química número de convocatoria del alumno nivel ... past papers - subject...i(aq) 2so (aq) 2i(aq)...

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N13/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX

Lunes 18 de noviembre de 2013 (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 todas las preguntas.• Sección B: conteste dos 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 [90 puntos].

2 horas 15 minutos

© International Baccalaureate organization 2013

Código del examen

8 8 1 3 – 6 1 2 6

Número de convocatoria del alumno

0 0

88136126

32EP01

–2– N13/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX

Sección a

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

1. Lacinéticadereacciónsepuedeinvestigarusandolareaccióndelrelojdeyodo.Lasecuacionesparadosdelasreaccionesqueseproducensedanacontinuación.

ReacciónA: 2 2 2 2H O (aq) 2I (aq) 2H (aq) I (aq) 2H O(l)− ++ + → +

ReacciónB: 2 22 2 3 4 6I (aq) 2S O (aq) 2I (aq) S O (aq)− − −+ → +

La reacciónB esmuchomás rápida que la reacciónA, por eso el yodo, I2, formado en lareacción A, reacciona inmediatamente con los iones tiosulfato, S2O3

2–, en la reacción B,antes de que pueda reaccionar con el almidón para formar el complejo almidón-yodo decolorazul-negrotanconocido.

Enunexperimentolamezcladereaccióncontenía:

5,0±0,1cm3deperóxidodehidrógeno(H2O2)2,00moldm–3

5,0±0,1cm3dealmidónacuosoal1%20,0±0,1cm3deácidosulfúrico(H2SO4)1,00moldm

–3

20,0±0,1cm3detiosulfatodesodio(Na2S2O3)0,0100moldm–3

50,0±0,1cm3deaguacon0,0200±0,0001gdeyodurodepotasio(KI)disuelto.

Despuésde45segundosestamezclacambiórepentinamentedeincoloraaazul-negro.

(a) Laconcentracióndeionesyoduro,I–,sesuponeconstante.Resumaporquéestaesunasuposiciónválida. [1]

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(b) Paraestamezcla, laconcentracióndeperóxidodehidrógeno,H2O2, tambiénsepuedesuponerconstante.Expliqueporquéestasuposiciónesválida. [2]

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(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

32EP02

–3–

Véase al dorso


(Pregunta 1: continuación)

(c) Expliqueporquélasolucióncambiadecolorrepentinamente. [2]

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(d) (i) Calculelaincertidumbretotal,encm3,delvolumendelamezcladereacción. [1]

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(ii) Calculelaincertidumbreporcentualdelaconcentracióndeyodurodepotasioenlasoluciónañadidaalamezclatotaldereacción. [1]

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(iii) Determinela incertidumbreporcentualdelaconcentracióndeyodurodepotasioenlasoluciónfinaldereacción. [1]

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32EP03



(e) El cambio de color se produce cuando se han formado 1,00×10–4moles de yodo.Useelvolumentotaldelasoluciónyeltiempoquetarda,paracalcularlavelocidaddelareacción,incluyendolasunidadesadecuadas. [4]

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(f) La energía de activación se puede determinar usando la ecuación de Arrhenius,queestáenlaTabla1delCuadernillodeDatos.Elexperimentosellevóacaboacincotemperaturas diferentes. A continuación semuestra un gráfico incompleto basado enestosresultados,paradeterminarlaenergíadeactivacióndelareacción.

2,8×10–3 2,9×10–3 3,0×10–3 3,1×10–3 3,2×10–3 3,3×10–3 3,4×10–3 3,5×10–30

–1

–2

–3

–4

–5


32EP04

–5–

Véase al dorso



(i) Indiquelosrótulosdecadaeje. [2]

Ejex:

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Ejey:

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(ii) Useelgráficoparadeterminarlaenergíadeactivacióndelareacción,enkJmol–1,corregidoatrescifrassignificativas. [3]

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(g) En otro experimento, también se añadieron 0,100g de un polvo negro manteniendoinvariableslasdemásconcentracionesyvolúmenes.Eltiempoquetardólasoluciónencambiardecolorfuede20segundos.Resumaporquépiensaqueelcambiodecolorseprodujomásrápidamenteycómopodríaconfirmarsuhipótesis. [2]

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32EP05


2. Considerelarutadereacciónendosetapasquesedaacontinuación.

ClCH2 CH2Cl HOOC COOHXi ii

(a) DeduzcalafórmulaestructuraldelcompuestoX. [1]

(b) Indiquelosreactivosycondicionesrequeridasparalaetapa ii delaruta. [2]

Reactivos:

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Condiciones:

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32EP06

–7–

Véase al dorso



(c) El producto final puede reaccionar con 1,2-etanodiol,HOCH2–CH2OH, para producirunpolímero.

(i) Indiqueeltipodepolimerizaciónimplicada. [1]

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(ii) Dibujelaestructuradeunapartedelpolímeroobtenidoquecontengadosmoléculasdecadamonómero. [1]

32EP07


3. Elnitratodecalciocontieneenlacescovalentesyenlacesiónicos.

(a) (i) Indique la fórmula deambos iones presentes y la naturaleza de la fuerza entreesosiones. [2]

Iones:

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Naturalezadelafuerza:

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(ii) Indiquequéátomosestánunidosconenlacecovalente. [1]

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(b) Elenlaceenelionnitratoimplicadeslocalizaciónelectrónica.Expliqueelsignificadodedeslocalizaciónelectrónicaydequéformaafectaalion. [2]

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Véase al dorso



(c) Elnitrógenotambiénformaóxidos,quesoncontaminantesatmosféricos.

(i) Resumalafuentedeestosóxidos. [1]

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(ii) Indiqueunproductoformadoapartirdesureacciónconagua. [1]

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(iii) Indiqueunproblemaambientalcausadoporestoscontaminantesatmosféricos. [1]

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4. ElEUK-134,cuyaestructurasedaacontinuación,esunioncomplejodemanganeso(III)queseusaenproductosprotectoressolarescarosdebidoasuspoderosaspropiedadesantioxidantes.

N

O

N

H3COOCH3

O

Mn

Cl

(a) IndiquelaconfiguraciónelectrónicadelionmanganesoenelEUK-134. [1]

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(b) Indique el nombreque se da a las especies que se enlazan a un ionmetálico central,eidentifiqueeltipodeenlacepresente. [2]

Nombredado:

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Tipodeenlace:

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(c) Los metales de transición tienen ciertas propiedades características. Indique dospropiedades del EUK-134 que estén involucradas en la rápida disminución de laconcentracióndeagentesoxidantes. [2]

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Véase al dorso



(d) LassustanciascomoelEUK-134confrecuenciasoncoloreadas.Expliqueporquéloscompuestosdelosmetalesdetransiciónabsorbenradiaciónvisible. [3]

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Sección b

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

5. Endiciembrede2010,investigadoresenSueciaanunciaronlasíntesisdelaN,N-dinitronitramida,N(NO2)3. Especularon que este compuesto, comúnmente llamado trinitramida, podría tener unpotencialimportantecomocombustibleoxidanteencohetesquenocontaminaelambiente.

(a) El metanol reacciona con la trinitramida para formar nitrógeno, dióxido de carbonoyagua.Deduzcaloscoeficientesrequeridosparaajustarlaecuaciónparaestareacción. [1]

2 3 3 2 2 2___ N(NO ) (g) ___CH OH(l) ___ N (g) ___CO (g) ___ H O(l)+ → + +

(b) Sugieraunarazónporlaquelatrinitramidapodríasermenoscontaminanteparaelambientequeotroscombustiblesoxidantesdecohetescomoelpercloratodeamonio(NH4ClO4). [1]

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Véase al dorso



(c) Calcule la variación de entalpía, en kJmol–1, que se produce cuando un mol detrinitramidasedescomponeensuselementos,usandolosdatosdeentalpíadeenlacedelaTabla10delCuadernillodeDatos.SupongaquetodoslosenlacesN–Oenestamoléculatienenunaentalpíadeenlacede305kJmol–1. [3]

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(d) Lavariacióndeentropía, S∆ ,paraladescomposicióndelatrinitramidasehaestimadoen 1 1700JK mol− −+ .Comentesobreelsignode S∆ . [2]

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(e) Usando+700JK–1mol–1 como el valor de la variaciónde la entropía en conjunto consurespuestaalapartado(c),calcule∆G,enkJmol–1,paraestareaccióna300K.(Sinoobtuvounarespuestaenelapartado(c),useelvalor–1000kJmol–1,apesardenoserelvalorcorrecto.) [3]

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

(f) Expliquesicambiandolatemperaturaseafectaráonoalaespontaneidaddelareaccióndedescomposicióndelatrinitramida. [2]

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(g) Resuma cómo se compara la longitud del enlace N–N en la trinitramida con la delenlaceN–Nenelnitrógenogaseoso,N2. [2]

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32EP14

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Véase al dorso



(h) DeduzcaelángulodeenlaceN–N–Nenlatrinitramidayexpliquesurazonamiento. [3]

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(i) Prediga,conunaexplicacion,lapolaridaddelamoléculadetrinitramida. [2]

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(j) Elpuntodeebulliciónnormaldeun líquidoes la temperaturaa lacual supresióndevapor es igual a la presión atmosférica estándar (101,3kPa). En los ejes provistos,esquematice un gráfico mostrando como varía la presión de vapor del agua con latemperaturaeindiquesupuntodeebullicióna101,3kPa. [2]

Presióndevapor/kPa

101,3

Temperatura/ C°


32EP15



(k) Resumaporquéelpuntodeebullicióndelaguaesmenorenlugaressituadosmuyporencimadelniveldelmar,dondelapresiónatmosféricaesconsiderablementemenorde101,3kPa. [1]

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(l) Describaelequilibrioqueexisteentreunlíquidoysuvaporycómoesteseveafectadoporunaumentodetemperatura,entérminosdelateoríacinética. [3]

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Véase al dorso


6. En solución ácida, los iones que contienen titanio pueden reaccionar de acuerdo con lasiguientesemiecuación.

2 32TiO (aq) 2H (aq) e Ti (aq) H O(l) 0,06VE+ + − ++ + + = −

Ö

(a) Definaeltérminopotencial estándar de electrodo,EÖ . [1]

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(b) (i) Indique el número de oxidación inicial y final del titanio y a partir de ellosdeduzcasiseoxidaosereduceenestecambio.

número de oxidación inicial

número de oxidación final Se oxida/reduce

[2]

(ii) Considerandoelequilibrioanterior,prediga,dandouna razón,cómoafectaríaelañadidodemásácidolafuerzadelionTiO2+comoagenteoxidante. [2]

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


32EP17



(c) En los dos experimentosde abajo, prediga si se produceuna reacciónydeduzcaunaecuaciónparacualquierreacciónqueseproduzca.Siesnecesario,consultelaTabla14delCuadernillodeDatos. [3]

SeañadeKI(aq)aunasoluciónquecontieneionesTi3+(aq):

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SeañadeZn(s)aunasoluciónquecontieneionesTiO2+(aq)eH+(aq):

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32EP18

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Véase al dorso



(d) En el diagrama de abajo,a yb son electrodos inertes y en las soluciones acuosas,laconcentracióndetodoslosioneses1moldm–3.

Voltímetro

a

V

Puentesalino

b

Fe3+yFe2+ TiO2+,H+yTi3+

(i) UsandolaTabla14delCuadernillodeDatos,indiquelasemiecuaciónajustadaparalareacciónqueseproduceenelelectrodoa,ysiimplicaoxidaciónoreducción. [2]

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

(ii) CalculeelpotencialdelapilaenV. [1]

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(iii) Eneldiagramadearribarotuleconunaflecha

• ladireccióndelflujodeelectronesenelcable• ladireccióndecirculacióndelosionespositivosenelpuentesalino. [1]


32EP19



(e) El sodio, el silicio y el azufre son elementos del periodo 3 de la tabla periódica queformanóxidos.

(i) Comparelaspropiedadesdelostresóxidoscompletandolatablasiguiente. [3]

na2O SiO2 SO2

Tipo de enlace

estado estándar

efecto sobre el pH del agua

(ii) El dióxido de azufre contribuye significativamente a la deposición ácida.Identifiqueuna fuenteprincipaldeestecontaminanteprovenientedeactividadeshumanas. [1]

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(iii) Además del óxido de arriba, el sodio forma un peróxido que contiene el ionperóxido, O2

2–. Dibuje la estructura de Lewis (representación de electronesmediantepuntos)delionperóxido. [2]


32EP20

–21–

Véase al dorso



(f) Aunqueelcarbonoyelsiliciopertenecenalgrupo4delatablaperiódica,eldióxidodecarbonoyeldióxidodesiliciosondiferentesenmuchosaspectos.

(i) Describalasdiferenciasencuantoalahibridacióndeestoselementosdelgrupo4ylanaturalezaprecisadelosenlacesqueellosformanconlosátomosdeoxígeno. [3]

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(ii) Elxenón,apesardeserungasnoble,formaunóxido,XeO2,quetieneunaestructurarelacionada con la delSiO2. Compare la geometría alrededorde los átomosdesilicioenelSiO2conlageometríaalrededordelosátomosdexenónenelXeO2,usandolateoríadelarepulsióndelparelectrónicodevalencia(TRPEV). [3]

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(g) El silicio también forma un tetracloruro, SiCl4. Indique la ecuación para la reaccióndelSiCl4conagua. [1]

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32EP21


7. Elantimonio,Sb,formaunfluoruro,SbF5.

(a) Indiquequéelementoustedesperaríaquetuvierapropiedadesquímicasmásparecidasalasdelantimonio.

[1]

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Elequilibrioqueseproducecuandoelfluorurodeantimonio(V)sedisuelveenfluorurodehidrógenolíquidosepuederepresentarporlasiguienteecuación.

5 6 2SbF (s) 2HF(l) SbF (sol) H F (sol)− ++ +

(b) (i) Describa la relación entre el SbF5 y el SbF6– en términos de la teoría de los

ácidosdeLewis. [2]

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(ii) Explique el comportamiento del HF en términos de la teoría de los ácidos deBrønsted–Lowry. [2]

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32EP22

–23–

Véase al dorso



(c) ResumacómolossiguientesfactoresexplicanelhechodequeelHClesunácidofuerteyelHFesunácidodébil.

(i) Lafuerzadelenlacehidrógeno-halógeno. [1]

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(ii) La interacción entre una molécula de haluro de hidrógeno no disociada y unamoléculadeagua. [1]

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(d) Se proporcionó a algunos estudiantes una solución de un ácido monobásico, HQ,0,100moldm–3yselesindicóqueresolvieranelproblemadedeterminarsiHQeraunácidodébilounácidofuerte.

(i) Neelu y Charles decidieron resolver el problema determinando el volumen desolucióndehidróxidodesodio0,100moldm–3necesarioparaneutralizar25,0cm3delácido.Resumasiestaelecciónfueacertada. [2]

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32EP23



(ii) Identifiqueunindicadorquesepuedausarenlatitulacióndehidróxidodesodioacuosoconunácidofuerteyunácidodébil,yresumalarazóndesuelección. [2]

Indicador:

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Razón:

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(iii) NeeluyCharlesdecidieroncompararelvolumendesolucióndehidróxidodesodionecesarioconelqueserequiereparaácidosfuertesydébiles0,100moldm–3conocidos.Desafortunadamenteeligieronácidosulfúricocomoelácidofuerte.Resumaporquéestanofueunadecisiónacertada. [1]

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(iv) FranciscoyShamisodecidieronmedirelpHdelasolucióninicial,HQ,yhallaronque su pH era 3,7. Deduzca, dando una razón, la fuerza (fuerte o débil) delácidoHQ. [2]

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Véase al dorso



(e) Elsegundoproblemapedíaquelosestudiantesdeterminaranlaconstantededisociaciónácida,Ka,delácidoHQysupKa.

(i) ExpliquecómodeterminarelpKaapartirdeungráficodepHenfuncióndelvolumenañadidodehidróxidodesodio0,100moldm–3. [2]

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(ii) Francisco y Shamiso hallaron que el pH de la solución 0,100moldm–3 inicialera3,7. Sinembargo, esta lectura fue inexactaporqueolvidaron lavar la sondadepH.CalculeelpKadeHQusandolalecturaqueobtuvieron.

[4]

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(f) Manu y Lisa decidieron convertir el ácido en una solución tampón neutralizándoloparcialmente.Mezclaron10,0cm3desolucióndehidróxidodesodio0,100moldm–3con40,0cm3desolucióndeHQ0,100moldm–3.DetermineelpHdelasoluciónresultante,mostrandosutrabajo,dadoqueelKadeHQes1,80×10

–5moldm–3. [5]

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Véase al dorso


8. El 2-metil-2-butanol, (CH3)2C(OH)CH2CH3, es un líquido con olor a alcanfor que se usabaantiguamentecomosedante.Unaformadeproducirlocomienzaconel2-metil-2-buteno.

(a) Indique las otras sustancias necesarias para convertir el 2-metil-2-buteno en2-metil-2-butanol. [2]

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(b) Expliquesiesperaríaqueel2-metil-2-butanolreaccionaracondicromato(VI)depotasioacidificado. [2]

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(c) Ademásdel2-metil-2-butanol, en la reacción tambiénse formaunapequeñacantidaddeunisómeroópticamenteactivo,X.

(i) Indiqueelsignificadodeactividad óptica. [1]

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(ii) Indiquequéindicalaactividadópticasobrelaestructuradelamolécula. [1]

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(iii) La actividad óptica se puede detectar usando un polarímetro. Explique cómofunciona. [3]

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(iv) DeduzcalafórmulaestructuraldeX. [1]

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(d) Expliqueporquéel2-metil-2-butenoesmenossolubleenaguaqueel2-metil-2-butanol. [2]

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Véase al dorso



(e) El2-metil-2-butanoltambiénsepuedeobtenerporhidrólisisde2-cloro-2-metilbutano,(CH3)2CClC2H5,conhidróxidodesodioacuoso.

(i) Explique elmecanismo de esta reacción usando flechas curvas para representarelmovimientodelospareselectrónicos. [4]

(ii) Indiquelaecuacióndevelocidadparaestareacciónylasunidadesdelaconstantedevelocidad. [2]

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– 30 – N13/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX


(iii) Sugiera por qué, con otros halogenoalcanos, esta hidrólisis es mucho más efectiva en condiciones alcalinas que en condiciones neutras. [1]

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(f) El 2-cloro-2-metilbutano contiene algunas moléculas cuya masa molar es aproximadamente igual a 106 g mol–1 y algunas cuya masa molar es aproximadamente igual a 108 g mol–1.

(i) Resuma por qué existen moléculas con diferentes masas molares. [1]

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(ii) Sugiera, dando una razón, si las moléculas con diferentes masas molares sufrirían hidrólisis a diferente velocidad. [1]

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(g) El2-cloro-2-metilbutano tambiénsepuedeconvertirenelcompuestoZpormediodeunareacciónendosetapasatravésdelcompuestoY:

ClC

H2C CH3

CH3

H2CC

CH2CH3

CH3

CH3 CH3

NH2Y

2-cloro-2-metilbutano Z

(i) DibujelaestructuradeY. [1]

(ii) IndiqueelreactivoycualquiercatalizadorqueserequieraparalaformacióndeYylaconversióndeYenZ. [3]

FormacióndeY:

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ConversióndeYenZ:

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no escribaenestapágina.

Lasrespuestasqueseescribanenestapáginanoseráncorregidas.

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