Química Nivel superior Prueba 2 PAST PAPERS - SUBJECT/Group 4 - Sciences... · (i) Se calentaron 200,0 g de aire con la energía procedente de la combustión completa de 1,00 mol

M16/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX

QuímicaNivel superiorPrueba 2

Número de convocatoria del alumno

23 páginas

2 horas 15 minutos

Jueves 12 de mayo de 2016 (mañana)

2216 – 6126

Instrucciones para los alumnos

Escriba su número de convocatoria en las casillas de arriba. No abra esta prueba hasta que se lo autoricen. Conteste todas las preguntas. Escriba sus respuestas en las casillas provistas. En esta prueba es necesario usar una calculadora. Se necesita una copia sin anotaciones del cuadernillo de datos de química para esta prueba. La puntuación máxima para esta prueba de examen es [95 puntos].

24EP01

– 2 –

Conteste todas las preguntas. Escriba sus respuestas en las casillas provistas.

1. Lafosfina(nombreIUPACfosfano)esunhidrurodefósforo,defórmulaPH3.

(a) (i) DibujeunaestructuradeLewis(representacióndeelectronesmediantepuntos)delafosfina. [1]

(ii) Indiquelahibridacióndelátomodefósforoenlafosfina. [1]

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(iii) Deduzca,dandounarazon,silafosfinaactuaríacomoácidodeLewis,comobasedeLewisocomoningunodeellos. [1]

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(iv) Resumasiesperaquelosenlacesenlafosfinaseanpolaresonopolares, dandounarazónbreve. [1]

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24EP02

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Véase al dorso

(Pregunta 1: continuación)

(v) Lamasamolardelafosfinaesmuchomayorqueladelamoníaco.Explique porquéelpuntodeebullicióndelafosfinaessignificativamentemenorqueeldelamoníaco. [2]

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(vi) ElamoníacosecomportacomobasedébildeBrønsted–Lowrycuandosedisuelveenagua.

NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH−(aq)

Resumaquéseentiendeporlostérminos“débil”y“basedeBrønsted–Lowry”. [2]

Débil:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

BasedeBrønsted–Lowry:

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(b) Lafosfinasepreparageneralmentecalentandofósforoblanco,unodelosalótroposdelfósforo,conhidróxidodesodioacuosoconcentrado.Laecuaciónparalareacciónes:

P4(s)+3OH−(aq)+3H2O(l)→PH3(g)+3H2PO2

−(aq)

(i) ElprimerreactivoestáescritocomoP4,nocomo4P.DescribaladiferenciaentreP4y4P. [1]

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24EP03

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(Pregunta 1: continuación)

(ii) ElionH2PO2−esanfiprótico.Resumaquéseentiendeporanfiprótico,dandolas

fórmulasdeambasespeciesimplicadascuandosecomportadeestamanera. [2]

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(iii) IndiqueelestadodeoxidacióndelfósforoenelP4yenelH2PO2–. [2]

P4:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

H2PO2−:

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(iv) Enlaactualidad,laoxidaciónsedefineenfuncióndelavariacióndelnúmerodeoxidación.ExplorecómolasanterioresdefinicionesdeoxidaciónyreducciónpuedenhaberconducidoarespuestasconflictivasparalaconversióndelP4 en H2PO2

−ycómoelusodelosnúmerosdeoxidaciónharesueltoesteconflicto. [3]

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24EP04

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Véase al dorso

(Pregunta 1: continuación)

(c) Seusaron2,478gdefósforoblancoparaobtenerfosfinadeacuerdoconlaecuación:

P4(s)+3OH−(aq)+3H2O(l)→PH3(g)+3H2PO2

−(aq)

(i) Calculequécantidad,enmol,defósforoblancoseusó. [1]

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(ii) Estefósfororeaccionócon100,0cm3dehidróxidodesodioacuoso5,00moldm−3. Deduzcacuálfueelreactivolimitante,muestresutrabajo. [1]

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(iii) Determinelacantidadenexceso,enmol,delotroreactivo. [1]

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(iv) Determineelvolumendefosfinaobtenido,medidoencm3atemperaturaypresiónestándar. [1]

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24EP05

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(Pregunta 1: continuación)

(d) Lasimpurezasprovocanlacombustiónespontáneadelafosfinaenelaireparaformarunóxidodefósforoyagua.

(i) Secalentaron200,0gdeaireconlaenergíaprocedentedelacombustióncompletade1,00moldefosfina.Calculeelaumentodetemperaturausandolasección1delcuadernillodedatosylosdatosdeabajo.

Entalpíaestándardecombustióndelafosfina,∆H Öc = −750kJmol−1

Capacidadcaloríficaespecíficadelaire=1,00Jg−1 K−1 =1,00kJkg−1 K−1

[1]

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(ii) Elóxidoformadoenlareacciónconairecontiene43,6%defósforoenmasa.Determinelafórmulaempíricadelóxido,mostrandosumétodo. [3]

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(iii) Lamasamolardelóxidoesaproximadamente285gmol−1. Determinelafórmulamoleculardelóxido. [1]

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24EP06

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Véase al dorso

(Pregunta 1: continuación)

(iv) Indiquelaecuaciónparalareaccióndeesteóxidodefósforoconagua. [1]

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(v) Sugieraporquélosóxidosdefósforonocontribuyendeformasustancialaladeposiciónácida. [1]

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(vi) Losnivelesdedióxidodeazufre,uncontribuyentesustancialaladeposiciónácida,sepuedenminimizarporlosmétodosdeprecombustiónopostcombustión.Resumaunatécnicadecadamétodo. [2]

Precombustión:

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Postcombustión:

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24EP07

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2. Elfosgeno,COCl2,seobtienegeneralmenteporlareacciónentreelmonóxidodecarbonoyelclorodeacuerdoconlaecuación:

CO(g)+ Cl2(g) COCl2(g)

(a) (i) Deduzcalaexpresióndelaconstantedeequilibrio,Kc,paraestareacción. [1]

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(ii) Aexactamente600°C,elvalordelaconstantedeequilibrioes0,200.CalculelavariacióndeenergíalibreestándardeGibbs,∆GÖ,paralareacción,enkJ,usandolassecciones1y2delcuadernillodedatos.Indiquesurespuestacontrescifrassignificativas. [3]

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(iii) Lavariacióndeentalpíaestándardeformacióndelfosgeno,∆H Öf ,es−220,1kJmol−1.Determinelavariacióndeentalpíaestándar,∆H Ö, para la reaccióndirectadelequilibrio,enkJ,usandolasección12delcuadernillo dedatos. [2]

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24EP08

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Véase al dorso

(Pregunta 2: continuación)

(iv) Calculelavariacióndeentropíaestándar,∆SÖ,enJK−1,paralareaccióndirectaa 25ûC,usandosusrespuestasa(a)(ii)y(a)(iii).(Sinoobtuvounarespuestaen(a)(ii)y/o(a)(iii),uselosvaloresde+20,0kJy−120,0kJrespectivamente,aunqueestasnosonlasrespuestascorrectas.) [2]

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(b) Unusoindustrialimportantedelfosgenoeslaobtencióndepoliuretanos.ElfosgenoreaccionaconladiaminaX,derivadadelafenilamina.

CH2 NH2H2N X

(i) ClasifiqueladiaminaXcomoaminaprimaria,secundariaoterciaria. [1]

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(ii) Lafenilamina,C6H5NH2,seobtieneporreduccióndelnitrobenceno,C6H5NO2. Sugieracómosepuedellevaracaboestaconversión. [2]

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24EP09

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(Pregunta 2: continuación)

(iii) Nitrobencenosepuedeobtenernitrandoelbencenoconunamezcladeácidosnítricoysulfúricoconcentrados.Formulelaecuaciónparaelequilibrioqueseestablececuandosemezclanestosdosácidos. [1]

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(iv) Deduzcaelmecanismodelanitracióndelbenceno,usandoflechascurvasparaindicarelmovimientodelospareselectrónicos. [4]

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24EP10

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Véase al dorso

(Pregunta 2: continuación)

(c) ElotromonómerousadoenlaobtencióndepoliuretanoeselcompuestoZquesemuestraacontinuación.

O

C

O

H

HH

H

(i) IndiqueelnombredelcompuestoZ,aplicandolasreglasdelaIUPAC,ylaclasedecompuestosalaquepertenece. [2]

Nombre:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Clase:

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(ii) Deduzca,dandosusrazones,elnúmerodeseñalesqueesperaencontrarenelespectrodeRMNde1HdelcompuestoZ. [1]

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24EP11

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(Pregunta 2: continuación)

Acontinuaciónsemuestranlosespectrosdemasaseinfrarrojo(IR)delcompuestoZ:

Espectrodemasas

Intensidadrelativa

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

100

80

60

40

20

0

m/z

[Fuente:http://sdbs.db.aist.go.jp]

EspectroIR

Transm

itancia/%

40000

50

100

3000 2000 1500 1000 500

Q

Númerodeonda/cm−1

[Fuente:http://sdbs.db.aist.go.jp]

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24EP12

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Véase al dorso

(Pregunta 2: continuación)

(iii) Identifiquelaespecieresponsabledelgranpicoam/z =31enelespectrodemasas. [1]

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(iv) IdentifiqueelenlacequeproduceelpicorotuladoconlaletraQenelespectroIR, usandolasección26delcuadernillodedatos. [1]

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(d) Lafenilaminapuedeactuarcomobasedébil.CalculeelpHdeunasolucióndefenilamina0,0100moldm−3a298K,usandolasección21delcuadernillodedatos. [4]

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24EP13

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3. Secreequelareacciónentrehidrógenoymonóxidodenitrógenotranscurrepormediodelmecanismoquesemuestraacontinuación.

2NO(g) N2O2(g) equilibriorápido

N2O2(g)+H2(g)→ N2O(g)+H2O(g) reacciónlenta

N2O(g)+H2(g)→ N2(g)+H2O(g) reacciónrápida

(a) (i) Indiquelaecuaciónparalareaccióntotal. [1]

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(ii) Deduzcalaexpresióndevelocidadqueseacoherenteconestemecanismo. [1]

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(iii) Expliquecómopodríaintentarconfirmarestaexpresióndevelocidad,indicandolosresultadosqueustedesperaría. [3]

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24EP14

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– 15 –

Véase al dorso

(Pregunta 3: continuación)

(iv) Indique,dandosurazón,silaconfirmacióndelaexpresióndevelocidadprobaríaqueelmecanismodadoescorrecto. [1]

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(v) Sugieracómosepodríamedirexperimentalmentelavelocidaddeestareacción. [1]

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(b) Lavariacióndeentalpíaparalareacciónentreelmonóxidodenitrógenoeelhidrógenoes −664kJysuenergíadeactivaciónes63kJ.

Progreso de la reacción

Ene

rgía

(i) Enlosejesdados,dibujeaproximadamenteelperfildeenergíapotencialparalareaccióntotal,indicandolaentalpíadelareacciónylaenergíadeactivación. [2]

(ii) Estareacciónsellevaacabonormalmenteusandouncatalizador.Dibujeunalíneadepuntosrotulada“Catalizada”eneldiagramadearribaparaindicarelefectodelcatalizador. [1]

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24EP15

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– 16 –

(Pregunta 3: continuación)

(iii) DibujeaproximadamenteyrotuleunasegundacurvadedistribucióndeenergíadeMaxwell–Boltzmannquerepresenteelmismosistemaperoamayortemperatura,Tmayor. [1]

Probabilidaddeestaenergía

Ea Energía

(iv) Expliqueporquéunaumentodetemperaturaaumentalavelocidaddeestareacción. [2]

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24EP16

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–17–

Véase al dorso

(Pregunta 3: continuación)

(c) Unodelosintermediariosenlareacciónentremonóxidodenitrógenoehidrógenoeselmonóxidodedinitrógeno,N2O.Estesepuederepresentarpormediodelasestructurasderesonanciadeabajo:

N ON N N O

(i) Analiceelenlaceenelmonóxidodedinitrógenoentérminosdeenlacesσyenlaces π. [3]

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(ii) Indiquequésignificaresonancia. [1]

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24EP17

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4. Elclorurodeestaño(II)esunsólidoblancoqueseusahabitualmentecomoagentereductor.

(a) (i) Indiqueporquéesperaríaqueelclorurodeestaño(II)tuvieraunaentalpíaderedsimilaraladelclorurodeestroncio,usandolasección9delcuadernillodedatos. [1]

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(ii) Calculelavariacióndeentalpíamolarcuandoelclorurodeestronciosedisuelveenagua,usandolassecciones18y20delcuadernillodedatos. [2]

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(iii) Elclorurodeestaño(II)reaccionaconaguaparaprecipitarelclorurobásicoinsoluble,Sn(OH)Cl.

SnCl2(aq)+H2O(l)Sn(OH)Cl(s)+H+(aq) + Cl−(aq)

Sugieraporquéelclorurodeestaño(II)sedisuelvehabitualmenteenácidoclorhídricodiluido. [1]

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24EP18

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– 19 –

Véase al dorso

(Pregunta 4: continuación)

(b) Elestaño,tambiénpuedeexistirenelestadodeoxidación+4.

Sn4+(aq)+ 2e− Sn2+(aq) E Ö = +0,15V

Elvanadiosepuedereducirdeunestadodeoxidación+4 a +3,deacuerdoconlaecuación:

VO2+(aq)+2H+(aq)+ e− V3+(aq)+H2O(l) E Ö = +0,34V

(i) Calculeelpotencialdelacelda,E Ö,ylavariacióndeenergíalibreestándar,∆G Ö,paralareacciónentrelosionesVO2+ySn2+,usandolassecciones1y2delcuadernillodedatos. [2]

E Ö:

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∆G Ö:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Deduzca,dandosurazón,siunareacciónentreSn2+(aq)yVO2+(aq)seríaespontánea. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(c) Resuma,dandolaconfiguraciónelectrónicacompletadelátomodevanadio,quésignificaeltérminometaldetransición. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(Esta pregunta continúa en la página siguiente)

24EP19

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–20–

(Pregunta 4: continuación)

(d) Enunasoluciónacuosadeclorurodevanadio(III),elvanadioexistecomo[V(H2O)6]3+,

[VCl (H2O)5]2+o[VCl2(H2O)4]

+dependiendodelaconcentracióndeionescloruroenlasolución.

(i) DescribacómoelCl−yelH2Oseunenconelionvanadio. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Resumaquelesucederíaalalongituddeondadelaluzqueabsorberíanlosionescomplejosdevanadioamedidaquelasmoléculasdeaguavansiendogradualmentereemplazadasporionescloruro,usandolasección15delcuadernillodedatos.

[2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(e) Enlagráficadeabajosemuestranochoenergíasdeionizaciónsucesivasdelvanadio:

E.I./

kJmol−1

10

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

2 3 4 5 6 7 8Númerodeelectronesextraídos

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24EP20

M16/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX

– 21 –

Véase al dorso

(Pregunta 4: continuación)

(i) Indiquelossubnivelesdelosquesepierdencadaunodeloscuatroprimeroselectrones. [1]

Primero: . . . . Segundo: . . . . Tercero: . . . . Cuarto: . . . .

(ii) Resumaporquéexisteunaumentodeenergíadeionizacióndesdeelelectrón3alelectrón5. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iii) Expliqueporquéexisteungranaumentodeenergíadeionizaciónentreloselectrones5y6. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iv) Elvanadioestáformadocasicompletamentepor51V.Indiqueelnúmerodeneutronesquetieneunátomode51Vensunúcleo. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24EP21

M16/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX

– 22 –

5. ElcompuestoAyelcompuestoBsonhidrocarburos.

H

HH

H

HH

HC

C

HC

CC

C

H

HH

H

H H

A B

(a) (i) IndiqueeltérminoqueseutilizaparadescribirmoléculasqueestánrelacionadasentresídelamismaformaqueelcompuestoAyelcompuestoB. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) SugieraunensayoquímicoparadistinguirentreelcompuestoAyel compuestoB,dandolaobservaciónesperadaparacadauno. [2]

Ensayo:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Observación con A:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Observación con B:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(Esta pregunta continúa en la página siguiente)

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– 23 –

(Pregunta 5: continuación)

(b) ResumacómopodríausarlosespectrosIRdeloscompuestosAyBylasección26delcuadernillodedatosparaidentificarlos. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(c) EnelespectrodeRMNde1HdelcompuestoAseproducendosseñales.Deduzcaquédesplazamientoquímicoseesperadeellasysupatróndedesdoblamiento,usandolasección27delcuadernillodedatos.

Señal 1 2

Desplazamientoquímico/ppm

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Patróndedesdoblamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[2]

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