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Resolución · PAU Convocatoria Extraordinaria Julio 2024 · Extraordinaria 2024
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 4 resultados comprobados en 4 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque II: cuestiones (se deben contestar únicamente 3 de las 6). Considere los elementos A, B, C cuyos números atómicos son 13, 17 y 20 y sus números másicos son 27, 37 y 42, respectivamente.
- a)Indique a qué grupo y periodo de la Tabla Periódica pertenece cada uno de los tres elementos.
- b)Escriba la configuración electrónica del estado fundamental de las especies: A3+, B y C2+.
- c)Determine el número de protones, neutrones y electrones para las tres especies del apartado b).
- d)Aplicando la regla del octeto, justifique el compuesto más probable que se formará entre los elementos B y C.
Apartado a
1. Grupo y periodo
A (Z=13): 1s22s22p63s23p1; B (Z=17): …3s23p5; C (Z=20): …4s2
A: periodo 3, grupo 13; B: periodo 3, grupo 17; C: periodo 4, grupo 2
El periodo es la capa más externa ocupada y el grupo sale de los electrones de valencia.
Apartado b
1. Configuraciones
A3+ pierde 3 e−; B es neutro; C2+ pierde 2 e−
A3+: 1s22s22p6; B: 1s22s22p63s23p5; C2+: 1s22s22p63s23p6
Apartado c
1. Partículas subatómicas
Protones =Z; neutrones =A−Z; electrones =Z− carga
A3+: 13 p, 14 n, 10 e; B: 17 p, 20 n, 17 e; C2+: 20 p, 22 n, 18 e
En un catión hay menos electrones que protones.
Apartado d
1. Compuesto B-C
B (no metal) capta 1 e− y forma B−; C (metal) cede 2 e− y forma C2+
CB2 (es decir, CaCl2, iónico)
Dos B− compensan la carga de un C2+.
Respuesta final
A: P3, G13; B: P3, G17; C: P4, G2. Configuraciones y partículas como arriba. Compuesto más probable: CB2.
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 6 resultados comprobados en 3 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque II: cuestiones (se deben contestar únicamente 3 de las 6). Sean las moléculas SiF4, PCl3 y SO2. Datos: números atómicos, Z: O =8; F =9; Si =14; P =15; S =16; Cl =17. Electronegatividades: O =3,4; F =4,0; Si =1,6; P =2,0; S =2,3; Cl =2,7.
- a)Dibuje la estructura electrónica de Lewis de las tres especies.
- b)Deduzca la geometría de las tres moléculas y justifique si son polares o apolares.
- c)Deduzca si el ángulo de enlace O–S–O del SO2 es mayor o menor que el Cl–P–Cl del PCl3.
Apartado a
1. Lewis de SiF4 y PCl3
SiF4: Si (4 e−) con 4 enlaces Si-F. PCl3: P (5 e−) con 3 enlaces P-Cl y 1 par solitario
Octeto completo en todos los átomos
Cada F o Cl lleva 3 pares solitarios.
2. Lewis de SO2
S (6 e−) con un enlace doble S=O, un enlace sencillo S-O (con carga formal) y un par solitario en el S. La estructura es un híbrido de resonancia
O=S−O↔O−S=O
No es necesario dibujar el híbrido: basta una estructura válida.
Apartado b
1. Geometría y polaridad de SiF4
4 dominios de enlace (AX4); los 4 momentos Si-F se anulan por simetría
Tetraédrica; apolar
2. Geometría y polaridad de PCl3
4 dominios: 3 de enlace y 1 solitario (AX3E); los momentos no se anulan
Pirámide trigonal; polar
3. Geometría y polaridad de SO2
3 dominios (2 de enlace y 1 solitario, AX2E); los dos momentos S-O no se anulan
Angular; polar
Apartado c
1. Comparación de ángulos
SO2: tres dominios, disposición trigonal plana (≈120∘). PCl3: cuatro dominios, base tetraédrica (≈109,5∘, algo menos por el par solitario)
El ángulo O-S-O es mayor que el Cl-P-Cl
Menos dominios electrónicos significa más espacio angular entre ellos.
Respuesta final
SiF4: tetraédrica, apolar. PCl3: pirámide trigonal, polar. SO2: angular, polar. El ángulo O-S-O es mayor que el Cl-P-Cl.
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 4 resultados comprobados en 4 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque II: cuestiones (se deben contestar únicamente 3 de las 6). Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas (0,5 puntos por cada apartado): Datos: Ka(CH3COOH)=1,8⋅10−5; Kb(NH3)=1,8⋅10−5. Kw=10−14.
- a)La mezcla de 80 mL de HCl(ac) 0,1 M con 20 mL de Ca(OH)2(ac) 0,2 M, da lugar a una disolución neutra.
- b)El pH de una disolución acuosa de (NH4)2SO4 es 7.
- c)El pH de una disolución de NH3 0,5 M es el mismo que el de una disolución de NaOH 0,5 M.
- d)La mezcla de 50 mL de CH3COOH(ac) 0,1 M con 50 mL de KOH(ac) 0,1 M, da lugar a una disolución neutra.
Apartado a
1. HCl con Ca(OH)2
n(H+)=0,080⋅0,1=0,008 mol; n(OH−)=0,020⋅2⋅0,2=0,008 mol
Verdadera: neutralización exacta de ácido y base fuertes, pH =7
El Ca(OH)2 aporta 2 OH− por fórmula: no olvides el factor 2.
Apartado b
1. (NH4)2SO4
El SO42− no se hidroliza; el NH4+ es un ácido débil: NH4++H2O⇄NH3+H3O+
Falsa: el pH es menor que 7
Es la sal de un ácido fuerte (sulfúrico) y una base débil (amoníaco).
Apartado c
1. NH3 frente a NaOH
El NaOH es base fuerte (disociación total); el NH3 es base débil (ionización parcial, Kb=1,8⋅10−5)
Falsa: el NaOH genera más OH− y su pH es mayor
Con 0,5 M: NaOH da pH 13,70 y NH3 da pH 11,48.
Apartado d
1. CH3COOH con KOH
Cantidades equimolares (5 mmol de cada uno): queda CH3COO−, base conjugada de un ácido débil: CH3COO−+H2O⇄CH3COOH+OH−
Falsa: la disolución es básica (pH >7)
Neutralización exacta no significa pH 7 cuando el ácido o la base es débil.
Respuesta final
a) Verdadera. b) Falsa (ácida). c) Falsa. d) Falsa (básica).
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 4 resultados comprobados en 3 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque II: cuestiones (se deben contestar únicamente 3 de las 6). Se dispone en el laboratorio de cuatro disoluciones, todas a concentración 1 M: A: HCl(ac); B: AgNO3(ac); C: Fe(NO3)2(ac); D: AlCl3(ac). Además, se dispone de unas láminas de Ag, Fe y Al. A partir de los datos de E∘, responda razonadamente: Datos: potenciales estándar de reducción, E∘ (V): Al3+∣Al: −1,66; Fe2+∣Fe: −0,44; H+∣H2: 0,00; Ag+∣Ag: +0,80.
- a)¿Es posible obtener aluminio, Al(s), a partir de la disolución D, haciendo que ésta reaccione con alguno de los tres metales de los que se dispone?
- b)¿Se producirá alguna reacción al introducir una lámina de plata, Ag(s), en la disolución A?
- c)Se desea construir la pila galvánica que proporcione el potencial de celda más elevado. c.1) Indique qué disoluciones y qué metales utilizaría para construir dicha pila galvánica (0,5 puntos). c.2) Escriba la semirreacción de oxidación y de reducción, así como la reacción iónica global ajustada y calcule el potencial de la pila (0,5 puntos).
Apartado a
1. Obtener Al(s)
Para reducir Al3+ haría falta un reductor con E∘<−1,66 V; Ag (+0,80), Fe (−0,44) y Al mismo no cumplen
No es posible obtener aluminio con ninguno de los tres metales
El par Al3+∣Al tiene el potencial de reducción más negativo de todos: el Al es el más reductor.
Apartado b
1. Ag en HCl
E∘(H+∣H2)=0,00<E∘(Ag+∣Ag)=+0,80: el H+ no puede oxidar a la Ag (E=0−0,80<0)
No se produce ninguna reacción
Apartado c
1. Pila de mayor potencial: qué usar
Máxima diferencia de potenciales de reducción: pares Ag+∣Ag (mayor) y Al3+∣Al (menor)
Lámina de Ag en disolución B (AgNO3) y lámina de Al en disolución D (AlCl3)
Cátodo: el de mayor E∘; ánodo: el de menor.
2. Reacciones y potencial
Reducción: 3(Ag++e−→Ag); oxidación: Al→Al3++3e−. E∘=0,80−(−1,66)
3Ag++Al→Al3++3Ag; E∘=+2,46 V
El potencial no se multiplica por 3: es una propiedad intensiva.
Respuesta final
a) No. b) No hay reacción. c) Pila Al|Al3+ // Ag+|Ag: 3Ag++Al→Al3++3Ag, E∘=2,46 V.
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 3 resultados comprobados en 3 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque II: cuestiones (se deben contestar únicamente 3 de las 6). La reacción entre los compuestos A y B para formar el compuesto C, es de primer orden respecto de A y de segundo orden respecto de B. En un experimento, donde se parte de concentraciones iniciales: [A]0=0,15 mol⋅L−1, [B]0=0,50 mol⋅L−1, se determina que la velocidad inicial es de 2,5⋅10−3 mol⋅L−1⋅s−1.
- a)Determine la constante de velocidad de la reacción.
- b)Determine la velocidad de reacción si las concentraciones iniciales se duplican.
- c)Al añadir un catalizador, la constante de velocidad aumenta en un factor de 10. Determine la velocidad de reacción cuando las concentraciones iniciales son: [A]0=0,15 mol⋅L−1, [B]0=0,50 mol⋅L−1.
Apartado a
1. Constante de velocidad
v=k[A][B]2⇒k=0,15⋅0,5022,5⋅10−3
k=0,0667 L2mol−2s−1
Orden total 3: las unidades de k son L2mol−2s−1.
Apartado b
1. Concentraciones duplicadas
v′=k(2[A])(2[B])2=8v0=8⋅2,5⋅10−3
v′=0,020 molL−1s−1
Factor 21⋅22=8.
Apartado c
1. Con catalizador
k′=10k=0,667; v=0,667⋅0,15⋅0,502
v=0,025 molL−1s−1
Un catalizador aumenta k (baja la energía de activación) y por tanto la velocidad se multiplica por 10.
Respuesta final
a) k=0,0667 L2mol−2s−1. b) v=0,020 molL−1s−1. c) v=0,025 molL−1s−1.
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 4 resultados comprobados en 4 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque II: cuestiones (se deben contestar únicamente 3 de las 6). Indique qué compuestos son A, B, C, D y E en las siguientes reacciones (fórmula molecular si son especies inorgánicas; nombre y fórmula estructural si se trata de moléculas orgánicas). Identifique el tipo de reacción en cada caso (0,5 puntos cada apartado):
- a)CH3−CH(Br)−CH3+OH−⟶A
- b)CH3−CH=CH2+Cl2⟶B
- c)CH3−CH=CH2+O2⟶C+D
- d)CH3−CH2OH+CH3−CH2−COOH H+, catalizador E+H2O
Apartado a
1. Reacción a)
CH3−CHBr−CH3+OH−→CH3−CH(OH)−CH3+Br−
A: propan-2-ol. Sustitución
El OH sustituye al Br.
Apartado b
1. Reacción b)
CH3−CH=CH2+Cl2→CH3−CHCl−CH2Cl
B: 1,2-dicloropropano. Adición
El doble enlace se abre y se añade un Cl a cada carbono.
Apartado c
1. Reacción c)
C3H6+29O2→3CO2+3H2O
C: CO2; D: H2O. Combustión
La combustión completa de un hidrocarburo da siempre CO2 y agua.
Apartado d
1. Reacción d)
CH3CH2OH+CH3CH2COOH→CH3CH2COOCH2CH3+H2O
E: propanoato de etilo. Esterificación (condensación)
Ácido + alcohol da éster + agua.
Respuesta final
A: propan-2-ol (sustitución); B: 1,2-dicloropropano (adición); C: CO2, D: H2O (combustión); E: propanoato de etilo (esterificación).
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 6 resultados comprobados en 2 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque I: problemas (se deben contestar únicamente 2 de los 4). Una bombona de butano, C4H10(g), contiene 13,6 kg. La combustión del butano genera CO2(g) y H2O(l). Datos: masas atómicas relativas: H =1,0; C =12,0; O =16,0. R=0,082 atm⋅L⋅mol−1⋅K−1. Entalpías de formación estándar, ΔHf∘ (kJ⋅mol−1): C4H10(g): −125,7; CO2(g): −393,5; H2O(l): −285,8.
- a)Ajuste la ecuación química de combustión. Calcule el volumen teórico de aire (79 % dinitrógeno, 21 % dioxígeno, en volumen), medido a 1 atm y 25 ∘C, necesario para la combustión completa del butano contenido en una bombona.
- b)Si la combustión del gas contenido en la bombona completa transcurre con un rendimiento del 85 %, calcule la cantidad de energía generada.
Apartado a
1. Ajuste
C4H10+213O2→4CO2+5H2O
Por cada mol de butano, 6,5 mol de O2
Se ajustan C (4) y H (10 = 5 H2O) y por último el O: 8+5=13 átomos, es decir 13/2 moléculas de O2.
2. Moles de butano
M(C4H10)=58 g/mol; n=5813600
n=234,5 mol
13,6 kg son 13,600 g.
3. Volumen de O2
n(O2)=234,5⋅6,5=1524 mol; V=PnRT=11524⋅0,082⋅298
V(O2)≈3,72⋅104 L
Gas ideal a 1 atm y 25 ∘C=298 K.
4. Volumen de aire
El aire tiene un 21 % de O2 en volumen: V=0,213,72⋅104
V(aire)≈1,77⋅105 L
En gases, el porcentaje en volumen coincide con el porcentaje en moles.
Apartado b
1. Entalpía de combustión
ΔHc∘=5(−285,8)+4(−393,5)−(−125,7)
ΔHc∘=−2877,3 kJ/mol
El O2 es un elemento: ΔHf∘=0.
2. Energía real
Qteoˊrico=234,5⋅2877,3=6,747⋅105 kJ; con rendimiento del 85 %: 0,85⋅6,747⋅105
Q≈5,74⋅105 kJ liberados
El rendimiento reduce la energía realmente aprovechada.
Respuesta final
a) V(aire)≈1,77⋅105 L. b) Se generan ≈5,74⋅105 kJ.
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 5 resultados comprobados en 2 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque I: problemas (se deben contestar únicamente 2 de los 4). El óxido de nitrógeno(II), NO(g), es un gas implicado en numerosos procesos biológicos. Se puede obtener por reacción entre el dinitrógeno y el dioxígeno, de acuerdo con la ecuación química siguiente: N2(g)+O2(g)⇄2NO(g),Kc=1,7⋅10−3 a 2300 K En un recipiente, cuyo volumen es de 10 litros, se introducen 0,25 mol de O2, 0,25 mol de N2 y 0,06 mol de NO. Una vez cerrado, se calienta hasta 2300 K y se espera hasta alcanzar el equilibrio. Dato: R=0,082 atm⋅L⋅K−1⋅mol−1.
- a)Calcule las concentraciones en equilibrio de los tres compuestos.
- b)Calcule la presión parcial de cada compuesto dentro del recipiente.
Apartado a
1. Cociente de reacción
Qc=[N2][O2][NO]2=(0,25/10)(0,25/10)(0,06/10)2=0,0576
Qc=0,0576>Kc=1,7⋅10−3
Como Q>K, el sistema evoluciona hacia los reactivos (hacia la izquierda).
2. Tabla de moles
Se forman x mol de cada reactivo y se consumen 2x de NO
Equilibrio: 0,25+x, 0,25+x, 0,06−2x
Δn=0, así que el volumen se simplifica en Kc.
3. Resolver x
Kc=(0,25+x)2(0,06−2x)2⇒0,25+x0,06−2x=1,7⋅10−3=0,0412
x=0,0243 mol
Aquí podemos sacar la raíz cuadrada a los dos lados porque la expresión es un cuadrado perfecto.
4. Concentraciones
[NO]=100,06−2x; [N2]=[O2]=100,25+x
[NO]=1,13⋅10−3 M; [N2]=[O2]=2,74⋅10−2 M
Apartado b
1. Presiones parciales
p=cRT=c⋅0,082⋅2300
p(N2)=p(O2)≈5,17 atm; p(NO)≈0,21 atm
Para un gas ideal, pi=VniRT=ciRT.
Respuesta final
a) [NO]=1,13⋅10−3 M; [N2]=[O2]=2,74⋅10−2 M. b) p(NO)≈0,21 atm; p(N2)=p(O2)≈5,17 atm.
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 5 resultados comprobados en 2 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque I: problemas (se deben contestar únicamente 2 de los 4). Se dispone en el laboratorio de una disolución de ácido acético, Ka=1,78⋅10−5, de concentración desconocida. El pH de la disolución es 3,11.
- a)Calcule la concentración, en mol⋅L−1, de la disolución de ácido acético.
- b)Si 20 mL de la disolución de ácido acético se diluyen con agua hasta alcanzar un volumen de 100 mL, ¿cuál será el pH de la disolución resultante?
Apartado a
1. [H3O+] a partir del pH
[H3O+]=x=10−3,11
x=7,76⋅10−4 M
Es un ácido débil: el pH nos da lo ionizado, no la concentración inicial.
2. Concentración inicial
Ka=C0−xx2⇒C0=Kax2+x=1,78⋅10−5(7,76⋅10−4)2+7,76⋅10−4
C0=3,46⋅10−2 M
Apartado b
1. Nueva concentración
C′=3,46⋅10−2⋅10020
C′=6,92⋅10−3 M
Se diluye 5 veces.
2. Equilibrio tras diluir
1,78⋅10−5=6,92⋅10−3−yy2⇒y2+1,78⋅10−5y−1,23⋅10−7=0
y=[H3O+]=3,42⋅10−4 M
Se descarta la raíz negativa.
3. pH
pH=−log(3,42⋅10−4)
pH≈3,47
Los criterios oficiales dan 3,46 por redondeo. El pH solo sube 0,36 al diluir 5 veces, porque al diluir un ácido débil aumenta su grado de ionización.
Respuesta final
a) C0=3,46⋅10−2 M. b) pH≈3,47 (3,46 en los criterios).
Comprobado con cálculo simbólico
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 5 resultados comprobados en 2 apartados
- Sin constancia de revisión humana
Bloque I: problemas (se deben contestar únicamente 2 de los 4). El dióxido de estaño, SnO2(s), se puede obtener en un laboratorio al reaccionar estaño con ácido nítrico concentrado, según la siguiente ecuación química no ajustada: Sn(s)+HNO3(ac)→SnO2(s)+NO2(g)+H2O(l) Datos: masas atómicas relativas: H =1; N =14; O =16,0; Sn =118,7. R=0,082 atm⋅L⋅K−1⋅mol−1. 760 mmHg=1 atm.
- a)Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción, así como la ecuación química global ajustada.
- b)¿Cuántos gramos de SnO2 se obtendrán al reaccionar completamente 5,0 g de estaño con un exceso de ácido nítrico? ¿Qué volumen de NO2, medido a 23 ∘C y 790 mmHg, se generará en el proceso?
Apartado a
1. Semirreacción de reducción
HNO3+H++e−→NO2+H2O (N: +5→+4), por 4: 4HNO3+4H++4e−→4NO2+4H2O
Se ganan 4e−
Cada N gana 1 electrón, así que hay que multiplicar por 4.
2. Semirreacción de oxidación
Sn+2H2O→SnO2+4H++4e− (Sn: 0→+4)
Se ceden 4e−
3. Reacción global
Suma de ambas (los H+ se simplifican y sobran 2H2O)
Sn+4HNO3→SnO2+4NO2+2H2O
Apartado b
1. Masa de SnO2
n(Sn)=118,75,0=0,0421 mol; M(SnO2)=118,7+32,0=150,7; m=0,0421⋅150,7
m(SnO2)≈6,35 g
El HNO3 está en exceso: el Sn es el reactivo limitante.
2. Volumen de NO2
n(NO2)=4⋅0,0421=0,1685 mol; V=PnRT=790/7600,1685⋅0,082⋅296,15
V(NO2)≈3,94 L
Los criterios oficiales dan 3,93 L por redondeo de la temperatura.
Respuesta final
Sn+4HNO3→SnO2+4NO2+2H2O; se obtienen 6,35 g de SnO2 y 3,94 L de NO2.