OPCIN A CUESTIN 1.- Responde, razonando la respuesta, a las siguientes cuestiones que se plantean indicando si son verdaderas o falsas:

a) Los valores (3, 2, 2, +1/2) representan a un electrn situado en un orbital 3d. b) A lo largo de un perodo las propiedades qumicas de los elementos son semejantes. c) La energa de ionizacin en un perodo aumenta de izquierda a derecha. d) Los elementos de un mismo grupo presentan propiedades qumicas muy similares pero no

iguales, debido a que su configuracin electrnica externa vara muy poco de unos a otros. Solucin:

a) Verdadera. El valor 3 corresponde al nmero cuntico principal n, que indica el nivel energtico en el que se encuentra el electrn. El primer 2 es el del nmero cuntico secundario l, que corresponde al subnivel u orbital d. El siguiente valor 2 es uno de los cinco valores que puede tomar el nmero cuntico magntico ml (2, 1, 0, +1, +2), y +1/2 es uno de los valores del nmero cuntico de espn ms (+1/2 y 1/2). Estos valores son los que representan a un electrn 3d. b) Falso. A lo largo de un perodo las propiedades peridicas varan de un elemento a otro, por aumentar la carga nuclear e incrementarse en un electrn (electrn diferenciador), respecto al elemento anterior, el nivel energtico que se est completando. Esta diferencia en la configuracin electrnica de un tomo de un elemento, respecto a la del tomo siguiente o anterior de otro elemento, es la responsable de la diferencia de las propiedades qumicas de los elementos a lo largo de un perodo. c) Verdadera. Como al avanzar en un perodo aumenta la carga nuclear y los electrones se van situando en el mismo nivel energtico, se incrementa la fuerza nuclear atractiva sobre el electrn ms externo aumentando, por tanto, la energa de ionizacin al avanzar en un perodo. d) Falso. La semejanza de propiedades qumicas de los elementos de un mismo grupo, se debe a que todos tienen la misma configuracin electrnica en su capa de valencia.

CUESTIN 2.- Se tiene el siguiente equilibrio: H2O (g) + CO (g) CO2 (g) + H2 (g), y se sabe que el valor de Kc a 900 C vale 0,003, mientras que a 1200 C vale 0,2. Responde de forma razonada a las siguientes cuestiones:

a) Cul es la temperatura ms adecuada para favorecer la produccin de CO2? b) Cmo afectara a la reaccin un aumento de la presin? c) Si se elimina H2 a medida que se va formando, hacia donde se desplaza el equilibrio? d) Dado que al aumentar la temperatura la reaccin se desplaza hacia la formacin de

CO2, la reaccin ser exotrmica o endotrmica?

Solucin:

a) La expresin de la constante Kc para el equilibrio propuesto es: [ ] [ ][ ] [ ] .2

22

COOH

HCOK c

=

De los valores dados se observa que a 1200 C, el valor de Kc es mayor que a 900 C, es decir, el numerador de la expresin es mayor a la temperatura ms alta, lo que demuestra que es mayor la concentracin de CO2, luego, la temperatura ms adecuada para favorecer la produccin de CO2 es la de 1200 C. b) Si se modifica un factor externo de un sistema en equilibrio, ste se desplaza en el sentido que tienda a corregir la alteracin producida. Principio de Le Chatelier. Al modificar la presin, aumentndola, se produce una disminucin del volumen del reactor, ley de Boyle-Mariotte, y ante esta disminucin del volumen del reactor, el sistema se desplaza en el sentido en el que aparece un menor nmero de moles hasta alcanzar un nuevo equilibrio. Ahora bien, como en ambos miembros de la ecuacin qumica existe el mismo nmero de moles, el sistema no sufre alteracin alguna y permanece inalterable.

c) Al ir retirando H2 del medio de reaccin disminuye su concentracin, contrarrestando este efecto el sistema consumiendo agua y monxido de carbono para producir ms dixido de carbono e hidrgeno hasta alcanzar un nuevo equilibrio; es decir, el sistema se desplaza hacia la derecha. d) Si se aumentar la temperatura (se cede calor) a un sistema en equilibrio, ste tiende a absorber el calor suministrado para restablecer el equilibrio, por lo que se desplazar en el sentido endotrmico. Ahora bien, como en el caso propuesto aumenta la produccin de CO2 con la temperatura, la reaccin propuesta, tal cual est escrita, es endotrmica. PROBLEMA 1.- Sabiendo que los calores de formacin estndar a 298 K del butano, dixido de carbono y agua, son 125 k J mol1, 393 k J mol1 y 242 k J mol1, respectivamente, calcula:

a) La entalpa de combustin del butano haciendo uso de la ley de Hess. b) La variacin de energa interna que acompaa al proceso.

DATOS: R =8,413103 k J mol1 K1. Solucin: a) Las ecuaciones correspondientes a la formacin del butano, dixido de carbono y agua son: 4 C (s) + 5 H2 (g) + C4H10 (g) Hfo = 125 kJ mol1; C (s) + O2 (g) CO2 (g) Hfo = 393 kJ mol1;

H2 (g) + 2

1O2 (g) H2O (l) Hfo = 242 kJ mol1;

Invirtiendo la ecuacin de formacin del butano, cambiando el signo a la entalpa, multiplicando por 4 la ecuacin de formacin del dixido de carbono, incluida la entalpa, y por 5 la de formacin del agua, incluida tambin la entalpa, para as igualar los tomos de carbono e hidrgeno en las tres ecuaciones y sumndolas, se obtiene la ecuacin de combustin del butano y el valor de su entalpa: C4H10 (g) 4 C (s) + 5 H2 (g) + Hfo = 125 kJ mol1; 4 C (s) + 4 O2 (g) 4 CO2 (g) Hfo = 1572 kJ mol1;

5 H2 (g) + 2

5O2 (g) 5 H2O (l) Hfo = 1210 kJ mol1;

C4H10 (g) + 2

13O2 (g) 4 CO2 (g) + 5 H2O (l) Hc = 2657 kJ mol1.

b) La energa interna se encuentra relacionada con la entalpa de combustin y trabajo por la expresin: U = H + W, y como W = P V = n R T, se deduce que: U = H n R T.

La variacin en el nmero de moles de la reaccin es: n = 4 (2

13 + 1) = 3,5, y sustituyendo

valores en la expresin anterior resulta para la variacin de energa interna: U = 2657 kJ + 3,5 moles 8,413 103 kJ mol1 K1 298 K = 2648,23 kJ.

Resultado: a) Hc = 2657 kJ mol1; b) U = 2648,23 kJ.

OPCIN B CUESTIN 1.- Responde a las siguientes cuestiones:

a) Explica razonadamente como variar con la temperatura la espontaneidad de una reaccin en la que H < 0 y S > 0, suponiendo que ambas magnitudes no varan con la temperatura.

b) Explica en que consiste el Efecto Invernadero.

Solucin: a) La espontaneidad de una reaccin viene dada por la expresin: G = H T S < 0. Si H < 0 y S > 0, la reaccin es espontnea para cualquier temperatura, pues al restar el producto T S, positivo, a H, negativo, siempre produce una diferencia negativa, es decir, G < 0.

b) El efecto invernadero consiste en el aumento de la temperatura de la superficie terrestre, como consecuencia de la aportacin a la atmsfera de una gran cantidad de CO2, procedente de la combustin de carbn, gas natural, derivados del petrleo, y otros gases. Esta acumulacin de gases impide que una gran parte de la energa, en forma de radiacin que la Tierra emite despus de haberla recibido del Sol, salga hacia el exterior, lo que provoca que la superficie terrestre se caliente. PROBLEMA 1.- Ajustar por el mtodo del in-electrn, la siguiente reaccin, indicando:

a) Cul es la especie oxidante y cul la reductora? Qu especie se oxida y cul se reduce?

b) Escribir las semirreacciones de oxido-reduccin. La reaccin global. Na2SO3 + Na2Cr 2O7 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O.

Solucin:

a) La especie oxidante es la que provoca la oxidacin de otra reducindose ella, en este caso el in dicromato; y la especie reductora la que provoca la reduccin de otra oxidndose ella, el in sulfito. La especie que se oxida es el in sulfito, SO3

2, que pasa a in sulfato, SO42, y la que se reduce

es el in dicromato que pasa a catin cromo (III), Cr3+. b) Las semirreacciones de oxido-reduccin son: SO3

2 + H2O 2 e SO42 + 2 H+

Cr2O72 + 14 H+ + 6 e 2 Cr3+ + 7 H2O

Multiplicando la semirreaccin de oxidacin por 3, para igualar los electrones ganados y perdidos en ambas semirreacciones, y sumndolas para eliminarlos, se obtiene la reaccin inica ajustada: 3 SO3

2 + 3 H2O 6 e 3 SO42 + 6 H+

Cr2O72 + 14 H+ + 6 e 2 Cr3+ + 7 H2O

3 SO32 + Cr2O7

2 + 8 H+ 3 SO42 + 2 Cr3+ + 4 H2O. Llevados los coeficientes de la reaccin inica a la molecular, y teniendo presente que los 8 H+ corresponden a 4 H2SO4, que pasan a 4 Na2SO4, queda sta ajustada:

3 Na2SO3 + Na2Cr2O7 + 4 H2SO4 Cr2(SO4)3 + 4 Na2SO4 + 4 H2O. PROBLEMA 2.- En un recipiente de 5 L se introduce 1 mol de SO2 y 1 mol de O2 y se calienta a

1000 C, establecindose el equilibrio: 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g). Una vez que se ha alcanzado el equilibrio se encuentran 0,15 moles de SO2. Se pide:

a) Composicin de la mezcla en el equilibrio. b) El valor de Kc y Kp. DATOS: R = 0,082 atm L mol1 K1. Solucin: a) La estequiometra de la ecuacin qumica indica que dos moles de SO2 reaccionan con 1 mol de O2 para producir dos moles de SO3, por lo que llamando x a los moles de O2 que reaccionan, de SO2 reaccionarn 2 x moles y se formarn 2 x moles de SO3. Luego, si una vez alcanzado el equilibrio existen 0,15 moles de SO2, como se ha introducido 1 mol y han reaccionado 2 x moles, los moles iniciales y en el equilibrio de las distintas especie