Química orgànica: exercicis de la PAU de Química resolts

Plantejament Apliquem la llei de Hess amb les entalpies de formació. A pressió constant, la calor del sistema és la seva variació d’entalpia.

1. Restem la suma dels reactius a la dels productes.

   $\Delta H^\circ$${}= (-1273{,}3-1265{,}6)$${}-(-2226{,}0-285{,}8)$${}= -27{,}1\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}$

2. L’entalpia negativa indica una reacció exotèrmica. Calculem els mols de sacarosa.

   $M$${}= 12\cdot12+22\cdot1+11\cdot16$${}= 342\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$$n=8{,}5/342\,\mathrm{mol}$

3. Escalem l’entalpia per la quantitat que reacciona. El signe negatiu expressa calor alliberada.

   $q_p$${}= n\Delta H^\circ$${}= \frac{8{,}5}{342}(-27{,}1)$${}= -0{,}67354\,\mathrm{kJ}$

Plantejament Llegim les estructures cícliques que mostra l’examen. Comptem els grups per connectivitat i busquem carbonis units a quatre substituents diferents.

1. Cada OH és un grup alcohol i cada oxigen entre dos carbonis constitueix una connexió èter. En aquestes formes cícliques no comptem un carbonil lliure.

   $\mathrm{sacarosa}:8\,\mathrm{OH},3\,\mathrm{C-O-C}$$\mathrm{glucosa}:5,1$$\mathrm{fructosa}:5,1$

2. Glucosa i fructosa comparteixen fórmula, però canvia la connectivitat. Les figures mostren un anell de sis membres i un altre de cinc. Són isòmers constitucionals.

   $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$

3. Les tres estructures concretes són quirals. En la glucosa cíclica, marquem C1*, C2*, C3*, C4* i C5*: els dos camins per l’anell són diferents; C6 és CH₂OH i no és estereocentre.

   $\mathrm{O-C_1^*-C_2^*}$${}-\mathrm{C_3^*-C_4^*}$${}-\mathrm{C_5^*-O}$$C_5-\mathrm{CH_2OH}$

Plantejament La massa més petita correspon al pH més alt permès. Utilitzem únicament la primera dissociació, com demana l’enunciat.

1. Representem l’àcid per H₃Cit i anomenem c₀ la seva concentració analítica.

   $\mathrm{H_3Cit}$${}+\mathrm{H_2O\rightleftharpoons H_2Cit^-}$${}+\mathrm{H_3O^+}$

2. Fixem el pH superior. No aproximem c₀−x per c₀, perquè la dissociació no és petita.

   $x=10^{-4}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$$K_a$${}= \frac{x^2}{c_0-x}$${}\Rightarrow c_0$${}= x+\frac{x^2}{K_a}$${}= 1{,}1190\cdot10^{-4}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$

3. La fórmula de la figura dona la massa molar; multipliquem concentració, volum i massa molar.

   $M(\mathrm{C_6H_8O_7})$${}= 192\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$$m$${}= \left(10^{-4}+\frac{10^{-8}}{8{,}4\cdot10^{-4}}\right)0{,}250\cdot192$${}= 0{,}0053714\,\mathrm g$

Plantejament Per a la primera neutralització, cada molècula d’àcid consumeix un ió hidròxid. Mesurem el volum de base de concentració coneguda.

1. Escrivim la reacció només per al primer protó.

   $\mathrm{C_6H_8O_7(aq)}$${}+\mathrm{NaOH(aq)}$${}\rightarrow \mathrm{NaC_6H_7O_7(aq)}$${}+\mathrm{H_2O(l)}$

2. Condicionem i omplim una bureta amb NaOH patró; eliminem l’aire de la punta i anotem la lectura inicial. Amb pipeta aforada i propipeta transferim un volum conegut de l’àcid a un Erlenmeyer.

3. Afegim base agitant, gota a gota a prop del final, i registrem el volum consumit. Per al model monopròtic de l’exercici serveix un indicador adequat; en àcid cítric real, els equilibris successius se solapen i convé una mesura potenciomètrica validada, sense atribuir automàticament un viratge al primer equivalent.

   $n(\mathrm{H_3Cit})=c(\mathrm{NaOH})V_{eq}$

Plantejament En un espectre de masses, la posició informa de m/z i l’alçada de l’abundància relativa. Comparem l’ió molecular amb les masses de les dues fórmules.

1. L’eix horitzontal és la relació massa/càrrega. El pic base és l’ió més abundant detectat, no necessàriament l’ió molecular.

   $m/z\text{ (abscisses)}$$m/z_{base}=116\quad(100\,\%)$

2. En l’espectre mostrat l’ió molecular és a 176; per a càrrega simple permet inferir la massa molecular.

   $m/z_{M^{+\bullet}}=176$

3. Calculem les dues masses sense canviar les masses atòmiques de l’examen.

   $M(\mathrm{C_6H_8O_6})$${}= 6\cdot12+8\cdot1+6\cdot16$${}= 176$$M(\mathrm{C_6H_8O_7})$${}= 192\quad\mathrm{g\,mol^{-1}}$

Plantejament Desfem les unions repetides dels polímers per recuperar els seus monòmers. Un èster s’obté per condensació; una cadena d’etilè, per addició.

1. L’HDPE procedeix de l’etè: s’obre l’enllaç π per unir monòmers i no s’elimina cap molècula petita.

   $n\,\mathrm{CH_2{=}CH_2}$${}\rightarrow [-\mathrm{CH_2-CH_2}-]_n$

2. Els monòmers del PET són àcid tereftàlic, amb els COOH en posicions para, i etan-1,2-diol.

   $\mathrm{HOOC-C_6H_4-COOH}\;(1,4)$$\mathrm{HO-CH_2-CH_2-OH}$

3. Cada enllaç èster es forma entre un COOH i un OH, alliberant aigua. La repetició és la que es mostra a l’examen.

   $[-\mathrm{O-CH_2-CH_2-O-C(=O)-C_6H_4-C(=O)}-]_n$$\mathrm{COOH+HO-R\rightarrow COO-R+H_2O}$

Plantejament Es demana quins AINE de la taula tenen els grups cetona, èter, èster, amida i amina, què és un estereocentre i quins compostos en tenen, i què és la quiralitat molecular i quins compostos són quirals.

1. 1. Cetona (un C=O unit a dos carbonis): el loxoprofèn (el C=O de l’anell de cinc) i el bromfenac (el C=O que uneix els dos anells benzènics).

2. 2. Èter (un O unit a dos carbonis, cap dels quals no forma un C=O): l’etenzamida ($\mathrm{-O{-}CH_2CH_3}$), el naproxèn ($\mathrm{-O{-}CH_3}$ sobre el naftalè) i el fenclofenac (l’O que uneix els dos anells).

3. 3. Èster ($\mathrm{-COO-}$ unit a un carboni pels dos costats): l’àcid acetilsalicílic (el grup $\mathrm{-O{-}CO{-}CH_3}$) i el salicilat de metil ($\mathrm{-COO{-}CH_3}$).

4. 4. Amida (un N unit a un C=O): l’etenzamida ($\mathrm{-CO{-}NH_2}$). 5. Amina (un N que no està unit a cap C=O): el diclofenac (el NH entre els dos anells) i el bromfenac (el $\mathrm{-NH_2}$ de l’anell).

5. Un estereocentre o carboni asimètric és un carboni tetraèdric unit a quatre substituents diferents. L’ibuprofèn i el naproxèn en tenen un: el carboni unit a H, $\mathrm{CH_3}$, COOH i l’anell (Ar). El loxoprofèn en té dos: aquest mateix i el carboni de l’anell de cinc que porta el $\mathrm{CH_2}$, unit a H, al $\mathrm{CH_2}$ i a dos camins diferents dins l’anell (un cap al C=O i l’altre cap als $\mathrm{CH_2}$). Els altres AINE no en tenen: els seus carbonis tetraèdrics són $\mathrm{CH_2}$ o $\mathrm{CH_3}$.

   $\mathrm{Ar{-}\overset{*}{C}H(CH_3){-}COOH}$

6. Una molècula és quiral si no es pot superposar a la seva imatge especular; existeix en dues formes, els enantiòmers. Una molècula amb un sol estereocentre sempre és quiral, i el loxoprofèn, amb dos estereocentres diferents, també ho és. Per tant, són quirals l’ibuprofèn, el naproxèn i el loxoprofèn.

Plantejament Es demana el tipus de reacció orgànica de la reacció directa i de la inversa, si el rendiment és més alt amb l’àcid salicílic dissolt en aigua o en metanol, i com afecta l’àcid sulfúric el rendiment.

1. Reacció directa: un àcid carboxílic (l’àcid salicílic) i un alcohol (el metanol) s’uneixen per formar un èster i alliberen una molècula d’aigua: és una condensació (una esterificació).

   $\mathrm{R{-}COOH}$${}+\mathrm{CH_3OH\rightleftharpoons R{-}COOCH_3}$${}+\mathrm{H_2O}$

2. Reacció inversa: l’aigua trenca l’èster i en surten l’àcid carboxílic i l’alcohol: és una hidròlisi.

3. El metanol és un reactiu. Si l’àcid salicílic es dissol en metanol, hi ha un gran excés d’aquest reactiu, $Q_c$ baixa per sota de $K_c$ i, segons el principi de Le Châtelier, l’equilibri es desplaça cap als productes: el rendiment és més alt. Si es dissol en aigua, s’afegeix un dels productes i l’equilibri es desplaça cap als reactius: el rendiment baixa.

   $Q_c$${}= \frac{[\mathrm{R{-}COOCH_3}]\,[\mathrm{H_2O}]}{[\mathrm{R{-}COOH}]\,[\mathrm{CH_3OH}]}$

4. L’àcid sulfúric hi és com a catalitzador: rebaixa l’energia d’activació de la reacció directa i de la inversa, de manera que l’equilibri s’assoleix abans, però no canvia la constant d’equilibri ni, per tant, el rendiment.

Plantejament Es demana quin AINE és més àcid segons la $K_a$, la reacció de l’ibuprofèn amb l’aigua i el pH en dissoldre $500\,\mathrm{mg}$ d’ibuprofèn en $250\,\mathrm{mL}$ d’aigua.

1. Com més gran és la $K_a$, més desplaçat cap a la dreta està l’equilibri de dissociació i més $\mathrm{H_3O^+}$ dona l’àcid. La $K_a$ més gran de la taula és la de l’àcid acetilsalicílic: és el més àcid.

   $K_a$${}= 3{,}89\cdot10^{-4}$${}> 1{,}55\cdot10^{-4}$${}> 1{,}00\cdot10^{-4}$${}> \ldots$

2. L’ibuprofèn és un àcid carboxílic feble ($\mathrm{C_{13}H_{18}O_2}$${}= \mathrm{C_{12}H_{17}COOH}$): cedeix el protó del COOH a l’aigua.

   $\mathrm{C_{12}H_{17}COOH(aq)}$${}+\mathrm{H_2O(l)\rightleftharpoons C_{12}H_{17}COO^-(aq)}$${}+\mathrm{H_3O^+(aq)}$

3. Concentració inicial, suposant que tota la pastilla es dissol i que el volum de la dissolució és de $250\,\mathrm{mL}$.

   $M$${}= 13\cdot12{,}0+18\cdot1{,}0$${}+2\cdot16{,}0$${}= 206{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$$c_0$${}= \frac{0{,}500\,\mathrm{g}/206{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}}{0{,}250\,\mathrm{L}}$${}= 9{,}71\cdot10^{-3}\,\mathrm{M}$

4. Taula d’equilibri ($c_0-x$, $x$, $x$) i equació de segon grau; ens quedem amb l’arrel positiva.

   $\frac{x^{2}}{9{,}71\cdot10^{-3}-x}$${}= 1{,}41\cdot10^{-5}$${}\Rightarrow x=[\mathrm{H_3O^+}]$${}= 3{,}63\cdot10^{-4}\,\mathrm{M}$

5. Calculem el pH.

   $\mathrm{pH}=-\log(3{,}63\cdot10^{-4})=3{,}44$

Plantejament Es demana la fórmula semidesenvolupada de la sal sòdica del naproxèn i si una dissolució d’Antalgin® és àcida o bàsica, justificat amb les reaccions d’hidròlisi.

1. La sal sòdica s’obté substituint l’H del grup COOH del naproxèn per $\mathrm{Na^+}$: és un carboxilat de sodi. El $\mathrm{C_{10}H_6}$ és el naftalè de l’estructura de la taula, amb el $\mathrm{CH_3O{-}}$ en un anell i la cadena $\mathrm{-CH(CH_3){-}COO^-}$ en l’altre.

   $\mathrm{CH_3O{-}C_{10}H_6{-}CH(CH_3){-}COO^-\,Na^+}$

2. En dissoldre’s, la sal es dissocia totalment en ions.

   $\mathrm{R{-}COONa(s)}$${}\rightarrow \mathrm{R{-}COO^-(aq)}$${}+\mathrm{Na^+(aq)}$

3. El $\mathrm{Na^+}$ prové d’una base forta (l’hidròxid de sodi) i no reacciona amb l’aigua.

4. L’anió del naproxèn és la base conjugada d’un àcid feble ($K_a=1{,}45\cdot10^{-5}$): s’hidrolitza, capta un protó de l’aigua i allibera $\mathrm{OH^-}$.

   $\mathrm{R{-}COO^-(aq)}$${}+\mathrm{H_2O(l)\rightleftharpoons R{-}COOH(aq)}$${}+\mathrm{OH^-(aq)}$

5. La concentració d’$\mathrm{OH^-}$ augmenta i la dissolució és bàsica ($\mathrm{pH}>7$). La constant de basicitat del carboxilat és petita, però no nul·la: és una base feble.

   $K_b$${}= \frac{K_w}{K_a}$${}= \frac{1{,}0\cdot10^{-14}}{1{,}45\cdot10^{-5}}$${}= 6{,}9\cdot10^{-10}$

Plantejament L’acetat és la base conjugada d’un àcid feble. El neutralitzem amb el patró àcid i obtenim la concentració mitjançant l’estequiometria.

1. Na⁺ és espectador; l’acetat genera OH⁻ en aigua, de manera que escollim HCl i no NaOH.

   $\mathrm{CH_3COO^-}$${}+\mathrm{H_2O\rightleftharpoons CH_3COOH}$${}+\mathrm{OH^-}$

2. La neutralització consumeix HCl i acetat en proporció un a un. En equivalència queda àcid acètic i el pH és àcid.

   $\mathrm{CH_3COONa+HCl}$${}\rightarrow \mathrm{CH_3COOH+NaCl}$

3. L’ataronjat de metil serveix perquè vira a la zona àcida: el pH d’equivalència surt a prop de 3,71, dins del seu interval de viratge. Tot i això, en valorar aquesta base feble el salt de pH és poc marcat i el punt final és poc precís.

   $c_{\mathrm{HAc},eq}$${}= \frac{0{,}010\cdot0{,}0156}{0{,}050+0{,}0156}$$K_a=\frac{x^2}{c_{eq}-x}\Rightarrow\mathrm{pH}_{eq}\simeq3{,}71$

4. Multipliquem els mols d’HCl per la massa molar de l’acetat de sodi i dividim pel volum de salsa.

   $M$${}= 2\cdot12+3\cdot1+2\cdot16+23$${}= 82\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$$c_m$${}= \frac{0{,}010\cdot0{,}0156\cdot82}{0{,}050}$${}= 0{,}25584\,\mathrm{g\,L^{-1}}$

Plantejament L’energia d’un fotó creix amb el nombre d’ona. Convertim els centímetres inversos a metres inversos i comparem les bandes amb la taula de l’examen.

1. Dels tres valors marcats, 3024 és el més gran i correspon a la màxima energia.

   $\widetilde\nu$${}= 3024\,\mathrm{cm^{-1}}$${}= 302400\,\mathrm{m^{-1}}$

2. L’invers del nombre d’ona és la longitud d’ona.

   $\lambda$${}= \frac1{302400}$${}= 3{,}3069\cdot10^{-6}\,\mathrm m$

3. La freqüència és c dividida per la longitud d’ona; l’energia és h per la freqüència.

   $\nu$${}= c\widetilde\nu$${}= 3{,}0\cdot10^8\cdot302400$${}= 9{,}072\cdot10^{13}\,\mathrm{Hz}$$E=h\nu=6{,}0147\cdot10^{-20}\,\mathrm J$

4. La banda ampla de l’OH àcid i la del carbonil a 1714 cm⁻¹ corresponen a COOH, no al carboxilat desprotonat. És àcid acètic. El dibuix fa servir transmitància encara que el text digui absorbància: les absorcions són els mínims de la corba.

   $\mathrm{COOH}:3550\!\!$${}-\!2500,\;1800\!\!$${}-\!1650\,\mathrm{cm^{-1}}$

Plantejament Calculem primer la concentració analítica i després la dissociació àcida de l’amoni. Adoptem l’aproximació de l’examen de volum final igual a 100,0 mL.

1. El nitrat d’amoni es dissocia completament; el nitrat és espectador.

   $M$${}= 2\cdot14+4\cdot1+3\cdot16$${}= 80\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$$c_0$${}= \frac{14{,}25}{80\cdot0{,}1000}$${}= 1{,}7813\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$

2. Plantegem la primera dissociació sense arrodonir c₀. Negligim la contribució de l’aigua a l’hidroni davant de la de l’àcid.

   $\mathrm{NH_4^+}$${}+\mathrm{H_2O\rightleftharpoons NH_3}$${}+\mathrm{H_3O^+}$$\frac{x^2}{1{,}7813-x}=5{,}62\cdot10^{-10}$

3. L’arrel positiva és la concentració d’amoníac i aproximadament la d’hidroni; l’amoni restant és c₀−x.

   $x=3{,}1639\cdot10^{-5}$$[\mathrm{NH_4^+}]=1{,}7812\quad\mathrm{mol\,L^{-1}}$

4. Utilitzem el producte iònic de l’aigua per a l’hidròxid. El medi s’acidifica: facilita el ferro i dificulta el fòsfor, segons l’enunciat. L’aigua és el dissolvent; la seva molaritat no es determina amb les dades aportades.

   $[\mathrm{OH^-}]$${}= \frac{10^{-14}}{x}$${}= 3{,}1606\cdot10^{-10}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$$\mathrm{pH}=-\log x=4{,}4998$

Plantejament Relacionem la velocitat amb les col·lisions eficaces i amb la quantitat de catalitzador biològic actiu. L’equilibri i la rapidesa són qüestions diferents.

1. En augmentar la temperatura, dins de l’interval indicat, augmenta la fracció de col·lisions que supera la barrera d’activació. La reacció s’accelera.

   $k=Ae^{-E_a/(RT)}$

2. Més oxigen disponible permet més trobades amb el reactiu i augmenta la velocitat en el model de l’exercici; no deduïm un ordre de reacció sense dades experimentals.

3. L’acidificació redueix la població bacteriana i amb ella la quantitat d’enzims actius; per tant, disminueix la velocitat. Els enzims ofereixen una ruta de menor energia d’activació.

Plantejament Al càtode es redueix oxigen a aigua en medi àcid. La càrrega transferida permet trobar els mols d’electrons i d’oxigen.

1. Igualem primer oxigen i hidrogen i després la càrrega. Es necessiten quatre electrons per molècula d’O₂.

   $\mathrm{O_2+4H^++4e^-\rightarrow2H_2O}$

2. Transformem l’hora en segons i calculem la càrrega.

   $Q=It=0{,}25\cdot3600=900\,\mathrm C$

3. Apliquem Faraday i la proporció de quatre electrons. Suposem eficiència faràdica completa per a aquesta reducció.

   $m(\mathrm{O_2})$${}= \frac{Q}{4F}\,M(\mathrm{O_2})$${}= \frac{900\cdot32}{4\cdot96500}$${}= 0{,}074611\,\mathrm g$

Plantejament Un doble enllaç permet poliaddició; un monòmer amb alcohol i àcid permet policondensació. Després comprovem substituents i fórmula dels isòmers.

1. El propè s’uneix per obertura del doble enllaç. El metil queda com a ramificació del polímer.

   $n\,\mathrm{CH_2{=}CH-CH_3}$${}\rightarrow [-\mathrm{CH_2-CH(CH_3)}-]_n\quad(\mathrm{PP})$

2. L’àcid 3-hidroxibutanoic forma enllaços èster entre el seu OH i el COOH d’una altra molècula, alliberant aigua per enllaç format.

   $\mathrm{HO-CH(CH_3)-CH_2-COOH}$${}\rightarrow [-\mathrm{O-CH(CH_3)-CH_2-C(=O)}-]_n\quad(\mathrm{PHA})$

3. C3 té quatre grups diferents: H, OH, CH₃ i CH₂COOH. Per això és un centre estereogènic i el monòmer és quiral.

   $\mathrm{CH_3-CH^*(OH)}$${}-\mathrm{CH_2-COOH}$

4. Com a isòmer de cadena escollim l’àcid 3-hidroxi-2-metilpropanoic (cadena ramificada, amb l’OH encara al carboni 3); com a isòmer de posició, l’àcid 2-hidroxibutanoic (la mateixa cadena, amb l’OH al carboni 2). Tots dos tenen la mateixa fórmula molecular.

   $\mathrm{HO-CH_2-CH(CH_3)-COOH}$$\mathrm{CH_3-CH_2-CH(OH)-COOH}$$\mathrm{C_4H_8O_3}$

Plantejament El PVC es forma obrint el doble enllaç del monòmer. Enumerem després connectivitats i configuracions diferents sense duplicar molècules per renumeració.

1. El cloroetè s’incorpora a la cadena per addició; no es desprèn una molècula petita en cada unió.

   $n\,\mathrm{CH_2{=}CHCl}$${}\rightarrow [-\mathrm{CH_2-CHCl}-]_n$

2. Els dos clors poden ser en un mateix carboni o en carbonis diferents. En el segon cas existeixen les disposicions Z (mateix costat) i E (costats oposats).

   $\mathrm{CH_2=CCl_2}\;(1,1\text{-dicloroetè})$$(Z)\text{-}\mathrm{CHCl=CHCl}$$(E)\text{-}\mathrm{CHCl=CHCl}$

3. Per a tricloroetà només hi ha dues distribucions diferents: tres clors al mateix carboni o dos i un. Són isòmers de posició.

   $\mathrm{CCl_3-CH_3}\;(1,1,1\text{-tricloroetà})$$\mathrm{CHCl_2-CH_2Cl}\;(1,1,2\text{-tricloroetà})$

4. Cap dels tricloroetans té un carboni amb quatre substituents diferents: hi ha clors o hidrògens repetits. No presenten isomeria òptica.

Plantejament Apliquem Hess amb els valors impresos, inclòs el signe negatiu de l’entalpia de l’acetilè. Relacionem entalpia i energia interna pel canvi de mols gasosos.

1. Restem a l’entalpia del producte les dels dos reactius, amb les dades de l’examen tal com les dona.

   $\Delta H^\circ$${}= -37{,}26$${}-[(-226{,}9)+(-92{,}3)]$${}= 281{,}94\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}$

2. Per mol de reacció, la calor a pressió constant és l’entalpia. Per a volum constant necessitem l’energia interna.

   $q_p=\Delta H^\circ$$q_v=\Delta U^\circ$$\Delta H^\circ=\Delta U^\circ+\Delta n_gRT$

3. Desapareix un mol de gas net. Passem 25 °C a 298,15 K.

   $\Delta n_g=1-2=-1$$\Delta U^\circ$${}= 281{,}94$${}-(-1)\frac{8{,}314\cdot298{,}15}{1000}$${}= 284{,}42\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}$

4. Totes dues calors són positives: amb les dades de l’examen, el sistema absorbeix calor. Compte: a les taules, l’entalpia de formació de l’acetilè és positiva (+226,7 kJ/mol); el signe negatiu de l’examen és una errata, i la reacció real és exotèrmica. A l’examen es respon amb les dades que dona.

Plantejament Estimem l’entalpia per energies d’enllaç: trencar exigeix energia i formar allibera energia. Després combinem els signes d’entalpia i entropia.

1. Es substitueix un C=C i un Cl–Cl per un C–C i dos C–Cl addicionals. Els altres enllaços es cancel·len.

   $\Delta H^\circ\simeq E_{C=C}$${}+E_{Cl-Cl}-E_{C-C}$${}-2E_{C-Cl}$

2. Substituïm les energies donades. És una estimació amb energies mitjanes d’enllaç.

   $\Delta H^\circ\simeq608+242$${}-348-2\cdot328$${}= -154\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}$

3. Dos reactius gasosos donen un producte líquid: disminueix la dispersió de matèria i esperem entropia negativa. El terme −TΔS penalitza més en augmentar T.

   $\Delta S<0$$\Delta H<0$$\Delta G=\Delta H-T\Delta S$

Plantejament Identifiquem què canvia en els enllaços de cada reacció. Per a geometria i polaritat, comptem dominis i sumem dipols.

1. HCl s’afegeix al triple enllaç de l’acetilè i el transforma en doble; Cl₂ s’afegeix al doble enllaç del clorur de vinil i el transforma en simple. Totes dues són addicions.

   $\mathrm{HC\equiv CH+HCl\rightarrow CH_2=CHCl}$$\mathrm{CH_2}$${}= \mathrm{CHCl+Cl_2}$${}\rightarrow \mathrm{CH_2Cl-CHCl_2}$

2. Cada carboni d’acetilè té dos dominis: l’enllaç C–H i el triple enllaç, que compta com un. La molècula és lineal.

   $\mathrm{H-C\equiv C-H}$$\mathrm{AX_2}$$180^\circ$

3. En el cloroetè, l’enllaç C–Cl està polaritzat cap a Cl i no hi ha simetria que cancel·li el dipol resultant.

   $\chi(\mathrm{Cl})=3{,}2>\chi(\mathrm C)=2{,}5$

Plantejament Es demanen el pH d’una dissolució $1{,}0\cdot10^{-3}\,\mathrm{M}$ d’àcid làctic, la massa d’àcid per preparar-ne $500{,}0\,\mathrm{mL}$ i el material de vidre imprescindible.

1. Equilibri de l’àcid monopròtic amb l’aigua i taula d’equilibri: $c_0-x$, $x$, $x$.

   $\mathrm{CH_3CH(OH)COOH}$${}+\mathrm{H_2O\rightleftharpoons CH_3CH(OH)COO^-}$${}+\mathrm{H_3O^+}$$K_a=\frac{x^{2}}{1{,}0\cdot10^{-3}-x}$

2. La $K_a$ no és prou petita davant de $c_0$ per negligir $x$: resolem l’equació de segon grau i ens quedem amb l’arrel positiva.

   $x^{2}+1{,}38\cdot10^{-4}\,x$${}-1{,}38\cdot10^{-7}=0$${}\Rightarrow x=[\mathrm{H_3O^+}]$${}= 3{,}09\cdot10^{-4}\,\mathrm{M}$

3. Calculem el pH.

   $\mathrm{pH}=-\log(3{,}09\cdot10^{-4})=3{,}51$

4. Massa: massa molar del $\mathrm{C_3H_6O_3}$ i mols que hi ha en $0{,}5000\,\mathrm{L}$.

   $M$${}= 3\cdot12{,}0+6\cdot1{,}0+3\cdot16{,}0$${}= 90{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$$m$${}= 1{,}0\cdot10^{-3}\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\cdot0{,}5000\,\mathrm{L}\cdot90{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$${}= 0{,}0450\,\mathrm{g}$

5. Per tenir una concentració exactament coneguda cal un matràs aforat de $500\,\mathrm{mL}$: és material volumètric calibrat per contenir exactament aquest volum quan el líquid arriba a l’enràs. Es dissol l’àcid pesat en una mica d’aigua destil·lada, es passa al matràs i s’enrasa amb aigua destil·lada.