química nivel superior prueba 2 past papers - subject/group 4 - sciences... · (i) se calentaron...

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

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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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(Esta pregunta continúa en la página siguiente)

24EP02


– 3 –

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:

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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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(ii) ElionH2PO2−esanfiprótico.Resumaquéseentiendeporanfiprótico,dandolas

fórmulasdeambasespeciesimplicadascuandosecomportadeestamanera. [2]

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(iii) IndiqueelestadodeoxidacióndelfósforoenelP4yenelH2PO2–. [2]

P4:

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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


(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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(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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Véase al dorso


(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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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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Véase al dorso


(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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(iii) Nitrobencenosepuedeobtenernitrandoelbencenoconunamezcladeácidosnítricoysulfúricoconcentrados.Formulelaecuaciónparaelequilibrioqueseestablececuandosemezclanestosdosácidos. [1]

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(iv) Deduzcaelmecanismodelanitracióndelbenceno,usandoflechascurvasparaindicarelmovimientodelospareselectrónicos. [4]


24EP10


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Véase al dorso


(c) ElotromonómerousadoenlaobtencióndepoliuretanoeselcompuestoZquesemuestraacontinuación.

O

C

C

O

H

HH

HH

H

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

Nombre:

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Clase:

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

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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]


24EP12


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Véase al dorso


(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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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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Véase al dorso


(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]


24EP15


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

Probabilidaddeestaenergía

Ea Energía

(iv) Expliqueporquéunaumentodetemperaturaaumentalavelocidaddeestareacción. [2]

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Véase al dorso


(c) Unodelosintermediariosenlareacciónentremonóxidodenitrógenoehidrógenoeselmonóxidodedinitrógeno,N2O.Estesepuederepresentarpormediodelasestructurasderesonanciadeabajo:

N ON N N O

(i) Analiceelenlaceenelmonóxidodedinitrógenoentérminosdeenlacesσyenlaces π. [3]

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(ii) Indiquequésignificaresonancia. [1]

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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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Véase al dorso


(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:

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

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

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24EP19


–20–


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

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

+dependiendodelaconcentracióndeionescloruroenlasolución.

(i) DescribacómoelCl−yelH2Oseunenconelionvanadio. [1]

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

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(ii) Resumaquelesucederíaalalongituddeondadelaluzqueabsorberíanlosionescomplejosdevanadioamedidaquelasmoléculasdeaguavansiendogradualmentereemplazadasporionescloruro,usandolasección15delcuadernillodedatos.

[2]

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

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(e) Enlagráficadeabajosemuestranochoenergíasdeionizaciónsucesivasdelvanadio:

E.I./

kJmol−1

10

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

2 3 4 5 6 7 8Númerodeelectronesextraídos


24EP20


– 21 –

Véase al dorso


(i) Indiquelossubnivelesdelosquesepierdencadaunodeloscuatroprimeroselectrones. [1]

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

(ii) Resumaporquéexisteunaumentodeenergíadeionizacióndesdeelelectrón3alelectrón5. [1]

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(iii) Expliqueporquéexisteungranaumentodeenergíadeionizaciónentreloselectrones5y6. [3]

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(iv) Elvanadioestáformadocasicompletamentepor51V.Indiqueelnúmerodeneutronesquetieneunátomode51Vensunúcleo. [1]

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

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24EP21


– 22 –

5. ElcompuestoAyelcompuestoBsonhidrocarburos.

H

HH

H

H

HH

HC

C

C

C

HC

CC

C

H

HH

H

H

H H

A B

(a) (i) IndiqueeltérminoqueseutilizaparadescribirmoléculasqueestánrelacionadasentresídelamismaformaqueelcompuestoAyelcompuestoB. [1]

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

(ii) SugieraunensayoquímicoparadistinguirentreelcompuestoAyel compuestoB,dandolaobservaciónesperadaparacadauno. [2]

Ensayo:

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

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Observación con A:

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Observación con B:

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24EP22


– 23 –


(b) ResumacómopodríausarlosespectrosIRdeloscompuestosAyBylasección26delcuadernillodedatosparaidentificarlos. [1]

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(c) EnelespectrodeRMNde1HdelcompuestoAseproducendosseñales.Deduzcaquédesplazamientoquímicoseesperadeellasysupatróndedesdoblamiento,usandolasección27delcuadernillodedatos.

Señal 1 2

Desplazamientoquímico/ppm

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

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

[2]

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