1er

examen de la 1ª evaluación de Química. 2º de Bachillerato.

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1. Para que se produzca efecto fotoeléctrico en una superficie metálica se necesita una

energía mínima que lleva asociada una longitud de onda de 6000 Å.

Se ilumina esta superficie metálica con luz de longitud de onda de 4000 Å.

a) Calcula la energía umbral de la superficie metálica y la frecuencia umbral.

(1 punto)

b) ¿Se producirá efecto fotoeléctrico? Razona la respuesta. En caso afirmativo,

calcula:

b1) La energía cinética con que salen los electrones de la superficie

metálica.

b2) La velocidad con que salen los electrones de la superficie metálica.

(1,5 puntos)

Datos: h=6,63∙10-34 J∙s; c=3,0∙108 m∙s-1; me=9,11∙10-31 kg.

2. La primera y la segunda energía de ionización para un átomo A, cuyo número atómico es 3,

son 520 kJ∙mol-1 y 7300 kJ∙mol-1, respectivamente.

a) Indica qué elemento es A, así como el grupo y el periodo al que pertenece. (0,5 puntos)

b) Define primera energía de ionización. (0,5 puntos)

c) Justifica la gran diferencia de energía entre la primera y la segunda energía de ionización.

(0,5 puntos)

d) Deduce el estado de oxidación más probable de A, justificando tu respuesta. (0,5 puntos)

e) Ordena A, A+ y A- por orden de tamaño, justificando tu respuesta. (0,5 puntos)

3. a) ¿Cuáles de las siguientes combinaciones de números cuánticos son correctas? Justifica tu

respuesta. (1,25 puntos)

a1) (4, 0, 0, +1/2) a2) (4, 4, 0, -1/2)

a3) (4, -3, 0, -1/2) a4) (4, 3, -3, +1/2)

a5) (3, 1, -1, +1)

b) Haz la configuración electrónica del K, K+, K2+, K- y K2-. (1,25 puntos)

4. Una de las líneas del espectro atómico del hidrógeno corresponde a una transición de los

electrones desde la capa energética n=4 hasta la capa n=1. Es una emisión dentro del espectro

ultravioleta, como todas las transiciones con destino n=1. Estas transiciones son las de mayor

emisión energética. En concreto, la transición de n=4 a n=1 corresponde a la tercera línea de la

serie de Lyman.

a) Calcula la energía y la longitud de onda correspondiente a esta transición energética. (1

punto)

b) La luz procedente de la emisión correspondiente a la transición desde n=4 hasta n=1, ¿sería

capaz de producir efecto fotoeléctrico en un metal cuya energía umbral es de 6,4∙10-19 J?

Justifica la respuesta. (0,5 puntos)

c) Expresa la energía umbral del apartado b) en kJ∙mol-1. (0,5 puntos)

d) ¿Cuál sería la longitud de onda de la transición del espectro de absorción correspondiente a la

transición de n=1 a n=4? Justifica tu respuesta. (0,5 puntos)

Datos: h=6,63∙10-34 J∙s; c=3,0∙108 m∙s-1; R=1,097∙107 m-1, NA=6,022∙1023.

Soluciones

1. Para que se produzca efecto fotoeléctrico en una superficie metálica se necesita una

energía mínima que lleva asociada una longitud de onda de 6000 Å.

Se ilumina esta superficie metálica con luz de longitud de onda de 4000 Å.

a) Calcula la energía umbral de la superficie metálica y la frecuencia umbral.

(1 punto)

b) ¿Se producirá efecto fotoeléctrico? Razona la respuesta. En caso afirmativo,

calcula:

b1) La energía cinética con que salen los electrones de la superficie

metálica.

b2) La velocidad con que salen los electrones de la superficie metálica.

(1,5 puntos)

Datos: h=6,63∙10-34 J∙s; c=3,0∙108 m∙s-1; me=9,11∙10-31 kg.

a)

b)

Como la energía incidente es mayor que la energía umbral, sí se produce efecto fotoeléctrico.

b1)

b2)

2. La primera y la segunda energía de ionización para un átomo A, cuyo número atómico es 3,

son 520 kJ∙mol-1 y 7300 kJ∙mol-1, respectivamente.

a) Indica qué elemento es A, así como el grupo y el periodo al que pertenece. (0,5 puntos)

b) Define primera energía de ionización. (0,5 puntos)

c) Justifica la gran diferencia de energía entre la primera y la segunda energía de ionización.

(0,5 puntos)

d) Deduce el estado de oxidación más probable de A, justificando tu respuesta. (0,5 puntos)

e) Ordena A, A+ y A- por orden de tamaño, justificando tu respuesta. (0,5 puntos)

a) A es el litio (Li), su periodo es el 2 y su grupo es el 1 (alcalinos).

b) La primera energía de ionización es la mínima energía que hay que aportar a un átomo neutro

en estado gaseoso y en su estado fundamental para arrancarle un electrón, generando un catión.

Es siempre positiva puesto que siempre cuesta energía arrancar un electrón a un átomo neutro.

c) Cuando el litio pierde el primer electrón:

Li + 1ªEI → Li+ + 1 e-

Se queda con 2 electrones y adquiere configuración electrónica de gas noble (la del helio).

Li+: 1s2=[He] (configuración electrónica del helio)

Esta configuración es especialmente estable y al arrancar un segundo electrón esta

configuración se pierde, por lo que cuesta mucha energía arrancar ese segundo electrón y de ahí

que la segunda energía de ionización sea muy grande.

Li+ + 2ªEI → Li+2 + 1 e-

Li2+: 1s1 (se ha perdido la configuración estable de gas noble)

d) El estado de oxidación más probable del litio es +1, puesto que al perder un electrón adquiere

configuración de gas noble, tal y como se ha explicado en el apartado c).

e) A->A>A+

A es un átomo neutro cuya configuración electrónica es 1s2 2s1. Al perder un electrón se queda

como A+ cuya configuración electrónica es 1s2. Además del hecho de que se ha perdido el

electrón del nivel más externo (ahora el último electrón está en un nivel de energía más cercano

al núcleo), ha disminuido el apantallamiento entre electrones, puesto que hay menos, lo que

hace aumentar la carga nuclear efectiva (el núcleo atrae más fuertemente a los electrones). Esto

hace que A+ sea más pequeño que A.

En cambio, al ganar A un electrón aumenta el apantallamiento entre electrones, lo que hace

disminuir la carga nuclear efectiva (el núcleo atrae menos fuertemente a los electrones) y esto

hace que aumente el tamaño de A- con respecto a A.

3. a) ¿Cuáles de las siguientes combinaciones de números cuánticos son correctas? Justifica tu

respuesta. (1,25 puntos)

a1) (4, 0, 0, +1/2) a2) (4, 4, 0, -1/2)

a3) (4, -3, 0, -1/2) a4) (4, 3, -3, +1/2)

a5) (3, 1, -1, +1)

b) Haz la configuración electrónica del K, K+, K2+, K- y K2-. (1,25 puntos)

a) El número cuántico principal n puede tomar los valores enteros positivos, 1, 2, 3, 4…

El número cuántico secundario l puede tomar valores enteros desde 0 hasta n-1.

El número cuántico magnético m puede tomar valores enteros desde –l hasta +l, pasando por el

0.

El número cuántico de espín s puede valer +1/2 ó -1/2.

a1) n=4 l=0 m=0 s=+1/2

Para n=4, l puede valer 0, 1, 2 ó 3. Como l=0, es un valor válido de l.

Para l=0, m sólo puede valer 0, con lo cual el valor de m es correcto.

El valor de s puede ser +1/2 ó -1/2, con lo que el valor de s=+1/2 es correcto.

La combinación n=0, l=0, m=0, s=+1/2 es correcta.

a2) n=4 l=4 m=0 s=-1/2

Para n=4, l puede valer 0, 1, 2 ó 3, no puede valer 4.

Esta combinación de números cuánticos no es válida.

a3) n=4 l=-3 m=0 s=-1/2

Para n=4, l puede valer 0, 1, 2 ó 3, no puede valer -3.

Esta combinación de números cuánticos no es válida.

a4) n=4 l=3 m=-3 s=+1/2

Para n=4, l puede valer 0, 1, 2 ó 3. El valor de l es válido.

Para l=3, m puede valer -3, -2, -1, 0, +1, +2 ó +3. El valor de m es válido.

El número cuántico de espín s puede valer +1/2 ó -1/2, por lo tanto el valor de +1/2 es válido.

Esta combinación de números cuánticos es válida.

a5) n=3 l=1 m=-1 s=+1

Para n=3, l puede valer 0, 1 ó 2, por lo que el valor de l=1 es válido.

Para l=1, m puede valer -1, 0 ó +1, por lo que el valor de m es válido.

Pero s sólo puede valer +1/2 ó -1/2, nunca puede valer +1, por lo que esta combinación de

números cuánticos no es válida.

b) El número atómico del potasio es 19. Esto quiere decir que tiene 19 protones.

K (19 protones, 19 electrones): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

K+ (19 protones, 18 electrones): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

K2+ (19 protones, 17 electrones): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

K- (19 protones, 20 electrones): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

K2- (19 protones, 21 electrones): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

4. Una de las líneas del espectro atómico del hidrógeno corresponde a una transición de los

electrones desde la capa energética n=4 hasta la capa n=1. Es una emisión dentro del espectro

ultravioleta, como todas las transiciones con destino n=1. Estas transiciones son las de mayor

emisión energética. En concreto, la transición de n=4 a n=1 corresponde a la tercera línea de la

serie de Lyman.

a) Calcula la energía y la longitud de onda correspondiente a esta transición energética. (1

punto)

b) La luz procedente de la emisión correspondiente a la transición desde n=4 hasta n=1, ¿sería

capaz de producir efecto fotoeléctrico en un metal cuya energía umbral es de 6,4∙10-19 J?

Justifica la respuesta. (0,5 puntos)

c) Expresa la energía umbral del apartado b) en kJ∙mol-1. (0,5 puntos)

d) ¿Cuál sería la longitud de onda de la transición del espectro de absorción correspondiente a la

transición de n=1 a n=4? Justifica tu respuesta. (0,5 puntos)

Datos: h=6,63∙10-34 J∙s; c=3,0∙108 m∙s-1; R=1,097∙107 m-1, NA=6,022∙1023.

a)

b) Sí se produce efecto fotoeléctrico, puesto que la energía incidente (2,05∙10 -18 J) es mayor que

la energía umbral.

c)

d)

La longitud de onda depende de la energía de la radiación absorbida (de n1=1 a n2=4) o

desprendida (de n2=4 a n1=1) en la transición, y esta energía sólo depende de la diferencia de

energía entre los niveles E1 y E4.

Por tanto, la energía es la misma en una transición desde el nivel inferior (n1=1) al superior

(n2=4) que al revés, sólo que si vamos a niveles superiores se produce una absorción de energía

y si vamos a niveles inferiores se produce desprendimiento de energía, pero la cantidad de

energía absorbida o desprendida es la misma y por tanto también lo es la longitud de onda.