Resolución completa y paso a paso del examen de Química de la PAU de Andalucía, Ceuta, Melilla y centros en Marruecos (convocatoria de junio de 2025).
Constantes:
R = 0,082 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹; F = 96500 C·mol⁻¹.
OPCIÓN A
Pregunta 1A (2 puntos)
Escriba las configuraciones electrónicas de:
a) El elemento del grupo 14 de menor carácter metálico. b) El elemento del tercer periodo de mayor radio atómico. c) El elemento del cuarto periodo con solo un electrón en un orbital «d». d) El elemento del segundo periodo con más tendencia a formar un catión divalente.
Apartado a)
En un grupo, el carácter metálico aumenta al descender. El grupo 14 (C, Si, Ge, Sn, Pb) tiene su elemento de menor carácter metálico arriba del todo.
Carbono (\(Z=6\)): \(1s^2\,2s^2\,2p^2\).
Apartado b)
En un periodo, el radio disminuye hacia la derecha (mayor carga nuclear efectiva sin nuevas capas). El más a la izquierda del periodo 3 es el mayor.
Sodio (\(Z=11\)): \(1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1\).
Apartado c)
Entre los metales de transición del periodo 4, un único electrón d (\(3d^1\)) corresponde al escandio. (Cr y Cu tienen configuraciones anómalas con 5 y 10 electrones d, no con 1.)
Escandio (\(Z=21\)): \(1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^1\).
Apartado d)
Del periodo 2, el berilio (alcalinotérreo) tiende a perder sus 2 electrones de valencia para adquirir la configuración del helio.
Berilio (\(Z=4\)): \(1s^2\,2s^2\) → pierde 2 e⁻ → \(\ce{Be^2+}\).
Confundir «carácter metálico» con «radio atómico»: siguen la misma tendencia en un grupo, pero conviene justificar cada uno con su propio argumento (carga nuclear efectiva vs. facilidad para ceder electrones).
OPCIÓN B
Pregunta 1B (2 puntos)
a) En \(\ce{H2S}\) y \(\ce{PF3}\), razone en cuál(es) el átomo central tiene pares libres. b) Justifique la geometría de \(\ce{PF3}\). c) Indique la hibridación del átomo central de \(\ce{H2S}\). d) ¿Por qué el \(\ce{BF3}\) es apolar?
Apartado a)
\(\ce{H2S}\): el S (\(3s^23p^4\)) forma 2 enlaces con H y le quedan 2 pares libres. \(\ce{PF3}\): el P (\(3s^23p^3\)) forma 3 enlaces con F y le queda 1 par libre.
Ambos tienen pares libres: el S tiene 2 y el P tiene 1.
Apartado b)
La molécula \(\ce{PF3}\) es del tipo \(AB_3E\) (3 pares enlazantes + 1 par libre, según la TRPECV).
Geometría piramidal trigonal (como el \(\ce{NH3}\)).
Apartado c)
Con 4 dominios de electrones (2 enlazantes + 2 libres) en torno al S:
Hibridación \(sp^3\).
Apartado d)
El B forma 3 enlaces B–F sin pares libres (\(AB_3\)), con geometría trigonal plana simétrica. Cada enlace B–F es polar, pero los tres vectores dipolares se cancelan por la simetría de 120°.
El \(\ce{BF3}\) es apolar porque su geometría simétrica anula el momento dipolar resultante.
Pensar que toda molécula con enlaces polares es polar. Hay que comprobar si la geometría permite que los dipolos se cancelen (como en \(\ce{BF3}\), \(\ce{CO2}\) o \(\ce{CCl4}\)).
OPCIÓN A
Pregunta 2A (2 puntos)
Justifique si son verdaderas o falsas:
a) Un proceso exotérmico y espontáneo a cualquier temperatura tendrá \(\Delta S>0\). b) La sublimación del diyodo implica aumento de entropía. c) En todos los procesos espontáneos la entropía del sistema aumenta. d) La reacción \(\ce{PCl3(g) + Cl2(g) -> PCl5(g)}\) (\(\Delta H^0=-86\) kJ·mol⁻¹) no es espontánea a ninguna temperatura.
a) VERDADERO
Con \(\Delta G=\Delta H-T\Delta S\) y \(\Delta H<0\), para que \(\Delta G<0\) se cumpla incluso a temperaturas muy altas, el término \(-T\Delta S\) no puede volverse positivo; esto exige \(\Delta S\ge0\).
Verdadero: se necesita \(\Delta S>0\) para garantizar \(\Delta G<0\) a cualquier temperatura.
b) VERDADERO
El paso de sólido a gas es el cambio de fase que más incrementa el desorden molecular.
Verdadero: la sublimación siempre implica \(\Delta S>0\).
c) FALSO
La espontaneidad depende de \(\Delta G\) (equivalente a la entropía total del universo), no solo de la del sistema. Hay procesos espontáneos con \(\Delta S_{sistema}<0\) si el calor cedido al entorno compensa ese descenso.
Falso: la entropía del sistema puede disminuir en un proceso espontáneo si el balance global es favorable.
d) FALSO
De 2 a 1 mol de gas, \(\Delta S<0\). Con \(\Delta H<0\) y \(\Delta S<0\), \(\Delta G\) es negativo a temperaturas bajas (domina la entalpía) y positivo a altas.
Falso: la reacción sí es espontánea a temperaturas bajas.
Olvidar que «espontánea a cualquier T» y «no espontánea a ninguna T» son casos extremos que solo se dan con combinaciones concretas de signos; con \(\Delta H<0\) y \(\Delta S<0\), la espontaneidad depende de la temperatura.
OPCIÓN B
Pregunta 2B (2 puntos)
La reacción \(2A+B\rightarrow C\) tiene ecuación de velocidad \(v=k[A]^2[B]\).
a) ¿Orden total? b) Unidades de \(k\). c) ¿La velocidad permanece constante durante la reacción? d) ¿Es la velocidad de desaparición de B igual a la de aparición de C?
Apartado a)
El orden total es la suma de exponentes: 2 respecto a A más 1 respecto a B.
Orden total \(=2+1=\mathbf{3}\).
Apartado b)
Con \(v\) en mol·L⁻¹·s⁻¹ y \([A]^2[B]\) en mol³·L⁻³:
\[ k=\frac{v}{[A]^2[B]}=\frac{\text{mol}\cdot L^{-1}\cdot s^{-1}}{\text{mol}^3\cdot L^{-3}}=L^2\cdot\text{mol}^{-2}\cdot s^{-1} \]
Unidades de \(k\): \(\mathbf{L^2\cdot mol^{-2}\cdot s^{-1}}\).
Apartado c)
La velocidad depende de \([A]\) y \([B]\), que disminuyen al avanzar la reacción, así que \(v\) disminuye progresivamente.
No: la velocidad no permanece constante, disminuye con el tiempo.
Apartado d)
Por estequiometría (coeficiente 1 para B y para C): \(v=-\dfrac{d[B]}{dt}=\dfrac{d[C]}{dt}\).
Sí: la velocidad de desaparición de B coincide con la de aparición de C.
En el apartado b), olvidar elevar las unidades de concentración al orden parcial de cada reactivo antes de despejar \(k\).
OPCIÓN A
Pregunta 3A (2 puntos)
Para \(\ce{2NaHCO3(s) <=> Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)}\), se depositan 200 g de \(\ce{NaHCO3}\) en un recipiente de 25 L en vacío y se calienta a 110 °C. La presión de equilibrio es 1,65 atm.
a) [1 pt] Masa de \(\ce{NaHCO3}\) que queda. b) [1 pt] \(K_P\) y \(K_C\) a esa temperatura.
Datos: Na = 23; O = 16; C = 12; H = 1.
\(T=110+273=383\) K; \(M(\ce{NaHCO3})=23+1+12+3(16)=84\) g/mol.
Apartado a) Masa restante
Los moles totales de gas se obtienen con \(PV=nRT\):
\[ n_{total}=\frac{PV}{RT}=\frac{1{,}65\cdot25}{0{,}082\cdot383}=\frac{41{,}25}{31{,}406}\approx1{,}3134\ \text{mol} \]
Como \(n(\ce{CO2})=n(\ce{H2O})=\tfrac{n_{total}}{2}\approx0{,}6567\) mol y 2 mol de \(\ce{NaHCO3}\) producen 1 de \(\ce{CO2}\), los moles descompuestos son \(2\cdot0{,}6567\approx1{,}3134\) mol. Con \(n_0=\tfrac{200}{84}=2{,}3810\) mol:
\[ n_{rest}=2{,}3810-1{,}3134=1{,}0676\ \text{mol}\ \Rightarrow\ m=1{,}0676\cdot84\approx89{,}7\ \text{g} \]
Quedan sin reaccionar \(\approx\mathbf{89{,}7}\) g de \(\ce{NaHCO3}\).
Apartado b) \(K_P\) y \(K_C\)
Como se forman iguales cantidades de \(\ce{CO2}\) y \(\ce{H2O}\), sus presiones parciales son iguales: \(P_{\ce{CO2}}=P_{\ce{H2O}}=\tfrac{1{,}65}{2}=0{,}825\) atm.
\[ K_P=P_{\ce{CO2}}\cdot P_{\ce{H2O}}=0{,}825^2\approx0{,}681 \]
Con \(\Delta n=2\) (dos moles de gas producidos; los sólidos no cuentan):
\[ K_C=\frac{K_P}{(RT)^2}=\frac{0{,}681}{(31{,}406)^2}\approx6{,}90\times10^{-4}\ \text{mol}^2/\text{L}^2 \]
\(K_P\approx\mathbf{0{,}681}\) y \(K_C\approx\mathbf{6{,}90\times10^{-4}}\) mol²/L².
No aprovechar que \(\ce{CO2}\) y \(\ce{H2O}\) se generan en proporción 1:1, lo que permite repartir la presión total a la mitad sin plantear un sistema de ecuaciones.
OPCIÓN B
Pregunta 3B (2 puntos)
Se preparan 250 mL de disolución de \(\ce{HNO3}\) a partir de 2 mL de una disolución comercial de densidad 1,12 g·mL⁻¹ y 20 % de riqueza en masa.
a) [1 pt] Molaridad y pH de la disolución preparada. b) [1 pt] Volumen de \(\ce{NaOH}\) 0,02 M para neutralizar 100 mL de la preparada.
Datos: O = 16; N = 14; H = 1.
\(M(\ce{HNO3})=1+14+48=63\) g/mol.
Apartado a) Molaridad y pH
\[ m_{disol}=2\cdot1{,}12=2{,}24\ \text{g};\quad m_{\ce{HNO3}}=0{,}20\cdot2{,}24=0{,}448\ \text{g} \]
\[ n_{\ce{HNO3}}=\frac{0{,}448}{63}\approx7{,}111\times10^{-3}\ \text{mol}\ \Rightarrow\ M=\frac{7{,}111\times10^{-3}}{0{,}250}\approx0{,}0284\ \text{mol/L} \]
Como el \(\ce{HNO3}\) es ácido fuerte, \([\ce{H+}]=0{,}0284\) M y \(pH=-\log(0{,}0284)\approx1{,}55\).
\(M\approx\mathbf{0{,}0284}\) mol/L y \(pH\approx\mathbf{1{,}55}\).
Apartado b) Volumen de \(\ce{NaOH}\)
Moles de \(\ce{HNO3}\) en 100 mL: \(n=0{,}0284\cdot0{,}100\approx2{,}844\times10^{-3}\) mol. Neutralización 1:1 \(\ce{HNO3 + NaOH -> NaNO3 + H2O}\):
\[ V_{\ce{NaOH}}=\frac{2{,}844\times10^{-3}}{0{,}02}\approx0{,}1422\ \text{L}=142{,}2\ \text{mL} \]
Se necesitan \(\approx\mathbf{142{,}2}\) mL de \(\ce{NaOH}\) 0,02 M.
Confundir la disolución comercial (20 % en masa, con la densidad dada) con la preparada (250 mL diluidos). Cada apartado usa una concentración distinta; hay que rastrear los moles a través de cada dilución.
Pregunta 4A (1,5 puntos)
Nombre o formule: a) \(\ce{CH3-CH=CH-CH=CH2}\). b) \(\ce{CH3-CH(OH)-CH2-CN}\). c) 3-Metilpent-2-eno. d) Etanamida.
Apartado a)
Cadena de 5 carbonos con dobles enlaces en 1 y 3.
\(\ce{CH3-CH=CH-CH=CH2}\) → penta-1,3-dieno.
Apartado b)
Se numera desde el carbono del grupo nitrilo (C1), que marca la cadena principal.
\(\ce{CH3-CH(OH)-CH2-CN}\) → 3-hidroxibutanonitrilo.
Apartado c)
Pentano con doble enlace en 2 y metilo en el carbono 3.
3-Metilpent-2-eno → \(\ce{CH3-CH=C(CH3)-CH2-CH3}\).
Apartado d)
Amida de 2 carbonos derivada del ácido acético.
Etanamida → \(\ce{CH3-CONH2}\).
Al nombrar nitrilos, olvidar que el carbono del grupo \(\ce{-CN}\) siempre se cuenta como C1 de la cadena principal.
Pregunta 4B (se resuelven los 3 apartados; el examen exige solo 2)
a) Escriba y ajuste la combustión del \(\ce{CH3CH2CH3}\). b) Escriba y ajuste la deshidratación del \(\ce{CH3CH2CH2OH}\). c) Escriba un isómero de función de \(\ce{CH3COCH2CH3}\).
Apartado a) Combustión del propano
La combustión completa produce \(\ce{CO2}\) y \(\ce{H2O}\); se ajusta primero C, luego H y por último O:
\[ \ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O} \]
\(\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}\).
Apartado b) Deshidratación del 1-propanol
Es una reacción de eliminación intramolecular, catalizada por \(\ce{H2SO4}\) en caliente, que forma un alqueno:
\[ \ce{CH3CH2CH2OH ->[\ce{H2SO4}][\Delta] CH3-CH=CH2 + H2O} \]
Producto: propeno (\(\ce{CH3-CH=CH2}\)) + \(\ce{H2O}\).
Apartado c) Isómero de función
\(\ce{CH3COCH2CH3}\) (butan-2-ona) es una cetona de fórmula \(\ce{C4H8O}\). Un isómero de función con la misma fórmula pero otro grupo funcional es un aldehído:
Isómero de función: butanal (\(\ce{CH3CH2CH2CHO}\)).
En el apartado b), olvidar que la deshidratación de alcoholes es una eliminación (no una sustitución) y requiere catalizador ácido y calor.
Pregunta 5 · Protección contra la corrosión (2,5 puntos)
Para proteger el hierro de la oxidación (a óxido de hierro(III)) se usan ánodos de sacrificio: metales que forman con el hierro una pila en la que este es el cátodo. El magnesio, uno de los más usados, se obtiene del mar como \(\ce{MgCl2}\) por electrólisis en estado fundido. En la corteza está como \(\ce{MgCO3}\) (\(K_S=3{,}5\times10^{-8}\)) y como fosfato de magnesio (\(K_S=1{,}04\times10^{-24}\)), entre otros.
a) [0,5 pt] Justifique qué metales de la tabla sirven como ánodo de sacrificio. b) [0,5 pt] Intensidad para producir 10 kg/día de Mg por electrólisis del \(\ce{MgCl2}\) fundido (escriba la reacción). c) [1 pt] A partir del equilibrio de solubilidad del \(\ce{MgCO3}\), masa de Mg disuelta en 25 L de disolución saturada. d) [0,5 pt] Nombre o formule los cuatro compuestos en negrita.
Datos: F = 96500 C·mol⁻¹; Mg = 24,3.
| Electrodo | \(E^0\) (V) |
|---|---|
| \(\ce{Ag+}/\ce{Ag}\) | +0,80 |
| \(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}\) | +0,34 |
| \(\ce{Fe^3+}/\ce{Fe}\) | −0,04 |
| \(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn}\) | −0,76 |
| \(\ce{Al^3+}/\ce{Al}\) | −1,67 |
| \(\ce{Mg^2+}/\ce{Mg}\) | −2,38 |
Apartado a) Metales válidos como ánodo de sacrificio
Un ánodo de sacrificio debe oxidarse con más facilidad que el hierro, es decir, tener un potencial de reducción más negativo que el par \(\ce{Fe^3+}/\ce{Fe}\) (−0,04 V), para oxidarse él (ánodo) y proteger al hierro (cátodo). De la tabla, con \(E^0\) más negativo que −0,04 V están el Zn (−0,76), el Al (−1,67) y el Mg (−2,38).
Zn, Al y Mg sirven como ánodo de sacrificio (Ag y Cu no: son menos reactivos que el Fe y acelerarían su corrosión).
Apartado b) Intensidad de corriente
Reacción de electrólisis: \(\ce{MgCl2(l) ->[\text{electrólisis}] Mg(s) + Cl2(g)}\). En el cátodo, \(\ce{Mg^2+ + 2e- -> Mg}\) (2 mol de e⁻ por mol de Mg).
\[ n_{\ce{Mg}}=\frac{10000}{24{,}3}\approx411{,}52\ \text{mol} \]
\[ Q=n\cdot z\cdot F=411{,}52\cdot2\cdot96500\approx7{,}942\times10^{7}\ \text{C} \]
Con \(t=86400\) s (1 día):
\[ I=\frac{Q}{t}=\frac{7{,}942\times10^{7}}{86400}\approx919\ \text{A} \]
Se necesita una intensidad de \(\approx\mathbf{919}\) A.
Apartado c) Masa de magnesio disuelto
\[ \ce{MgCO3 <=> Mg^2+ + CO3^2-},\qquad K_S=[\ce{Mg^2+}][\ce{CO3^2-}]=s^2=3{,}5\times10^{-8} \]
\[ s=\sqrt{3{,}5\times10^{-8}}\approx1{,}871\times10^{-4}\ \text{M} \]
En 25 L: \(n_{\ce{Mg^2+}}=1{,}871\times10^{-4}\cdot25\approx4{,}677\times10^{-3}\) mol, luego:
\[ m_{\ce{Mg}}=4{,}677\times10^{-3}\cdot24{,}3\approx0{,}114\ \text{g} \]
Hay disueltos \(\approx\mathbf{0{,}114}\) g de magnesio.
Apartado d) Nombrar / formular
| Sustancia | Nombre / fórmula |
|---|---|
| óxido de hierro(III) | \(\ce{Fe2O3}\) |
| \(\ce{MgCl2}\) | cloruro de magnesio |
| \(\ce{MgCO3}\) | carbonato de magnesio |
| fosfato de magnesio | \(\ce{Mg3(PO4)2}\) |
En el apartado b), olvidar que cada mol de \(\ce{Mg^2+}\) necesita 2 moles de electrones (no 1) para reducirse a Mg metálico, lo que duplica la carga necesaria.