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8808-6126 15 páginas

N08/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX

Martes 11 de noviembre de 2008 (tarde)

químicaNiVEL SuPERiORPRuEBa 2

INSTruCCIoNES PArA loS AluMNoS

• Escriba su número de convocatoria en las casillas de arriba.• No abra esta prueba hasta que se lo autoricen.• Sección A: conteste toda la sección A en los espacios provistos.• Sección B: conteste dos preguntas de la sección B. Conteste a las preguntas en las hojas

de respuestas. Escriba su número de convocatoria en cada una de las hojas de respuestas, y adjúntelas a este cuestionario de examen y a su portada empleando los cordeles provistos.

• Cuando termine el examen, indique en las casillas correspondientes de la portada de su examen los números de las preguntas que ha contestado y la cantidad de hojas que ha utilizado.

2 horas 15 minutos

Número de convocatoria del alumno

0 0

© International Baccalaureate organization 2008

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–2– N08/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX

SECCIÓN A

Conteste todas las preguntas en los espacios provistos.

1. (a) Eldiagramamuestraelaparatoqueseusaparaestudiarlavelocidaddereacciónentrecarbonatodecalcioyácidoclorhídrico.

CaCO (s) 2HCl(aq) CaCl (aq) H O(l) CO (g)3 2 2 2+ → + +

lanilladealgodón

ácidoclorhídricodiluidocarbonatodecalcio

Lascantidadesde reactivosañadidosal recipienteenunexperimentoquese realizóatemperaturaambientefueron:

masadeunúnicotrozodeCaCO3(s) =5,00g

volumendeHCl(aq)deconcentración1,00moldm–3=50,0cm3

Labalanzasepusoaceroalcomenzarelexperimento.

La gráfica muestra cómo varió la masa del recipiente y su contenido durante el experimento1.

Masadelrecipienteysucontenido/g

0,00

Tiempo/min

(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

0215

0,00 g

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Véase al dorso


(Pregunta 1: continuación)

(i) Expliqueporquélamasadisminuyó.

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(ii) Calculelacantidad,enmoles,decadareactivoalprincipiodelexperimento1.

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(iii) Usesusrespuestasalapartado(a)(ii)ylaecuacióndelareacción,paradeducirquéreactivoseañadióenexceso.

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[1]

(iv) Serepitióelexperimentocontrozospequeñosdecarbonatodecalcio.Dibujedoslíneas (rotuladas como 2 y 3) sobre la gráfica para mostrar cómo variará la masa del recipienteysucontenidoenlossiguientesexperimentosalamismatemperatura.

Experimento Masa de CaCO3(s) en trozos pequeños / g

Volumen de HCl (aq) de concentración

1,00 mol dm–3 / cm3

2 2,50 50,0

3 5,00 25,0 [4]


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(b) SemidiólavelocidadinicialparaunaseriedereaccionesentreloscompuestosAyBquesellevaronacaboaigualtemperatura.

Experimento [A] inicial / mol dm–3

[B] inicial / mol dm–3

Velocidad inicial / mol dm–3 min–1

1 4,2×10–2 7,8×10–2 8,8×10–4

2 4,2×10–2 3,9×10–2 2,2×10–4

3 8,4×10–2 3,9×10–2 2,2×10–4

(i) Deduzca el orden de reacción con respecto a A y a B, indicando una razón encadacaso.

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(ii) Deduzcalaexpresióndevelocidadparalareacción.

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(iii) Uselosdatosdelexperimento1paradeterminarelvalordelaconstantedevelocidaddelareacción.Incluyalasunidades.

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Véase al dorso


2. (a) Defina el término isótopos.

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(b) Unamuestradekriptóncontienelossiguientesisótopos.

Isótopo Abundancia porcentual82Kr 15,8084Kr 65,4086Kr 18,80

(i) Calculelamasaatómicarelativadelkriptónenestamuestra.Escribaelresultadocondoscifrasdecimales.

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(ii) Deduzcaelnúmerodecadapartículasubatómicapresenteenunátomode84Kr.

Protones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Neutrones ........................................................

Electrones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(c) Elkriptónyelxenónpertenecenalmismogrupodelatablaperiódica.

(i) Complete la siguiente línea para mostrar la configuración electrónica del kriptón.

1s22s22p6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(ii) Indiquecuántoselectronesubicadosenorbitalesdtieneunátomodexenónensuestadofundamental.

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3. (a) Acontinuaciónsemuestralaecuaciónquerepresentalareacciónqueseproducecuandoelamoníacogaseososedisuelveenagua.

NH (g) H O (l) NH (aq) OH (aq)3 2 4++ + −

(i) Defina el término ácido de Brønsted-Lowry.

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(ii) Identifique un par conjugado presente en la ecuación anterior.

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(iii) Identifique una especie en la ecuación anterior que actúe como base de Lewisynombreeltipodeenlacequeformaenlareacción.

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[2]

(b) Acontinuaciónsemuestralaexpresióndelaconstantedeionizaciónparalametilamina.

Kb3 3

+

3 2

CH NH OHCH NH

moldm= = ×−

− −[ ][ ][ ]

,4 37 10 4 3

(i) Escribaunaecuaciónpararepresentarlareacciónentrelametilaminayelagua.

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(ii) Calcule el pOH de una solución acuosa de metilamina de concentración0,0500moldm–3.Indiquecualquiersuposiciónhechadurantesuscálculos.

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(iii) CalculeelpHdeunasoluciónbufferpreparadamezclando0,025molesdeCH3NH2y0,010molesdeHClen1,0dm3desolución.

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4. Granpartedelhidrógenoqueseusaparalafabricacióndeamoníacoseobtienepormediodelasiguientereacciónentremetanoyvapordeagua.

CH (g) H O(g) CO(g) 3H (g) 210kJ4 2 2+ + = + ∆H Ö

(a) Enunexperimentousandocatalizadordeníquel,se introdujeron1,0moldemetanoy2,0molesdevapordeaguaenunrecipientecuyovolumenerade20dm3ysecalentóhastatemperaturaconstante.Cuandolamezclaalcanzóelequilibriocontenía0,50molesdemonóxidodecarbono.

(i) Calculelacantidad,enmoles,decadaunadelasotrassustanciaspresentes.

Metano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Vapordeagua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hidrógeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(ii) Deduzcalaexpresióndelaconstantedeequilibrio,Kc,paraestareacción.

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(iii) CalculeelvalordeKcparaestareacciónydeduzcasusunidades.

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SECCIÓN B

Conteste dos preguntas. Conteste a las preguntas en las hojas de respuestas provistas. Escriba su número de convocatoriaen cada una de las hojas de respuestas, y adjúntelas a este cuestionario de examen y a su portada empleando los cordeles provistos.

5. (a) (i) Defina el término entalpía media de enlace. [2]

(ii) ExpliqueporquénosepuedeusarelenlaceH–Hcomoejemplopara ilustrar laentalpíamediadeenlace. [1]

(b) A continuación se muestra la ecuación que representa la reacción entre el dióxido decarbonoyelhidrógeno.

CO (g) 4H (g) CH (g) 2H O(g)2 2 4 2+ → +

(i) Uselainformacióndelatabla10delCuadernillodedatosparacalcularlavariacióndeentalpíaparaestareacción. [3]

(ii) Lasiguientetablamuestralosvaloresdeentropíaestándarparalassustanciasdelareacciónanterior.

Sustancia CO2(g) H2(g) CH4(g) H2O(g)

S Ö / J K mol1 1− − 214 131 186 189

Calculelavariacióndeentropíaestándarparaestareacción. [3]

(iii) Expliquecómosepuedepredecirelsignode∆S Öparalareacciónapartirdelaecuación. [2]

(iv) Use sus respuestas a los apartados (b)(i) y (b)(ii) para calcular la variación deenergíalibreestándarparalareacción,yasídeterminarsilareacciónanterioresespontáneaa298K.(Sinohapodidoresponderalosapartados(b)(i)y(b)(ii),suponga los siguientes: ∆ ∆H SÖ Ö= − = −− − −120kJmol y 80JK mol1 1 1, aunqueestosnoseanlosvalorescorrectos.) [3]


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(c) Enlatabla13delCuadernillodedatoshallarálosvaloresdelasvariacionesdeentalpíaestándarparalassiguientesreacciones.

C(s) O (g) CO (g)2 2+ →

H (g) O (g) H O(l)212 2 2+ →

C H (l) 12 O (g) 8CO (g) 9H O(l)1812 2 2 28 + → +

Useestainformaciónparadeterminarlavariacióndeentalpíaestándarparalaformacióndeloctanoapartirdesuselementos.

8C(s) 9H (g) C H (l)2 8 18+ → [4]

(d) Se puede usar un ciclo de Born-Haber para calcular la entalpía de red del fluoruro de potasio,KF,apartirdecincovariacionesdeentalpíaconocidas.Laecuaciónparaunadeestasvariacionesdeentalpía,lavariacióndeentalpíadeformaciónestándar,semuestraacontinuación.

K (s) F (g) KF(s)12 2+ →

Paracadaunadelasotrascuatrovariacionesdeentalpía,indiqueelnombredelavariacióndeentalpíayescribaunaecuación,incluyendolossímbolosdeestado. [4]

(e) Enlatabla14delCuadernillodedatoshallarávaloresdeentalpíaderedobtenidosapartirdeciclosdeBorn-Haber.

(i) Explique por qué el valor de la entalpía de red del fluoruro de sodio, NaF, es mayor que el del fluoruro de potasio, KF. [1]

(ii) Explique por qué el valor de la entalpía de red del fluoruro de calcio, CaF2,esmayorque el del fluoruro de potasio, KF. [2]

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Véase al dorso


6. (a) Lareacciónentreelcloroylosionesbromuroesunareacciónrédox.

Cl (g) 2Br (aq) Br (aq) Cl (aq)2 2+ → +− −2

Defina el término oxidación en cuanto a transferencia electrónica e identifique la especie queseoxidaenestareacción. [2]

(b) El número de oxidación del oxígeno en la mayoría de sus compuestos es –2.Identifique los números de oxidación de todos los demás elementos tanto en los reactivos comoenlosproductosenlasiguienteecuación.

TiO (s) 2Cl (g) C(s) TiCl (l) CO (g)2 2 4 2+ + → + [3]

(c) Haciendoreferenciaalosnúmerosdeoxidación,deduzcaquélesucede,encasodequeasísea,encuantoaoxidaciónyreducción,aloselementosmencionadosencadaunadeestasreacciones.

(i) Elcromoen2K CrO (aq) 2HCl(aq) K Cr O (aq) 2KCl(aq) H O(l)2 4 2 2 7 2+ → + + [2]

(ii) ElcloroenCl (g) H O(l) HCl(aq) HClO(aq)2 2+ → + [2]

(d) LatablamuestraalgunasreaccionesdelosmetalesW,X,YyZ.

Reacción Reactivos Productos

1 W+Z(NO3)2 Z+W(NO3)2

2 X+YCl2 nohayreacción

3 Y+ZSO4 nohayreacción

4 Z+XO X+ZO

(i) Use la informaciónpara ordenar los cuatrometales enuna serie de reactividad,comenzandoporelmásreactivo.Explique,haciendoreferenciaacadaunodelosmetales,cómodecidióquémetaleraelmenosreactivo. [4]

(ii) El metal V forma compuestos en los que actúa con número de oxidación +3.Esmásreactivoquecualquieradelosmetalesdelatabla.PredigalaecuaciónquerepresentelareacciónentreelmetalVyelóxidodelmetalX. [1]


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(e) En la tabla 15 del Cuadernillo de datos encontrará algunos potenciales de electrodoestándar.

(i) De dicha tabla, identifique una especie que sea capaz de reducir al bromo a iones bromuro pero no al yodo a iones yoduro en condiciones estándar.Deduzcalaecuaciónrédoxquerepresentalareacciónespontáneaqueseproduce. [2]

(ii) Calculeelpotencialdeunaceldaconstruidaconectandosemiceldasdealuminioyplataencondicionesestándar. [1]

(iii) Elpotencialdelaceldaqueserepresentaacontinuación,encondicionesestándaresde+0,48V.

Zn (s) Zn (aq) Co (aq) Co(s)2 2| || |+ +

Deduzcaelpotencialdeelectrodoestándarparalasiguientesemirreacción.

Co (aq) 2e Co(s)2+ −+ [1]

(f) Elaguaactúacomoligandocuandoreaccionaconlosioneszincyconlosionescobalto,formandoloscomplejos[Zn (H O) ]2 4

2+y[Co (H O) ]2 62+.

(i) Expliquecómoactúaelaguacomoligandoenlaformacióndedichoscomplejosypredigalaformadel[Co (H O) ]2 6

2+. [3]

(ii) Expliqueporquélassolucionesquecontienen[Co(H O) ]2 62+soncoloreadaspero

lassolucionesquecontienen[Zn (H O) ]2 42+noloson. [4]

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Véase al dorso


7. (a) Algunoscompuestosorgánicosdecadena lineal tienen la fórmulamolecularC4H8O2.ElcompuestoAesácido,peroloscompuestosB,CyDsonlíquidosneutrosconaromascaracterísticos.NingunodeloscompuestoscontieneenlacesC=C.

(i) DeduzcalafórmulaestructuralyelnombredelcompuestoA. [2]

(ii) IndiqueelnombredelgrupofuncionalpresenteenloscompuestosB,CyD. [1]

(b) Lasiguienteesunasecuenciadereaccionesquecomienzaenelbutano.

C H C H Br C H O C H O4 10 4 9 4 10

4 8SNBr2 2 → → →

butano E F G2-butanol

(i) LareaccióndelbutanoconbromoimplicalaespecieBr•,perolaespecieBr–seformaenlareacciónSN2.Indiqueelnombredecadaunadeestasespeciesydescribalosdostiposderupturadeenlaceresponsablesdesuformación. [3]

(ii) Indique el significado de cada uno de los tres símbolos del término SN2. [2]

(iii) Use flechas curvas para describir el mecanismo de esta reacción SN2. [4]

(iv) En una reacción SN1 también se forma algo de 2-butanol (compuesto F).Dibujelaestructuradelintermediarioqueseformaenestareacción. [1]

(v) Deduzca la estructura del compuesto G, e identifique los reactivos usados en suformación. [3]

(vi) UnisómerodelcompuestoGsepuedeconvertirdirectamenteenelcompuestoA.Dibujelaestructuradeesteisómero. [1]

(c) (i) Prediga cuál de los compuestos E, F o G tiene el mayor punto de ebullición eidentifique la fuerza intermolecular más potente en este compuesto. [2]

(ii) Prediga cuál de los compuestos E, F o G tiene la menor solubilidad en agua yexpliquesuelecciónhaciendoreferenciaalasfuerzasintermoleculares. [2]

(d) Elcompuesto2-butanolexisteenformadeisómerosópticos.Describalacaracterísticamolecular responsable de esto y dibuje la estructura tridimensional de cada isómeroóptico,mostrandolarelaciónentreellos.Indiquecómodiferenciarmuestrasseparadasdecadaisómerousandoluzpolarizadaenunplano. [4]

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8. Estapreguntaconciernealossiguientescompuestos.

Benceno C6H6

Ácidobenzoico C6H5COOHCiclohexano C6H12

Ciclohexeno C6H10

Etino C2H2

Benzoatodesodio C6H5COO–Na+

La configuración electrónica del carbono es 1s22s22p2.

(a) Uselaideadehibridaciónparadiscutirlaformacióndelosdostiposdiferentesdeenlaceentreátomosdecarbonoenunamoléculadeetino. [4]

(b) Identifique los dos tiposdehibridaciónpresentesenel ciclohexenoyprediga losdosángulosdeenlacediferentesenlamolécula. [4]

(c) El símbolo se usa en ocasiones para representar al benceno. Explique, haciendoreferenciaalossiguientesdatos,porquéelsímbolo seconsideramejorpararepresentarelbenceno.

C H (g) H (g) C H (g) 120kJ6 10 2 6 12+ → = −∆H Ö

C H (g) H (g) C H (g) kJ6 6 2 6 12+ → = −3 208∆H Ö [3]

(d) Expliquecómolaslongitudesdelenlacecarbonoacarbonoestambiénunadelasrazonespor las que se prefiere el símbolo alsímbolo . [2]

(e) (i) DiscutaelenlaceenlazonaCOO–delionbenzoatoentérminosdedeslocalizaciónelectrónica. [1]

(ii) Comparelaslongitudesdelenlacecarbonoaoxígenoenelácidobenzoicoyenelionbenzoato. [2]

(f) Explique,haciendo referenciaa los tiposde reacciónya su respuestaalapartado (c),porquéesmásprobablequeseproduzcalareacciónIenlugardelareacciónII.

I C H Cl C H Cl HCl6 6 2 6 5+ → +

II C H Cl C H Cl6 6 2 6 6 2+ → [2]


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Uselainformacióndelastablas16y17delCuadernillodedatosparalassiguientespreguntas.

(g) Una muestra de 25,0cm3 de solución acuosa de ácido benzoico necesitó 17,0cm3 deuna solución acuosa de hidróxido de sodio de concentración 0,0300moldm–3 para suneutralizacióncompleta.

(i) Calculelaconstantededisociaciónácida,Ka,paraelácidobenzoico. [1]

(ii) Escribaunaecuaciónpararepresentarlareaccióndeneutralización. [1]

(iii) Identifique un indicador adecuado para la titulación y explique su elección. [2]

(iv) Calculelaconcentración,enmoldm–3,delasolucióndeácidobenzoico. [3]

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