa saturada genera la formación de los iones en disolución

NH4+ y Cl-:


De estos iones, el que reacciona con el agua es el catión amonio, generando un aumento de la [H3O+]

NH4+(ac) + H2O(l) ⇌ NH3(ac) + H3O+(ac)

El H3O+ en exceso reacciona con el anión carbonato para formar ácido carbónico que descompone para

dar dióxido de carbono y agua:

CO32-(ac) + H3O+(ac) → H2CO3(ac) ⇌ CO2(g) + H2O(l)

Esta reacción provoca una disminución de la [CO32-] en la disolución saturada. Para compensar esta

disminución el equilibrio de solubilidad se desplaza hacia la derecha, disolviendo más CaCO3(s) en el

mismo volumen de disolución. Por tanto, la solubilidad del CaCO3(s) aumenta.

c) (6 puntos) Ajuste por el método del ion-electrón y complete en forma molecular las siguientes

reacciones químicas en medio acuoso:

i. Permanganato de potasio + ácido sulfuroso sulfato de manganeso(II)

KMnO4(ac) + H2SO3(ac) MnSO4(ac)

2 x (MnO4- + 8 H+ + 5 e- Mn2+ + 4 H2O)

5 x (SO32- + H2O SO4

2- + 2 H+ + 2 e-)

2 MnO4- + 5 SO3

2- + 6 H+ 2 Mn2+ + 5 SO42- + 3 H2O

2 KMnO4(ac) + 5 H2SO3(ac) 2 MnSO4(ac) + 2 H2SO4(ac) + K2SO4(ac) + 3 H2O(l)


molecular.

ii. Hidróxido de cromo(III) + peróxido de hidrógeno + hidróxido de potasio cromato de potasio +

agua.

Cr(OH)3(ac) + H2O2(ac) + KOH(ac) K2CrO4(ac) + H2O(l)

2 x (Cr3+ + 4 H2O CrO42- + 8 H+ + 3 e-)

3 x (H2O2 + 2 H+ + 2 e- H2O + H2O)

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 2 H2O 2 CrO42- + 10 H+ Medio básico

GRADO EN QUIMICA



4

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 2 H2O + 10 OH- 2 CrO42- + 10 H+ + 10 OH-

10 H2O

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 10 OH- 2 CrO42- + 8 H2O


ALTERNATIVA.

2 x (Cr3+ + 8 OH- CrO42- + 4 H2O + 3 e-)

3 x (H2O2 + H2O + 2 e- H2O + 2 OH-)

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 16 OH- + 3 H2O 2 CrO42- + 11 H2O + 6 OH-

2 Cr3+ + 3 H2O2 + 10 OH- 2 CrO42- + 8 H2O



molecular.

3.- (20 puntos)

El dióxido de carbono gaseoso se reduce, a volumen constante, sobre una plancha de grafito caliente,

produciéndose monóxido de carbono, según la ecuación: CO2(g) + C(s) ⇌ 2 CO(g). Para esta reacción, KP(817

ºC) = 10,0, cuando las presiones se expresan en atmósferas. El valor de la constante molar de los gases, R, es

0,08206 atm·L·K-1·mol-1. Considerando que la mezcla gaseosa presenta un comportamiento ideal, calcule:

a) (4 puntos) Kc(817 ºC).

Para la reacción química: CO2(g) + C(s) ⇌ 2 CO(g) Kp(817 ºC) = 10,0

Kp = Kc (R·T)Δn Δn = 1 Kc = Kp · (R · T)−Δn Kp = 10,0 T = 1090,15 K

Kc = 0,112

b) (6 puntos) La fracción molar, en el equilibrio, de cada especie gaseosa, a 817 ºC y una presión total de 4,0

atm.

Para la reacción química: CO2(g) + C(s) ⇌ 2 CO(g) Kp =p2(CO)eq

p(CO2)eq

p(CO)eq: presión parcial de CO en el equilibrio; p(CO2)eq: presión parcial de CO2 en el equilibrio.

Puesto que pi = xi PT p(CO)eq = x(CO)eq·PT x(CO)eq: fracción molar de CO en el equilibrio.

p(CO2)eq = x(CO2)eq·PT x(CO2)eq: fracción molar de CO2 en el equilibrio.

GRADO EN QUIMICA



5

x(CO)eq + x(CO2)eq = 1

Kp =p2(CO)eq

p(CO2)eq=

x2(CO)eqPT2

x(CO2)eqPT Kp =

x2(CO)eq

x(CO2)eq PT x(CO2)eq = 1 − x(CO)eq

Kp =x2(CO)eq

1−x(CO)eq PT Kp = 10,0 PT = 4 atm

x(CO)eq = 0,766 x(CO2)eq = 0,234

ALTERNATIVA.

Cálculo de .

CO2(g) + C(s) ⇌ 2 CO(g)

Equilibrio ni(1 − ) 2·ni· nT = ni (1 + )

x(CO2)eq =1−

1+ x(CO)eq =

2

1+

Kp =x2(CO)eq

x(CO2)eq PT =

(2

1 + )

2

(1 − 1 +

) PT

Kp = 42

1−2 PT Kp = 10,0 PT = 4 atm

= 0,62 𝐱(𝐂𝐎)𝐞𝐪 =2

1+= 𝟎, 𝟕𝟔𝟓

x(CO2)eq = 0,235

c) (10 puntos) El valor de la presión total de la mezcla de gases para que en la situación de equilibrio haya un

6% de dióxido de carbono.

Para la reacción química: CO2(g) + C(s) ⇌ 2 CO(g)

Equilibrio ni(1 − ) 2·ni· nT = ni (1 + )

Kp = 42

1−2 PT

Cálculo de .

Supuesto un 6% en volumen de CO2(g) en la mezcla en equilibrio x(CO2) = 0,06

x(CO2)eq =1−

1+= 0,06 = 0,887

Cálculo de PT.

GRADO EN QUIMICA



6

Kp = 42

1−2 PT 𝐏𝐓 = 𝟎, 𝟔𝟖 𝐚𝐭𝐦

ALTERNATIVA

Supuesto un 6% en volumen de CO2(g) en la mezcla en equilibrio: x(CO2) = 0,06 y x(CO) = 0,94

Kp =p2(CO)eq

p(CO2)eq=

x2(CO)eqPT2

x(CO2)eqPT Kp =

x2(CO)eq

x(CO2)eq PT = 10,0

Cálculo de PT.

10,0 = (0,94)2

0,06 PT 𝐏𝐓 = 𝟎, 𝟔𝟖 𝐚𝐭𝐦

4.- (10 puntos)

La amoxicilina, un antibiótico de uso común, se descompone de manera espontánea según una cinética de

primer orden, perdiendo su actividad farmacológica. La reacción de descomposición de este medicamento

tiene una energía de activación de 107,1 kJ·mol-1, con un factor pre-exponencial de la ecuación de Arrhenius

de 6,9·1012 s-1. Calcule la temperatura a la cual debe ser conservado dicho medicamento para que tenga una

vida media superior a 30 días. El valor de la constante molar de los gases, R, es 8,314472 J·mol-1·K-1

Solución.

Para una cinética de reacción de primer orden:

t12⁄ =

ln 2

k t1

2⁄ = 30 días = 2592000 s k = 2,674 · 10−7 s−1

Para que el t1/2 > 30 días k < 2,674·10-7 s-1

La constante de velocidad, k, está relacionada con la temperatura, T, mediante la ecuación de Arrhenius:

k = A · e−EaR·T k = 2,674·10-7 s-1 A = 6,9·1012 s-1

Ea = 107100 J·mol-1 R = 8,314472 J mol-1 K-1

Tmáxima = 288,18 K. Para que el tiempo de vida media del medicamento sea superior a 30 días, la T < 288,18 K

15 ºC.

GRADO EN QUIMICA



7

5.- (20 puntos) a) (5 puntos) Calcule el pH de 0,500 L de una disolución acuosa de cloruro de amonio 0,500 M.

Dato: Kb(amoniaco) = 1,8·-5.

El NH4Cl es un electrolito fuerte que en disolución acuosa se encuentra totalmente disociado en sus iones:


0,500 M 0,500 M 0,500 M

El anión cloruro, Cl-, no reacciona con el agua y el catión amonio, NH4+, si reacciona:

NH4+(ac) + H2O ⇌ NH3(ac) + H3O+(ac)

Inicial 0,500 M 0 0

Reacción - x x x

Equilibrio 0,500 – x x x

Ka(NH4+) =

[NH3]eq[OH−]eq

[NH4+]eq

=(x)(x)

(0,500 − x)

Ka(NH4+) =

Kw

Kb(NH3)= 5,56 x 10−10 x = 1,67 x 10-5 M

pH = - log[H3O+] = -log x pH = 4,78

b) (5 puntos) A partir de esta disolución, se desea preparar otra de pH = 7,0. Indique, de forma razonada, cuál

de las siguientes disoluciones utilizaría para mezclar con la disolución inicial: i) ácido clorhídrico 10,0 M;

ii) amoniaco 10,0 M.

Para preparar una disolución acuosa de pH = 7,0, superior al de la disolución inicial, es necesario añadir

una base que aumente el valor del pH de la disolución resultante. En consecuencia, es necesario añadir

disolución acuosa de amoniaco.

c) (10 puntos) Calcule el volumen de la disolución escogida necesario para la preparación de la disolución

acuosa de pH = 7,0. Suponga que el volumen de la disolución añadido es despreciable frente al volumen

de la disolución inicial.

Al añadir amoniaco a la disolución de cloruro de amonio, se forma una disolución reguladora:

NH3(ac) + H2O ⇌ NH4+(ac) + OH-(ac)

Kb(NH3) =[NH4

+]i[OH−]eq

[NH3]i [NH3]i =

[NH4+]i[OH−]eq

Kb(NH3)

GRADO EN QUIMICA



8

[NH4+]i = 0,500 M [OH-]eq = 1·10-7 M Kb(NH3) = 1,8·10-5

[NH3]i = 2.78 · 10−3 M

Cálculo del volumen de disolución acuosa de amoniaco que hay que añadir.

Vf(disolución) = Vi(disolución)

0,500 L x 2,78 · 10−3mol de NH3

1 L disolución= 1,39 · 10−3 mol de NH3

Puesto que la concentración de amoniaco en la disolución acuosa es 10,0 M:

1,39 · 10−3 mol de NH3 x 1 L disolución

10 mol NH3= 1,39 · 10−4 L disolución

GRADO EN QUIMICA



9

6.- (20 puntos)

Una muestra de 1,050 g de un mineral se disuelve en ácido nítrico produciéndose Pb2+ y Ag+. La disolución se

diluye con agua hasta 500 mL y en ella se introduce un electrodo de plata. Con esta semicelda y la semicelda

estándar de hidrógeno (EEH) se construye una celda galvánica que presenta un potencial inicial de 0,503 V.

Calcule el porcentaje en masa de la plata en la muestra inicial.

Datos: Eº(Ag+/Ag) = + 0,80 V; Eº(Pb2+/Pb) = - 0,125 V; M(Ag) = 107,8682·-3 kg·mol-1.

Solución.

Puesto que el EEH tiene Eº(H+/H2) = 0 V, la comparación de este potencial con el correspondiente a la

semicelda Ag+/Ag (+0,80 V), nos permite concluir que la semicelda Ag+/Ag actuará como cátodo y el EEH

como ánodo. Es necesario determinar la [Ag+] en la disolución, por lo que designaremos como x esa

concentración en el cátodo.

Semirreacciones: H2(g) 2 H+(ac, 1 M) + 2 e-

2 x [Ag+(ac, x M) + 1 e- Ag(s)]

Reacción global: H2(g) + 2 Ag+(ac, x M) 2 H+(ac, 1 M) + Ag(s)

Puesto que las condiciones son distintas a las estándar, aplicando la ecuación de Nernst a la celda galvánica:

E(celda) = E0(celda) − 0,059

n log

[H+]2

p(H2)[Ag+]2

n = 2 p(H2) = 1 atm [H+] = 1 M

Eº(celda) = Eº(reducción) – Eº(oxidación); Eº(celda) = (+ 0,80 V) – (0 V) = + 0,80 V.

E(celda) = 0,503 V. [Ag+] = 9,25 ·10-6 M

Cálculo de la masa de plata en la muestra inicial.

9,25 · 10−6 mol de Ag+

1 L de disolución x 0,5 L de disolución x

107,8682 g de Ag+

1 mol de Ag+

= 4,99 · 10−4 g de plata en la muestra

Cálculo del porcentaje de plata en la muestra.

4,99·10−4 g de plata en la muestra

1,050 g de muestra x 100 = 0,048 %

QUÍMICA GENERAL: MAYO 2018 · almacenamiento de hidrógeno. En este compuesto el amoniaco actúa...

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