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36EP01

Número de convocatoria del alumno

QuímicaNivel superiorPrueba 3

33 páginas

Jueves 17 de mayo de 2018 (mañana)

1 hora 15 minutos

Instrucciones para los alumnos

yy Escriba su número de convocatoria en las casillas de arriba.yy No abra esta prueba hasta que se lo autoricen. yy Escriba sus respuestas en las casillas provistas a tal efecto.yy En esta prueba es necesario usar una calculadora.yy Se necesita una copia sin anotaciones del cuadernillo de datos de química para esta prueba.yy La puntuación máxima para esta prueba de examen es [45 puntos].

Sección A PreguntasConteste todas las preguntas. 1 – 2

Sección B PreguntasConteste todas las preguntas de una de las opciones.

Opción A — Materiales 3 – 6

Opción B — Bioquímica 7 – 12

Opción C — Energía 13 – 18

Opción D — Química medicinal 19 – 27

© International Baccalaureate Organization 2018

M18/4/CHEMI/HP3/SPA/TZ0/XX

2218 – 6127

Sección A

Conteste todas las preguntas. Escriba sus respuestas en las casillas provistas a tal efecto.

1. Latablaresumealgunaspropiedadesdelgrafitoyelgrafeno.

Propiedad Grafito GrafenoDeslocalización (hibridación) Sí (sp2) Sí (sp2)Movilidad electrónica / cm2 V−1 s−1 1800 15000−200000Longitud media de enlace / nm 0,142 0,142Distancia entre capas / nm 0,335 No aplicable (N/A)Resistencia a la tensión / Pascal 4,8−76 ×106 1,3×1011

Densidad / g cm−3 1,80−2,23 (N/A)Puntodefusióna1×106 kPa / K 4300 4510Áreasuperficialespecífica/m2 g−1 90 2630

[Fuente: © Graphenea. Utilizado con autorización]

(a) (i) Elgrafenoesunmaterialbidimensional,enlugardetridimensional. Justifiqueestousandolaestructuradelgrafenoylainformacióndelatabla. [2]

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(ii) Muestrequeelgrafenoesmásde1600vecesmásfuertequeelgrafito. [1]

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(Esta pregunta continúa en la página siguiente)

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– 2 – M18/4/CHEMI/HP3/SPA/TZ0/XX

(Pregunta 1: continuación)

(iii) Identifiqueunvalordelatablaquesepuedausarpararespaldarlainformaciónsobreelgrafenoquesedaacontinuación. [1]

Loselectronesenunsólidoseencuentranrestringidosaciertosrangos,obandas,deenergía(ejevertical).Enunaislanteosemiconductor,unelectrónunidoaunátomopuedeliberarsesolosiobtienesuficienteenergíacalóricaoalpasodeunfotónparasaltarel“huecoentrebandas”,peroenelgrafeno,elhuecoesinfinitamentepequeño.

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(b) Eldiamante,elgrafenoyelgrafitosontodosredessólidas. Sugiera,dandounarazón,lamovilidadelectrónicaeneldiamantecomparadaconladel grafeno. [2]

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Eliminado por motivos relacionados con los derechos de autor

36EP03

Véase al dorso



(c) Elpuntodefusióndeldiamantea1×106kPaesde4200K(enausenciadeoxígeno).

Sugiera,basándoseenlaestructuramolecular,porquéelgrafenotienemayorpuntode fusión en esas condiciones. [2]

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2. Lasmoléculasorgánicassepuedenvisualizarusandomodelostridimensionalescomoelkitdelafiguradeabajo.

[Fuente:©OrganizacióndelBachilleratoInternacional,2018]

(a) Describa dosdiferencias,distintasdelnúmerodeátomos,entrelosmodelosdeletanoyeletenoconstruidosconelkitdelafigura. [2]

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36EP04

–4– M 18 / 4 /CHEMI/ H P 3/ SPA /TZ0 / XX



(b) (i) Elmodelodebarrasyesferasdearribaesunamoléculadepiridinasustituida(formadaporátomosdecarbono,hidrógeno,nitrógeno,bromoycloro).Todoslosátomosestánrepresentadosdeacuerdoconsustamañosatómicosrelativos. Rotulecadaesferadeldiagramacomocarbono,C,nitrógeno,N,bromo,Br, ocloro,Cl.Excluyalosátomosdehidrógeno. [3]

(ii) Sugiera unaventajadelusodemodelosmolecularesgeneradosporcomputador,encomparaciónconelmodelo3Ddebarrasyesferas. [1]

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(iii) Lapiridina,comoelbenceno,esuncompuestoaromático. Resumaquéseentiendeporcompuestoaromático. [1]

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Véase al dorso

–5– M18/4/CHEMI/HP3/SPA/TZ0/XX

Sección B

Conteste todas las preguntas de una de las opciones. Escriba sus respuestas en las casillas provistas a tal efecto.

Opción A — Materiales

3. La espectroscopía con fuente de plasma de acoplamiento inductivo (ICP) usada conjuntamenteconlaespectrometríademasas(MS)olaespectroscopíadeemisiónóptica(OES)sepuedenusarparaidentificarycuantificarelementosdeunamuestra.

(a) SepuedeusarICP-OES/MSparaanalizaraleacionesycomposites.Distingaentrealeacionesycomposites. [2]

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(La opción A continúa en la página siguiente)

36EP06


(Continuación: opción A, pregunta 3)

(b) Paraelanálisis,ICP-MSesunmododereferencia.SeobtuvieronlassiguientesgráficasdecorrelaciónentreICP-OESeICP-MSproducidasparaitrioyníquel.

Con

cent

raci

ón c

alcu

lada

por

ICP-

OES

Concentración calculada por ICP-MS

Con

cent

raci

ón c

alcu

lada

por

ICP-

OES

Concentración calculada por ICP-MS

Itrio Níquel

500

50

0500

50

0

[Fuente:http://www.emse.fr/~moutte/kola/report/cmp_icpms.htm©JacquesMoutte]

CadaejeymuestralasconcentracionescalculadasporICP-OES;cadaejex muestra las concentraciones para la misma muestra por ICP-MS.

Lalíneaencadagráficaesy = x.

DiscutalaefectividaddelaICP-OESparaelitrioyelníquel. [2]

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36EP07

Véase al dorso



(c) LassiguientesgráficasrepresentandatosobtenidosporICP-OESenladeteccióndetrazas de vanadio en aceite.

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Inte

nsid

ad

Longitud de onda / nm

Gráfica 1:Gráficadecalibraciónyseñalpara10μgkg−1 de vanadio en aceite

292,372 292,432

Gráfica 2: Calibración de vanadio en μgkg−1

5000

10000

15000

20000

25000

00 10 20 30 40 50

[V]/μgkg−1

Intensidaddeseñal

y =392,19x +147,62

[Fuente:©AgilentTechnologies,Inc.1998.Reproducidoconautorización,cortesíadeAgilentTechnologies,Inc.]


36EP08



(i) Identifiqueelpropósitodecadagráfica. [2]

Gráfica1:

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Gráfica 2:

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(ii) Calculelaconcentracióndevanadioenaceite,enμgkg−1,alaintensidaddeseñalde14950,acuatrocifrassignificativas. [1]

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(iii) Elóxidodevanadio(V)seusacomocatalizadorenlaconversióndedióxidodeazufreentrióxidodeazufre. SO2 (g) + V2O5 (s) → SO3 (g) + 2VO2 (s) 12

O2 (g) + 2VO2 (s) → V2O5 (s)

Resumacómoelóxidodevanadio(V)actúacomocatalizador. [2]

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36EP09

Véase al dorso


(Opción A: continuación)

4. Elvanadioformaunaestructuracristalinacúbicacentradaenelcuerpo(BCC),conunalongituddearistade303pm(303×10−12 m).

(a) (i) Deduzcaelnúmerodeátomosdevanadioporceldaunitaria. [1]

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(ii) Calculeelángulodedifraccióndeprimerordenesperado,engrados,cuandorayosXdelongituddeonda150pmsedirigenhaciauncristaldevanadio.Supongaquelalongituddelaaristadelcristaleslamismaquelaseparaciónentre las capas de átomos de vanadio hallada por medio de la difracción de rayosX.Uselasección1delcuadernillodedatos. [2]

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(iii) Calculelamasapromedio,eng,deunátomodevanadiousandolassecciones 2y6delcuadernillodedatos. [1]

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(iv) Determineelvolumen,encm3,deunaceldaunitariadevanadio. [1]

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36EP10



(v) Determineladensidaddelvanadio,engcm–3,usandosusrespuestasalapartado(a)(i),(a)(iii)y(a)(iv). [2]

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(b) (i) Elvanadioyotrosmetalesdetransiciónpuedeninterferirenelmetabolismocelular. Indiqueyexpliqueunproceso,distintodelacreaciónderadicaleslibres,pormedio del cual los metales de transición pueden interferir en el metabolismo celular. [2]

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(ii) Los iones vanadio (IV) pueden crear radicales libres por medio de la reacción de Fenton.

Deduzca la ecuación para la reacción del V4+conperóxidodehidrógeno. [1]

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36EP11

Véase al dorso



5. El propeno puede polimerizarse para formar polipropeno.

Propeno monómero: H CH3

C C

H H

(a) Dibujeaproximadamentecuatrounidadesqueserepitendelpolímeropolipropenoatáctico e isotáctico. [2]

Atáctico:

Isotáctico:

(b) Compare dos manerasenqueelreciclajesediferenciadelareutilizacióndeplásticos. [2]

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(c) (i) Distingaentrelafabricacióndepoliésterypolieteno. [2]

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(ii) Lascivilizacionesgeneralmentesecaracterizanporlosmaterialesqueusan. SugieraunaventajaquetienenlospolímerossobrelosmaterialesdelaEdad de Hierro. [1]

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Véase al dorso



6. Ladeposiciónquímicaenfasevapor(CVD)producenanotubosdecarbonodeparedmúltiple(MWCNT)detamañomásapropiadoparaserusadosencristaleslíquidosquelosproducidos por descarga de arco. (a) IndiquelafuentedecarbonoparalosMWCNTproducidospordescargadearcoy

por CVD. [2]

Descarga de arco:

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CVD:

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(b) EltamañodelosMWCNTesmuypequeñoypuedenaumentarenormementelavelocidaddeintercambioenuncristallíquidopermitiendoqueelcristallíquidocambiede orientación rápidamente. Discuta otras dospropiedadesquedebetenerunasustanciaparaseradecuadaparaelusoenpantallasdecristallíquido. [2]

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Fin de la opción A

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Opción B — Bioquímica

7. Loslípidosproporcionanenergíayconstituyenunaparteimportantedeunadietaequilibrada.

(a) Identifiqueeltipodereacciónquímicaqueseproduceentreácidosgrasosyglicerinaparaformarlípidosyelsubproductodelareacción. [2]

Tipo de reacción:

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Subproducto:

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(b) Elácidoaraquidónicoesunácidograsopoliinsaturadoomega-6queseencuentraenel aceite de cacahuete. Determineelnúmerodedoblesenlacescarbono–carbonopresentessielnúmerodeyododelcompuestoes334.(ÁcidoaraquidónicoMr =304,5) [2]

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(c) Deduzcalaestructuradellípidoformadoporreacciónentreácidoláuricoyglicerina(1,2,3-propanotriol),usandolasección34delcuadernillodedatos. [2]

(La opción B continúa en la página siguiente)

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Véase al dorso


(Continuación: opción B, pregunta 7)

(d) Resuma unimpactoquehatenidoeletiquetadosobreelconsumodealimentosquecontienen diferentes tipos de lípidos. [1]

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(e) Determine,conelnúmerocorrectodecifrassignificativas,laenergíaproducidaporlarespiraciónde29,9gdeC5H10O5.

∆Hc (C5H10O5) =205,9kJmol−1 [2]

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(Opción B: continuación)

8. Losaminoácidossonlosladrillosqueformanlasproteínas.

(a) DibujeeldipéptidorepresentadoporlafórmulaAla-Gly,usandolasección33delcuadernillo de datos. [2]

(b) DeduzcaelnúmerodeseñalesenlaRMNde1H producidas por la forma zwitterión de la alanina. [1]

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(c) DibujelasestructurasdelasprincipalesformasdelaglicinaensolucionestampóndepH1,0y6,0.ElpKadelaglicinaes2,34. [2]

pH =1,0 pH =6,0

(d) Calcule el pH de un sistema tampón con una concentración de ácido carbónico de 1,25×10−3 mol dm−3ehidrógenocarbonatodesodio2,50×10−2 mol dm−3. Use la sección1delcuadernillodedatos. pKa (ácido carbónico) =6,36 [1]

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Véase al dorso



(e) Dibujeaproximadamentelasrepresentacionesdecuñayguión(3D)delosenantiómeros de la alanina. [1]

(f) La espectroscopía UV-visible se puede usar para determinar la concentración desconocida de una sustancia en solución. Calculelaconcentracióndeunamuestradesconocidadepepsinaquepresentaunaabsorbanciade0,725.Uselasección1delcuadernillodedatos. Longitud de la celda =1,00cm Absortividadmolar(coeficientedeextinción)delamuestra=49650dm3 cm−1 mol−1 [1]

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(g) Una serie de diferentes muestras de pepsina se usan para desarrollar una curva de calibración.

Curva de calibración de la pepsina

Concentración/μgcm−3

Abso

rban

cia

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5

[Fuente:https://openwetware.org/wiki/File:Calibration_Curve_for_Pepsin_DML_2013_09_10.png. Imagen por Daniel-Mario Larco]

Estime,apartirdelagráfica,laconcentracióndeunamuestradesconocidadepepsinacuyaabsorbanciaesde0,30. [1]

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Véase al dorso



9. Laquímicaecológicareducelaproduccióndematerialespeligrososyresiduosquímicos. Resuma dosejemplosespecíficosoprocesostecnológicosquemuestrencómolaquímicaecológica ha conseguido reducir este impacto ambiental. [2]

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10. (a) ExpliquelasolubilidaddelasvitaminasAyC,usandolasección35delcuadernillo de datos. [2]

Vitamina A:

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Vitamina C:

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(b) ExpliquecómolaestructuradelavitaminaAesimportanteenlavisiónusandolasección35delcuadernillodedatos. [3]

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11. Lahemoglobinacontieneunionhierroquesepuedeuniraloxígenocomopartedelprocesode respiración.

(a) Acontinuaciónsemuestralacurvadedisociacióndeloxígenodelahemoglobinaaunatemperaturadada.Dibujeaproximadamenteenlagráfica,unacurvaamayortemperatura. [1]

Presiónparcialdeloxígeno/kPa

Oxihemoglobina(%

desaturación)

[Fuente:adaptadodeRatznium/Wikipedia]

(b) Resuma dosdiferenciasentrelahemoglobinanormalylahemoglobinafetal. [2]

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12. El ADN es un biopolímero formado por nucleótidos. Enumere dos componentes de un nucleótido. [2]

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Fin de la opción B

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Véase al dorso

–21– M 18 / 4 /CHEMI/ H P 3/ SPA /TZ0 / XX

Opción C — Energía

13. Elpetróleocrudoesunafuentedeenergíaútil.

(a) Resuma dosrazonesporlasqueelpetróleoesunadelasfuentesdeenergíamundiales más importantes. [2]

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(b) (i) Resumacómoloscombustiblesconmayornúmerodeoctanoayudanaeliminarel“golpeteo”enlosmotores. [1]

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(ii) Elrendimientodeloshidrocarburoscomocombustiblessepuedemejorarpormedio de reformado catalítico. Resumacómoelreformadocatalíticoaumentaelnúmerodeoctanodelcombustible. [1]

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(La opción C continúa en la página siguiente)

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(Continuación: opción C, pregunta 13)

(c) Laspilasdecombustibletienenmayoreficienciatermodinámicaqueeloctano.Lasiguiente tabla da alguna información sobre una pila de combustible directa de metanol.

Reacción en el ánodo CH3OH(aq)+ H2O (l) → 6H+(aq)+ 6e− + CO2 (g)

Reacción en el cátodo

32

O2 (g) + 6H+(aq)+ 6e− → 3H2O (l)

Ecuación neta CH3OH(aq)+ 32

O2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (g) ∆H = −726 kJ mol−1

Determinelaeficienciatermodinámicadeunapiladecombustibledemetanolquefuncionaa0,576V.Uselassecciones1y2delcuadernillodedatos. [3]

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14. Eldióxidodecarbonoesunproductodelacombustióndelagasolina.

(a) Expliqueelmecanismomolecularpormediodelcualeldióxidodecarbonoactúacomogasquecausaefectoinvernadero. [3]

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36EP23

Véase al dorso



(b) Discuta la importancia de dosgasesdeefectoinvernadero,diferentesdeldióxidodecarbono,quecausencalentamientoglobalocambioclimático. [2]

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15. Elprocesodeconvertircalorenelectricidadestálimitadoporsueficienciatérmica(Carnot).

( ) ( )( )

temp. del vapor en la fuente K – temp. del disipador térmico K Eficiencia térmica

temp. del vapor en la fuente K100= ×

(a) Calculelaeficienciatérmicadeunaturbinadevaporalimentadaconvapora540 °Cyqueusaunríoa23 °Ccomodisipadortérmico. [1]

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(b) Las plantas generadoras de electricidad por combustión de carbón para hervir agua operanaproximadamentea35%deeficiencia. Indiquequésignificaestoysugieraporquéesmenorquelaeficienciatérmica. [2]

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36EP24


(Opción C: continuación)

16. La energía nuclear es otra fuente de energía.

(a) Compareycontrastelosprocesosdefusiónnuclearyfisiónnuclear. [3]

Unasemejanza:

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Dos diferencias:

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(b) Elperíododesemirreaccióndeldubnio-261esde27segundosyelrutherfordio-261tieneunperíododesemirreacciónde81segundos.

Estimelafraccióndelisótopodubnio-261remanenteenelmismotiempoquese

desintegra la 34 partedelrutherfordio-261. [1]

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(c) Los átomos de 235Usepuedenusarenlosreactorsnuclearesmientrasquelosde238U no. Se usa una centrífuga para separar los isótopos.

(i) Calcule la velocidad de efusión relativa del 235UF6 (g) a 238UF6 (g) usando las secciones1y6delcuadernillodedatos. [2]

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36EP25

Véase al dorso



(ii) Explique,basándoseenlaestructuramolecularyelenlace,porquésepuedeusarladifusiónocentrifugaciónparaelenriquecimientodelUF6 pero no para el UO2. [3]

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17. Unmétododeproduccióndebiodieseleselprocesodetransesterificación.

(a) Deduzcalaecuaciónparalareaccióndetransesterificacióndeloctanoatodepentilo,C7H15COOC5H11,conmetanol. [1]

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(b) Resumaporquéeléster,productodeestareacción,esmejorcombustibledieselqueel octanoato de pentilo. [1]

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36EP26


(Opción C: continuación)

18. La conductividad de un semiconductor de germanio se puede incrementar dopándolo.

(a) DibujelaestructuradeLewis(representacióndeelectronesmediantepuntos)deunelementoadecuadoparaeldopajeenlacasillacentral,eidentifiqueeltipodesemiconductor formado. [2]

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Tipo de semiconductor:

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[Fuente:http://www.radartutorial.eu/21.semiconductors/hl07.tr.htmlporChristianWolff]


36EP27

Véase al dorso



(b) Unacélulasolarsensibilizadaporcoloranteusauncomplejoderutenio(II)-polipiridinacomocolorante.Doscomplejosderutenio(II),AyB,absorbenluzdelongitudesdeonda665nmy675nmrespectivamente.

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ComplejoA ComplejoB

λmáx =665nm λmáx =675nm


(i) Indiquelacaracterísticadelasmoléculasqueesresponsabledelaabsorción de luz. [1]

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(ii) ResumaporquéelcomplejoBabsorbeluzdemayorlongituddeondaqueelcomplejoA. [1]

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Fin de la opción C

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Opción D — Química medicinal

19. Elcontroldedrogasesnecesarioparadeterminardosissegurasyefectivas.

Distinga entre dosis letal (DL50)ydosistóxica(DT50). [2]

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20. (a) Laspenicilinasylaaspirinasonmedicamentosimportantes.

(i) Describa cómo la penicilina combate las infecciones bacterianas. [2]

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(ii) Indiquecómomodificarlaspenicilinasparaaumentarsuefectividad. [1]

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(b) Indiqueeltipodereacciónusadaparasintetizaraspirinaapartirdeácidosalicílico. [1]

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(c) Expliqueporquélaaspirinanosealmacenaensitioshúmedosycalientes. [2]

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(La opción D continúa en la página siguiente)

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Véase al dorso


(Opción D: continuación)

21. Lamorfinayladiamorfina(heroína)sonopiáceos. Expliqueporquéladiamorfinaesmáspotentequelamorfina,usandolasección37delcuadernillo de datos. [2]

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22. Confrecuencia,elexcesodeácidoenelestómagosetrataconcarbonatodecalcio.

(a) Formuleunaecuaciónquímicaparalaneutralizacióndelácidoestomacalconcarbonato de calcio. [1]

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(b) Calculelacantidad,enmol,deácidoestomacalqueneutralizauncomprimidodeantiácidoquecontiene0,750gdecarbonatodecalcio. [1]

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(c) Expliquecómoelomeprazol(Prilosec)regulaelpHdelestómago. [2]

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36EP30


(Continuación: opción D)

23. Los medicamentos antivirales como el zanamivir (Relenza) están frecuentemente disponibles para el uso del consumidor.

Identifiquelosnombresdedosgruposfuncionalespresentesenelzanamivir,usandolasección 37 del cuadernillo de datos. [2]

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24. Lasíntesisdedrogasconfrecuenciaincluyedisolventes. Identifiqueundisolventepeligrosofrecuenteyundisolventeecológicoquepodríareemplazarlo. [2]

Disolvente peligroso:

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Disolvente ecológico:

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25. ElTaxolseobteníaoriginalmentedelacortezadeltejodelPacífico. ResumacómolaquímicaecológicahamejoradoelprocesodeobtencióndelTaxol. [2]

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Véase al dorso



26. Los radioisótopos se pueden usar para tratar una amplia variedad de enfermedades.

(a) Elfósforo-32,sufredesintegraciónbeta.Formuleunaecuaciónnuclearajustadaparaeste proceso. [1]

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(b) Elperíododesemirreaccióndelfósforo-32esde14,3días.Calculelamasa,eng,de32Premanentedespuésde57,2díassilamuestrainicialcontiene2,63×10–8 mol. Use latabla1delcuadernillodedatosyMr =31,97g mol–1. [2]

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(c) Expliquelatécnicadelaterapiadirigidaalfa(TAT)yporquéesútil. [3]

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27. El etanol se puede detectar por medio de varios instrumentos.

(a) Laspilasdecombustibleusanunprocesoelectroquímicoparadeterminarlaconcentración de etanol. Formule la ecuación total para este proceso. [1]

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(b) PredigalosdesplazamientosquímicosylaintegraciónparacadaseñaldelespectrodeRMN de 1Hdeletanol,usandolatabla27delcuadernillodedatos. [3]

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Fin de la opción D

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