Evaluación de Física y Química

Ejercicio 1

Respuesta: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Se reparten los 17 electrones siguiendo el orden de Moeller y sin superar la capacidad de cada subnivel (s → 2, p → 6).

1. 1s² 2s² 2p⁶ 3s² ya suman 12 electrones
2. Quedan 5 electrones para el 3p: 3p⁵
3. Comprobación: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17

Ejercicio 2

Respuesta: Periodo 4, grupo 2

El periodo es el último nivel ocupado y, con la configuración de valencia ns², el elemento está en el grupo 2 (alcalinotérreos). Es el calcio (Z = 20).

1. Último nivel ocupado: n = 4 → periodo 4
2. Configuración de valencia 4s² → grupo 2
3. Z = 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 = 20: el calcio

Ejercicio 3

Respuesta: 10 electrones

Un catión ha perdido electrones: la carga 3+ indica 3 electrones menos que protones. El número másico no interviene.

1. Protones = Z = 13
2. Electrones = 13 − 3 = 10

Ejercicio 4

Respuesta: 1 → B · 2 → D · 3 → A · 4 → C

Metal + no metal da un compuesto iónico; no metales entre sí comparten electrones y forman moléculas o redes covalentes; los metales forman el enlace metálico.

1. NaCl: Na (metal) cede un electrón al Cl (no metal) → iónico
2. H₂O: H y O son no metales → moléculas covalentes
3. Diamante: átomos de C unidos entre sí en una red gigante → red covalente
4. Cu: metal → enlace metálico

Ejercicio 5

Respuesta: cloruro de hierro(III)

El cloro actúa con −1. Como hay 3 cloros y el compuesto es neutro, el hierro actúa con +3, que se indica en números romanos entre paréntesis. Con prefijos sería tricloruro de hierro.

1. 3 · (−1) + x = 0 → x = +3
2. Se nombra primero el no metal con -uro: cloruro
3. Resultado: cloruro de hierro(III)

Ejercicio 6

Respuesta: Na₂SO₄

El sulfato procede del ácido sulfúrico (H₂SO₄) y tiene carga −2: SO₄²⁻. El sodio forma Na⁺, así que hacen falta 2 iones sodio por cada sulfato.

1. Iones: Na⁺ y SO₄²⁻
2. 2 · (+1) + (−2) = 0 → 2 Na por cada SO₄
3. Fórmula: Na₂SO₄ (SO₃ correspondería al sulfito)

Ejercicio 7

Respuesta: 2 mol/L

La molaridad son los moles de soluto por litro de disolución: se pasa la masa a moles y el volumen a litros.

1. M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 g/mol
2. n = 20 ÷ 40 = 0,5 mol
3. V = 250 mL = 0,25 L
4. c = 0,5 ÷ 0,25 = 2 mol/L

Ejercicio 8

Respuesta: Ácido carboxílico: ácido propanoico

El grupo −COOH es el de los ácidos carboxílicos. Al contar los carbonos se incluye el del grupo funcional: hay 3 carbonos, prefijo prop-.

1. Grupo −COOH → ácido …-oico
2. Carbonos: CH₃, CH₂ y el C del COOH = 3 → prop-
3. Nombre: ácido propanoico

Ejercicio 9

Respuesta: 200 000 J

La velocidad debe estar en m/s antes de aplicar E_c = ½ · m · v².

1. v = 72 ÷ 3,6 = 20 m/s
2. E_c = ½ · 1000 · 20²
3. E_c = 500 · 400 = 200 000 J

Ejercicio 10

Respuesta: 19,8 m/s

Sin rozamiento la energía mecánica se conserva: toda la energía potencial inicial se transforma en cinética. La masa se simplifica.

1. m · g · h = ½ · m · v²
2. v² = 2 · 9,8 · 20 = 392
3. v = √392 ≈ 19,8 m/s

Ejercicio 11

Respuesta: 250 J

Solo trabaja la parte de la fuerza que tiene la dirección del desplazamiento: por eso aparece cos α.

1. W = F · Δx · cos α
2. W = 50 · 10 · 0,5
3. W = 250 J

Ejercicio 12

Respuesta: 73,5 %

La potencia útil es el trabajo realizado para subir el saco dividido entre el tiempo; el rendimiento la compara con la potencia consumida.

1. W = m · g · h = 40 · 9,8 · 15 = 5880 J
2. P útil = 5880 ÷ 8 = 735 W
3. Rendimiento = 735 ÷ 1000 · 100 = 73,5 %

Ejercicio 13

Respuesta: 167 200 J

Mientras no hay cambio de estado, el calor necesario se calcula con Q = m · c · ΔT.

1. ΔT = 100 − 20 = 80 °C
2. Q = 0,5 · 4180 · 80
3. Q = 167 200 J (unos 167 kJ)

Ejercicio 14

Respuesta: 125 m

Es un MRUA: primero se calcula la aceleración y después se aplica la ecuación de la posición.

1. a = Δv ÷ Δt = 25 ÷ 10 = 2,5 m/s²
2. Δx = v₀ · t + ½ · a · t² = 0 + ½ · 2,5 · 10²
3. Δx = 125 m

Ejercicio 15

Respuesta: 44,1 m

En el punto más alto la velocidad es cero. Se calcula el tiempo de subida y luego la altura (también puede usarse v² − v₀² = −2 · g · h).

1. 0 = 29,4 − 9,8 · t → t = 3 s
2. y = 29,4 · 3 − 4,9 · 3²
3. y = 88,2 − 44,1 = 44,1 m

Ejercicio 16

Respuesta: 8 m/s²

En el MCU el módulo de la velocidad es constante, pero su dirección cambia: hay una aceleración dirigida hacia el centro, a_n = ω² · R.

1. a_n = ω² · R
2. a_n = 4² · 0,5 = 16 · 0,5
3. a_n = 8 m/s²

Ejercicio 17

Respuesta: 6,04 m/s²

Se calcula la normal en el eje vertical, luego el rozamiento, y se aplica ΣF = m · a en el eje del movimiento.

1. P = 5 · 9,8 = 49 N → N = 49 N
2. F_r = μ · N = 0,2 · 49 = 9,8 N
3. ΣF = 40 − 9,8 = 30,2 N
4. a = 30,2 ÷ 5 = 6,04 m/s²

Ejercicio 18

Respuesta: La fuerza con la que el libro atrae a la Tierra

El peso es la fuerza con la que la Tierra atrae al libro; su reacción es la fuerza con la que el libro atrae a la Tierra. La normal también actúa sobre el libro, así que no puede ser la reacción del peso.

1. Acción: la Tierra atrae al libro (actúa sobre el libro)
2. Reacción: el libro atrae a la Tierra (actúa sobre la Tierra)
3. Peso y normal se equilibran porque el libro está en reposo, no por la 3.ª ley

Ejercicio 19

Respuesta: 4 N

La fuerza gravitatoria es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia: si la distancia se multiplica por 3, la fuerza se divide entre 3² = 9.

1. F = G · M · m ÷ d²
2. d → 3d: F se divide entre 9
3. 36 ÷ 9 = 4 N

Ejercicio 20

Respuesta: Sube y acaba flotando con una parte fuera del agua

Se compara el peso con el empuje que recibe totalmente sumergido. Como el empuje es mayor, el objeto sube y flota (su densidad, 800 kg/m³, es menor que la del agua).

1. P = 0,8 · 9,8 = 7,84 N
2. E = ρ · g · V = 1000 · 9,8 · 0,001 = 9,8 N
3. E > P → sube hasta flotar, con E = P

Ejercicio 21

Respuesta: 5

Se ajusta primero el carbono, luego el hidrógeno y, al final, el oxígeno, que aparece solo como O₂.

1. C: 3 a la izquierda → 3 CO₂
2. H: 8 a la izquierda → 4 H₂O
3. O a la derecha: 3 · 2 + 4 · 1 = 10 átomos → 5 O₂
4. C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

Ejercicio 22

Respuesta: 66 g

Se pasa el dato a moles, se aplica la proporción de los coeficientes y se vuelve a pasar a masa.

1. M(C₃H₈) = 3 · 12 + 8 · 1 = 44 g/mol → n = 22 ÷ 44 = 0,5 mol
2. Proporción 1 : 3 → 1,5 mol de CO₂
3. M(CO₂) = 44 g/mol → m = 1,5 · 44 = 66 g

Ejercicio 23

Respuesta: 4,48 L

En condiciones normales, 1 mol de cualquier gas ocupa 22,4 L.

1. n(Zn) = 13 ÷ 65 = 0,2 mol
2. Proporción 1 : 1 → 0,2 mol de H₂
3. V = 0,2 · 22,4 = 4,48 L

Ejercicio 24

Respuesta: Enfriar la mezcla de reactivos

Según la teoría de colisiones, la velocidad aumenta con los choques eficaces. Al enfriar, las partículas se mueven más despacio y chocan con menos energía: la reacción se hace más lenta.

1. Polvo → más superficie de contacto → más rápida
2. Más concentración → más choques → más rápida
3. Catalizador → acelera sin consumirse
4. Menos temperatura → choques menos energéticos → más lenta

Ejercicio 25

Respuesta: Aumenta y se acerca a 7

La disolución de HCl es ácida (pH < 7). La base reacciona con el ácido (HCl + NaOH → NaCl + H₂O) y lo va eliminando, así que el pH sube hacia 7, el valor neutro.

1. Al principio: ácido → pH < 7
2. Ácido + base → sal + agua
3. Al neutralizarse el ácido, el pH aumenta hasta 7