Galicia. Examen PAU resuelto de Química. Junio 2025

El examen consta de 4 preguntas de respuesta obligatoria, puntuadas cada una con 2,5 puntos: la primera sin apartados optativos y las tres siguientes con posibilidad de elección entre apartados.

 

PREGUNTA 1. DESTREZAS BÁSICAS DE LA QUÍMICA/REACCIONES QUÍMICAS (2,5 puntos)

 

Suponga que usted trabaja en el departamento de emergencias de una fábrica que emplea ácido clorhídrico (HCl) en el proceso de producción, y debe elaborar un procedimiento para neutralizar el ácido en caso de derrame accidental, para lo que dispone de una gran cantidad de disolución de hidróxido sódico (NaOH) en el almacén de la fábrica. La reacción entre ambas sustancias genera un producto inocuo; . Sin embargo, usted sabe que al mezclar directamente un ácido y una base fuertes se desprende gran cantidad de calor que podría elevar la temperatura del derrame hasta límites peligrosos. Por ello, es importante cuantificar el calor desprendido en el proceso de neutralización teniendo en cuenta las condiciones de trabajo en la fábrica: todos los productos se almacenan a 25 ⁰C en disolución; la concentración de la disolución de NaOH es 1 M y la de HCl 2 M.

1.1. Diseñe un aparato para determinar, de forma aproximada, la entalpía de la reacción de neutralización del HCl con el NaOH en las condiciones del supuesto vertido, a 25 ⁰C. Para llevar a cabo el diseño debe escoger el material que considere más apropiado de entre el que se indica a continuación, y describir cómo sería el procedimiento que realizaría para determinar la entalpía en el dispositivo diseñado. Material: vaso de precipitados, tela aislante, tapón de corcho del tamaño del vaso de precipitados, termómetro, tijeras, punzón para hacer agujeros, matraz aforado, tapón de vidrio del tamaño del matraz aforado, bureta, probeta, vara agitadora y cinta adhesiva. (1 punto)

1.2. Suponga que llevó a cabo un experimento para determinar la entalpía de la reacción de neutralización con el aparato que diseñó, empleando 100 mL de disolución de HCl y 200 mL de la disolución de NaOH, y obtuvo los resultados mostrados en la Tabla I. A partir de estos datos calcule la entalpía de neutralización molar en las condiciones de trabajo de la fábrica (1 punto).

NOTA: considere que la densidad de la disolución resultante de mezclar el ácido con la base es 1 g/cm³, que su capacidad calorífica es igual a la del agua, 4,18 J/g·⁰C, y que los volúmenes son aditivos. Desprecie la capacidad calorífica del calorímetro.

1.3. En el caso de un vertido accidental se trabajaría con grandes volúmenes de ácido y base. ¿Alteraría este hecho la temperatura máxima que podría alcanzar la mezcla de neutralización? Teniendo esto en cuenta, discuta razonadamente si considera que este sería un buen método de neutralización. (0,5 puntos)

 

1.1.  Diseño del calorímetro:

Usamos el vaso de precipitados y, para evitar pérdidas de calor, lo recubrimos con la tela aislante. Ayudándonos con las tijeras y pegando esta con la cinta adhesiva. Después, con el punzón, hacemos dos agujeros en el tapón de corcho. Uno para poner el termómetro, con el fin de medir los cambios de temperatura, y otro para la varilla agitadora, para poder mezclar bien las disoluciones.

Procedimiento:

Con la probeta medimos un volumen de la disolución de NaOH 1 M y la pasamos al calorímetro que fabricamos. Con el termómetro medimos su temperatura, T₁. Lavamos la probeta y repetimos el proceso con la disolución de HCl 2 M. Cerramos el calorímetro, agitamos con la varilla y medimos la temperatura máxima alcanzada, T₂.

 

 

1.2.  El calor producido en la neutralización es absorbido por las disoluciones y por el calorímetro. En este caso nos dice que despreciemos el calor absorbido por este (m₀ = 0 g).

 

 

Con la densidad calculamos la masa de las disoluciones:

 

 

 

 

La máxima temperatura alcanzada, según los datos de la tabla, T₂, es 34,19 ⁰C. Como T₁ era 25 ⁰C:

 

⁰C

 

Ahora podemos calcular el calor desprendido en la neutralización:

 

 

 

Para calcular la entalpía, necesitamos los moles de ácido y de base que reaccionaron:

 

 

 

Como vemos reaccionan el mismo número de moles, por lo tanto:

 

 

 

 

1.3.  Con las concentraciones del apartado anterior, la temperatura alcanzaría los 34,19 ⁰C. Para razonar qué sucedería si trabajamos con cantidades mayores, podemos calcular la temperatura que se alcanzaría si doblamos la cantidad de reactivos:

 

 

 

 

Se desprende más calor, pero es absorbido por una mayor masa de reactivos, es decir:

 

 

 

 

 ⁰C

 

Se produce el mismo aumento de temperatura, por lo que sería un buen método de neutralización en caso de vertido.