PAU 2024J - Sèrie 1 - Química PAU Juny

#PAU #Química #Selectivitat2024 #UNITAT01 #UNITAT02 #UNITAT05 #UNITAT07 #UNITAT08 #UNITAT09 #UNITAT10

Keywords: 10 - Càrrega nuclear efectiva i apantallament; 11 - Propietats periòdiques (radi, energia d'ionització, afinitat electrònica, electronegativitat); 37 - Força relativa d'àcids i bases (Ka, Kb) i grau de dissociació (alfa); 38 - Autoionització de l'aigua (Kw), concepte i càlcul del pH i pOH; 23 - Entalpia de reacció, processos exotèrmics i endotèrmics i diagrames entàlpics; 26 - Energia lliure de Gibbs (Delta G), espontaneïtat i treball útil; 32 - Constants d'equilibri Kc i Kp i relació entre elles; 34 - Principi de Le Châtelier (efecte de concentració, pressió, volum i temperatura); 45 - Potencials estàndard de reducció (Eº), força electromotriu i espontaneïtat; 46 - Piles galvàniques (bateries i piles de combustible) i muntatge de laboratori; 12 - Enllaç iònic, xarxes cristal·lines i cicle de Born-Haber; 06 - Tècniques espectroscòpiques I - Espectroscòpia infraroja (IR)

PAU 2024 (Química de 2n Batxillerat) · Convocatòria Ordinària (Juny) · Sèrie 1 · Índex PAU · Temari General

📄 Enunciat oficial en PDF: Química Sele 2024 - Juny - Examen.pdf ✅ Pautes oficials de correcció en PDF: Química Sele 2024 - Juny - Solucions.pdf

Instruccions oficials de la prova

L'alumnat havia de respondre a 4 de les 7 qüestions proposades. Cada qüestió val 2,5 punts (1,25 punts per cadascun dels dos apartats a i b).

Qüestió 1 · Estructura Atòmica i Propietats Periòdiques

Enunciat

La taula periòdica ordena els elements químics de nombre atòmic més petit a més gran. S’organitza en 7 períodes, 18 grups i 4 blocs (s, p, d, f). a) Se sap que dos elements, A i B, tenen els nombres atòmics $Z = 11$ i $Z = 35$ , però no se sap a quin correspon cadascun.

Escriviu les configuracions electròniques dels elements $Z = 11$ i $Z = 35$ i deduïu el grup, el període i el bloc al qual pertanyen.
Sabent que l'element A té un radi atòmic més petit que l'element B, raoneu justificadament quin nombre atòmic correspon a cada element.

b) Definiu energia d'ionització. Sabent que l'energia d'ionització d'un d'aquests elements és $496\text{ kJ/mol}$ , determineu si una radiació electromagnètica de longitud d'ona $\lambda = 250\text{ nm}$ serà capaç d'ionitzar un àtom d'aquest element en estat gasós. (Dades: $h = 6{,}63 \times 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s}$ ; $c = 3{,}00 \times 10^8\text{ m/s}$ ; $N_A = 6{,}02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}$ ).

Solució oficial Qüestió 1

Apartat a)

Configuracions electròniques:
- $Z = 11$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$ (Sodi, $\text{Na}$ ). Període 3 ( $n=3$ ), Grup 1 (metalls alcalins), bloc $s$ .
- $Z = 35$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$ (Brom, $\text{Br}$ ). Període 4 ( $n=4$ ), Grup 17 (halògens), bloc $p$ .
Justificació del radi:
- $Z = 11$ té el seu electró de valència al nivell $n = 3$ , mentre que $Z = 35$ ocupa fins al nivell $n = 4$ . Com que el nivell principal és superior, la distància mitjana dels electrons externs al nucli és més gran a $Z=35$ que a $Z=11$ .
- Per tant: A correspon a $Z = 11$ (radi menor) i B correspon a $Z = 35$ (radi major).

Apartat b)

Definició: L'energia d'ionització és l'energia mínima necessària per extreure l'electró menys lligat d'un àtom aïllat en estat gasós i en el seu estat fonamental: $\text{X}(g) + EI \longrightarrow \text{X}^+(g) + e^-$ . És sempre un procés endotèrmic ( $EI > 0$ ).
Energia d'un fotó de $\lambda = 250\text{ nm}$ : $E_{\text{fotó}} = \frac{h \cdot c}{\lambda} = \frac{6{,}63 \times 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s} \times 3{,}00 \times 10^8\text{ m/s}}{250 \times 10^{-9}\text{ m}} = 7{,}956 \times 10^{-19}\text{ J}$
Energia per mol de fotons: $E_{\text{mol}} = 7{,}956 \times 10^{-19}\text{ J/fotó} \times 6{,}02 \times 10^{23}\text{ fotons/mol} = 478{,}95\text{ kJ/mol}$
Conclusió: Com que $478{,}95\text{ kJ/mol} < 496\text{ kJ/mol}$ , la radiació NO té energia suficient per ionitzar l'àtom.

Qüestió 2 · Àcids i Bases (Àcid feble i neutralització)

Enunciat

L’àcid glucònic ( $\text{HOCH}_2(\text{CHOH})_4\text{COOH}$ , abreujat com $\text{HGlu}$ ) és un àcid orgànic monopròtic utilitzat com a additiu alimentari ( $M = 196{,}16\text{ g/mol}$ ). a) Una dissolució aquosa d'àcid glucònic té una concentració de $15{,}0\text{ g/L}$ i un $\text{pH} = 2{,}48$ . Calculeu la concentració inicial de l'àcid en $\text{mol/L}$ , el seu grau de dissociació ( $\alpha$ ) i la constant d'acidesa ( $K_a$ ). b) Determineu quin volum d'una dissolució d'hidròxid de sodi ( $\text{NaOH}$ ) $0{,}250\text{ M}$ caldrà per neutralitzar completament $50{,}0\text{ mL}$ de la dissolució anterior d'àcid glucònic. Raoneu si el pH al punt d'equivalència serà àcid, bàsic o neutre.

Solució oficial Qüestió 2

Apartat a)

Concentració inicial molar: $c_0 = \frac{15{,}0\text{ g/L}}{196{,}16\text{ g/mol}} = 0{,}0765\text{ M}$
Concentració d'ions hidroni: $[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-2{,}48} = 3{,}31 \times 10^{-3}\text{ M}$
Grau de dissociació: $\alpha = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]}{c_0} = \frac{3{,}31 \times 10^{-3}}{0{,}0765} = 0{,}0433 \quad (\mathbf{4{,}33\%})$
Constant d'acidesa ( $K_a$ ): $K_a = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+][\text{Glu}^-]}{[\text{HGlu}]} = \frac{(3{,}31 \times 10^{-3})^2}{0{,}0765 - 3{,}31 \times 10^{-3}} = \mathbf{1{,}50 \times 10^{-4}}$

Apartat b)

Reacció de neutralització: $\text{HGlu} + \text{NaOH} \longrightarrow \text{NaGlu} + \text{H}_2\text{O}$ .
Mols d'àcid: $n = 0{,}0765\text{ M} \times 0{,}0500\text{ L} = 3{,}825 \times 10^{-3}\text{ mol}$ .
Volum de $\text{NaOH}$ : $V = \frac{3{,}825 \times 10^{-3}\text{ mol}}{0{,}250\text{ mol/L}} = 0{,}0153\text{ L} = \mathbf{15{,}3\text{ mL}}$
Caràcter al punt d'equivalència: Es forma gluconat de sodi ( $\text{NaGlu}$ ). L'ió $\text{Na}^+$ no experimenta hidròlisi (procedent de base forta). L'ió gluconat ( $\text{Glu}^-$ ), procedent d'àcid feble, s'hidrolitza: $\text{Glu}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HGlu}(aq) + \text{OH}^-(aq)$ En alliberar-se ions $\text{OH}^-$ , el pH resultant és bàsic ( $\text{pH} > 7$ ).

Qüestió 5 · Electroquímica (Pila Galvànica Ag-Cu)

Enunciat

Al laboratori disposem de làmines de plata i coure, i de dues solucions aquoses $1{,}00\text{ M}$ de $\text{AgNO}_3$ i de $\text{Cu(NO}_3)_2$ . Dades: $E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\text{ V}$ ; $E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\text{ V}$ . a) Indiqueu quina semireacció té lloc a l'ànode i quina al càtode. Escriviu la reacció global ajustada i calculeu la FEM estàndard ( $E^\circ_{\text{cel·la}}$ ). b) Dibuixeu i justifiqueu un esquema del muntatge experimental: polaritat dels elèctrodes, sentit del corrent d'electrons i funció del pont salí.

Solució oficial Qüestió 5

Apartat a)

Com que $E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\text{ V} > E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\text{ V}$ $E^{\circ} (Ag^{+} / Ag) = + 0, 80 V > E^{\circ} (Cu^{2 +} / Cu) = + 0, 34 V$ , la plata té major tendència a reduir-se:
- Ànode (oxidació, pol $-$ ): $\text{Cu}(s) \longrightarrow \text{Cu}^{2+}(aq) + 2\,e^-$
- Càtode (reducció, pol $+$ ): $2\,\text{Ag}^+(aq) + 2\,e^- \longrightarrow 2\,\text{Ag}(s)$
- Reacció global: $\text{Cu}(s) + 2\,\text{Ag}^+(aq) \longrightarrow \text{Cu}^{2+}(aq) + 2\,\text{Ag}(s)$
Força electromotriu: $E^\circ_{\text{cel·la}} = E^\circ_{\text{càtode}} - E^\circ_{\text{ànode}} = +0{,}80\text{ V} - (+0{,}34\text{ V}) = \mathbf{+0{,}46\text{ V}}$

Apartat b)

Els electrons flueixen pel circuit metàl·lic exterior des de l'ànode (coure) cap al càtode (plata).
El pont salí manté la neutralitat elèctrica: els anions (com $\text{NO}_3^-$ ) es desplacen cap a la semicel·la de l'ànode per compensar l'excés de $\text{Cu}^{2+}$ , i els cations (com $\text{K}^+$ ) van cap al càtode per compensar la disminució d' $\text{Ag}^+$ .

Qüestió 1 · Estructura Atòmica i Propietats Periòdiques

Qüestió 2 · Àcids i Bases (Àcid feble i neutralització)

Qüestió 5 · Electroquímica (Pila Galvànica Ag-Cu)

Links to this page: