Xvi Olimpiada Nacional De Quimica Mx

XVI OLIMPIADA NACIONAL DE QUIMICA PRIMER EXAMEN MATUTINO LUNES 19 DE FEBRERO DE 2007 A Y B Total: 30 preguntas Tiempo asignado: 75 minutos Para complementar su alimentación muchas personas ingieren pastillas que contienen vitaminas y minerales . En un producto comercial encontramos la siguiente información: Cada tableta con una masa de 0.80 g contiene las siguientes substancias: Fosfato de calcio Yoduro de Potasio Sulfato de Magnesio Oxido de Magnesio Vitamina B6 Vitamina E(d- alfa- tocofero) El resto es sustancia inerte

160mg 0,20mg 3,10mg 100,0mg 5mg 30 U.I

Sulfato ferroso Sulfato de cobre(II) pentahidratado Oxido de Zinc(ZnO) Vitamina B2 Vitamina C(ácido absorbico) Selenato de sodio

50,9mg 2,5mg 15mg 5mg 90mg 0,05mg

U.I significa “unidad internacional” pero no pertenece al sistema internacional de unidades. El termino U.I esta asociada a una actividad biológica mas que a una masa determinada. Por esta razón, el significado de U.I es diferente para cada sustancia, por ejemplo, una U.I de vitamina C equivale a 0,05 mg de ácido ascórbico y una U.I de vitamina E corresponde a 0,667 mg de d-alfa-tocoferol. 1) La formula química de la vitamina E es C29H50O2, ¿cuántas tabletas se deberían tomar para ingerir 0.001 moles de sustancia? A C

Menos de 15 tabletas Entre 20 y 22 tabletas

B D

Entre 16 y 18 tabletas Mas de 24 tabletas

B D

Entre 240 y 260 Mas de 280

C

2) La masa molar del sulfato de cobre(II) B A C

Menos de 240 Entre 261 y 280

3) Si una persona ingiere dos de estas tabletas¿ cuantas U.I de vitamina C habra ingerido? A C

Menos de 3000 Entre 3500 y 3700

B D

Entre 3100 y 3400 Mas de 3800

C

4)

El sulfato ferrico o sulfato de hierro (III), Fe2(SO4)3, es un compuesto cuya masa molar es, aproximadamente: A 400 g mol-1 800 g mol-1

A C

200 g mol-1 112 g mol-1

B D

5) En una mezcla de mismo numero de gramos de FeSO4 y de Fe2(SO4)3, la fracción mol del sulfato terroso o sulfato de hierro(II) es : D A Menos de 0.5 B 0.5 C Entre 0.55 y 0.7 D Mayor a 0.7 6) Una de estas tabletas se disuelve totalmente en agua hasta tener 100mL de disolución, la concentración molar del selenato de sodio (Na2SeO4) será en mol L-1 Menor a 3 x 10-6 2.6 x 10-2

A C

B D

2.6 x 10-5 Mayor a 3 x 10-2

7) Un análisis demostró que el compuesto de calcio contenido en las tabletas es realmente CaHPO4 . El % en masa de Ca en este producto es: A C

Menor al 25% Entre 36 y 45%

B D

A

B

Entre 26 y 35% Mayor al 45%

8) El sulfato de zinc se puede obtener haciendo reaccionar zinc metálico con ácido sulfúrico. Otro de los productos de la esta reacción es: B A) Oxigeno

B) Hidrógeno

C)Azufre

D)Agua

9) Para producir el oxido de zinc se hace reaccionar este metal con oxigeno gaseoso ¿Cuántos moles se requieres, aproximadamente, para producir 16 mg de este compuesto? B A) 3.1 x 10-3

B) 9.83 x 10-5

C)4.9 x 10-5

D)1.55 x 10-3

10) ¿Cuál de estos elementos tiene la mayor electronegatividad? A)Fluor

B) Oxigeno

C) Neon

D)Litio

A

11) De acuerdo a la ley de los gases ideales, 16 gramos de oxigeno gaseoso a una temperatura de 10°C y presión de 0.5 atm, ocuparían un volumen de : (R=0.082 L- atm / mol K ) D A C

Menos de 12L Entre 17 y 22.8 L

B D

Entre 12 y 16 L Mas de 22.8L

12) El ácido nítrico es un liquido cuya densidad es 1.574 g/ cm3. Por lo tanto la masa contenida en medio litro de ácido nítrico es: B A) 15.74g B) 787.0 g C) 7.87g D)78.7g 13) El ácido nítrico (HNO3) concentrado tiene un 90% en masa del ácido y el resto es agua, al calcular la molalidad (mol Kg.-1) del ácido suponiendo al agua como el disolvente, obtenemos un valor igual a : B A) 14.28 m

B)142.8m

C) 90m

D) 9.0m

14) Un matraz aforado de 100.0 mL se pesa vació y la lectura es 25.83 g. Este matraz se llena hasta el aforo con un liquido “X” y se pesa nuevamente. Ahora la lectura es 108.93g. La densidad del liquido “X” es, en g/ cm3 : C A) 0.00831

B) 0.0831

C) 0.831

D) 83.1

15) En la cifra 0.000421, el numero de cifras significativas es: A) seis B) cinco C) cuatro

D) tres

D

16) Si se mezclo medio litro de solución acuosa 0.2 molar (mol L-1) de cloruro de sodio con 250.0 mL de una solución 0.5 molar del mismo compuesto, la concentración molar del cloruro de sodio en la solución obtenida es: C A) 0.7 M

B) O.5M

C) 0.3 M

17) Al balancear la ecuación : FeCr2O4 + K2CO3 + O2 → 2Fe2O3 + El coeficiente estequiometrico para el oxigeno es: A)12

B) 7

C)6

D)14

K2CrO4

D) 0.255 M + CO2 B

Para contestar las preguntas 18 a 23, considera los datos que aparecen en la siguiente tabla: Nombre de la Formula Punto de fusion Punto normal de sustancia ebullición (1 atm) Metanol CH3OH -98°C 65°C Etanol C2H5OH -130°C 78°C Benceno C6H5 5.5°C 80°C Agua H2O 0°C 100°C 5 1atm= 1.01325 x 10 Pa =760 mmHg 18) Si tomamos una muestra de 100.0 g de cada una de estas sustancias ¿ en cual de las muestras tendríamos un menor numero de moles? C A) Metanol

B) Etanol

C) Benceno

D)Agua

19) Si preparamos una solución con la misma cantidad de gramos de agua y de etanol, la fracción mol del etanol en esta solución es: C A) 0.5 B) mayor a 0.5 C) menor a 0.5 D) No se puede calcular sin conocer la masa total de las disolución 20) A una temperatura de 348 K y P = 760 mmHg, ¿Cuántas de estas sustancias se encuentran en estado liquido? A)Todas

B) Tres

C) Una

B

D)Ninguna

21) ¿Cuál de estas sustancias tienen una densidad mayor en estado solido que en estado liquido? D A)Metanol B)Etanol C)Benceno D)Agua 22) ¿Cuál de estas sustancias tiene una molécula en forma de ciclo? A)Metanol B) Etanol C) Benceno D) Agua

C

23) Si tenemos una muestra de etanol y nos encontramos a una altura de 3000 metros sobre el nivel del mar, ¿cuál podría ser la temperatura de ebullición de esta sustancia? A A) 68°C

B)78°C

C)88°C

D)93°C

24) ¿Cuál de los siguientes óxidos al reaccionar con agua produce un ácido fuerte? A

A) SO3

B)K2O

C) CO2

D) Na2O

25)Al reaccionar 100.0 mg de sodio con 100mL de agua, se produce hidróxido de sodio e hidrógeno. El volumen de hidrógeno desprendido (medido a 1atm y a 273.15°K) es, en mL: C A) 22400 B) 224 C) 49 D) 98 26)La concentración de la disolución de hidróxido de sodio formada en la reacción indicada en la pregunta anterior es: B/D A) 4.35 x 10-3M

B)4.35 x 10-2M

C) 4.35 x 10-1 M

D)4.35 x 10-2M

27) Si disolvemos 1 x 10-3 moles de NaOH en 100mL de agua, el pH de esta solución será: D A) 2 B) 3 C) 11 D) 12 28) De acuerdo con el modelo de Lewis identifique el grupo de especies químicas con carácter básico: B/D A) NaOH, HCl, Na2SO4 C) Al(OH)3 , H2SO4

B) NaOH, NH3, PCl3 D)CO, Cl-, NO2-

29) En la siguiente reacción, las letras griegas “α ”, “β ”, “γ ” representan elementos químicos 4α β γ 3 → 2α 2γ + 4β γ 2 + γ 2 Elemento γ es de mucha importancia para la vida y en estado gaseoso su molécula es diatomica. La masa molecular de compuesto α β γ 3 es 68.94 g/mol y este compuesto contiene nitrógeno. El elemento α es: B A) H B) Li C)Be D) Na 30) El carbonato del elemento α (mismo de la pregunta anterior) se descompone calentándolo a 800°C. Los productos obtenidos son óxidos del elemento α y CO2. Por cada mol del carbonato que se descompone, se obtienen de CO2: A) 0.5moles B) 1 mol C) 2 moles D) 3 moles B

SEGUNDO EXAMEN 12:30- 14:00 hrs. LUNES 19 DE FEBRERO NIVEL: A Total: 12 preguntas Tiempo asignado: 90 minutos Total : 226 puntos Fisicoquímica: 10 puntos Orgánica: 200 puntos Química inorgánica: 16 puntos 1- Un carro tanque de ferrocarril de 30m3 de capacidad transporta gas L.P (gas licuado de petróleo). El gas se transporta a presión en forma liquida, pero al descargar el tanque a temperatura ambiente de 25°C, solo queda la mezcla gaseosa con una composición de 30% en masa de propano (C3H8) y el resto de butano (C4H10) a una

presión ambiental de 650 mmHg. Al terminar la descarga se inicia un incendio que pone en peligro el tanque para lo cual se rocía con agua. Sin embargo, se estima que la temperatura del tanque puede ascender hasta 90°C. A esta temperatura los empaques de las válvulas del tanque resisten una presión máxima de 3 atm. R= 8.314 J/mol K = 8.314 Pa m3 / mol K = 0.082 atm L/ mol K 1 atm =760 mmHg = 101325 Pa Considerando comportamiento ideal de los gases, contesta lo siguiente: a) El numero de moles de propano en el tanque al finalizar la descarga Suponer 100g: 30g de C3H2 y 70g de C4H10 Y4= 1.2069/ 1.8887 = 0.63901 M3= 30/44 = 0.6818 M= 70/58 = 1.2069/ 1.8887 Y3 = 0.6818 / 1.88887 = 0.36099 MT =PtVt/ Vt = (650 / 700) atm x 101325 Pa/ atm x 30 cm3 / 8.314 Pa cm3/ mol K x 298.15 K MT= 1048.8 moles Min 377.84 Max 379.36 M3= Y3MT M3= 0.36099( 1048.8 mol) = Npropano = 378.6 mol b) El numero de moles de butano en el tanque al finalizar la descarga Minimo 668,86

Real 670.2

Maximo 671.54 Nbutano = 670.2 mol

c) La fraccion mol de propano en el tanque Minimo = 0.36027 Fraccion = 0.36099

Maximo = 0.36171

d) La masa de propano (en Kg) , en el tanque Minimo = 16.62508 Masa del propano = 16.6584 Kg e) La masa del butano (en Kg) , en el tanque Minimo =38.974 Masa del butano=38.8716Kg

Maximo = 16.69172

Maximo= 38.949

f) La presión total en pascales (Pa), en el tanque a 90°C Minimo = 10, 5340.9 P = 10,5552 Pa Máximo = 10.5763.1 g) La presión parcial del butano en pascales, en el tanque a 90°C Mínimo = 67314.1 P = 67449 Pa Maximo = 67589. 0

h) La densidad de la mezcla (en Kg/m3) en el tanque a la temperatura de 25°C Minimo = 1.8473 densidad a 90°C = 1.851 Kg/m3 Maximo = 1.8547 i) La densidad de la mezcla (en Kg/m3) en el tanque a la temperatura de 25°C Minimo = 1.8473 densidad a 90°C = 1.851 Kg/m3 Maximo = 1.8547 j) ¿Resistirán los empaques de las válvulas? Marca con una X y justifica tu respuesta Resisten SI X NO: P = 10,5552 Pa 2- Indica cuantos isomeros estructurales, incluyendo estéreoisómeros existen como la formula C4H8 a) b) c) d)

X

3 4 5 6

3- ¿Cómo se conoce a la orientación en el espacio de los átomos en una molécula? a) b) c) d)

constitución configuración conformación composición

X

4- Indica como se podrian llevar acabo las siguientes transformaciones

5- Escribe la estructura del producto principal de cada una de las siguientes reacciones

6-La fracción molar de dióxido de azufre (SO2) disuelto en una mezcla de gases que contiene 120 g de SO2 en cada 1500g de dióxido de carbono es: Cálculos 120/64 = 1.875 1500 / 44 = 34.091 F(x)SO2 = 0.876/ (34.09 + 1,875) = 0.052

fracción molar de SO2 = 0.052

7-Cuando un estudiante disolvió 0.1 mol de un ácido HA en un litro de disolución, obtuvo un valor de pH= 2.4. Esta observación le permitió indicar que el valor del pKa de este ácido es: Ka =[H+] [A-] / [HA] = 10-4.8 / (1-0.004) Valor de pKa = 3.78 8- Los electrodos de un acumulador de plomo están constituidos, respectivamente, por laminas de plomo recubiertas por plomo esponjoso y por PbO2, ambos sumergidos en H2SO4 4.1 mol/L a) Las reacciones balanceadas que ocurren sobre cada uno de los electrodos en el proceso de descarga del acumulador y la polarizad de cada electrodo en el proceso Catodo PbO2 + H2SO4 + 2e- ↔ PbSO4 + 2OHAnodo Pb + H2SO4 + 2e- ↔ PbSO4 + 2H+ b) Si dicho acumulador suministra curante su descarga 10 A/h calcula la cantidad de PbO2 transformado a Pb2+ luego de una hora de descarga Q= 10 x 60 x 60 As = 36,000 As =Nfm M= 36000/ 2.96484 mol Cantidad de PbO2 = 0.18656 mol o 44.62 g multiplicar por su masa molar Datos: valor del Faraday 96484 Cb

9- El envenenamiento por cadmio produce problemas pulmonares, óseos, etc. Debido a que interfiere en el metabolismo de algunos oligoelementos (tales como Zn, Cu, Fe y Ca). El Cd2+ se vierte en descargas de diferentes tipos de industrias (baterías, pigmentos, semiconductores, estabilizadotes de PVC, etc). Una de estas industrias vierte un contenido de Cd2+ igual a 0.003 moles por cada litros de agua, el técnico responsable afirma que si se alcaliniza el agua hasta un pH = 8, el cadmio quedara insolubilizado en forma de sulfato y/o hidróxido y que por lo tanto mediante filtros podría ser eliminado de las aguas de descarga.

Calcula la composición de la disolución para demostrar si en esas condiciones es cierto lo que el técnico asegura (sin considerar las concentraciones de otras posibles especies en solución ni los equilibrios de acidez del ion SO42-) Datos: pKS (CdSO4) = 1.59; pKS (Cd(OH)2) = 13.8 [H+] = 10-8 mol/L [OH-]= 10-6 mol/L 2+ [Cd ] = 0.003 mol/L [SO42-]= 0.003 mol/L No precipita ni como OH- ni como SO42Con 1x 10-5 lo congruente es que precipite y secarse dará u precipitado por congruencia: Por lo que_______X________ _____________________________ Queda disuelto precipita como sulfato o hidróxido 10- De los siguientes ácidos del cloro : HClO, HClO2, HClO3 y HClO4 , el mas fuerte es: a) El HClO b)HClO2, c) HClO3 d) HClO4 e)No hay diferencia en la fuerza ácido-base Respuesta___D___ 11- La fuerza de estos ácidos: a) Es mayor cuanto mayor sea el numero de oxidación del elemento central b) Es mayor cuanto menor sea el numero de oxidación del elemento central c) No depende del numero de oxidación del elemento central d) Es la misma cuando se trata del elemento central e) Es menor cuando aumenta el numero de átomos de oxigeno Respuesta____A___ 12-Completar y balancear la siguiente reacción iónica en medio básico ___Mn2+ + _4_ MnO4- + _8 OH-_ → _5_ MnO42- + _4H2O_

SEGUNDO EXAMEN 12:30- 14:00 hrs. LUNES 19 DE FEBRERO NIVEL: B Total: 12 preguntas Tiempo asignado: 90 minutos Total : 226 puntos Fisicoquímica: 10 puntos Orgánica: 200 puntos Química inorgánica: 16 puntos

6- Un carro tanque de ferrocarril de 30m3 de capacidad transporta gas L.P (gas licuado de petróleo). El gas se transporta a presión en forma liquida, pero al descargar el tanque a temperatura ambiente de 25°C, solo queda la mezcla gaseosa con una composición de 30% en masa de propano (C3H8) y el resto de butano (C4H10) a una presión ambiental de 650 mmHg. Al terminar la descarga se inicia un incendio que pone en peligro el tanque para lo cual se rocía con agua. Sin embargo, se estima que la temperatura del tanque puede ascender hasta 90°C. A esta temperatura los empaques de las válvulas del tanque resisten una presión máxima de 3 atm. R= 8.314 J/mol K = 8.314 Pa m3 / mol K = 0.082 atm L/ mol K 1 atm =760 mmHg = 101325 Pa Considerando comportamiento ideal de los gases, contesta lo siguiente: k) El numero de moles de propano en el tanque al finalizar la descarga Suponer 100g: 30g de C3H2 y 70g de C4H10 Y4= 1.2069/ 1.8887 = 0.63901 M3= 30/44 = 0.6818 M= 70/58 = 1.2069/ 1.8887 Y3 = 0.6818 / 1.88887 = 0.36099 MT =PtVt/ Vt = (650 / 700) atm x 101325 Pa/ atm x 30 cm3 / 8.314 Pa cm3/ mol K x 298.15 K MT= 1048.8 moles Min 377.84 Max 379.36 M3= Y3MT M3= 0.36099( 1048.8 mol) = Npropano = 378.6 mol l) El numero de moles de butano en el tanque al finalizar la descarga Minimo 668,86

Real 670.2

Maximo 671.54 Nbutano = 670.2 mol

m) La fraccion mol de propano en el tanque Minimo = 0.36027 Fraccion = 0.36099

Maximo = 0.36171

n) La masa de propano (en Kg) , en el tanque Minimo = 16.62508 Masa del propano = 16.6584 Kg o) La masa del butano (en Kg) , en el tanque Minimo =38.974 Masa del butano=38.8716Kg

Maximo = 16.69172

Maximo= 38.949

p) La presión total en pascales (Pa), en el tanque a 90°C Minimo = 10, 5340.9 P = 10,5552 Pa Máximo = 10.5763.1

q) La presión parcial del butano en pascales, en el tanque a 90°C Mínimo = 67314.1 P = 67449 Pa Maximo = 67589. 0 r) La densidad de la mezcla (en Kg/m3) en el tanque a la temperatura de 25°C Minimo = 1.8473 densidad a 90°C = 1.851 Kg/m3 Maximo = 1.8547 s) La densidad de la mezcla (en Kg/m3) en el tanque a la temperatura de 25°C Minimo = 1.8473 densidad a 90°C = 1.851 Kg/m3 Maximo = 1.8547 t) ¿Resistirán los empaques de las válvulas? Marca con una X y justifica tu respuesta Resisten SI X NO: P = 10,5552 Pa

2-La fracción molar de dióxido de azufre (SO2) disuelto en una mezcla de gases que contiene 120 g de SO2 en cada 1500g de dióxido de carbono es: Cálculos 120/64 = 1.875 1500 / 44 = 34.091 F(x)SO2 = 0.876/ (34.09 + 1,875) = 0.052

fracción molar de SO2 = 0.052

3-Cuando un estudiante disolvió 0.1 mol de un ácido HA en un litro de disolución, obtuvo un valor de pH= 2.4. Esta observación le permitió indicar que el valor del pKa de este ácido es: Ka =[H+] [A-] / [HA] = 10-4.8 / (1-0.004) Valor de pKa = 3.78 4- Los electrodos de un acumulador de plomo están constituidos, respectivamente, por laminas de plomo recubiertas por plomo esponjoso y por PbO2, ambos sumergidos en H2SO4 4.1 mol/L c) Las reacciones balanceadas que ocurren sobre cada uno de los electrodos en el proceso de descarga del acumulador y la polarizad de cada electrodo en el proceso Catodo PbO2 + H2SO4 + 2e- ↔ PbSO4 + 2OHAnodo Pb + H2SO4 + 2e- ↔ PbSO4 + 2H+ 5- El envenenamiento por cadmio produce problemas pulmonares, óseos, etc. Debido a que interfiere en el metabolismo de algunos oligoelementos (tales como Zn, Cu, Fe y Ca). El Cd2+ se vierte en descargas de diferentes tipos de industrias (baterías, pigmentos, semiconductores, estabilizadotes de PVC, etc). Una de estas industrias vierte un contenido

de Cd2+ igual a 0.003 moles por cada litros de agua, el técnico responsable afirma que si se alcaliniza el agua hasta un pH = 8, el cadmio quedara insolubilizado en forma de sulfato y/o hidróxido y que por lo tanto mediante filtros podría ser eliminado de las aguas de descarga. Calcula la composición de la disolución para demostrar si en esas condiciones es cierto lo que el técnico asegura (sin considerar las concentraciones de otras posibles especies en solución ni los equilibrios de acidez del ion SO42-) Datos: pKS (CdSO4) = 1.59; pKS (Cd(OH)2) = 13.8 [H+] = 10-8 mol/L [OH-]= 10-6 mol/L [Cd2+] = 0.003 mol/L [SO42-]= 0.003 mol/L 2No precipita ni como OH ni como SO4 Con 1x 10-5 lo congruente es que precipite y secarse dará u precipitado por congruencia: Por lo que_______X________ _____________________________ Queda disuelto precipita como sulfato o hidróxido 6- De los siguientes ácidos del cloro : HClO, HClO2, HClO3 y HClO4 , el mas fuerte es: a) El HClO b)HClO2, c) HClO3 d) HClO4 e)No hay diferencia en la fuerza ácido-base Respuesta___D___ b) La fuerza de estos ácidos: f) Es mayor cuanto mayor sea el numero de oxidación del elemento central g) Es mayor cuanto menor sea el numero de oxidación del elemento central h) No depende del numero de oxidación del elemento central i) Es la misma cuando se trata del elemento central j) Es menor cuando aumenta el numero de átomos de oxigeno Respuesta____A___ 7-Completar y balancear la siguiente reacción iónica en medio básico ___Mn2+ + _4_ MnO4- + _8 OH-_ → _5_ MnO42- + _4H2O_

TERCER EXAMEN LUNES 19 DE FEBRERO 16:30 – 19:30 NIVEL: A Total: 11 preguntas tiempo asignado: 180 minutos

1- Se disolvieron 1.0mL de acido clorhidrico concentrado (37% p/p, p = 1.19g mL-1) en un matraz de 500.0mL y se diluyo con agua destilada hasta nivel de aforo. De la disolcion asi preparada se tomaron 20.0 mL, se vertieron en un erlenmeyer de 250mL al cual se agregaron 25mL de agua. ¿Qué volumen de NaOH(ac) 0.100 M se necesita para neutralizar el acido contenido en erlenmeyer y cual es su concentración( expresada en M) de la disolucion concentrada inicial? Calculos (1.19 x 0.37 x 1000) /36.5 = 12.06 M de HCl (12.06 x 20) / 1000 x 500 = 4.84 x 10-4 (4.84 x 10-4 x 1000) / 0.1 = 4.82mL Volumen 4.82 mL Concentración inicial 12.06M mol L-1

2-Cuando dos placas de un mismo metal M, con igual masa y superficie se sumergieron una en una disolución de AgNO3 y otra en una de Cu(NO3)2 se observo el deposito de Ag y Cu en cada una de las respectivas placas. Por otra parte, en ambas disoluciones se demostro la presencia de iones M2+ . Una vez terminado el deposito, las 2 placas metalicas se secaron y pesaron; se observo una disminución del 5.51% del pero en la placa que habia estado sumergida en la solucion de nitrato de cobre y un aumento del 9.70% en la sumergida en la del nitrato de plata. Indica: 2-a) Las reacciones balanceadas que ocurren en cada una de las placas son: Cu2+ + M → M2+ + Cu0 2Ag+ + M → M2+ + 2Ag0 2-b)El elemento del cual están constituidas las placas son: 109.70 = 107.9 (2x) – (masa M)x 94.49 = 63.5 (x) – (masa M) x Masa molar = 118.7 El metal es: Estaño (Sn) 2-c) Esta información te permite deducir que el valor de potencial estándar del sistema M2+/ M es (Mayor o menor)____Menor_____ que el sistema Cu2+/ Cu y que el del sistema Ag+/Ag es (mayor o menor) __mayor_____ que el del sistema M2+/ M 3-Se añade lentamente nitrato de plata solido a una solucion acuosa que es 0.0010 M en NaCl y en NaBr. Datos (a 298,15 K): Ks(AgBr) = 3,3 x 10-13 , Ks (AgCl) = 1,8 x 10-10 3-a) Cal cula la [Ag] requerida para iniciar la precitación de cada uno de los halaros [Ag+] para que precipite el bromuro 3,3 x 10-13 / 1 x 10-3 = 3,3 x 10-10 [Ag+] para que precipite el cloruro 1,8 x 10-10/ 1 x 10-3 = 1.8 x 10-7 3-b) Calcula el porcentaje de AgBr precipitado antes de que precipite el AgCl

3.3 x 10-13 / 1.8 x 10-7 = 1.83 x 10-6 Br- libre (0.1 – 1.83 x 10-6) / (0.001 x 100) = 99.82 % casi todo libre

FISICOQUIMICA 4- Los calore producidos por la combustión completa de muchos compuestos orgánicos se determinan quemando la sustancia en una bomba de combustión a volumen constante. Los calores de combustión se emplean para calcular los calores de formación de compuestos orgánicos. Si el compuesto solo contiene carbono e hidrógeno, los productos de la combustión son agua liquida y bióxido de carbono gaseoso y a partir de entalpías de formación de estos compuestos y junto con el calor de combustión es posible determinar la entalpia de formación del compuesto. Tabla 1: Entalpias estandar a 25°C Sustancia Entalpia de combustión Benceno C6H6 (l) ∆ Hcomb = -780 980 cal/mol Benceno C6H6 (g) ∆ Hcomb = -787 200 cal/mol Sustancia H2O (l) H2O (g)

∆ Hf ∆ Hf

Entalpia de combustión = -68320 cal/mol = -57800 cal/mol

= -94054 cal/mol ∆ Hf A partir de las entalpias de la tabla anterior calcula: a) la entalpia de formación del benceno liquido CO2 (g)

C6H6 (l) + 15/2 O2(g) → 6CO2(g) + 3H2O(l) ∆ Hcomb = [6∆ HCO2(g) + 3 ∆ HH20(l) ] – [∆ Hbenceno(l) + 15/2 O2(g)] ∆ HC6H6 = 6∆ HCO2(g) + 3 ∆ HH20(l) – ∆ Hcomb ∆ HC6H6 =6(-94050) + 3(-68,320) – (-780980) = ∆ Hf =11,720cal/mol b) La entalpia de formacion del benceno gaseoso ∆ HC6H6 =6(-94050) + 3(-68,320) – (-787200) = ∆ Hf =17, 940cal/mol c)la entalpía de vaporización del benceno ∆ Hvap = ∆ H(g) - ∆ H(l) = 17,940 cal/mol – 11720cal/mol = 6220 cal/mol d) la entalpia de vaporizacion del agua ∆ Hvap = ∆ H(g) - ∆ H(l) = -57800 cal/mol – (-68320 cal/mol) = 10,520 cal/mol

e) El calor liberado en en la combustión de un gramo de benceno liquido

Benceno= 78 g/mol Q= 1g/ 78 g/mol x (-780989 cal/mol) = -9,998.7 cal/g f) La cantidad de agua en gramos producida en la combustión de un gramo de benceno Por cada mol de benceno se forman 3 moles de agua Por cada 78 g de benceno se forman 54g de agua MH2O = 1g(54/78) = 0.6923g de agua producida ORGANICA 5- Escribe las ecuaciones para la reaccion del sulfato p- nitrobencendiazonio con cada una de las siguientes sustancias: a) m-Fenilendiamina(1-3 – diaminobenceno) b) p-Cresol (p-metilfenol) c) KI d) HBF4 , calor Repuesta a

Respuesta b

Respuesta c

Respuesta d

6-La novocaina es un anestesico local. Su formula molecular es C13H20N2O2 . Es insoluble en agua y en una solucion acuosa de NaOH, pero si es soluble en HCl diluido. Forma un solido color intenso cuando se trata con NaNO2 y HCl y después con β naftol. Al calentar la novocaina con una solucion acuosa de NaOH se observa la disolución lenta del compuesto . De las solucion anterior se hace una extracción liquido-liquido con eter para aislar uno de los compuestos organicos de la mezcla de reaccion. La fase acuosa se acidula y se obtiene un precipitado(compuesto A) el cual se aisla por medio de filtración al vacio. Cuando el compuesto A se trata con mas HCl, este se vuelve a disolver. El compuesto A tiene la formula molecular C7H7NO2. Cuando se elimina el disolvente de la fase eterea por destilación se obtiene un liquido (compuesto B), el cual tiene como formula molecular C6H15NO. El compuesto B se disuelve en agua, dando una solucion que tiñe de color azul a papel tornasol. Cuando se trata el compuesto B con anhídrido acetico, se obtiene el compuesto C es insoluble en agua y en una solucion acuosa de NaOH, pero si es soluble en una solucion de HCl diluido. Se encontro que el compuesto B es identico al compuesto que se obtiene cuando se hacen reaccionar la dietilamina con oxido de etileno. ¿Cuál es la estructura de la Novocaina? Escriba la estructura de los compuestos A al C. Compuesto A

Compuesto B

Compuesto C

Novocaina

7- ¿Qué alcohol reacciona en cada caso, con oxicloruro de fosforo y piridina para dar los correspondientes alquenos?

8- Escribe la estructura de los compuestos intermediariosde las siguiente secuencia sintetica:

9- Para el ion tiosulfato indica: a) la estructura de lewis

O

O O S O

b)El estado de oxidación y la carga formal de cada ino de los atomos de azufre es:

c)La hibridación propuesta para el atomo central es Sp3 o sp3d2

10 – Se tienen cinco jeringas etiquetadas del 1 al 5, cada una contiene uno de los siguientes gases: He, Cl2, N2, O2, H2. Apartir de la información siguiente identifica el gas contenido en cada jeringa a) Los gases en las jeringas 1,2,3 y 5 no representan propiedades acido-base en disolución acuosa. El con tenido de la jeringa 4 se comporta como acido en disolución acuosa. b) Cuatro de los gases son incoloros. El que es colorido reacciona con una disolución de yoduro de potasio. c) Al hacer pasar los gases a través de un tubo caliente que contiene oxido de cobre, este cambia de color solo con el gas de la jeringa numero 2. d) Al pasar los gases a través de un tubo caliente que contiene cobre metalico, este se cubre de un polvo negro con el gas contenido en la numero 3 e) Al burbujear los gases en disolución jabonosa y acercar un cerillo, dos de ellos presentan una reacción positiva. f) El gas contenido en las burbujas es atraído por un imán g) Para discriminar entre os dos gases que son inertes, se cuentan con los dato de la masa de cada jeringa llena y vacía. El gas numero 1 es el menos denso. Jeringa Gas

1 He

2 H2

3 O2

4 Cl2

5 N2

11- Los gases que se mencionan se burbujean en agua ionizada. Considere los datos de la siguiente tabla y contesta las preguntas que se plantean a continuación. En todos los casos justifica tu repuesta. Gas N2 Solubilidad 0.018 g/Kg (1 atm) Densidad (Kg/L) Masa molar 28 (g/mol)

O2 0.039

32

CO2 1.45

44

NH3 470

HCl 695

0.089

1.2

17

36.5

a) ¿Cuál(es) de la(s) soluciones obtenidas conducen la corriente electrica? CO2, NH3 , HCl b) Escribe todas las ecuaciones que representan la reaccion quimica que se lleva a cabo entre cada uno de los gases y el agua. CO2 + H2O  H2CO3 NH3 + H2O  NH4+ + OHHCl + H2O  H3O+ + Clc) Indica las disoluciones que tienen un comportamiento acido CO2 + H2O  H2CO3 o acido carbonico HCl + H2O  H3O+ + Cl- o acido clorhidrico d) Indica las soluciones que tienen comportamiento basico NH3 + H2O  NH4+ + OHe) Al preparar una disolución saturada de gas ¿Cuál seria la concentración molar de cada una de las especies presentes en cada una de ellas? N2  6.34 x 10-4 M NH3  24.6 M -3 O2  1.22 x 10 M HCl  22.85 M CO2  3.29 x 10-2 M

EXAMEN INTERNACIONAL Total de problemas: 8 Tiempo asignado: 4 horas Problema 1 Fritz Haber (1868 –1934) nacio en Breslau Alemania. En 1905 reporto la producción de pequeñas cantidades de amoniaco apartir de N2 y H2 a uan temperatura de 1000°C , utilizando hierro como catalizador. Posteriormente habiendo realizado muchas pruebas con otros catalizadores logro la síntesis del amoniaco a un a temperatura de 500°C y a presiones entre 150-200 atm . Las modificaciones al proceso de Haber permitieron la fabricación de sulfato de amonio que se utiliza como fertilizante. Haber fue galardonado con el premio Nobel de Quimica en 1918. ½ N2(g) + 3/2 H2(g)  NH3(g) Transcurrido el tiempo suficiente la reacción alcanza la condición de equilibrio y se aprecia que las presiones de cada reactante ya no cambian. La relacion entre las presiones de productos y reactivos permite calcular la constante de equilibrio. Por ejemplo, para la reacción : aA +bB  yY + zZ Kp = PYy PZz / PAa PBb Y esta a su ves se realciona con el cambio de energia libre de Gibbs: ∆ Gr° = -RT Ln Kp y tambien ∆ Gr°= ∆ Hr° - T∆ Sr° La constante de equilibrio cambia con la temperatura y se puede calcula a partir del ∆ H° de la reacción y de un a constante de equilibrio conocida : Ln (K2 / K1) = - ∆ Hr° / R ( 1/ T2 – 1/T1) Las propiedades termodinamicas de las especies reactantes a 25°C son: Sustancia NH3(g) H2(g) N2(g)

∆ Hf° / kJ mol-1 -45.94 0 0

S° / J K-1 mol-1 192.670 130.570 191.502

En un reactor de laboratorio de 20L de capacidad se llevo a cabo la reaccion de Haber a 25°C introduciendo 140 g de N2 y 30g de H2. Si la reaccion se lleva a cabo y alcanza un equilibrio calcula: 1a) El cambio de entalpia de la reaccion a 25°C en kJ/mol ∆ H25°C° = (-45.94- 0) kJ/mol ∆ Hr°= -45.94 kJ/mol 1b) El cambio de entropía de la reaccion a 25°C en J/mol K ∆ S°25°C = 192.67 – ½( 191.502) – 3/2(130.57) ∆ S°25°C = - 98.936 J/mol K

1c) El cambio de energia libre de Gibbs dse la reaccion a 25°C en J/mol ∆ G°25°C = ∆ H°25°C - T∆ S°25°C = -45940 J/mol – 298.15 K (-98.936 J/molK) ∆ G°25°C = - 16442.23 J/mol 1d) La constante de equilibrio Kp a 25°C Ln Kp = - ∆ G°/ RT = - -16442.23 J/mol / (8.314 J/mol K) (298.15 K) Ln Kp = 6.633 Kp = 759.8 a 25 °C

1e) La constante de equilibrio a 75 °C Kp a 75 °C = 348.15 °K ∆ K2 = K1 e - H/R ( 1/T2 –1/T1) K2 =759.8 e - - 45940 J/mol / 8.314 J/mol K ( 1/348.15 K –1/298.15 K) K2 =53.06 Al modificar la temperatura se encontro que al llegar al equilibrio han reaccionado 4.911 moles de nitrogeno (de las que habia originalmente) alcanzandose una presion total de equilibrio de 13.485 atm calcula: 1f) La temperatura absoluta a la que ocurre el equilibrio Temperatura absoluta = 323.15 K 1g) La constante de equilibrio en estas ultimas condiciones Kp a 323.15 K PN2 = nRT/V = (0.089 mol) (0.082 atm L / mol K) (323.15 K) / 20 L = 0.11792 atm PH2 = 3 PN2 = 0.35375 atm PNH3 = 9.822 mol (0.082 atm L / mol K) (323.15 K) / 20 L = 13.0133 atm Kp = 13.0133 atm / (0.11792)0.5 (0.35375)1.5 Kp = 180.1 a 323.15 K Problema 2. DETERMINACION DE HIERRO EN UN FARMACO La deficiencia de hierro en el organismo provoca la enfermedad denominada anemia que usualmente se combate con tratamientos de compuestos que contienen este elemento (especialmente en forma de Fe(II) por tener mayor efecto terapeutico que el Fe(III)) . Cabe mencionar que el Fe(II) es un agente reductor que puede ser fácilmente oxidable a Fe(III) Para analizar el contenido de Fe(II) y Fe(III) en un fármaco que contiene fumarato de hierro (enforma de Fe(II)), se siguió el siguiente procedimiento:  Se pesaron 1.876g de una muestra homogenea del fármaco y se disolvieron en 100.0mL de agua destilada.  Se tomo una alícuota de 50mL de la disolución anterior y se le añadio un oxidante adecuado para transformar todo el hierro a Fe(III)

2a) En el cuadro marca con una x cuales de los siguientes compuestos permitirian oxidar cuantitativamente el hierro hasta Fe(III) Forma oxidada Forma reducida E°, V/ENH 3+ 2+ Fe Fe +0.77 H2O2 H2O +1.77 I2 I+0.54 CO2 H2Cr2O4 -0.43 2b) Escribe la reacción que se produce y calcule su constante

2c) Calcula cual seria el pH de una disolución FeCl3 0.1 M. Considera que el Fe3+ es un cation acido con una constante de disociación igual a Ka = 6.3 * 10-3

 Después de oxidar el hierro presente en la alícuota de 50.0mL hasta Fe(III+) se precipito este en forma de hidroxido ferrico y se calcino a 1000°C. La msa obtenida de Fe2O3 fue igual a 428.9 mg 2d) Calcula que pH seria necesiario para iniciar la precipitación del hidroxido ferrico en la disolución anterior (FeCl3 0.1 M). El producto de solubilidad del Fe(OH)3 es Kps = 6.3 * 10-38 pH=

2e) ¿En que valor de pH seria cuantitativa la precipitación del Fe(OH)3 aoartir de los 100.0mL de FeCl3 0.1 M? .Considere la precipitación cuantitativa si no quedan mas de 0.1mg de Fe3+ en la disolución

2f) Calcula las moles de Fe(III) totales precipitados de la alícuota de 50.0mL que dieron una masa de 428.9 mg de oxido ferrico y los existentes en la muestra inicialmente pesada. Moles en la alícuota Y _________ en la muestra inicial

 El Fe(II) puede ser determinado en presencia de Fe(III) por titulacion con KMnO4 en medio ácido. Las disoluciones de KMnO4 se descomponen con el tiempo, razón por la cual la disolución titulante fue preparada y valorada el mismo día. Esta titulacion se realiza con un estándar primario(sustancia pura de composición definida). En este caso se utilizo oxálico (H2C2O4) del cual se tomo una masa exacta que se disolvió en agua se adiciono sulfúrico 1:1 y se titulo en caliente con la del permanganato previamente preparada(de concentración aproximada 0.02 M) 2g) Escribe la reacción que ocurre entre el ácido oxálico y el permanganato (en medio ácido)

 Para titular una masa de 0.04960g de ácido oxálico disuelto en agua y con adición de ácido sulfúrico 1:1 se gastaron 10.4mL de la disolución de KMnO4 para observar la aparición de una ligera coloración violeta 2h) Calcula la concentración exacta de la disolución del KMnO4 Calculos La concentración de la disolución de KMnO4 es igual a

mol/L

 Para determinar el contenido de Fe(II) se tomaron alícuotas de 10.0mL de la disolución inicialmente preparada (1.876 g de la muestra en 100.0mL de agua) y, cuando se observo la aparicion de la ligera coloracion violeta, se habian añadido 9.60 mL de la disolución de KMnO4 valorada anteriormente. 2i) Calcular las moles de Fe(II) contenidas en la alícuota de 10.00mL y en lasa del fármaco total Calculos

Moles de Fe(II) en los 10.0mL de disolución =_______________ y moles en los 100mL de disolución =________________

2j) Calcula la fracción en moles de Fe(II) y de Fe(III) contenida en la muestra del fármaco _________ de Fe(II) y _________ de Fe(III) 2k) El porcentaje de Fe total en la muestra del fármaco es igual a:

PROBLEMA 3. Responde el cuestionario que se presenta a continuación, referente al siguiente procedimiento experimental. Se hace reaccionar mediante calentamiento una lamina de cobre que se encuentra dentro de un erlenmeyer cerrado que contiene yodo sublimado. La lamina con la película que se le forma encima se lava con tíosulfato de sodio para eliminar el producto formado. Se obtienen los siguientes datos: Peso de la lamina original en gramos Peso de la lamina después de la reaccion en gramos Peso de la lamina después de lavarla con tíosulfato en gramos

1.1424 1.3028 1.0622

a) ¿Cuál es la masa de yodo en gramos que reacciono? 1.3028 – 1.1424 = 0.1604 CuI o 0.032 de CuI2

b) ¿Cuál es la masa de cobre en gramos de reacciono? 1.1424- 1.0622 = 0.0802

c) Determine la formula mínima del compuesto obtenido por la reacción entre el cobre y el yodo CuI d) Escribe la ecuación de la reaccion que se llevo acabo 2Cu + I2  2CuI En vez del proceso descrito anteriormente, se obtiene el mismo producto al hacer reaccionar 10mL de Cu(NO3)2 0.1M con 12mL de KI 0.2M. Contesta las siguientes preguntas. e) ¿Cuántos gramos del producto se obtienen si la reaccion es completa? ( 1 x 10-3 mol CuI) (190.5g/mol) = 0.1905g CuI o 0.317g de CuI2

f) Escriba la ecuación de la reaccion que se llevo acabo 2CuNO3 + HKI  2CuI + I2 + 4KNO3 2Cu2+ + HI-  2Cu2+ + I20

Durante el proceso el color de la disolución cambia a café rojizo ¿A que especie se debe esta coloración? ¿Con que reactivo seria posible valorar esta especie? ¿Que indicador se utilizaría? Especie: I2 Reactivo: Na2S2O3 Indicador: Almidon PROBLEMA 4 En el siguiente esquema se muestran escondidos cuatro compuestos (A, B, C y D) que intervienen en 8 procesos quimicos

1- Escribe la formula de los compuestos A, B, C, D que identifiques y asigna las letras de la (a) a la (h) indicadas en el esquemas a los procesos que correspondan A Compuesto Fe2O3 FeO Letra que corresponde g a d c h f e b

B FeSO4 Fe2(SO4)3

C FeCl3 FeCl2

D Fe(OH)3 Fe(OH)2

Proceso Calentar al aire a elevadas temperaturas Calentar la sustancia a elevada temperaturas en un flujo de hidrogeno Calentar la sustancia a elevadas temperaturas con un flujo de cloro Reaccion con acido sulfurico duluido Reaccion con acido clorhidrico diluido Reaccion con una solucion acuosa de hidroxido de sodio Reaccion con peroxido de hidrogeno en solucion acida seguida por una reaccion con una solucion acuosa de hidroxido de sodio Reaccion en solucion acuosa con Mg polvo

A B C D E F G H

Escriba las reacciones balanceadsa de las reacciones (a)-(h) 2Fe2O3 + 6H2  4Fe + 6H2O FeSO4 + Mg  MgSO4 + Fe Fe + H2SO4  FeSO4 + H2 2Fe + 3Cl2  2FeCl3 2FeSO4 + H2O2 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + 2H2O Fe2(SO4)3 + 6NaOH  2Fe(OH)3 + 3 Na2SO4 FeCl3 + 3NaOH  Fe(OH)3 + 3NaCl 2Fe(OH)3 + calor Fe2O3 +H2O Fe(OH)3 + 3HCl  FeCl3 + 3H2O PROBLEMA 5 ¿Cuáles de las siguientes formulas de Fischer representa un par de enantiomeros?

a) b) c) d)

I y II III y IV I y IV II y III

PROBLEMA 6 Para determinar las estructuras de la lactosa se utilizaron los siguientes datos experimentales. Utiliza esta información para establecer su estructura y escribe las ecuaciones de las reacciones de (a), (c) y (d). a) La hidrólisis de la lactosa mediante la enzima emulsina (una β-glicosidasa) produce cantidades equivalentes de D-glucosa y D-galactosa. b) La lactosa es un azucar reductor. c) La metilacion de la lactosa con yoduro de metilo y oxido de plata, seguida de una hidrólisis, conduce a ala 2,3,6-tri-O-metil-Dglucosa y a la 2,3,4,6-tetra-O-metil-Dgalactosa d) La oxidacion suave de la lactosa con agua de bromo, seguida de una metilacion e hidrólisis conduce al acido 2,3,6-tri-O-metilgluconico y a la 2,3,4,6-tetra-O-metilD-galactosa

PROBLEMA 7 Uno de los constituyentes del aceite de turpentina (aguarras) es el (α-pineno), que tiene la formula molecular C10H16 . En el siguiente esquema se ilustran varias reacciones del α-pineno. Determina la estructura del α-pineno y la de los productos de reaccion A al E

Compuesto A

Compuesto D

Compuesto B

Compuesto E

Compuesto C

α-pineno

PROBLEMA 8 Escribe la estructura de los componentes intermediarios de la siguiente secuencia sintetica:

Compuesto A

Compuesto B

Compuesto C

Compuesto D

Compuesto E

Compuesto F

Compuesto G