Química, PAU 2023 de Catalunya: l’examen de juny (sèrie 5) resolt

L’examen de juny (sèrie 5) de Química de la PAU de Catalunya del 2023, sencer: els set exercicis que es proposaven, tal com van sortir, cadascun amb la solució pas a pas d’EducaIA de cada apartat, contrastada amb la pauta oficial de correcció. Quan la nostra resposta no coincideix del tot amb la pauta, et diem per què.

Examen en català (PDF)Examen en castellà (PDF)Pauta de correcció (PDF)Reutilitzat segons l’avís legal de la Generalitat

Què s’hi proposava, en punts

Els punts de cada apartat, sumats pel tema del temari que pregunta. En aquest examen es triaven els exercicis (ho diuen les instruccions de sota), així que la barra suma tots els que es proposaven: 17,5 punts.

Instruccions de l’examen Responeu a QUATRE de les set qüestions següents. En el cas que respongueu a més qüestions, només es valoraran les quatre primeres. Cada qüestió val 2,5 punts.

Els exercicis de l’examen

2023Convocatòria ordinària · Sèrie 5 · Exercici 1

2,5 puntsCoincideix amb la pautaTemes: Estructura atòmica i sistema periòdic
Enunciat oficial

El diagrama de la figura adjunta representa l’energia d’alguns orbitals que poden ser ocupats per l’electró més extern de l’àtom de sodi.

a) Definiu el terme orbital atòmic segons el model ondulatori de l’àtom, i escriviu la configuració electrònica de l’àtom de sodi en estat fonamental. Expliqueu què és l’energia d’ionització d’un àtom i calculeu-ne el valor per a l’àtom de sodi, expressat en kJ mol−1\mathrm{kJ\,mol^{-1}}.

[1,25 punts]

b) En l’espectre d’emissió del sodi s’observa una línia intensa que correspon a la transició electrònica 3p→3s3p\rightarrow3s. De quin color és aquesta radiació?

Dades: Nombre atòmic: Z(Na)=11Z(\mathrm{Na})=11. Nombre d’Avogadro: NA=6,02×1023 mol−1N_A=6{,}02\times10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}. Constant de Planck: h=6,63×10−34 J sh=6{,}63\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}. Velocitat de la llum en el buit: c=3,0×108 m s−1c=3{,}0\times10^{8}\ \mathrm{m\,s^{-1}}. 1 nm=10−9 m1\ \mathrm{nm}=10^{-9}\ \mathrm{m}. 1 eV=1,60×10−19 J1\ \mathrm{eV}=1{,}60\times10^{-19}\ \mathrm{J}. Espectre electromagnètic visible:

Color de la radiacióviolatblauverdgroctaronjavermell
Longitud d’ona (nm)380-450450-495495-570570-590590-620620-750

[1,25 punts]

Diagrama de nivells d’energia (eV/àtom) de l’electró extern del sodi: 3s a −5,14; 3p a −3,04; 4s a −1,95; 4p a −1,39, i el nivell 0 a dalt de tot.Diagrama de nivells d’energia (eV/àtom) de l’electró extern del sodi: 3s a −5,14; 3p a −3,04; 4s a −1,95; 4p a −1,39, i el nivell 0 a dalt de tot.

Fes-lo en paper i compara pas a pas.

a)1,25 punts

Plantejament Al diagrama, l’electró extern del sodi en l’estat fonamental és a l’orbital 3s3s, amb una energia de −5,14 eV-5{,}14\ \mathrm{eV} per àtom, i l’electró arrencat té energia 0. L’energia d’ionització és la diferència, que passem a kJ per mol.

  1. Un orbital atòmic és una funció d’ona (definida pels nombres quàntics nn, ll i mlm_l) que descriu la regió de l’espai on és molt probable trobar un electró amb una energia determinada.

    ψn,l,ml\psi_{n,l,m_l}
  2. El sodi té 11 electrons. Configuració electrònica en estat fonamental:

    Na: 1s2 2s2 2p6 3s1\mathrm{Na}:\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1
  3. L’energia d’ionització és l’energia mínima que cal subministrar a un àtom en estat gasós i fonamental per arrencar-li un electró:

    Na(g)→Na+(g)+e−\mathrm{Na(g)\rightarrow Na^+(g)+e^-}
  4. Al diagrama, l’electró 3s3s passa de −5,14 eV-5{,}14\ \mathrm{eV} a 00:

    EiE_i=0−(−5,14){}= 0-(-5{,}14)=5,14 eV per aˋtom{}= 5{,}14\ \text{eV per àtom}
  5. Pas a kJ mol−1\mathrm{kJ\,mol^{-1}}:

    EiE_i=5,14 eV⋅1,60⋅10−19 J eV−1⋅6,02⋅1023 mol−1{}= 5{,}14\ \mathrm{eV}\cdot1{,}60\cdot10^{-19}\ \mathrm{J\,eV^{-1}}\cdot6{,}02\cdot10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}=4,95⋅105 J mol−1{}= 4{,}95\cdot10^{5}\ \mathrm{J\,mol^{-1}}=495 kJ mol−1{}= 495\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}

ResultatUn orbital atòmic és la funció d’ona que descriu la regió de l’espai on hi ha una probabilitat alta de trobar un electró d’una energia determinada. Configuració del sodi: 1s2 2s2 2p6 3s11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1. L’energia d’ionització és l’energia necessària per arrencar un electró d’un àtom gasós en estat fonamental; per al sodi val Ei=5,14 eVE_i=5{,}14\ \mathrm{eV} per àtom, és a dir, 495 kJ mol−1495\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}.

La pauta oficial dona: Orbital: funció d’ona; 1s2 2s2 2p6 3s11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1; Ei=5,14 eVE_i=5{,}14\ \mathrm{eV} per àtom; Ei=495,1 kJ mol−1E_i=495{,}1\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}

b)1,25 punts

Plantejament En la transició 3p→3s3p\rightarrow3s l’electró baixa de nivell i emet un fotó amb l’energia de la diferència. Amb l’equació de Planck en trobem la freqüència i la longitud d’ona, que comparem amb la taula.

  1. Energia de la transició (llegida al diagrama; és negativa perquè es desprèn):

    ΔE\Delta E=E3s−E3p{}= E_{3s}-E_{3p}=−5,14−(−3,04){}= -5{,}14-(-3{,}04)=−2,10 eV{}= -2{,}10\ \mathrm{eV}
  2. Energia del fotó emès, en joules:

    EE=2,10 eV⋅1,60⋅10−19 J eV−1{}= 2{,}10\ \mathrm{eV}\cdot1{,}60\cdot10^{-19}\ \mathrm{J\,eV^{-1}}=3,36⋅10−19 J{}= 3{,}36\cdot10^{-19}\ \mathrm{J}
  3. Freqüència (equació de Planck):

    ν\nu=Eh=3,36⋅10−19 J6,63⋅10−34 J s{}= \frac{E}{h}=\frac{3{,}36\cdot10^{-19}\ \mathrm{J}}{6{,}63\cdot10^{-34}\ \mathrm{J\,s}}=5,07⋅1014 s−1{}= 5{,}07\cdot10^{14}\ \mathrm{s^{-1}}
  4. Longitud d’ona:

    λ\lambda=cν=3,0⋅108 m s−15,07⋅1014 s−1{}= \frac{c}{\nu}=\frac{3{,}0\cdot10^{8}\ \mathrm{m\,s^{-1}}}{5{,}07\cdot10^{14}\ \mathrm{s^{-1}}}=5,92⋅10−7 m{}= 5{,}92\cdot10^{-7}\ \mathrm{m}=592 nm{}= 592\ \mathrm{nm}
  5. 592 nm592\ \mathrm{nm} és dins de l’interval del taronja de la taula. Fixa’t que queda just a tocar del límit amb el groc (590 nm590\ \mathrm{nm}): la famosa línia groga del sodi real és a 589 nm589\ \mathrm{nm}, i aquí surt 592 nm592\ \mathrm{nm} perquè les energies del diagrama estan arrodonides. Amb les dades de l’examen, la resposta és taronja.

    590 nm<592 nm<620 nm590\ \mathrm{nm}<592\ \mathrm{nm}<620\ \mathrm{nm}

ResultatEl fotó té E=3,36⋅10−19 JE=3{,}36\cdot10^{-19}\ \mathrm{J} i λ=592 nm\lambda=592\ \mathrm{nm}, dins de l’interval 590590–620 nm620\ \mathrm{nm}: amb les dades de la taula, la radiació és de color taronja.

La pauta oficial dona: ΔE=−2,1 eV\Delta E=-2{,}1\ \mathrm{eV}; 3,36⋅10−19 J3{,}36\cdot10^{-19}\ \mathrm{J}; ν=5,068⋅1014 s−1\nu=5{,}068\cdot10^{14}\ \mathrm{s^{-1}}; λ=592 nm\lambda=592\ \mathrm{nm}: taronja

Enunciat: Generalitat de Catalunya, Consell Interuniversitari de Catalunya, Oficina d’Accés a la Universitat. PAU de Química 2023, convocatòria ordinària. La imatge és l’examen oficial tal qual; el text el reprodueix amb les fórmules reescrites. Consultat el 22 d'octubre de 2026; el document no declara data d’última actualització.

Examen en català (PDF)Examen en castellà (PDF)Pauta de correcció (PDF)Reutilitzat segons l’avís legal de la Generalitat

2023Convocatòria ordinària · Sèrie 5 · Exercici 2

2,5 puntsCoincideix amb la pautaTemes: Reaccions redox i electroquímica
Enunciat oficial

Per a muntar una pila, en condicions estàndard i a 25 ∘C25\ \mathrm{^\circ C}, disposem d’una placa metàl·lica de coure i una altra d’alumini, una ampolla que conté una solució 1,0 M1{,}0\ \mathrm{M} de sulfat de coure(II) i una altra ampolla que conté una solució 1,0 M1{,}0\ \mathrm{M} de clorur d’alumini.

a) Justifiqueu quin elèctrode actuarà de càtode i quin d’ànode en aquesta pila. Escriviu les semireaccions que tindran lloc a cada elèctrode, la reacció iònica global i la notació de la pila. Calculeu-ne la força electromotriu estàndard (FEM).

[1,25 punts]

b) Expliqueu com muntaríeu aquesta pila al laboratori, i indiqueu el material i les altres substàncies químiques que necessitaríeu. Feu un dibuix del muntatge experimental.

Dades: Potencials estàndard de reducció a 25 ∘C25\ \mathrm{^\circ C}: E∘(Cu2+/Cu)=0,34 VE^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu})=0{,}34\ \mathrm{V}; E∘(Al3+/Al)=−1,68 VE^\circ(\mathrm{Al^{3+}/Al})=-1{,}68\ \mathrm{V}.

[1,25 punts]

Fes-lo en paper i compara pas a pas.

a)1,25 punts

Plantejament En una pila, la reacció espontània és la que dona una FEM positiva: es redueix (càtode) el parell amb el potencial de reducció més alt i s’oxida (ànode) el que el té més baix. Cal igualar els electrons de les dues semireaccions abans de sumar-les.

  1. Fórmules de les sals: sulfat de coure(II) i clorur d’alumini.

    CuSO4\mathrm{CuSO_4}AlCl3\mathrm{AlCl_3}
  2. El coure té el potencial de reducció més alt: farà de càtode. L’alumini, amb el més baix, farà d’ànode.

    E∘(Cu2+/Cu)E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu})=0,34 V{}= 0{,}34\ \mathrm{V}>E∘(Al3+/Al){}> E^\circ(\mathrm{Al^{3+}/Al})=−1,68 V{}= -1{,}68\ \mathrm{V}
  3. Càtode (reducció):

    Cu2+(aq)+2 e−→Cu(s)\mathrm{Cu^{2+}(aq)+2\,e^-\rightarrow Cu(s)}
  4. Ànode (oxidació):

    Al(s)→Al3+(aq)+3 e−\mathrm{Al(s)\rightarrow Al^{3+}(aq)+3\,e^-}
  5. Multipliquem la reducció per 3 i l’oxidació per 2 (6 electrons a cada una) i sumem:

    3 Cu2+(aq)\mathrm{3\,Cu^{2+}(aq)}+2 Al(s){}+\mathrm{2\,Al(s)}→3 Cu(s){}\rightarrow \mathrm{3\,Cu(s)}+2 Al3+(aq){}+\mathrm{2\,Al^{3+}(aq)}
  6. Notació de la pila (ànode a l’esquerra, càtode a la dreta, pont salí al mig):

    Al(s) ∣ Al3+(aq, 1,0 M) ∥ Cu2+(aq, 1,0 M) ∣ Cu(s)\mathrm{Al(s)\,|\,Al^{3+}(aq,\ 1{,}0\ M)\,\|\,Cu^{2+}(aq,\ 1{,}0\ M)\,|\,Cu(s)}
  7. Força electromotriu estàndard:

    E∘E^\circ=Ecaˋtode∘{}= E^\circ_{\text{càtode}}−Eaˋnode∘{}-E^\circ_{\text{ànode}}=0,34−(−1,68){}= 0{,}34-(-1{,}68)=2,02 V{}= 2{,}02\ \mathrm{V}

ResultatEl coure és el càtode i l’alumini, l’ànode, perquè E∘(Cu2+/Cu)E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu})>E∘(Al3+/Al){}> E^\circ(\mathrm{Al^{3+}/Al}). Càtode: Cu2+(aq)+2 e−→Cu(s)\mathrm{Cu^{2+}(aq)+2\,e^-\rightarrow Cu(s)}; ànode: Al(s)→Al3+(aq)+3 e−\mathrm{Al(s)\rightarrow Al^{3+}(aq)+3\,e^-}; global: 3 Cu2+(aq)\mathrm{3\,Cu^{2+}(aq)}+2 Al(s){}+\mathrm{2\,Al(s)}→3 Cu(s){}\rightarrow \mathrm{3\,Cu(s)}+2 Al3+(aq){}+\mathrm{2\,Al^{3+}(aq)}. Notació: Al(s) ∣ Al3+(aq, 1,0 M) ∥ Cu2+(aq, 1,0 M) ∣ Cu(s)\mathrm{Al(s)\,|\,Al^{3+}(aq,\ 1{,}0\ M)\,\|\,Cu^{2+}(aq,\ 1{,}0\ M)\,|\,Cu(s)}. FEM estàndard: E∘=2,02 VE^\circ=2{,}02\ \mathrm{V}.

La pauta oficial dona: CuSO4\mathrm{CuSO_4}, AlCl3\mathrm{AlCl_3}; càtode Cu, ànode Al; 3 Cu2++2 Al→3 Cu+2 Al3+\mathrm{3\,Cu^{2+}+2\,Al\rightarrow 3\,Cu+2\,Al^{3+}}; Al∣Al3+∣∣Cu2+∣Cu\mathrm{Al|Al^{3+}||Cu^{2+}|Cu}; E∘=2,02 VE^\circ=2{,}02\ \mathrm{V}

b)1,25 punts

Plantejament Una pila Daniell d’aquest tipus necessita dues semicel·les separades, unides per fora per un fil conductor i per dins per un pont salí que tanca el circuit sense barrejar les solucions.

  1. Material: dos vasos de precipitats, les dues plaques metàl·liques (elèctrodes), un fil conductor amb pinces, un voltímetre (opcional, per mesurar la FEM) i un tub en U per al pont salí.

    Al ∣ vas 1\text{Al}\ |\ \text{vas 1}Cu ∣ vas 2\text{Cu}\ |\ \text{vas 2}
  2. En un vas posem la solució 1,0 M1{,}0\ \mathrm{M} de sulfat de coure(II) i hi submergim parcialment la placa de coure; en l’altre, la solució 1,0 M1{,}0\ \mathrm{M} de clorur d’alumini amb la placa d’alumini.

    Cu en CuSO4(aq)\mathrm{Cu}\ \text{en}\ \mathrm{CuSO_4(aq)}Al en AlCl3(aq)\mathrm{Al}\ \text{en}\ \mathrm{AlCl_3(aq)}
  3. Unim les dues plaques amb el fil (i el voltímetre). Omplim el tub en U amb la solució d’un electròlit que no reaccioni amb els altres ions, per exemple KCl\mathrm{KCl} o KNO3\mathrm{KNO_3}, i el col·loquem amb un extrem a cada vas: és el pont salí.

    pont salıˊ: KNO3(aq)\text{pont salí: }\mathrm{KNO_3(aq)}
  4. El dibuix ha de mostrar els dos vasos amb les plaques, el fil exterior amb el voltímetre, el pont salí, el sentit dels electrons (de l’alumini cap al coure, per fora) i quin és l’ànode (−-, alumini) i quin el càtode (++, coure).

    e−: Al (−) ⟶ Cu (+)e^-:\ \mathrm{Al}\ (-)\ \longrightarrow\ \mathrm{Cu}\ (+)

ResultatEs munten dues semicel·les: una placa de coure en un vas amb CuSO4\mathrm{CuSO_4} 1,0 M1{,}0\ \mathrm{M} i una placa d’alumini en un altre vas amb AlCl3\mathrm{AlCl_3} 1,0 M1{,}0\ \mathrm{M}. Les plaques s’uneixen amb un fil conductor (amb un voltímetre, si es vol mesurar la FEM) i les dues solucions, amb un pont salí (tub en U amb KCl\mathrm{KCl} o KNO3\mathrm{KNO_3} en solució). Els electrons circulen per fora de l’alumini (ànode, −-) al coure (càtode, ++).

La pauta oficial dona: Dos vasos amb les solucions i les plaques, fil conductor (voltímetre) i pont salí; dibuix del muntatge

Muntatge de la pila: a l’esquerra, una placa d’alumini, el pol negatiu, en un vas amb AlCl₃ 1,0 M; a la dreta, una placa de coure, el pol positiu, en un vas amb CuSO₄ 1,0 M. Un fil amb un voltímetre uneix les plaques i els electrons hi van de l’alumini al coure. Un pont salí de KNO₃ uneix els dos vasos: els ions nitrat van cap al vas de l’alumini i els ions potassi cap al del coure.

Enunciat: Generalitat de Catalunya, Consell Interuniversitari de Catalunya, Oficina d’Accés a la Universitat. PAU de Química 2023, convocatòria ordinària. La imatge és l’examen oficial tal qual; el text el reprodueix amb les fórmules reescrites. Consultat el 22 d'octubre de 2026; el document no declara data d’última actualització.

Examen en català (PDF)Examen en castellà (PDF)Pauta de correcció (PDF)Reutilitzat segons l’avís legal de la Generalitat

2023Convocatòria ordinària · Sèrie 5 · Exercici 3

2,5 puntsCoincideix amb la pautaTemes: Termoquímica i espontaneïtat
Enunciat oficial

Als cellers on s’elabora vi, i durant el temps que dura el procés de fermentació del most, se sent un xiuxiueig constant que trenca el silenci, allò que en el món de l’enologia es coneix amb l’expressió «el vi bull». El sucre (glucosa) es converteix en etanol i, alhora, es produeix diòxid de carboni gasós:

C6H12O6glucosa\underset{\text{glucosa}}{\mathrm{C_6H_{12}O_6}}→2 CH3CH2OHetanol{}\rightarrow 2\,\underset{\text{etanol}}{\mathrm{CH_3CH_2OH}}+2 CO2{}+2\,\mathrm{CO_2}

a) Sabem que les entalpies estàndard de combustió de la glucosa i de l’etanol són, respectivament, −2 816,8 kJ mol−1-2\,816{,}8\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} i −1 366,9 kJ mol−1-1\,366{,}9\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}. Calculeu la calor que es desprèn, a pressió constant, quan es forma un mol d’etanol per fermentació de la glucosa.

Nota: Les entalpies estàndard de combustió estan expressades per mol de substància que es crema.

[1,25 punts]

b) En les taules termodinàmiques podem trobar l’entalpia estàndard de formació d’un compost. Escriviu la reacció química corresponent a l’entalpia estàndard de formació de l’etanol gasós, i estimeu-ne el valor a partir de les dades d’energia d’enllaç següents:

EnllaçC—CC—OC—HH—HO—HO=O\mathrm{O{=}O}
*Energia d’enllaç (kJ mol−1\mathrm{kJ\,mol^{-1}})*347347360360414414436436464464498498

[1,25 punts]

Fes-lo en paper i compara pas a pas.

a)1,25 punts

Plantejament Combinem les dues combustions (llei de Hess) perquè en sumar-les surti la fermentació: la combustió de la glucosa tal com és i la de l’etanol girada i multiplicada per 2. A pressió constant, la calor és igual a ΔH\Delta H.

  1. Combustió de la glucosa:

    C6H12O6+6 O2\mathrm{C_6H_{12}O_6+6\,O_2}→6 CO2+6 H2O{}\rightarrow \mathrm{6\,CO_2+6\,H_2O}ΔH1∘=−2 816,8 kJ\Delta H^\circ_1=-2\,816{,}8\ \mathrm{kJ}
  2. Combustió de l’etanol, girada i multiplicada per 2:

    4 CO2+6 H2O\mathrm{4\,CO_2+6\,H_2O}→2 CH3CH2OH+6 O2{}\rightarrow \mathrm{2\,CH_3CH_2OH+6\,O_2}ΔH2∘\Delta H^\circ_2=−2⋅(−1 366,9){}= -2\cdot(-1\,366{,}9)=+2 733,8 kJ{}= +2\,733{,}8\ \mathrm{kJ}
  3. En sumar-les s’eliminen l’oxigen, l’aigua i 4 mol de CO2\mathrm{CO_2}, i queda la fermentació:

    C6H12O6\mathrm{C_6H_{12}O_6}→2 CH3CH2OH{}\rightarrow \mathrm{2\,CH_3CH_2OH}+2 CO2{}+\mathrm{2\,CO_2}ΔH∘\Delta H^\circ=−2 816,8+2 733,8{}= -2\,816{,}8+2\,733{,}8=−83,0 kJ{}= -83{,}0\ \mathrm{kJ}
  4. Aquest valor correspon a 2 mol d’etanol. A pressió constant qp=ΔHq_p=\Delta H, i per mol d’etanol:

    qpq_p=−83,0 kJ2 mol{}= \frac{-83{,}0\ \mathrm{kJ}}{2\ \mathrm{mol}}=−41,5 kJ mol−1{}= -41{,}5\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}

ResultatLa fermentació té ΔH∘=−83,0 kJ\Delta H^\circ=-83{,}0\ \mathrm{kJ} per cada 2 mol d’etanol. Quan es forma un mol d’etanol es desprenen 41,5 kJ41{,}5\ \mathrm{kJ} de calor a pressió constant (qp=−41,5 kJq_p=-41{,}5\ \mathrm{kJ}).

La pauta oficial dona: ΔH∘=−83,0 kJ\Delta H^\circ=-83{,}0\ \mathrm{kJ} (per a 2 mol d’etanol); 41,5 kJ41{,}5\ \mathrm{kJ} per mol d’etanol

b)1,25 punts

Plantejament La reacció de formació parteix dels elements en estat estàndard i forma un sol mol del compost. Per estimar ΔH\Delta H amb energies d’enllaç: ΔH\Delta H≈∑E(enllac¸os trencats){}\approx \sum E(\text{enllaços trencats})−∑E(enllac¸os formats){}-\sum E(\text{enllaços formats}). L’etanol, CH3CH2OH\mathrm{CH_3CH_2OH}, té un enllaç C—C, cinc C—H, un C—O i un O—H.

  1. Reacció de formació de l’etanol gasós:

    2 C(s)+3 H2(g)\mathrm{2\,C(s)+3\,H_2(g)}+12 O2(g){}+\mathrm{\tfrac{1}{2}\,O_2(g)}→CH3CH2OH(g){}\rightarrow \mathrm{CH_3CH_2OH(g)}
  2. Enllaços trencats als reactius: 3 H—H i mig O=O\mathrm{O{=}O}.

    3⋅436+12⋅498=1 557 kJ3\cdot436+\tfrac{1}{2}\cdot498=1\,557\ \mathrm{kJ}
  3. Enllaços formats al producte: 1 C—C, 5 C—H, 1 C—O i 1 O—H.

    347+5⋅414+360347+5\cdot414+360+464{}+464=3 241 kJ{}= 3\,241\ \mathrm{kJ}
  4. Estimació de l’entalpia de formació:

    ΔHf∘\Delta H^\circ_f≈1 557−3 241{}\approx 1\,557-3\,241=−1 684 kJ mol−1{}= -1\,684\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}
  5. Compte: aquesta és l’estimació que permeten les dades, però s’allunya molt del valor real (uns −235 kJ mol−1-235\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}). El carboni dels reactius és sòlid (grafit) i, per poder formar enllaços, primer cal convertir-lo en àtoms gasosos; aquesta energia (uns 717 kJ717\ \mathrm{kJ} per mol de C, una dada que l’examen no dona) no surt a les energies d’enllaç. Si s’hi sumessin els 2⋅7172\cdot717 kJ, l’estimació seria d’uns −250 kJ mol−1-250\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}, prou a prop del valor real.

    −1 684+2⋅717-1\,684+2\cdot717≈−250 kJ mol−1{}\approx -250\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}

ResultatReacció de formació: 2 C(s)+3 H2(g)\mathrm{2\,C(s)+3\,H_2(g)}+12 O2(g){}+\mathrm{\tfrac{1}{2}\,O_2(g)}→CH3CH2OH(g){}\rightarrow \mathrm{CH_3CH_2OH(g)}. Amb les energies d’enllaç donades, ΔHf∘≈−1 684 kJ mol−1\Delta H^\circ_f\approx-1\,684\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}. És la resposta que s’espera amb aquestes dades, però sobreestima molt la calor alliberada, perquè no té en compte l’energia per atomitzar el carboni sòlid.

La pauta oficial dona: 2 C+3 H2+12 O2\mathrm{2\,C+3\,H_2+\tfrac{1}{2}\,O_2}→CH3CH2OH{}\rightarrow \mathrm{CH_3CH_2OH}; ΔH∘=−1 684 kJ mol−1\Delta H^\circ=-1\,684\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}

Enunciat: Generalitat de Catalunya, Consell Interuniversitari de Catalunya, Oficina d’Accés a la Universitat. PAU de Química 2023, convocatòria ordinària. La imatge és l’examen oficial tal qual; el text el reprodueix amb les fórmules reescrites. Consultat el 22 d'octubre de 2026; el document no declara data d’última actualització.

Examen en català (PDF)Examen en castellà (PDF)Pauta de correcció (PDF)Reutilitzat segons l’avís legal de la Generalitat

2023Convocatòria ordinària · Sèrie 5 · Exercici 4

2,5 puntsCoincideix amb la pautaTemes: Equilibri químic
Enunciat oficial

El iodur d’hidrogen és un gas incolor, fàcilment soluble en aigua, que s’utilitza en química com a agent reductor. El podem sintetitzar a partir de iode i hidrogen, en fase gasosa, segons la reacció següent:

H2(g)+I2(g)⇌2 HI(g)Kc (a 703 K)\mathrm{H_2(g)+I_2(g)\rightleftharpoons 2\,HI(g)}\qquad K_c\ (\text{a}\ 703\ \mathrm{K})=54,3{}= 54{,}3

En un reactor d’1,00 L1{,}00\ \mathrm{L} barregem 0,0130 mol0{,}0130\ \mathrm{mol} de H2\mathrm{H_2}, 0,0080 mol0{,}0080\ \mathrm{mol} de I2\mathrm{I_2} i 0,0440 mol0{,}0440\ \mathrm{mol} de HI\mathrm{HI}; ho escalfem a 703 K703\ \mathrm{K} de temperatura, i s’inicia la reacció. Dues hores més tard, observem que el reactor conté 0,0480 mol0{,}0480\ \mathrm{mol} de HI\mathrm{HI}.

a) Calculeu les concentracions de les tres substàncies quan han transcorregut dues hores des de l’inici de la reacció, i el valor del quocient de reacció (QQ) en aquest moment. Digueu si el contingut del reactor està en equilibri o no ho està, i justifiqueu la resposta.

[1,25 punts]

b) Suposeu que, després de cinc hores, la quantitat de HI\mathrm{HI} s’estabilitza, de manera que ni augmenta ni disminueix si deixem transcórrer més temps. Justifiqueu quin efecte tindria sobre la quantitat de mols de HI\mathrm{HI} si, en aquest moment:

— disminuïm el volum del reactor;

— eliminem una part de l’hidrogen gasós del reactor;

— introduïm un catalitzador al reactor;

— augmentem la temperatura del reactor.

Dada: Entalpia estàndard de formació a 298 K298\ \mathrm{K}: ΔHf∘(HI)>0\Delta H_f^\circ(\mathrm{HI})>0.

[1,25 punts]

Fes-lo en paper i compara pas a pas.

a)1,25 punts

Plantejament El HI\mathrm{HI} ha passat de 0,04400{,}0440 a 0,0480 mol0{,}0480\ \mathrm{mol}; per l’estequiometria, per cada mol de H2\mathrm{H_2} (i d’I2\mathrm{I_2}) que reacciona se’n formen 2 d’HI\mathrm{HI}. Amb els mols a les dues hores i V=1,00 LV=1{,}00\ \mathrm{L} calculem les concentracions i QQ, que comparem amb KcK_c.

  1. Mols que han reaccionat de cada reactiu, xx:

    0,0440+2x0{,}0440+2x=0,0480{}= 0{,}0480⟹x=0,0020 mol{}\Longrightarrow x=0{,}0020\ \mathrm{mol}
  2. Taula en mol (inicial, canvi, a les 2 h):

    H2I2HIinicial0,01300,00800,0440canvi−0,0020−0,0020+0,0040a les 2 h0,01100,00600,0480\begin{array}{lccc} & \mathrm{H_2} & \mathrm{I_2} & \mathrm{HI}\\ \text{inicial} & 0{,}0130 & 0{,}0080 & 0{,}0440\\ \text{canvi} & -0{,}0020 & -0{,}0020 & +0{,}0040\\ \text{a les 2 h} & 0{,}0110 & 0{,}0060 & 0{,}0480\end{array}
  3. Concentracions a les 2 h (V=1,00 LV=1{,}00\ \mathrm{L}):

    [H2]=0,0110 M[\mathrm{H_2}]=0{,}0110\ \mathrm{M}[I2]=0,0060 M[\mathrm{I_2}]=0{,}0060\ \mathrm{M}[HI]=0,0480 M[\mathrm{HI}]=0{,}0480\ \mathrm{M}
  4. Quocient de reacció:

    QQ=[HI]2[H2][I2]{}= \frac{[\mathrm{HI}]^2}{[\mathrm{H_2}][\mathrm{I_2}]}=0,048020,0110⋅0,0060{}= \frac{0{,}0480^2}{0{,}0110\cdot0{,}0060}=34,9{}= 34{,}9
  5. Comparació amb la constant: QQ és més petit que KcK_c, de manera que la mescla no és en equilibri i la reacció continua cap a la dreta, formant més HI\mathrm{HI}.

    Q=34,9<Kc=54,3Q=34{,}9<K_c=54{,}3

ResultatA les dues hores, [H2]=0,0110 M[\mathrm{H_2}]=0{,}0110\ \mathrm{M}, [I2]=0,0060 M[\mathrm{I_2}]=0{,}0060\ \mathrm{M} i [HI]=0,0480 M[\mathrm{HI}]=0{,}0480\ \mathrm{M}, i Q=34,9Q=34{,}9. Com que Q≠KcQ\neq K_c (Q<Kc=54,3Q<K_c=54{,}3), el reactor no està en equilibri: la reacció encara avança cap a la formació d’HI\mathrm{HI}.

La pauta oficial dona: x=0,0020 molx=0{,}0020\ \mathrm{mol}; [H2]=0,0110 M[\mathrm{H_2}]=0{,}0110\ \mathrm{M}, [I2]=0,0060 M[\mathrm{I_2}]=0{,}0060\ \mathrm{M}, [HI]=0,0480 M[\mathrm{HI}]=0{,}0480\ \mathrm{M}; Qc=34,9≠KcQ_c=34{,}9\neq K_c: no és en equilibri

b)1,25 punts

Plantejament A les cinc hores el sistema és en equilibri. Apliquem el principi de Le Châtelier a cada canvi. Per a la temperatura cal saber el signe de ΔH∘\Delta H^\circ: com que es formen 2 mol d’HI\mathrm{HI} a partir d’elements, ΔH∘=2 ΔHf∘(HI)>0\Delta H^\circ=2\,\Delta H^\circ_f(\mathrm{HI})>0 i la reacció és endotèrmica.

  1. Disminuir el volum augmenta la pressió, i l’equilibri tendiria cap on hi ha menys mols de gas. Però als dos costats n’hi ha 2: la pressió no desplaça aquest equilibri. Els mols d’HI\mathrm{HI} no canvien.

    H2(g)+I2(g)⏟2 mol de gas⇌2 HI(g)⏟2 mol de gas\underbrace{\mathrm{H_2(g)+I_2(g)}}_{2\ \text{mol de gas}}\rightleftharpoons\underbrace{\mathrm{2\,HI(g)}}_{2\ \text{mol de gas}}
  2. Eliminar part de l’H2\mathrm{H_2} disminueix la concentració d’un reactiu; l’equilibri es desplaça cap a l’esquerra per reposar-lo. Els mols d’HI\mathrm{HI} disminueixen.

    [H2]↓[\mathrm{H_2}]\downarrow⟹Q{}\Longrightarrow Q>Kc{}> K_c⟹cap a l’esquerra{}\Longrightarrow \text{cap a l’esquerra}
  3. Un catalitzador només fa que s’arribi abans a l’equilibri; no canvia KcK_c ni les concentracions d’equilibri. Els mols d’HI\mathrm{HI} no canvien.

    Kc igualK_c\ \text{igual}
  4. Augmentar la temperatura afavoreix el sentit endotèrmic, que és la formació d’HI\mathrm{HI} (KcK_c augmenta). Els mols d’HI\mathrm{HI} augmenten. Compte: l’examen tracta l’HI\mathrm{HI} com si es formés a partir dels elements, però en aquesta equació el iode és gas, que no és el seu estat estàndard; amb les entalpies reals la reacció és lleugerament exotèrmica. Amb la dada de l’examen, la resposta esperada és aquesta.

    ΔH∘\Delta H^\circ=2 ΔHf∘(HI){}= 2\,\Delta H^\circ_f(\mathrm{HI})>0, T↑{}> 0,\ T\uparrow⟹cap a la dreta{}\Longrightarrow \text{cap a la dreta}

ResultatDisminuir el volum: els mols d’HI\mathrm{HI} no canvien (hi ha 2 mol de gas a cada costat). Eliminar H2\mathrm{H_2}: els mols d’HI\mathrm{HI} disminueixen (l’equilibri va cap a l’esquerra). Afegir un catalitzador: no canvien. Augmentar la temperatura: augmenten, perquè la reacció és endotèrmica.

La pauta oficial dona: V↓V\downarrow: igual; H2\mathrm{H_2} eliminat: disminueix; catalitzador: igual; T↑T\uparrow: augmenta

Enunciat: Generalitat de Catalunya, Consell Interuniversitari de Catalunya, Oficina d’Accés a la Universitat. PAU de Química 2023, convocatòria ordinària. La imatge és l’examen oficial tal qual; el text el reprodueix amb les fórmules reescrites. Consultat el 22 d'octubre de 2026; el document no declara data d’última actualització.

Examen en català (PDF)Examen en castellà (PDF)Pauta de correcció (PDF)Reutilitzat segons l’avís legal de la Generalitat

2023Convocatòria ordinària · Sèrie 5 · Exercici 5

2,5 puntsL’examen porta una errataTemes: Àcids i bases, Reaccions redox i electroquímica
Enunciat oficial

Arran de la pandèmia provocada pel coronavirus SARS-CoV-2, a mitjans de març de 2020 l’Agència Catalana de Seguretat Alimentària va publicar al seu web un conjunt de recomanacions de neteja i desinfecció d’instal·lacions d’empreses alimentàries per a la prevenció d’aquest virus. L’Agència va recomanar l’ús, com a desinfectant, d’una solució d’hipoclorit de sodi (NaClO\mathrm{NaClO}) al 0,1 % en massa, després de la neteja amb un detergent neutre.

a) Escriviu la reacció de l’ió hipoclorit en aigua. Calculeu el pH, a 25 ∘C25\ \mathrm{^\circ C}, de la solució desinfectant que recomanava l’Agència. Suposeu que la densitat de la solució és 1,00 g cm−31{,}00\ \mathrm{g\,cm^{-3}}.

[1,25 punts]

b) Per a seguir un dels mètodes de fabricació d’hipoclorit de sodi, necessitem clor gasós (Cl2\mathrm{Cl_2}). Podem obtenir aquest clor principalment mitjançant l’electròlisi de clorur de sodi, emprant un càtode de mercuri i un ànode de titani:

2 Cl−(aq)\mathrm{2\,Cl^-(aq)}+2 Na+(aq){}+\mathrm{2\,Na^+(aq)}+Hg(l){}+\mathrm{Hg(l)}→Cl2(g)+2 NaHg(s){}\rightarrow \mathrm{Cl_2(g)+2\,NaHg(s)}

Efectuem l’electròlisi de 2,00 L2{,}00\ \mathrm{L} d’una solució de NaCl\mathrm{NaCl} emprant un corrent constant de 4,00 A4{,}00\ \mathrm{A}. Quina és la concentració de clor que hi haurà a la cel·la electrolítica després de 180180 minuts?

Dades: Massa molar de l’hipoclorit de sodi (NaClO\mathrm{NaClO}) =74,5 g mol−1=74{,}5\ \mathrm{g\,mol^{-1}}. Constant d’acidesa de l’àcid hipoclorós (HClO\mathrm{HClO}) a 25 ∘C25\ \mathrm{^\circ C}: Ka=3,2×10−8K_a=3{,}2\times10^{-8}. Constant d’ionització de l’aigua a 25 ∘C25\ \mathrm{^\circ C}: Kw=1,0×10−14K_w=1{,}0\times10^{-14}. Constant de Faraday: F=9,65×104 C mol−1F=9{,}65\times10^{4}\ \mathrm{C\,mol^{-1}}.

[1,25 punts]

Fes-lo en paper i compara pas a pas.

a)1,25 punts

Plantejament L’ió hipoclorit és la base conjugada d’un àcid feble i reacciona amb l’aigua (hidròlisi bàsica). Calculem la concentració de ClO−\mathrm{ClO^-} a partir del percentatge en massa i la densitat, obtenim KbK_b a partir de KaK_a i, amb la taula d’equilibri, [OH−][\mathrm{OH^-}] i el pH.

  1. Reacció de l’ió hipoclorit amb l’aigua:

    ClO−(aq)\mathrm{ClO^-(aq)}+H2O(l)⇌HClO(aq){}+\mathrm{H_2O(l)\rightleftharpoons HClO(aq)}+OH−(aq){}+\mathrm{OH^-(aq)}
  2. Concentració: 1 L1\ \mathrm{L} de solució pesa 1 000 g1\,000\ \mathrm{g}, i el 0,1 % és NaClO\mathrm{NaClO}, és a dir, 1,00 g1{,}00\ \mathrm{g}. Com que el NaClO\mathrm{NaClO} es dissocia del tot, [ClO−]0=[NaClO][\mathrm{ClO^-}]_0=[\mathrm{NaClO}]:

    [ClO−]0[\mathrm{ClO^-}]_0=1,00 g74,5 g mol−1⋅1,00 L{}= \frac{1{,}00\ \mathrm{g}}{74{,}5\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\cdot1{,}00\ \mathrm{L}}=0,0134 M{}= 0{,}0134\ \mathrm{M}
  3. Constant de basicitat de l’ió hipoclorit:

    KbK_b=KwKa{}= \frac{K_w}{K_a}=1,0⋅10−143,2⋅10−8{}= \frac{1{,}0\cdot10^{-14}}{3{,}2\cdot10^{-8}}=3,13⋅10−7{}= 3{,}13\cdot10^{-7}
  4. Taula en mol/L (inicial, equilibri) amb x=[OH−]x=[\mathrm{OH^-}]:

    ClO−HClOOH−inicial0,013400equilibri0,0134−xxx\begin{array}{lccc} & \mathrm{ClO^-} & \mathrm{HClO} & \mathrm{OH^-}\\ \text{inicial} & 0{,}0134 & 0 & 0\\ \text{equilibri} & 0{,}0134-x & x & x\end{array}
  5. Com que KbK_b és molt petita, 0,0134−x≈0,01340{,}0134-x\approx0{,}0134 (després es comprova que xx n’és el 0,5 %):

    KbK_b=x20,0134{}= \frac{x^2}{0{,}0134}=3,13⋅10−7{}= 3{,}13\cdot10^{-7}⟹x=3,13⋅10−7⋅0,0134{}\Longrightarrow x=\sqrt{3{,}13\cdot10^{-7}\cdot0{,}0134}=6,48⋅10−5 M{}= 6{,}48\cdot10^{-5}\ \mathrm{M}
  6. Concentració d’ions oxoni i pH:

    [H3O+][\mathrm{H_3O^+}]=Kw[OH−]{}= \frac{K_w}{[\mathrm{OH^-}]}=1,0⋅10−146,48⋅10−5{}= \frac{1{,}0\cdot10^{-14}}{6{,}48\cdot10^{-5}}=1,54⋅10−10 M{}= 1{,}54\cdot10^{-10}\ \mathrm{M}⟹pH={}\Longrightarrow \mathrm{pH}=−log⁡ (1,54⋅10−10){}-\log\,(1{,}54\cdot10^{-10})=9,81{}= 9{,}81

ResultatReacció: ClO−(aq)\mathrm{ClO^-(aq)}+H2O(l)⇌HClO(aq){}+\mathrm{H_2O(l)\rightleftharpoons HClO(aq)}+OH−(aq){}+\mathrm{OH^-(aq)}. La solució conté 0,0134 M0{,}0134\ \mathrm{M} de ClO−\mathrm{ClO^-}, amb Kb=3,13⋅10−7K_b=3{,}13\cdot10^{-7}; resulta [OH−]=6,48⋅10−5 M[\mathrm{OH^-}]=6{,}48\cdot10^{-5}\ \mathrm{M} i pH=9,81\mathrm{pH}=9{,}81 (solució bàsica).

La pauta oficial dona: ClO−+H2O⇌HClO+OH−\mathrm{ClO^-+H_2O\rightleftharpoons HClO+OH^-}; 0,0134 M0{,}0134\ \mathrm{M}; Kb=3,1⋅10−7K_b=3{,}1\cdot10^{-7}; [OH−]=6,45⋅10−5 M[\mathrm{OH^-}]=6{,}45\cdot10^{-5}\ \mathrm{M}; [H3O+]=1,55⋅10−10 M[\mathrm{H_3O^+}]=1{,}55\cdot10^{-10}\ \mathrm{M}; pH=9,8\mathrm{pH}=9{,}8

b)1,25 punts

Plantejament El clor es forma a l’ànode, per oxidació de l’ió clorur, amb 2 mol d’electrons per mol de Cl2\mathrm{Cl_2}. La càrrega que circula és Q=I tQ=I\,t; amb la constant de Faraday passem a mols d’electrons i després a mols de clor. Suposem que tot el clor format queda als 2,00 L2{,}00\ \mathrm{L} de la cel·la, tal com indica l’enunciat.

  1. Abans de res, fixa’t que l’equació de l’enunciat no està ajustada pel mercuri: a la dreta hi ha 2 àtoms de Hg (dins de les 2 unitats de NaHg\mathrm{NaHg}) i a l’esquerra només 1. Ajustada, és la d’aquí sota. Per al càlcul no canvia res: només compta la formació del clor.

    2 Cl−(aq)\mathrm{2\,Cl^-(aq)}+2 Na+(aq){}+\mathrm{2\,Na^+(aq)}+2 Hg(l){}+\mathrm{2\,Hg(l)}→Cl2(g)+2 NaHg(s){}\rightarrow \mathrm{Cl_2(g)+2\,NaHg(s)}
  2. Semireacció a l’ànode:

    2 Cl−(aq)→Cl2(g)+2 e−\mathrm{2\,Cl^-(aq)\rightarrow Cl_2(g)+2\,e^-}
  3. Temps en segons i càrrega:

    t=180⋅60=10 800 st=180\cdot60=10\,800\ \mathrm{s}QQ=I t=4,00 A⋅10 800 s{}= I\,t=4{,}00\ \mathrm{A}\cdot10\,800\ \mathrm{s}=4,32⋅104 C{}= 4{,}32\cdot10^{4}\ \mathrm{C}
  4. Mols d’electrons i mols de clor:

    n(e−)n(e^-)=4,32⋅104 C9,65⋅104 C mol−1{}= \frac{4{,}32\cdot10^{4}\ \mathrm{C}}{9{,}65\cdot10^{4}\ \mathrm{C\,mol^{-1}}}=0,448 mol{}= 0{,}448\ \mathrm{mol}n(Cl2)=0,4482=0,224 moln(\mathrm{Cl_2})=\frac{0{,}448}{2}=0{,}224\ \mathrm{mol}
  5. Concentració de clor a la cel·la:

    [Cl2][\mathrm{Cl_2}]=0,224 mol2,00 L{}= \frac{0{,}224\ \mathrm{mol}}{2{,}00\ \mathrm{L}}=0,112 M{}= 0{,}112\ \mathrm{M}

ResultatDesprés de 180 minuts s’han format 0,224 mol0{,}224\ \mathrm{mol} de Cl2\mathrm{Cl_2}, i la concentració de clor a la cel·la és [Cl2]=0,112 M[\mathrm{Cl_2}]=0{,}112\ \mathrm{M}.

La pauta oficial dona: t=10 800 st=10\,800\ \mathrm{s}; n(Cl2)=0,224 moln(\mathrm{Cl_2})=0{,}224\ \mathrm{mol}; [Cl2]=0,112 M[\mathrm{Cl_2}]=0{,}112\ \mathrm{M}

Enunciat: Generalitat de Catalunya, Consell Interuniversitari de Catalunya, Oficina d’Accés a la Universitat. PAU de Química 2023, convocatòria ordinària. La imatge és l’examen oficial tal qual; el text el reprodueix amb les fórmules reescrites. Consultat el 22 d'octubre de 2026; el document no declara data d’última actualització.

Examen en català (PDF)Examen en castellà (PDF)Pauta de correcció (PDF)Reutilitzat segons l’avís legal de la Generalitat

2023Convocatòria ordinària · Sèrie 5 · Exercici 6

2,5 puntsEnunciat ambiguTemes: Cinètica química, Termoquímica i espontaneïtat
Enunciat oficial

A la superfície terrestre, l’ozó (O3\mathrm{O_3}) és un dels indicadors de la contaminació de l’aire. Diversos estudis indiquen que, quan l’ozó es troba en estat estacionari, és a dir, quan la velocitat de la reacció de producció i de destrucció de l’ozó és la mateixa, la seva concentració és 2,0×10−8 mol L−12{,}0\times10^{-8}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}. Suposeu que l’únic procés de destrucció de l’ozó és la formació d’oxigen molecular, segons la reacció química següent:

2 O3(g)→3 O2(g)\mathrm{2\,O_3(g)\rightarrow 3\,O_2(g)}

a) Escriviu l’equació de velocitat de la reacció de destrucció de l’ozó, si sabem que segueix una cinètica de segon ordre. Calculeu la constant de velocitat d’aquesta reacció si estimem que la producció de l’ozó degut a totes les fonts és 7,2×10−13 mol L−1 h−17{,}2\times10^{-13}\ \mathrm{mol\,L^{-1}\,h^{-1}}, i que l’ozó es troba en estat estacionari. Expliqueu, a partir d’un model cinètic, com afecta la temperatura a la velocitat de reacció.

[1,25 punts]

b) Calculeu l’energia de Gibbs estàndard de la reacció de destrucció de l’ozó a 298 K298\ \mathrm{K} i justifiqueu que és espontània. Si sabem que l’espontaneïtat d’aquesta reacció no depèn de la temperatura, raoneu si la reacció és endotèrmica o exotèrmica.

Dada: Energia de Gibbs estàndard de formació a 298 K298\ \mathrm{K}: ΔGf∘(O3)\Delta G_f^\circ(\mathrm{O_3})=142,7 kJ mol−1{}= 142{,}7\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}.

[1,25 punts]

Fes-lo en paper i compara pas a pas.

a)1,25 punts

Plantejament En una cinètica de segon ordre, la velocitat és proporcional al quadrat de la concentració d’ozó. En estat estacionari, l’ozó que es destrueix per unitat de temps és el mateix que es produeix, de manera que la velocitat de destrucció és 7,2⋅10−13 mol L−1 h−17{,}2\cdot10^{-13}\ \mathrm{mol\,L^{-1}\,h^{-1}} i en podem aïllar kk.

  1. Equació de velocitat (segon ordre respecte a l’ozó):

    v=k [O3]2v=k\,[\mathrm{O_3}]^2
  2. Estat estacionari: la velocitat de destrucció és igual a la de producció.

    v=7,2⋅10−13 mol L−1 h−1v=7{,}2\cdot10^{-13}\ \mathrm{mol\,L^{-1}\,h^{-1}}[O3]=2,0⋅10−8 mol L−1[\mathrm{O_3}]=2{,}0\cdot10^{-8}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
  3. Constant de velocitat:

    kk=v[O3]2{}= \frac{v}{[\mathrm{O_3}]^2}=7,2⋅10−13 mol L−1 h−1(2,0⋅10−8 mol L−1)2{}= \frac{7{,}2\cdot10^{-13}\ \mathrm{mol\,L^{-1}\,h^{-1}}}{(2{,}0\cdot10^{-8}\ \mathrm{mol\,L^{-1}})^2}=1,8⋅103 L mol−1 h−1{}= 1{,}8\cdot10^{3}\ \mathrm{L\,mol^{-1}\,h^{-1}}
  4. Aquí s’ha pres vv com la velocitat a què desapareix l’ozó, que és el que planteja l’enunciat. Si la velocitat de reacció es defineix amb el coeficient estequiomètric, v=−12 d[O3]/dtv=-\tfrac{1}{2}\,\mathrm{d}[\mathrm{O_3}]/\mathrm{d}t, l’ozó desapareix al doble de vv i la constant surt la meitat.

    −d[O3]dt-\frac{\mathrm{d}[\mathrm{O_3}]}{\mathrm{d}t}=2 k′[O3]2{}= 2\,k'[\mathrm{O_3}]^2⟹k′=9,0⋅102 L mol−1 h−1{}\Longrightarrow k'=9{,}0\cdot10^{2}\ \mathrm{L\,mol^{-1}\,h^{-1}}
  5. Efecte de la temperatura (model de l’estat de transició): en escalfar, més molècules tenen prou energia per superar l’energia d’activació i arribar al complex activat; per això la velocitat augmenta. Amb el model de col·lisions es diu el mateix: hi ha més xocs, i una fracció més gran d’aquests xocs té l’energia mínima per reaccionar.

    T↑ ⟹ k↑ ⟹ v↑T\uparrow\ \Longrightarrow\ k\uparrow\ \Longrightarrow\ v\uparrow

ResultatEquació de velocitat: v=k [O3]2v=k\,[\mathrm{O_3}]^2. En estat estacionari, k=1,8⋅103 L mol−1 h−1k=1{,}8\cdot10^{3}\ \mathrm{L\,mol^{-1}\,h^{-1}} (si la velocitat es definís amb el factor 12\tfrac{1}{2} del coeficient de l’ozó, sortiria 9,0⋅1029{,}0\cdot10^{2}). En augmentar la temperatura augmenta la velocitat, perquè més molècules superen l’energia d’activació.

La pauta oficial dona: v=k [O3]2v=k\,[\mathrm{O_3}]^2; k=1 800 mol−1 L h−1k=1\,800\ \mathrm{mol^{-1}\,L\,h^{-1}}; T↑T\uparrow: velocitat ↑\uparrow (col·lisions o estat de transició)

b)1,25 punts

Plantejament L’energia de Gibbs de reacció es calcula com la de les entalpies, amb les energies de Gibbs de formació; la de l’O2(g)\mathrm{O_2(g)}, element en estat estàndard, és zero. Després relacionem el signe de ΔG∘=ΔH∘−T ΔS∘\Delta G^\circ=\Delta H^\circ-T\,\Delta S^\circ amb els de ΔH∘\Delta H^\circ i ΔS∘\Delta S^\circ.

  1. Energia de Gibbs estàndard de la reacció tal com està escrita (2 mol d’ozó):

    ΔG∘\Delta G^\circ=3 ΔGf∘(O2){}= 3\,\Delta G^\circ_f(\mathrm{O_2})−2 ΔGf∘(O3){}-2\,\Delta G^\circ_f(\mathrm{O_3})=3⋅0−2⋅142,7{}= 3\cdot0-2\cdot142{,}7=−285,4 kJ{}= -285{,}4\ \mathrm{kJ}
  2. Com que ΔG∘<0\Delta G^\circ<0, la reacció és espontània a 298 K298\ \mathrm{K}.

    ΔG∘=−285,4 kJ<0\Delta G^\circ=-285{,}4\ \mathrm{kJ}<0
  3. Signe de l’entropia: es passa de 2 a 3 mol de gas, augmenta el desordre.

    2 O3(g)→3 O2(g): ΔS∘>0\mathrm{2\,O_3(g)\rightarrow 3\,O_2(g)}:\ \Delta S^\circ>0
  4. Amb ΔS∘>0\Delta S^\circ>0, el terme −TΔS∘-T\Delta S^\circ és sempre negatiu. Perquè ΔG∘\Delta G^\circ sigui negativa a qualsevol temperatura, també ha de ser negativa ΔH∘\Delta H^\circ; si fos positiva, a temperatura prou baixa la reacció deixaria de ser espontània.

    ΔG∘\Delta G^\circ=ΔH∘⏟<0−T ΔS∘⏟<0{}= \underbrace{\Delta H^\circ}_{<0}\underbrace{-T\,\Delta S^\circ}_{<0}<0∀ T{}< 0\quad \forall\,T

ResultatΔG∘=−285,4 kJ\Delta G^\circ=-285{,}4\ \mathrm{kJ} (per a 2 O3→3 O2\mathrm{2\,O_3\rightarrow3\,O_2}): és negativa, i per tant la reacció és espontània a 298 K298\ \mathrm{K}. Com que ΔS∘>0\Delta S^\circ>0 (de 2 a 3 mol de gas) i l’espontaneïtat no depèn de la temperatura, cal que ΔH∘<0\Delta H^\circ<0: la reacció és exotèrmica.

La pauta oficial dona: ΔG∘=−285,4 kJ\Delta G^\circ=-285{,}4\ \mathrm{kJ}: espontània; ΔS∘>0\Delta S^\circ>0; exotèrmica

Enunciat: Generalitat de Catalunya, Consell Interuniversitari de Catalunya, Oficina d’Accés a la Universitat. PAU de Química 2023, convocatòria ordinària. La imatge és l’examen oficial tal qual; el text el reprodueix amb les fórmules reescrites. Consultat el 22 d'octubre de 2026; el document no declara data d’última actualització.

Examen en català (PDF)Examen en castellà (PDF)Pauta de correcció (PDF)Reutilitzat segons l’avís legal de la Generalitat

2023Convocatòria ordinària · Sèrie 5 · Exercici 7

2,5 puntsLa pauta arrodoneix diferentTemes: Equilibri químic
Enunciat oficial

La litiasi urinària consisteix en la presència de càlculs al ronyó o a les vies urinàries deguts a concentracions altes de certes substàncies que hauríem d’eliminar per l’orina. En la litiasi càlcica, que és la més freqüent, aquests càlculs es formen a causa d’un augment de la concentració de calci en l’orina, que provoca la precipitació de diverses sals, com ara el fosfat de calci, Ca3(PO4)2\mathrm{Ca_3(PO_4)_2}.

a) Podem dissoldre, a 25 ∘C25\ \mathrm{^\circ C}, un càlcul d’1,25 mg1{,}25\ \mathrm{mg} de fosfat de calci en 10,0 L10{,}0\ \mathrm{L} d’aigua? Raoneu-ho quantitativament.

[1,25 punts]

b) En quatre tubs d’assaig hi posem una mica de fosfat de calci sòlid en contacte amb 10 mL10\ \mathrm{mL} de solució aquosa saturada d’aquesta sal. Afegim a cadascun dels tubs uns mil·lilitres de les solucions que es mostren a la taula següent:

TubTub 1Tub 2Tub 3Tub 4
Substància afegidaCaCl2(aq)\mathrm{CaCl_2(aq)}HCl(aq)\mathrm{HCl(aq)}EDTA(aq)\mathrm{EDTA(aq)}H2O(l)\mathrm{H_2O(l)}

Expliqueu, raonadament i qualitativament, què observarem en cada tub.

Nota: EDTA (àcid etilendiaminotetraacètic): lligand orgànic que forma complexos solubles amb molts ions metàl·lics (inclosos els alcalinoterris).

Dades: Masses atòmiques relatives: O=16,0\mathrm{O}=16{,}0; P=31,0\mathrm{P}=31{,}0; Ca=40,1\mathrm{Ca}=40{,}1. Producte de solubilitat del fosfat de calci a 25 ∘C25\ \mathrm{^\circ C}: Kps=2,07×10−33K_{ps}=2{,}07\times10^{-33}.

[1,25 punts]

Fes-lo en paper i compara pas a pas.

a)1,25 punts

Plantejament Calculem la solubilitat molar del fosfat de calci a partir de KpsK_{ps}, tenint en compte que cada fórmula dona 3 ions Ca2+\mathrm{Ca^{2+}} i 2 ions PO43−\mathrm{PO_4^{3-}}. Després calculem la massa màxima que es pot dissoldre en 10,0 L10{,}0\ \mathrm{L} i la comparem amb 1,25 mg1{,}25\ \mathrm{mg}.

  1. Equilibri de solubilitat i concentracions a la solució saturada (en funció de la solubilitat ss):

    Ca3(PO4)2(s)⇌3 Ca2+(aq)\mathrm{Ca_3(PO_4)_2(s)\rightleftharpoons 3\,Ca^{2+}(aq)}+2 PO43−(aq){}+\mathrm{2\,PO_4^{3-}(aq)}[Ca2+]=3s, [PO43−]=2s[\mathrm{Ca^{2+}}]=3s,\ [\mathrm{PO_4^{3-}}]=2s
  2. Expressió del producte de solubilitat:

    KpsK_{ps}=[Ca2+]3[PO43−]2{}= [\mathrm{Ca^{2+}}]^3[\mathrm{PO_4^{3-}}]^2=(3s)3(2s)2{}= (3s)^3(2s)^2=108 s5{}= 108\,s^5
  3. Solubilitat molar:

    ss=2,07⋅10−331085{}= \sqrt[5]{\frac{2{,}07\cdot10^{-33}}{108}}=1,92⋅10−355{}= \sqrt[5]{1{,}92\cdot10^{-35}}=1,14⋅10−7 M{}= 1{,}14\cdot10^{-7}\ \mathrm{M}
  4. Massa molar del fosfat de calci:

    MM=3⋅40,1+2⋅31,0{}= 3\cdot40{,}1+2\cdot31{,}0+8⋅16,0{}+8\cdot16{,}0=310,3 g mol−1{}= 310{,}3\ \mathrm{g\,mol^{-1}}
  5. Massa màxima que es dissol en 10,0 L10{,}0\ \mathrm{L}:

    mmax⁡m_{\max}=10,0 L⋅1,14⋅10−7 mol L−1⋅310,3 g mol−1{}= 10{,}0\ \mathrm{L}\cdot1{,}14\cdot10^{-7}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\cdot310{,}3\ \mathrm{g\,mol^{-1}}=3,53⋅10−4 g{}= 3{,}53\cdot10^{-4}\ \mathrm{g}=0,353 mg{}= 0{,}353\ \mathrm{mg}
  6. Comparació amb el càlcul:

    1,25 mg>0,353 mg1{,}25\ \mathrm{mg}>0{,}353\ \mathrm{mg}

ResultatNo: la solubilitat del fosfat de calci és s=1,14⋅10−7 Ms=1{,}14\cdot10^{-7}\ \mathrm{M}, i en 10,0 L10{,}0\ \mathrm{L} d’aigua només se’n poden dissoldre 0,353 mg0{,}353\ \mathrm{mg}, menys que l’1,25 mg1{,}25\ \mathrm{mg} del càlcul renal.

La pauta oficial dona: Kps=108 S5K_{ps}=108\,S^5; S=1,1389⋅10−7 mol L−1S=1{,}1389\cdot10^{-7}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}; M=310,3 g mol−1M=310{,}3\ \mathrm{g\,mol^{-1}}; 0,353 mg<1,25 mg0{,}353\ \mathrm{mg}<1{,}25\ \mathrm{mg}: no es pot dissoldre

b)1,25 punts

Plantejament Cada tub conté l’equilibri de solubilitat Ca3(PO4)2(s)⇌3 Ca2+(aq)\mathrm{Ca_3(PO_4)_2(s)\rightleftharpoons 3\,Ca^{2+}(aq)}+2 PO43−(aq){}+\mathrm{2\,PO_4^{3-}(aq)}. Apliquem el principi de Le Châtelier: si una substància afegida augmenta la concentració d’un dels ions, precipita més sòlid; si en fa disminuir un, se’n dissol més.

  1. Tub 1 (CaCl2\mathrm{CaCl_2}): aporta ions Ca2+\mathrm{Ca^{2+}} (ió comú). L’equilibri es desplaça cap a l’esquerra i observarem que es forma més precipitat de fosfat de calci.

    [Ca2+]↑[\mathrm{Ca^{2+}}]\uparrow⟹Q{}\Longrightarrow Q>Kps{}> K_{ps}⟹precipita{}\Longrightarrow \text{precipita}
  2. Tub 2 (HCl\mathrm{HCl}): els ions oxoni reaccionen amb l’ió fosfat, que és una base, i el transformen en hidrogenfosfat. Baixa [PO43−][\mathrm{PO_4^{3-}}], l’equilibri es desplaça cap a la dreta i observarem que es dissol part del sòlid (o tot).

    PO43−(aq)\mathrm{PO_4^{3-}(aq)}+H3O+(aq){}+\mathrm{H_3O^+(aq)}→HPO42−(aq){}\rightarrow \mathrm{HPO_4^{2-}(aq)}+H2O(l){}+\mathrm{H_2O(l)}
  3. Tub 3 (EDTA, que representem com Y4−\mathrm{Y^{4-}}): forma un complex soluble amb l’ió calci. Baixa [Ca2+][\mathrm{Ca^{2+}}], l’equilibri es desplaça cap a la dreta i observarem que es dissol part del sòlid (o tot).

    Ca2+(aq)\mathrm{Ca^{2+}(aq)}+Y4−(aq){}+\mathrm{Y^{4-}(aq)}→CaY2−(aq){}\rightarrow \mathrm{CaY^{2-}(aq)}
  4. Tub 4 (aigua): en diluir, la solució deixa de ser saturada (Q<KpsQ<K_{ps}). Es dissol una mica més de sòlid fins que la solució torna a estar saturada, amb les mateixes concentracions d’abans.

    Q<Kps ⟹ es dissol soˋlidQ<K_{ps}\ \Longrightarrow\ \text{es dissol sòlid}

ResultatTub 1 (CaCl2\mathrm{CaCl_2}): es forma més precipitat (efecte de l’ió comú Ca2+\mathrm{Ca^{2+}}). Tub 2 (HCl\mathrm{HCl}): es dissol part del fosfat de calci, perquè l’àcid converteix el PO43−\mathrm{PO_4^{3-}} en HPO42−\mathrm{HPO_4^{2-}}. Tub 3 (EDTA): es dissol part del sòlid, perquè l’EDTA segresta el Ca2+\mathrm{Ca^{2+}} en un complex soluble. Tub 4 (aigua): es dissol una mica de sòlid fins a tornar a saturar la solució.

La pauta oficial dona: Tub 1: més precipitat; tub 2: es dissol; tub 3: es dissol; tub 4: es dissol

Enunciat: Generalitat de Catalunya, Consell Interuniversitari de Catalunya, Oficina d’Accés a la Universitat. PAU de Química 2023, convocatòria ordinària. La imatge és l’examen oficial tal qual; el text el reprodueix amb les fórmules reescrites. Consultat el 22 d'octubre de 2026; el document no declara data d’última actualització.

Examen en català (PDF)Examen en castellà (PDF)Pauta de correcció (PDF)Reutilitzat segons l’avís legal de la Generalitat

Els altres exàmens de Química, resolts

Practica cada tema

Cada tema d’aquest examen té la seva pàgina amb tots els exercicis de la PAU de Química de 2022 a 2026.

Equilibri químicTermoquímica i espontaneïtatReaccions redox i electroquímicaEstructura atòmica i sistema periòdicCinètica químicaÀcids i basesTots els temes de Química

Preguntes freqüents

Com era l’examen de juny (sèrie 5) de Química del 2023?

Responeu a QUATRE de les set qüestions següents. En el cas que respongueu a més qüestions, només es valoraran les quatre primeres. Cada qüestió val 2,5 punts. Per temes, els punts dels exercicis proposats eren: equilibri químic (5 punts), termoquímica i espontaneïtat (3,75 punts), reaccions redox i electroquímica (3,75 punts), estructura atòmica i sistema periòdic (2,5 punts), cinètica química (1,25 punts) i àcids i bases (1,25 punts).

Les solucions són les oficials?

No: les escriu EducaIA, pas a pas, i cada apartat està contrastat amb la pauta oficial de correcció. En 3 dels 7 exercicis la nostra resposta no coincideix del tot amb la pauta (per una errata de l’examen, per un enunciat ambigu i per arrodoniment): ho expliquem al costat de la solució.

On són l’examen oficial i la pauta?

Als enllaços de dalt de tot: el PDF de l’examen en català i en castellà i el de la pauta de correcció, al web de la Generalitat. El botó d’imprimir prepara l’examen amb espai per respondre i les solucions a part.

Tens la PAU de Química aquest curs?

Puja els teus apunts de Química i EducaIA et prepara el pla dia a dia fins a la PAU, amb resums, flashcards i tests dels teus propis temes.

Prepara la PAU de Química a EducaIA

Tots els exàmens de CatalunyaCentre PAU de CatalunyaCalculadora de nota PAU

Enunciat oficial

Toca la imatge per apropar-la o allunyar-la.