PAU Química 2026 · Setembre · Sèrie 2 · Exercici 4

Exercici 4 Puntuació total de l’exercici 4 [2,5 punts en total] Responeu només a DOS dels quatre apartats que es plantegen (4.1, 4.2, 4.3 i 4.4). L’ús de fertilitzants químics és una pràctica habitual en l’agricultura moderna per a aug- mentar el rendiment dels conreus. Un dels més utilitzats és el nitrat d’amoni (NH4NO3), que aporta nitrogen en dues formes que les plantes poden assimilar: l’ió amoni (NH+ 4) i l’ió nitrat (NO– 3). Aquest compost és molt soluble en aigua i, en dissoldre’s, pot modificar el pH del sòl, i per tant, afectar la disponibilitat dels nutrients minerals. Quan es dissol en aigua, el nitrat d’amoni es dissocia completament: NH NO (s) → NH+ 4(aq) + NO3(aq) – 4 3 I l’ió amoni format es comporta com un àcid feble segons l’equilibri següent: 4(aq) + H2O(l) ⇌ NH NH+ 3(aq) + H3O (aq) Ka = 5,62 × 10–10 a 25 °C + En els sòls agrícoles, el pH influeix fortament en la disponibilitat dels nutrients. Amb valors de pH baixos, els ions Fe2+ i Mn2+ es tornen més solubles, però el fòsfor (en forma de PO3– 4 ) queda retingut i esdevé menys accessible per a les plantes. D’altra banda, amb valors de pH alts passa el contrari: el ferro es torna insoluble i menys accessible per a les plantes, mentre que el fòsfor es troba més disponible. 4.1. Determineu les concentracions (en molaritat) de totes les espècies presents en equilibri (incloent-hi els ions OH–) en una mostra que conté 14,25 g de nitrat d’amoni dissolts en 100,0 mL d’aigua a 25 °C. Expliqueu de manera raonada si la solució resultant acidifica o alcalinitza el sòl i com això pot afectar la disponibilitat de ferro i de fòsfor per a les plantes. [1,25 punts] Puntuació de l’apartat 4.1 4.2. En els sòls agrícoles, l’ió amoni es pot oxidar fins a nitrat mitjançant l’acció de diversos microorganismes. Per exemple, els enzims dels bacteris del gènere Nitrosomonas inicien aquest procés catalitzant la formació de nitrit a partir d’amoni: Nitrosomonas 2 NH+ 4 (aq) + 3 O 2(g) 2 NO– 2(aq) + 4 H+(aq) + 2 H2O(l) Aquesta reacció és lenta i la seva velocitat depèn de diversos factors ambientals. Expliqueu de manera justificada quin efecte tindran els factors següents sobre la velo- citat d’aquesta reacció: a) un augment de la temperatura, en un interval que no afecti la proliferació ni l’estabilitat dels bacteris de tipus Nitrosomonas; b) un augment de la concentració d’oxigen en remoure el terreny amb un motocultor, i c) l’acidificació del medi, que redueix la població de bacteris del gènere Nitrosomonas. [1,25 punts] Puntuació de l’apartat 4.2 4.3. Els microorganismes que es troben a la terra també poden oxidar la matèria orgànica que els envolta, i aquest fenomen es pot utilitzar per a generar electricitat en les anomenades bio- piles (o microbial fuel cells). Tal com es mostra a la figura, en una biopila senzilla els bacteris del compartiment de l’ànode descomponen compostos orgànics presents al sòl i alliberen electrons i protons. Els electrons es dirigeixen cap al càtode a través d’un circuit extern, i generen corrent elèctric, mentre que els protons travessen una membrana fins al càtode, on reaccionen amb l’oxigen i formen aigua. Escriviu la semireacció que té lloc al càtode d’una biopila. Puntuació de l’apartat 4.3 Puntuació de l’apartat 4.4