La reacción en formato de examen
Un bloque de contexto sobre la síntesis industrial del amoníaco que cruza los cinco temas sobre una sola reacción —incluida la tensión entre rendimiento y velocidad que no se puede responder sin distinguir cinética de equilibrio—, más diecinueve preguntas sueltas de gases, termoquímica, pH y REDOX.
La síntesis industrial del amoníaco parte de nitrógeno del aire e hidrógeno, según la reacción reversible N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), cuya entalpía es de −92 kJ por cada dos moles de amoníaco formados.
El proceso se lleva a cabo a unos 450 °C y a presiones cercanas a 200 atmósferas, sobre un catalizador de hierro. Esas condiciones no son las que darían el mayor rendimiento posible: son las que hacen viable la producción en un tiempo razonable.
Ni el nitrógeno ni el hidrógeno se consumen del todo: la mezcla que sale del reactor se separa, el amoníaco se retira y los gases sin reaccionar se devuelven a la entrada.
| N₂ | H₂ | NH₃ | |
|---|---|---|---|
| Coeficiente | 1 | 3 | 2 |
| Estado | gas | gas | gas |
ΔH = −92 kJ (por 2 mol de NH₃) · volumen molar en condiciones normales = 22,4 L/mol · 4 moles de gas a la izquierda frente a 2 a la derecha
La expresión correcta de la constante de equilibrio Kc para esta reacción es
Trabajar a presión muy alta favorece la producción de amoníaco porque el equilibrio se desplaza hacia la derecha, y esto ocurre debido a que
El texto señala que las condiciones industriales no son las de mayor rendimiento posible. La razón de trabajar a 450 °C, y no a una temperatura mucho más baja, es que
Sobre el papel del catalizador de hierro en este proceso, NO es correcto afirmar que
Suponiendo conversión completa, el volumen de amoníaco medido en condiciones normales que se obtiene a partir de 2 moles de nitrógeno es
De acuerdo con el dato de entalpía, la energía que se libera al formarse 0,5 moles de amoníaco es
Con la información del texto, NO se puede concluir que
Un gas ocupa 5 L a 2 atm. Si la temperatura se mantiene constante y la presión pasa a 4 atm, el nuevo volumen es
El volumen que ocupan 3 g de hidrógeno molecular (H₂) en condiciones normales es
Sobre el comportamiento de un gas ideal, NO es correcto afirmar que
Se conocen las entalpías C(s) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH = −393,5 kJ, y CO(g) + ½ O₂(g) → CO₂(g), ΔH = −283,0 kJ.
La entalpía de la reacción C(s) + ½ O₂(g) → CO(g) es
La combustión completa de un mol de metano libera 890 kJ. La entalpía de esa reacción es
Afirmación I: un catalizador aumenta el rendimiento de una reacción en equilibrio.
Afirmación II: un catalizador disminuye la energía de activación.
El factor que más acelera una reacción, porque aumenta a la vez el número de choques y la fracción de choques capaces de superar la energía de activación, es
Sobre los catalizadores, NO es correcto afirmar que
En el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g), con ΔH = −198 kJ, un aumento de la temperatura desplaza el sistema hacia
De las siguientes modificaciones sobre un sistema en equilibrio, la única que cambia el VALOR de la constante de equilibrio es
Una disolución tiene [H⁺] = 1 × 10⁻³ mol/L. Su pH y su carácter son, respectivamente,
Para una disolución de pH = 11, el pOH y la concentración de iones hidroxilo son, respectivamente,
Una disolución de un ácido fuerte tiene pH = 2. Si se diluye con agua hasta cien veces su volumen inicial, el pH resultante es aproximadamente
Sobre ácidos y bases, NO es correcto afirmar que
El volumen de disolución de NaOH 0,5 M necesario para neutralizar exactamente 20 mL de HCl 0,25 M es
El número de oxidación del cromo en el dicromato de potasio, K₂Cr₂O₇, es
El número de oxidación del oxígeno en el peróxido de hidrógeno, H₂O₂, es
En la reacción Zn(s) + Cu²⁺(ac) → Zn²⁺(ac) + Cu(s), el agente reductor es
Sobre las reacciones de oxidación-reducción, NO es correcto afirmar que
Sources & bibliography
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- 01
DIPA — Demostración Interactiva de la Prueba de Admisión
Universidad Nacional de Colombia · Dirección Nacional de AdmisionesHerramienta oficial y repetible para practicar con preguntas de los cinco componentes; entrega un puntaje por componente y un puntaje estandarizado al terminar. La propia página advierte que sirve para familiarizarse con el tipo de pregunta y que no hace parte del proceso de admisión. Es la referencia contra la que conviene contrastar la dificultad de cualquier banco generado, incluido este.
- 02
Prueba de admisión — estructura y componentes
Universidad Nacional de Colombia · Dirección Nacional de Admisiones120 preguntas de opción múltiple en 3 horas y 30 minutos, repartidas en cinco componentes: análisis textual 25, matemáticas 25, ciencias naturales 25, ciencias sociales 25 y análisis de la imagen 20. De ahí sale el ritmo promedio de 1 min 45 s por pregunta que usa el cronómetro de los bancos.
- 03
Compendium of Chemical Terminology (Gold Book)
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)Definiciones formales de los términos que estos estudios usan de manera estricta: número atómico, número de masa, isótopo, electronegatividad, energía de ionización, afinidad electrónica, enlace de hidrógeno, número de oxidación, catalizador, energía de activación, pH, quiralidad y aromaticidad.
- 04
The International System of Units (SI), 9th edition
Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) · 2019Define el kelvin, el pascal y el mol. Es la razón por la que el panel de gases insiste en que la temperatura entra en kelvin: la escala Celsius no es proporcional a la energía cinética y la ecuación deja de tener sentido con ella.
- 05
CODATA Internationally Recommended Values of the Fundamental Physical Constants
Committee on Data of the International Science Council (CODATA)Valor recomendado de la constante molar de los gases, R = 8,314462618 J·mol⁻¹·K⁻¹ exactamente, que se sigue de la definición del kelvin y del mol. El valor 0,0821 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹ que usa el material es ese mismo convertido de unidades y redondeado.
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- El volumen molar de 22,4 L y la expresión «condiciones normales».22,4 L/mol corresponde a 0 °C y 1 atm. La IUPAC define hoy el estado estándar a 0 °C y 100 kPa, y con esa definición el volumen molar es 22,7 L/mol. El material usa 22,4 porque es la cifra que el examen da por sabida, y lo declara en el panel en vez de dejar la ambigüedad abierta.
- Las entalpías usadas en los ejemplos: −393,5 kJ (combustión del carbono), −283,0 kJ (combustión del CO), −92 kJ (síntesis del amoníaco), −890 kJ (combustión del metano), −198 kJ (oxidación del SO₂).Son los valores tabulados de uso corriente y la aritmética que se hace con ellos está verificada —la ley de Hess da −110,5 kJ exactos con los dos primeros—. No se tomaron de una tabla termodinámica citada con edición, así que valen como datos de ejercicio y no como referencia termoquímica.
- Las condiciones industriales del proceso Haber-Bosch citadas en el banco (unos 450 °C y cerca de 200 atm, con catalizador de hierro).Son los órdenes de magnitud que se repiten en la literatura divulgativa y técnica; las plantas reales trabajan en rangos, no en un punto. Lo que sostiene las preguntas no son las cifras sino la tensión entre rendimiento y velocidad, que no depende de ellas.
- Que el producto iónico del agua valga 10⁻¹⁴ y que el punto neutro sea pH 7.Vale a 25 °C. A otras temperaturas cambia, y con él se mueve el pH del agua neutra — el panel lo dice. El valor exacto de Kw a 25 °C es algo distinto de 1,00×10⁻¹⁴ según la fuente; aquí se usa el redondeo escolar.
- Que la prueba se aplique en dos partes de 60 preguntas cada una, con 2 horas para la primera (análisis textual y matemáticas, más parte de ciencias) y 1 hora 30 minutos para la segunda (ciencias, sociales y análisis de imagen).Aparece de forma consistente en material preuniversitario, pero NO en las páginas de la Dirección Nacional de Admisiones, que solo declaran 120 preguntas y 3 h 30 min en total. Si fuera cierta, el ritmo real sería de 2 min por pregunta en la primera parte y de 1 min 30 s en la segunda, no de 1 min 45 s en todas. Por eso el cronómetro de los bancos ofrece los tres ritmos etiquetados por su procedencia en vez de imponer el promedio.
- Las 26 preguntas del banco y sus respuestas.Están escritas para este material, no tomadas de exámenes publicados. La aritmética está verificada numéricamente; el estilo y la dificultad son una aproximación al examen real, no una muestra de él.