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Alicante,27deabrilde2013

XXVI OLIMPIADA NACIONAL DE QUIMICA

EXAMENDECUESTIONES

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Instrucciones para el Examen de Cuestiones

La duración de la prueba será de 3 horas. Conteste a las preguntas en la hoja de respuestas suministrada. Sólo hay una respuesta correcta para cada cuestión. Cada respuesta correcta se valorará con 1 punto, en blanco 0, y cada incorrecta con ‐ 0.25. No se permite la utilización de libros de texto o Tabla Periódica. El examen de cuestiones pondera el 40% de la calificación final..‐ Laluzverdetieneunalongituddeondade nm.Laenergíadeunfotóndeluzverdees:a , · – Jb , · Jc , · – Jd , · – Je , · JDatos:h= , · – J·s;c= , · m·s– .‐ La investigación del espectro de absorción de un determinado elemento, muestra que unfotón con una longitud de onda de nm proporciona la energía para hacer saltar unelectrón desde el segundo nivel cuántico hasta el tercero. De esta información se puedededucir:a Laenergíadelniveln= .b Laenergíadelniveln= .c Lasumadelasenergíasdelosnivelesn= yn= .d Ladiferenciadelasenergíasentrelosnivelesn= yn= .e Todaslasanteriores..‐ Consideraelsiguientediagramadenivelesdeenergíaparaelátomodehidrógeno:

La transición en la que se emite radiación demayorlongituddeondaes:a n= n= b n= n= c n= n= d n= n= e n= n=



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.‐ ¿Cuántosorbitalesftienenelvalorn= ?a b c d e .‐ LasconfiguracioneselectrónicasdelCu Z= ydelionCu +ensuestadofundamentalson,respectivamente:a [Ar] s d y[Ar] s d b [Ar] s d y[Ar] d c [Ar] s d y[Ar] d d [Ar] s d y[Ar] s d e [Ar] s d y[Ar] s d .‐ ElordencrecientecorrectodeenergíasdeionizaciónparalosátomosLi,Na,C,O,Fes:a Li<Na<C<O<Fb Na<Li<C<O<Fc F<O<C<Li<Nad Na<Li<F<O<Ce Na<Li<C<F<O.‐ ¿Cuáldelossiguientesátomostienelasegundaenergíadeionizaciónmásalta?a Mgb Clc Sd Cae Na.‐ Delasmoléculas,CO ,C( ,N( ,BeCl ¿Cuálespolar?a CO b C( c N( d BeCl e Ninguna.‐ Laformageométricadelamoléculadeformaldehído,( CO,es:a Linealb Triangularplana.c Angular.d Piramidaltriangulare Tetraédrica



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.‐ ¿Cuáldelossiguientescompuestosiónicostienemenorenergíareticular?a LiFb Cs)c NaCld BaOe MgO .‐ ¿Cuáldelassiguientesmoléculaspresentamayorángulodeenlace?a O b OF c (CNd ( Oe Todastienenelmismoángulodeenlace. .‐ ¿En cuál de las siguientes series de sustancias, éstas se encuentran ordenadas portemperaturasdefusióndecrecientes?a Cl ,Na,NaCl,SiO b Na,NaCl,Cl ,SiO c SiO ,NaCl,Na,Cl d NaCl,SiO ,Na,Cl e SiO ,Na,NaCl,Cl .‐ Undeterminadosólidoesmuyduro,tieneunaelevadatemperaturadefusiónynoconducelacorrienteeléctricamientraspermaneceeneseestado.Setratade:a ) b NaClc CO d ( Oe Cu .‐ ¿Cuáldelassiguientessustanciaspuedeconsiderarsecomoejemplodeunaredcovalente?a S s b SiO s c MgO s d NaCl s e C ( s .‐ ¿(asta qué volumen hay que diluir litro de ácido sulfúrico de riqueza % en masa ydensidad , g·cm– paraquesuconcentraciónsea mol·L– ?a , Lb , Lc , Ld , Le , LDatos.Masasmolares g·mol– :(= ;S= ;O=



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.‐ Unadisoluciónquecontiene , gdeMg NO porlitrodedisolucióntieneunadensidadde , g·mL‐ .Lamolaridaddeladisoluciónes:a , Mb , Mc , Md , Me , MDatos.Masasmolares g·mol– :N= ;O= ;Mg= , .‐ Sedisponedetresmatracesde Lquecontienengasesenlasmismascondicionesdepresiónytemperatura.ElmatrazAcontieneN( ,elmatrazBcontieneNO ,yelmatrazCcontieneN .¿Cuáldelostresmatracescontienemayornúmerodemoléculas?a MatrazAb MatrazBc MatrazCd Todoscontienenlasmismas.e Ningunodelosanteriores. .‐ Se introducen en un recipiente rígido de L de capacidad g de oxígeno y g dehidrógeno.Sisehacesaltarunachispaambosgasesreaccionanparaformaragua.Sisedejaenfriar la mezcla hasta la temperatura de °C y se considera despreciable el volumenocupado por el líquido, suponiendo comportamiento ideal, la presión en el interior delrecipientees:a , atmb , atmc , atmd atme , atmDatos.Masasmolares g·mol– :(= ;O= ;constanteR= , atm·L·K– ·mol– .‐ Elhierroesbiológicamenteimportanteeneltransportedeoxígenoporpartedelosglóbulosrojosdesdelospulmonesalosdiferentesórganosdelcuerpo.Enlasangredeunadulto,hayalrededorde , · glóbulos rojos conun totalde , gdehierro.Por términomedio,¿cuántosátomosdehierrohayencadaglóbulorojo? masamolardelFe= , g·mol– a , · ‐ b , · c , · d , · e , · ‐ .‐ ¿Cuál de los siguientes procesos físicos o químicos puede considerarse como un procesoendotérmico?a Evaporacióndeaguab Combustióndegasolinac Disolucióndeácidosulfúricoenaguad Congelacióndeetanole Todoslosprocesosanterioressonendotérmicos.



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.‐ Una sustancia está formada por el elemento X e hidrógeno. Un análisis determina que elcompuestocontieneun %enmasadeX,yquecadamoléculadelmismocontieneeltripledeátomosdehidrógenoquedeX.¿CuáleselelementoX?a (eb Cc Fd Se Ningunodelosanteriores.Datos.Masasmolares g·mol– :(= ;(e= ;C= ;F= ;S= .‐ Paralacombustióndelalcoholetílicoqueserepresentaenlasiguienteecuación:C ( O( l + O g CO g + ( O l ΔH°=‐ , · kJDelassiguientesafirmaciones:).‐Lareacciónesexotérmica.)).‐Lavariacióndeentalpíapodríaserdiferentesiseformaraaguagas.))).‐Noesunareaccióndeoxidación‐reducción.)V.‐Losproductosdelareacciónocupanmásvolumenquelosreactivos.¿cuálessoncorrectas?a ),))b ),)),)))c ),))),)Vd ))),)Ve ) .‐ Apartirdelassiguientesecuacionestermoquímicas:Cu O s +½O g CuO s ΔH°=‐ kJCu O s Cu s +CuO s ΔH°=+ kJCalculelaentalpíadeformaciónestándardelCuO s .a ‐ kJ·mol– b ‐ kJ·mol– c + kJ·mol– d + kJ·mol– e ‐ kJ·mol– .‐ SabiendoqueΔHf°del( O g =‐ , kJ·mol‐ yΔHf°del( O l =‐ , kJ·mol‐ ,laentalpíadecondensacióndelaguaes:a ‐ kJ·mol‐ b ‐ , kJ·mol‐ c + kJ·mol‐ d + , kJ·mol‐ e + kJ·mol‐



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.‐ ¿Cuáles de las siguientes condiciones darán lugar a una reacción espontánea a cualquiertemperatura?a ΔH< ,ΔS< b ΔH> ,ΔS= c ΔH> ,ΔS> d ΔH> ,ΔS< e ΔH< ,ΔS> .‐ Delassiguientesreacciones,).‐) s ) g ΔHo= , kJ)).‐ N( NO s N g + ( O g +O g ΔHo=‐ , kJ))).‐ Fe s + O g Fe O s ΔHo=‐ , kJ)V.‐N g + Cl g NCl l ΔHo= kJunaesespontáneasóloabajastemperaturas.¿Cuáldeellases?a La)b La))c La)))d La)Ve Ningunadeellas .‐ En , (enry Deacon desarrolló un proceso que permitía aprovechar las emisiones declorurodehidrógenodelprocesodeobtencióndesosa ideadoporLeblancyobtenercloro,que podía ser utilizado como agente blanqueante en las industrias textil y papelera. Esteprocesotienelugardeacuerdoconelsiguienteequilibrio:(Cl g +O g Cl g + ( O l ΔHo=‐ , kJ¿CuálesdelassiguientesoperacionespuedenmejorarlaproduccióndeCl ?a Aumentarlapresiónydisminuirlatemperaturadelsistema.b Aumentarlapresiónyaumentarlatemperaturadelsistemac Disminuirlapresiónyaumentarlatemperaturadelsistemad Disminuirlapresiónydisminuirlatemperaturadelsistema.e Añadiralsistemaenequilibrioclorurodecobre )) comocatalizador. .‐ Adeterminadatemperatura,elN( Cl s sedescomponesegúnelsiguienteequilibrio:N( Cl s N( g +(Cl g Kp= , · ‐ SeintroduceN( Cl s enunrecipientedeparedesrígidas,inicialmentevacío,ysecierra.Unavezalcanzadoelequilibrio,lapresióntotalenelinteriordelrecipienteserá:a , · ‐ atmb , atmc , atmd , atme )mposiblecalcularlasinconocerelvolumendelrecipienteylatemperaturadeequilibrio



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.‐ ParaunadeterminadareacciónenequilibriosesabequeKpa Kvale , yqueKpa Kvale , ;portanto,sepuedeafirmarque:a Kpa Kvale , .b Elaumentodelapresióndelsistemafavorecelaformacióndeproductos.c Lareacciónesexotérmica.d Kpaumentaalaumentarlapresión.e Lareacciónesendotérmica .‐ Enunmatrazenelquesehahechoelvacío,seintroduceunaciertacantidaddeN( Cl s ysecalientaadeterminadatemperaturaalaquetienelugarlareacción:N( Cl s N( g +(Cl g CuáldelassiguientesexpresionesdelaconstantedeequilibrioKpesincorrecta:a Kp=PN( ·P(Clb Kp= PN( c Kp= Ptotal/ d Kp= Ptotal e Kp= P(Cl .‐ La constante de velocidad para la reacción de primer orden correspondiente a ladeshidratacióndelalcoholt‐butílicoa °Ces , · ‐ s‐ .Silaconstantedevelocidadparaesteprocesoa °Ces , · ‐ s‐ ,laenergíadeactivacióndelareacciónes:a ‐ kJ·mol‐ b + kJ·mol‐ c + kJ·mol‐ d + kJ·mol‐ e + , kJ·mol‐ Dato.R= , J·K‐ ·mol‐ .‐ CalculalaconstantedevelocidaddelareacciónA+BCapartirdelossiguientesdatosexperimentales:Experimento [A] mol·L‐ [B] mol·L‐ Vinicial mol·L‐ ·s‐ , , , , , , , , , a , L ·mol‐ ·s‐ b , L ·mol‐ ·s‐ c , L ·mol‐ ·s‐ d , L ·mol‐ ·s‐ e , L·mol‐ ·s‐



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.‐ UnmatrazAcontiene mLdeunadisolucióndeácidoclorhídrico,(Cl, , MyotromatrazBcontiene mLdeunadisolucióndeácidoacético,C( COO(, , M.Ambasdisolucionesse valoran con hidróxido de sodio, NaO(, , M. ¿Cuál de las siguientes propuestas esverdadera?a Tienenelmismop(inicial.b Necesitanelmismovolumendeladisolucióndesosaparasuvaloración.c Tienenelmismop(enelpuntodeequivalencia.d Enelpuntodeequivalenciasecumpleque[(+]=[O(‐].e Todassonfalsas .‐ Elp(deunadisolucióndesosacáustica,NaO(,es .¿Quévolumendeaguahayqueañadira Ldedichadisoluciónparaquesup(seade ? Supongalosvolúmenesaditivos .a Lb Lc Ld Le , L .‐ Unadelasproposicionesquesehacensobreelpuntodeequivalenciadeunavolumetríadeunácidodébil,(A,conNaO(esincorrecta:a ElnúmerodemolesdeO(‐añadidoesigualalnúmerodemolesdeácido(Ainicialmentepresenteenladisolución.b Unindicadoradecuadamenteelegidoparalatitulaciónrealizadacambiadecolor.c Elp(dependedecuálsealasustanciaquesehayaformadoenlareacción.d Enunaneutralizaciónelp(siemprees .e Elp(dependedelafortalezadelácido(Atitulado. .‐ Cuál de las siguientes sales: KCl,N( NO ,RbF,NaC( COOyK(CO al ser disuelta en aguaformaunadisolucióncuyop(sea .a KClb N( NO c RbFd NaC( COOe Li(CO .‐ Paraprepararunadisoluciónreguladoraconp(= , sehautilizadounácidodébil ylasaldelmismoácido cuyaconstantedeacidez,Ka,vale , · – .¿Cuáldebeserlarelación[sal]/[ácido]?a , b , c , d , e ,



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.‐ ¿Cuáldelassiguientesreaccionesnoimplicaunprocesoredox?a C( + O ( O+CO b Zn+ (ClZnCl +( c Na+ ( O NaO(+( d MnO + (ClCl + ( O+MnCl e Todassonreaccionesredox. .‐ CalculaelvalordeΔGoparalasiguientereaccióna Ky atm:Ag s +Ca) aq Ca s + Ag) s a + kJb + kJc + kJd ‐ kJe + kJDatos.Potencialesdereducción E° :Ag)/Ag=‐ , V;Ca +/Ca=‐ , V;F= C·mol‐ . .‐ Calculalamasadeoroquesedepositaenunacubaelectrolíticacuandocirculaunacorrientede , Adurante minutosatravésdeunadisoluciónacuosadeAu +.a , gb , gc , gd , ge , gDatos.Masamolardeloro= g·mol‐ ;F= C·mol‐ .‐ El aluminio se obtiene por el proceso (all‐(eroult a partir de la bauxita. Este mineral sepurifica y el Al O puro se funde y se somete a electrólisis. Las semirreacciones en cadaelectrodoson: Al + l + e– Al l O ‐ l O g + e–Siatravésdelacubacirculaunacorrientede Adurante h, lamasadeAl expresadaengramos quesedepositayelelectrodocorrespondienteson,respectivamente:a , g–cátodob , g–ánodoc , g–cátodod , g–ánodoe Ningunadelasanterioresescorrectayaquesenecesitaconocerlariquezadelabauxita.Datos.Masaatómicadel:Al= , g·mol– ;F= C·mol‐



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.‐ LaoxidacióndeuncompuestodefórmulamolecularC ( OloconvierteenotrocompuestocuyafórmulamolecularesC ( O.Elcompuestooriginal,C ( O,podríaserun:).Alcoholprimario)).Alcoholsecundario))).Alcoholterciarioa ),))y)))soncorrectasb )y))soncorrectasc ))y)))soncorrectasd Solo)escorrectae Solo)))escorrecta. .‐ Por una cuba electrolítica que contiene una disolución de sulfato de cobre )) circula unacorrientecontinuaduranteuncierto tiempo.Lasustanciaquesedepositaenelcátodoyelgasquesedesprendeenelánodoson,respectivamente:a SyO b Cuy( c CuySO d CuyO e Cuy( S .‐ ¿Cuálesdelossiguientesparesdecompuestossonisómeros?a ‐Propanoly ‐propanolb Ácidometanoicoyácidoetanoicoc Metanolymetanald Etanoyetanole Etenoyetino .‐ ¿Cuáldelassiguientesmoléculaspresentaisomeríageométricaocis‐trans?a C( ‐C(=C(Clb C( ‐C(=CBr c C( =C(‐C( C( d C( C=C C( e C( =C(

Hoja de respuestas del Examen de Cuestiones

Marque con una cruz (x) la casilla correspondiente a la respuesta correcta

«codigo»

Código de identificación

Nº a b c d e

1 2 3 4 5

a b c d e

6 7 8 9

10 a b c d e

11 12 13 14 15

a b c d e

16 17 18 19 20

Nº a b c d e

21 22 23 24 25

a b c d e

26 27 28 29 30

a b c d e

31 32 33 34 35

a b c d e

36 37 38 39 40

a b c d e

41 42 43 44 45

Correctas:_____ Incorrectas: _______ Puntuación:



EXAMENDEPROBLEMASPROBLEMA1

1


Códigodeidentificación

PROBLEMA1

UnproductotípicodelareposteríadelaComunidadValencianaesla“Cocadellanda”o“Cocaboba”.Receta: 3huevosdegallina(180g) 350gdeazúcarblanco 220gdeaceitedegirasol 0,5Ldelecheenteradevaca 500gdeharinablanca Lacortezaralladadeunlimón Gasificante:3,3gdebicarbonatosódicoy

zumodelimón(ácidocítrico:H C H O ) Semezclanlosingredientesylamasaobtenidasehorneaenunmoldea180OCdurante30minutosaproximadamente.Lareaccióndegasificaciónqueseproduce(sinajustar)eslasiguiente:

NaHCO +H C H O CO (g)+H O+Na C H O

Con objeto de conocer con más profundidad el proceso químico, nos planteamos realizarpreviamente unos cálculos, basados en la adición de 3,3 g de ácido cítrico a los 3,3 g debicarbonatosódicoqueseutilizanenlareceta.Calculeycontestejustificandolarespuesta:a) ¿Cuáleselreactivolimitante?(5puntos)b) ¿Qué volumende CO se obtiene a la presiónde 1 atmósfera y 25 oC de temperatura?

(5puntos)c) ¿Cuántosgramosdelreactivoenexcesoquedansinconsumir?(5puntos)d) ¿Cuántos gramos de zumo de limón son necesarios para producir la gasificación de la

masapropuestaenlarecetaconsumiendotodoelbicarbonatopuesto?¿Cuántoslimonessedebenexprimirparaconseguirlo?(5puntos)

e) Calculeelvolumendelmoldeautilizarparahornearlacoca,considerandodespreciableel volumen aportado por la ralladura de limón y los productos no gaseosos de lagasificación. Indique el molde comercial más adecuado para el horneo de la coca, deentrelostamañosdisponibles.(5puntos).

Datos:Masasmolares(g·mol–1):H=1;C=12;O=16;Na=23;R=0,082atm·L·mol 1·K 1Contenidomediodeácidocítricoenzumodelimón:7%(enpeso)Contenidomediodezumoenlimones:44limonesaportan1Ldezumo.ContenidomediodeH Oenleche:80%(envolumen)Densidades(g/cm3):huevosdegallina:1,033;azúcarblanco:1,590;aceitedegirasol:0,925;harinablanca:0,740;zumodelimón:1,051Considereparahacerloscálculosquetodaelaguaprocedentedelalecheesatrapadaporelalmidóndelaharinaduranteelprocesodecocción,yqueladilatacióndelamasaseproduceexclusivamenteporlaretencióndel100%delCO formado.Medidasdemoldescomerciales(encm):a)25x20x5;b)25x25x5;c)25x30x5




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PROBLEMA1.‐CuestiónA

a) ¿Cuáleselreactivolimitante?(5puntos)

Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareaccióndegasificaciónes:

3NaHCO +H C H O 3CO (g)+3H O+Na C H O

Paradeterminarcuáleselreactivolimitanteesprecisocalcularelnúmerodemolesdecadareactivo:

3,3gNaHCO1molNaHCO84gNaHCO

=3,93·10 2molNaHCO

3,3gH C H O1molH C H O192gH C H O

=1,72·10 2molH C H O

Larelaciónmolares:

3,93·10 2molNaHCO

1,72·10 2molH C H O=2,3<3

Al ser esta relación molar menor que la relación estequiométrica quiere decir que sobraH C H O yqueelbicarbonatodesodio, ,eselreactivolimitante.

PROBLEMA1.‐CuestiónB

b) ¿Qué volumen de CO se obtiene a la presión de 1 atmósfera y 25°C de temperatura?(5puntos)

TodoelCO formadoenlareacciónprocededelNaHCO .Relacionandoambassustancias:

3,93·10 2molNaHCO3molCO

3molNaHCO=3,93·10 2molCO

Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:

V=3,93·10 2mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K

1atm= 0,960LCO2

PROBLEMA1.‐CuestiónC

c) ¿Cuántosgramosdelreactivoenexcesoquedansinconsumir?(5puntos)

Relacionandoelreactivolimitanteconelreactivoenexceso:

3,93·10 2molNaHCO1molH C H O3molNaHCO

192gH C H O1molH C H O

=2,5gH C H O

3,3gH C H O (inicial) 2,5g H C H O (consumido)= 0,8gH3C6H5O7(exceso)




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PROBLEMA1.‐CuestiónD

d) ¿Cuántos gramos de zumo de limón son necesarios para producir la gasificación de lamasapropuestaenlarecetaconsumiendotodoelbicarbonatopuesto?¿Cuántoslimonessedebenexprimirparaconseguirlo?(5puntos)

Relacionandoelreactivolimitanteconelácidocítricoyzumodelimón:

3,93·10 2molNaHCO1molH C H O3molNaHCO

192gH C H O1molH C H O

100gzumo7gH C H O

=35,9gzumo

35,9gzumo1cm3zumo1,051gzumo

1Lzumo

103 cm3 zumo

44limones1 Lzumo

= 1,5limones

PROBLEMA1.‐CuestiónE

e) Calculeelvolumendelmoldeautilizarparahornearlacoca,considerandodespreciableel volumen aportado por la ralladura de limón y los productos no gaseosos de lagasificación. Indique elmolde comercialmás adecuado para el horneo de la coca, deentrelostamañosdisponibles.(5puntos).

Paracalcularelvolumendelmoldeautilizaresnecesarioconocerelvolumenqueocupanlasmasas de los ingredientes y el gas formado retenido por estas. Suponiendo que todos losvolúmenessonaditivos.

180ghuevos1cm3

1,033ghuevos=174cm3350gazucar

1cm3

1,590gazucar=220cm3

220gaceite1cm3

0,925gaceite=238cm3500gharina

1cm3

0,740gharina=676cm3

Durante la cocción,elCO formadosedilataporel aumentode la temperatura.DeacuerdoconlaleydeCharleselvolumenocupadoporestees:

960cm3CO25+273 K

=Vcm3CO180+273 K

V=1459cm3

Sumandoa todos estos volúmenes el correspondiente a la leche se obtieneque el volumenocupadoporlosingredienteses3267cm3.

Calculandolosvolúmenescorrespondientesalosmoldescomercialesycomparandoconeldelamezcladeingredientes:

Moldede25x20x5cm2500cm

Moldede25x25x5cm3125cm

Moldede25x 30x5cm

Moldeadecuado:25x30x5cm




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PROBLEMA2

Elyesonatural(sulfatodecalciodihidratoCaSO ·2H O)esunmineralampliamentedistribuidoenlacortezaterrestreyparticularmenteabundanteentodoelmediterráneoespañol.Desdelaantigüedadhasidoutilizadocomomaterialde construcciónporquecuandosecalientapierderápidamente suaguadehidratación,produciendoyesocalcinadooescayola (sulfatode calciohemihidrato, CaSO ·½H O)que cuando se amasa con agua, recuperadenuevo su estructuracristalina,hidratándose,fraguandoyendureciendo.Lacapacidaddelyesocalcinadodeendurecer enpocotiempoalañadirleaguavolviendoasuestadooriginaldedihidratoesloqueseconocecomofraguado.Ocurrealsolubilizarseelhemihidratoenaguayrestituirseelagua combinada necesaria para formar el dihidrato.Los cristales de dihidrato formados se entrecruzanformando una estructura rígida como las que seobserva en la fotografía obtenida por microscopíaelectrónicadebarrido.

Debido a esta capacidad de fraguar y endurecer, el yeso es ampliamente utilizado para losenlucidosy revestimientosde lasparedesy techosde los interioresdenuestrasviviendasasícomoparalaproduccióndeprefabricadostalescomoplacasymoldurasdeescayolaoplacasdecartón–yesotipoPladur.La fabricacióndelyesocalcinadooescayola,queseempleacomomaterialdeconstrucción,serealizapordeshidrataciónparcialporcalefaccióndelyesonaturaleninstalacionesindustriales.DATOS.LosvaloresdeΔH°ydeΔS°delassustanciasqueintervienenenelprocesosemuestranenlasiguientetabla.Además,considéresequelosmismosnovaríanconlatemperatura.

CaSO ·½H O(s) CaSO ·2H O(s) H O(g)

ΔfH°/kJ·mol 1 ‐1574,6 ‐2022,6 ‐241,8

S°/J·mol 1·K 1 134,3 194,1 188,7

a) Calculeelporcentajeenmasadel aguadehidrataciónen laescayolayenelyesonatural.(3puntos)

b) Escribalareacciónquetienelugarenlafabricación,deescayolaycalculenuméricamentesisetratadeunprocesoendooexotérmico.(3puntos)

c) Calculelacantidaddeyesonaturalquesenecesitaparaobtener1kgdeescayolayelcalorabsorbidoodesprendidoeneseproceso.(3puntos).

d) ¿Cuál es la temperatura mínima a la que se producirá espontáneamente la reacción deformacióndeescayolaapartirdeyesonatural?(5puntos)

e) En un recipiente cerrado de 5 L de capacidad a 25°C y 1 atm se colocan 100 g de CaSO ·2H Oysecalientaelevándose latemperaturaa130°Chastaalcanzarelequilibrio.CalculelasconstantesdeequilibrioK yK aesatemperatura.(6puntos)

f) Calculeeneseinstante(esdecir,unavezalcanzadoelequilibrio)lapresiónparcialdelaguaylasmasasdeyesoyescayolapresentesenelinteriordelrecipiente.(5puntos).

Datos:Masasmolares(g·mol 1):H=1;O=16;S=32;Ca=40.




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PROBLEMA2.‐CuestiónA

a) Calcule el porcentaje en masa del agua de hidratación en la escayola y en el yesonatural.(3puntos)

Escayola(CaSO ·½H O)

½molH2O

1molCaSO ·½H2O18gH2O1molH2O

1molCaSO ·½H2O145gCaSO ·½H2O

100=6,2%

Yeso(CaSO ·2H O)

2molH2O

1molCaSO ·2H2O18gH2O1molH2O

1molCaSO ·2H2O172gCaSO ·2H2O

100 =20,9%

PROBLEMA2.‐CuestiónB

b) Escriba la reacción que tiene lugar en la fabricación, de escayola y calculenuméricamentesisetratadeunprocesoendooexotérmico.(3puntos)

Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealatransformacióndelyesoenescayolaes:

CaSO4·2H2O(s)CaSO4·½H2O(s)+1,5H2O(g)

Laentalpíadelareacciónsepuedecalcularapartirdelasentalpíasdeproductosyreactivos:

Δ H°=ΣΔ H°(productos)–ΣΔ H°(reactivos)

Δ H°= 1,5molH2O‐241,8kJmolH2O

+1molCaSO ·½H2O‐1574,6kJ

molCaSO ·½H2O–

– 1molCaSO ·2H2O‐2022,6kJ

molCaSO ·2H2O=85,3kJ

Setratadeunprocesoendotérmicoenelqueseabsorbecaloryaque °>0.


c) Calcule la cantidadde yesonatural que senecesitaparaobtener1 kgde escayola y elcalorabsorbidoodesprendidoeneseproceso.(3puntos).

Relacionandolascantidadesdeescayolayyeso:

1000gCaSO ·½H O1molCaSO ·½H O145gCaSO ·½H O

1molCaSO ·2H O1molCaSO ·½H O

=6,90molCaSO ·2H O

6,90molCaSO ·2H O172gCaSO ·2H O1molCaSO ·2H O

1kgCaSO ·2H O1000gCaSO ·2H O

=1,19kg ·2

RelacionandolacantidaddeescayolayΔ H°:

6,90molCaSO ·2H O85,3kJ

1molCaSO ·2H O =588,2kJ




6

PROBLEMA2.‐CuestiónD

d) ¿Cuáles la temperaturamínimaa laque seproduciráespontáneamente la reaccióndeformacióndeescayolaapartirdeyesonatural?(5puntos)

LaenergíalibredeGibbssecalculamediantelaexpresión:

Δ G=Δ H–TΔ S

EnelequilibriosecumplequeΔ G=0.

Laentropíadelareacciónsepuedecalcularapartirdelasentropíasdeproductosyreactivos:

Δ S°=ΣS°(productos)–ΣS°(reactivos)

Δ S°= 1,5molH O188,7J

K·molH O+1molCaSO ·½H O

134,3JK·molCaSO ·½H O

–

– 1molCaSO ·2H O194,1J

K·molCaSO ·2H O=223,25J/K

SustituyendoenlaexpresióndeΔ G:

T=85,3kJ

223,25J/K103J1kJ

=382,1K108,9°C

PROBLEMA2.‐CuestiónE

e) En un recipiente cerrado de 5 L de capacidad a 25°C y 1 atm se colocan 100 g deCaSO ·2H O y se calienta elevándose la temperatura a 130°C hasta alcanzar elequilibrio.CalculelasconstantesdeequilibrioK yK aesatemperatura.(6puntos)

ConsiderandoΔ H°yS°novaríanconlatemperatura,quelapresióndereferenciaes1atmyrelacionandolassiguientesexpresionesdelaenergíalibredeGibbssepuedecalcularelvalordelaconstantedeequilibriodelproceso:

Δ G°=Δ H°–T·Δ S°

ΔrG°=–RT·lnKlnK =

–Δ H°RT

+Δ S°R

Sustituyendoseobtiene:

lnK =–85,3·103J·mol 1

8,314·J·mol 1·K 1 130+273 K+223,25J·mol 1·K 1

8,314J·mol 1·K 1 =1,39K =4,03

LarelaciónentrelasconstantesdeequilibrioK yK vienedadaporlaexpresión:

K =K · RT Δν

siendoΔν=Σ(coeficientesgaseososenproductos)−Σ(coeficientesgaseososenreactivos)

K =4,07·[0,082· 130+273 1,5K =2,14·10 2




7

PROBLEMA2.‐CuestiónF

f) Calculeeneseinstante(esdecir,unavezalcanzadoelequilibrio)lapresiónparcialdelaguaylasmasasdeyesoyescayolapresentesenelinteriordelrecipiente.(5puntos).

LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK es:

K = p 1,5

Delamismaseobtieneque:

p = Kp1,5

p =2,55atm

Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdeH Oenelrecipientees:

n=2,55atm·5L

0,082atm·L·mol 1·K 1 130+273 K=0,385molH O

RelacionandoH OyCaSO ·2H O:

0,385molH O1molCaSO ·2H O

1,5molH O172gCaSO ·2H O1molCaSO ·2H O

=44,2gCaSO ·2H O(descom.)

Lacantidaddeyesoquequedaenelrecipientealalcanzarseelequilibrioes:

100gCaSO ·2H O(ini.)–44,2gCaSO ·2H O(descom.)=55,8g ·2 (equi.)

RelacionandoH OyCaSO ·½H O:

0,385molH O1molCaSO ·½H O

1,5molH O145gCaSO ·½H O1molCaSO ·½H O

=37,3g ·½ (equi.)




8



PROBLEMA3

Un agua mineral contiene 60 mg/L de Ca y 80 mg/L de Mg . Sobre 100 mL de aguamineralseañade,sinquevaríeelvolumen,NaFsólido.

1.‐ Calcula:

a) Lasal(CaF ,MgF )queprecipitaenprimerlugarylaqueprecipitaensegundolugar.(3puntos)

b) LaconcentracióndeaniónF necesariaencadacaso.(3puntos).

c) Laconcentracióndelprimercatiónqueprecipitacuandoseinicialaprecipitacióndelsegundocatiónqueprecipita.(3puntos).

2.‐ Semezclan 100mL de aguamineral con 10mL de disolución 0,1 M de Na C O . ¿SeproduciráprecipitadodeCaC O ?Encasoafirmativocalcule lamasadeestasalquehaprecipitadoylasconcentracionesfinalesdeCa ,Na ,yC O presentesendisolución.(10puntos)

3.‐ CalculelamasadeNa C O necesariaparaqueprecipiteel90%delcatiónCa presenteen1Ldeaguamineral.(6puntos).

Datos.

Masasmolares(g·mol 1):Na C O :134;CaC O :128;Ca:40;Mg:24,3

Productosdesolubilidad,K :MgF :6,3·10 ;CaF :4,0·10 ;CaC2O4:1,3·10




9

PROBLEMA3.‐Apartado1.CuestiónA

a) Lasal(CaF ,MgF )queprecipitaenprimerlugarylaqueprecipitaensegundolugar.(3puntos)

Lasconcentracionesmolaresdelosionesson,respectivamente:

[Ca ]=60mgCa

1mmolCa 40mgCa

1000mLdisolucion=1,50·10 3M

[Mg ]=80mgMg

1mmolMg 24,3mgMg

1000mLdisolucion=3,29·10 3M

Paraqueprecipiteunasustanciaesprecisoquesealcancesuproductodesolubilidad.

ElequilibriocorrespondientealCaF2es:

CaF2(s)Ca (aq)+2F (aq)

ysuproductodesolubilidad:

K =[Ca ][F =4,0·10 11

Elvalorde[F paraquecomienceaprecipitarestasustanciaes:

[F ]=K

[Ca ][F ]=

4,0·10 11

1,50·10 3 =1,63·104

ElequilibriocorrespondientealMgF2es:

MgF2(s)Mg (aq)+2F (aq)


K =[Mg ][F =6,3·10 9

Elvalorde[F paraquecomienceaprecipitarestasustanciaes:

[F ]=K

[Mg ][F ]=

6,3·10 9

3,29·10 3 =1,38·103

PrecipitaenprimerlugarelCaF2yaquerequiereunmenorvalorde[F ]paraquesealcancesuK .

Precipita en segundo lugar elMgF2 ya que requiere unmayor valor de [F ] para que sealcancesuK .




10

PROBLEMA3.‐Apartado1.CuestiónB

b) LaconcentracióndeaniónF necesariaencadacaso.(3puntos).

Esteapartadoseencuentrarespondidoenelapartadoanterior.

PROBLEMA3.‐Apartado1.CuestiónC

c) La concentración del primer catión que precipita cuando se inicia la precipitación delsegundocatiónqueprecipita.(3puntos).

Paraquecomienceaprecipitarelsegundocatión(Mg )esnecesarioque[F ]=1,38·10 3M,laconcentracióndelcatiónCa eneseinstantees:

[Ca ]=K

[F [Ca ]=

4,0·10 11

1,38·10 3 =2,09·10 5

PROBLEMA3.‐Apartado2

2.‐ Se mezclan 100 mL de agua mineral con 10 mL de disolución 0,1 M de Na C O . ¿Seproducirá precipitado de CaC O ?En caso afirmativo calcule lamasa de esta sal que haprecipitado y las concentraciones finalesdeCa ,Na , y C O presentes endisolución.(10puntos)

LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreCa yNa C O es:

Ca (aq)+Na C O (s)2Na (aq)+CaC O (s)

Paraqueseformeprecipitadoesprecisoqueelproductoiónicoseamayorqueelproductodesolubilidad.

ElequilibriocorrespondientealCaC O es:

CaC O (s)Ca (aq)+C O (aq)


K =[Ca ][C O =1,3·10 9

Considerandovolúmenesaditivos,lasconcentracionesdelosionesunavezefectuadalamezclason,respectivamente:

[Ca ]=100mLCa 1,50·10 3M

1,50·10 3mmolCa 1mLCa 1,50·10 3M

10+100 mLdisolucion=1,36·10 3M

[C O ]=10mLC O 0,1M

0,1mmolC O1mLC O 0,1M

10+100 mLdisolucion=9,09·10 3M

Elvalordelproductoiónicoes:

1,36·10 3 9,09·10 3 =1,24·10 5

Como se observa, el producto iónico es mayor K , por tanto, sí se forma precipitado de.




11

Llamandoxa lacantidad(mol/L)deCaC O queprecipitaysustituyendoen laexpresióndelproductodesolubilidad:

1,36·10 3 x 9,09·10 3 x =1,3·10 9x=1,36·10 3M

LamasadeCaC O queprecipitaes:

110mLCaC O 1,36·10 3M1,36·10 3mmolCaC O

1mLCaC O 1,36·10 3M128mgCaC O1mmolCaC O

=19,1mgCaC2O4

Lasconcentracionesdelosionesenladisoluciónson,respectivamente:

[Ca ]=K

[C O[Ca ]=

1,3·10 9

9,09·10 3 1,36·10 3 =1,68·10 7

[C O ]= 9,09·10 3 1,36·10 3 =7,73·10 3

[Na ]=9,09·10 3mmolC O

1mLdisolucion2mmolNa1mmolC O

=1,82·10 2M

PROBLEMA3.‐Apartado3

3.‐ CalculelamasadeNa C O necesariaparaqueprecipiteel90%delcatiónCa presenteen1Ldeaguamineral.(6puntos).

LacantidaddeCa aprecipitares:

1000mLagua1,50·10 3mmolCa

1mLagua90mmolCa (prec.)

100mmolCa (total)=1,35·10 3mmolCa

LamasadeNa C O necesariaparaprecipitarel90%delCa es:

1,35·10 3mmolCa1mmolNa C O1mmolCa

134mgNa C O1mmolNa C O

=180,9mgNa C O

Además, es necesario tener en cuenta la cantidad de Na C O necesaria para mantener enequilibrioendisoluciónel10%delCa restante:

[C O ]=K

[Ca[C O ]=

1,3·10 9

1,50·10 3 1,35·10 3 =8,67·10 6M

LamasadeNa C O necesariaparaaportaresacantidaddeC O es:

1000mLagua8,67·10 6mmolC O

1mLagua1mmolNa C O1mmolC O

134mgNa C O1mmolNa C O

=1,2mgNa C O

LamasadeNa C O totaleslasumadelasdoscantidadesanteriores,182,1mgNa2C2O4.




12



PROBLEMA4

Uncompuestoorgánicocontieneun52,13%decarbonoyun13,15%dehidrógeno,siendoelrestooxígeno.

a) Determine la fórmulamoleculardedichocompuestosabiendoquecuandosedisuelven9,216 g delmismo en 80 g de agua, la disolución resultante tiene una temperatura decongelaciónde‐4,65°C.(6puntos).

b) Existen dos isómeros que tienen la fórmula molecular determinada en el apartadoanterior.Dibuje la estructuradeLewisde cadaunode ellos y nómbrelos.Diga cuál deellostendráunpuntodeebulliciónmayor,justificandolarespuesta.(5puntos)

c) Elcompuestoquetienemayorpuntodeebullición(A)seoxidaaunácidocarboxílicodefórmulamolecularC H O cuandosetrataconpermanganatodepotasio,obteniéndosetambién como producto dióxido de manganeso. Calcule los gramos de dicho ácidocarboxílicoqueseobtendráncuandosehaganreaccionar20,736gdelcompuestoAcon88,000gdepermanganatodepotasiodel98%depurezaenpresenciadeunexcesodeácidosulfúrico.(6puntos).

d) Dibuje la estructura de Lewis del ácido carboxílico obtenido en el apartado anterior ynómbrelo.(2puntos)

Dicho ácido carboxílico se puede considerar como un ácido débil y con él se prepara unadisolución 0,1 M. Se toman 25 mL de esa disolución y se valora con una disolución dehidróxido de sodio 0,15 M. En el punto de equivalencia, el pH de la disolución es 8,76.Suponiendoquelosvolúmenessonaditivos,calcule:

e) Volumen de la disolución de hidróxido de sodio consumido para alcanzar el punto deequivalencia.(1punto)

f) Laconstantededisociaciónácida,K ,delácidocarboxílico.(5puntos)

Datos.

Masasmolares(g·mol 1):H=1,C=12;O=16;K=39;Mn=55.

Constantecrioscópicamolaldelagua,k =1,86°C/m=1,86°C·kg·mol 1

ConstanteK =1,0·10

Alic

PROBL

a) D9c

Para fapreviamrelacionmolalde

Sustituy

(0

Paraobmasam

1

PROBL

b) Eae

Existen

Lasestr

ante,27deabril

LEMA4.‐Cu

Determinel9,216gdelcongelación

acilitar losmentelamasna la variacielamisma,Δ

yendoenlae

0 ‐4,65 )°

tenerlafórolardelcom

10052,13100

LEMA4.‐Cu

Existen dosanterior.Diellostendrá

dosisómero

Etanol

ucturasdeL

lde2013

estiónA

lafórmulammismoen

nde4,65°C

cálculos ysamolardeión de temΔT=k m.

expresiónan

°C=1,86°C·mo

mulamolecmpuestoX:

52,13gC100gX

13,15gH100gX

13,15 gOgX

uestiónB

s isómerosibuje la estráunpuntod

osqueseco

−

oalcoholet

Lewiscorre

XXVI OL

molecularde80gdeaguC.(6puntos)

evitar proelasustanciperatura de

nteriorseob

kgol9,216gX80gH O

cularserela

C1molC12gC

41

1molH1gH

41m

O1molO16gO

41

que tienenructuradeLdeebullición

rresponden

tílico

spondientes

IMPIADA NACIONAL DE Q

edichocomua, ladisolus).

oblemas coia.Estapuee congelació

btienelama

XO1molXMgX

1

acionanlosm

46gXmolX

=2mm

46gXmolX

=6mm

46gX1molX

=1mm

la fórmulaLewisde canmayor,just

nconlafórm

salasmism

Lamcorremoléenla

QUIMICA

mpuestosabiuciónresulta

on redondedeobtenersón de la dis

asamolarde

10 gH O1kgH O

molesdeát

molCmolX

molHmolX

molOmolX

moleculardaunodeetificandola

mulamolecu

Metoxim

masson:

mayortempesponde aéculassoncacesdehidr

EXAM

iendoquecuante tieneu

eos es prefseapartirdsolución co

elasustanci

M=

omosdeca

formulam

determinadellosynómrespuesta.

ularC2H6O:

−O−

metanoodi

peraturadel etanolapacesdeforógeno.

MENDEPROBPROBLEMA

uandosediunatempera

ferible detedelaexpresn la concen

iaX:

46g·mol 1

adaelement

molecular:C2

da en el apmbrelos.Di c(5puntos)

imetiléter

eebulliciónya que sormarentre

BLEMASA4

1

isuelvenaturade

erminarsiónquentración

oconla

2H6O

artadocuálde

nlesusesí

13




14


c) Elcompuestoquetienemayorpuntodeebullición(A)seoxidaaunácidocarboxílicodefórmulamolecular C H O cuando se trata con permanganato de potasio, obteniéndosetambién como producto dióxido de manganeso. Calcule los gramos de dicho ácidocarboxílicoqueseobtendráncuandosehaganreaccionar20,736gdelcompuestoAcon88,000 gde permanganatodepotasiodel 98%depureza enpresenciadeun excesodeácidosulfúrico.(6puntos).

Laecuaciónquímicaaajustares:

KMnO +C H O+H SO MnO +C H O

Laecuacióniónicaes:

K MnO +C H O+2H SO MnO +C H O

Lassemirreacionesquetienenlugarson:

Reducción:4 MnO +4H +3e MnO +2H O

Oxidación:3 C H O+H OC H O +4H +4e

Laecuaciónglobales:

4MnO +3C H O+4H 4MnO +3C H O +5H O

Añadiendolosionesquefaltan(12K y8SO )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:

4KMnO +3C H O+2H SO 4MnO +3C H O +5H O+2K SO

Comoinicialmenteexistenlasdosespeciesqueintervienenenlareacciónesprecisodeterminarcuáldeellaseselreactivolimitante.Elnúmerodemolesdecadaunaes:

88gKMnO 90%98gKMnO

100gKMnO 98%1molKMnO158gKMnO

=0,546molKMnO

20,736gC H O1molC H O46gC H O

=0,451molC H O

Larelaciónmolarentreambassustancias:

0,546molKMnO0,451molC H O

=1,21

Comolarelaciónmolaresmenorque1,33quieredecirquequedaC H Osinreaccionar,porlotanto,ellimitantees quedeterminalacantidaddeC H O queseforma.

0,546molKMnO3molC H O4molKMnO

60gC H O1molC H O

= 24,562g

Alic

PROBL

d) Dibnóm

Elácidoetanoic

PROBL

DichodisoluchidróxSuponi

e) Volequ

La ecuaacéticoy

CH

Relacion

25

2,

PROBL

f) Lac

Elacetaionizado

Na

ElionN

ElionCH

CH

Aplicand

[C

[C

ante,27deabril

LEMA4.‐Cu

buje la estrumbrelo.(2p

ocarboxílicoco( −

LEMA4.‐Cu

ácido carboción 0,1 M.ido de sodiiendoquelo

umen de lauivalencia.(

ación químicyelhidróxid

H COOH(aq

nandoCH C

5mLCH CO

5mmolNaO

LEMA4.‐Cu

constantede

atodesodioosegúnlasi

aCH COO(a

a nosehid

H COO seh

H COO (aq

doloscorre

CH COOH]=

CH COO ]=

lde2013

estiónD

uctura de Lpuntos)

oquesecorr)ysues

estiónE

oxílico se puSe tomanio 0,15 M.osvolúmene

a disolución(1punto)

ca ajustadadodesodio

q)+NaOH(a

COOHconNa

OOH0,1M01

OH1mLNa0,15mm

estiónF

edisociació

(NaCH COOiguienteecu

aq)Na

drolizayaqu

hidrolizapr

q)+H O(l)

espondientes

=[OH ]=x

c[OH ]=

XXVI OL

ewis del ác

respondecotructurade

uede consid25 mL deEn el puntessonaditiv

n de hidróxi

correspondes:

aq)Na

aOH:

0,1mmolCHmLCH COO

aOH0,15MmolNaOH

nácida,K ,

O)formadouación:

(aq)+CH

ueproceded

roduciendoi

CH C

sbalancesy

=c–x

IMPIADA NACIONAL DE Q

cido carboxí

onlafórmulLewises:

derar comoesa disolucto de equivavos,calcule:

ido de sodi

diente a la r

CH COO(aq

H COOHOH0,1M

1

= 16,7mLN

delácidoca

enelaparta

COO (aq)

delNaOH(b

ionesOH s

COOH(aq)+

yaproximac

QUIMICA

ílico obtenid

lamolecular

un ácido dción y se valencia, el p

o consumid

reacción de

q)+H O(l)

1mmolNaOmmolCH C

NaOH0,15

arboxílico.(

adoanterio

basefuerte).

segúnlareac

+OH (aq)

ionessepue

EXAM

do en el ap

rC H O es

ébil y con éalora con upH de la di

do para alca

e neutralizac

OHOOH

=2,5m

M

(5puntos)

rseencuen

cción:

edeescribir

MENDEPROBPROBLEMA

partado ante

selácidoac

él se prepauna disolucisolución es

anzar el pu

ción entre e

mmolNaOH

ntracomplet

r:

BLEMASA4

1

erior y

céticoo

ra unaión des 8,76.

nto de

el ácido

H

tamente

15




16

siendoclaconcentracióninicialdeNaCH COO.

Laexpresióndelaconstantequedacomo:

K =[CH COOH][OH ]

[CH COO ]=

xc– x

ApartirdelpHdeladisoluciónseobtieneelvalorde[OH ]:

pH+pOH=14pOH=14–8,76=5,24[OH ]=5,75·10 M

Suponiendovolúmenesaditivoselvalordelaconcentracióndeladisolucióndelasales:

2,5mmolCH COOH25+16,7 mLdisolucion

1mmolNaCH COO1mmolCH COOH

=0,06M

Sustituyendoenlaexpresióndelaconstante:

K =5,75·10

0,06 5,75·10=5,52·10

Apartirdelvalordelaconstantedebasicidad(hidrólisis)delacetatosepuedeobtenerelvalordelaconstantedeacidezdelácidoacético(K )deacuerdoconlasiguienteexpresión:

K =K

K K =

1,0·10

5,52·10=1,81·10

instrucciones para el examen de cuestiones - alquimicos.com · cada respuesta correcta se valorará...

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