22096126 - IB Documents PAST PAPERS... · (a) (i) Calcule el valor de Ka del ácido benzoico, C 6 H5COOH, usando la tabla 15 del Cuadernillo de Datos..... [1] (ii) Basándose en su

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M09/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX+

Lunes 18 de mayo de 2009 (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 2009

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–2– M09/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX+

SECCIÓN A

Conteste todas las preguntas en los espacios provistos.

1. La aspirina,unade lasdrogasmás ampliamenteusadas en elmundo, sepuedepreparardeacuerdoconlasiguienteecuación.

OH

COOHC

H3C O

O

CCH3

OOCOCH3

COOH

+ + CH3COOHH+

ácidosalicílico anhídridoetanoico aspirina ácidoetanoico

(a) Indiquelosnombresdelostresgruposfuncionalesorgánicospresentesenlaaspirina.

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(b) Un estudiante hizo reaccionar cierta cantidad de ácido salicílico con exceso deanhídridoetanoico.Lamezcladereacciónsefiltróobteniéndoseaspirinasólidaimpura.Porrecristalizaciónseobtuvoaspirinapura.Enlasiguientetablaseregistraronlosdatosqueobtuvoelestudiante.

Masadeácidosalicílicousada 3,15±0,02g

Masadeaspirinapuraobtenida 2,50±0,02g

(i) Determinelacantidad,enmoles,deácidosalicílico,C6H4(OH)COOH,queseusaron.

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[2]

(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso


(Pregunta 1, continuación)

(ii) Calculeelrendimientoteórico,eng,deaspirina,C6H4(OCOCH3)COOH.

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(iii) Determineelrendimientoporcentualdeaspirinapura.

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(iv) Indique el número de cifras significativas asociadas a lamasa de aspirina puraobtenida,ycalculelaincertidumbreporcentualasociadacondichamasa.

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(v) Otro estudiante repitió el experimento y obtuvo un rendimiento experimentalde 150%. El profesor controló sus cálculos y nohalló errores.Comente sobreelresultado.

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(vi) La siguiente es una representación tridimensional generada por computadordelaaspirina.

C2

C3

C4

C1

C6

C5

H2

H3

H4

H5

C7

C8

C9

H1

H8

H7

H6

O3

O4

O1

O2

Untercerestudiantemidiólaslongitudesdelosenlacesseleccionadosenlaaspirina,usandodichoprogramaparacomputadoreinformólossiguientesdatos.

Enlace Longitud de enlace / × 10–10 m

C1–C2 1,4C2–C3 1,4C3–C4 1,4C4–C5 1,4C5–C6 1,4C6–C1 1,4C2–O3 1,4

Elestudiantesugiriólasiguientehipótesis:“Puesto que todas las mediciones de las longitudes de enlace carbono-carbono son iguales, todas las longitudes de los enlaces carbono-oxígeno también deben ser iguales en la aspirina. Por lo tanto, la longitud del enlace C8–O4, debe ser 1,4 × 10–10 m”.Comentesiestahipótesisesválidaono.

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Véase al dorso



(vii) El otro producto de la reacción es ácido etanoico, CH3COOH. Defina unácido de acuerdo con la teoría deBrønsted-Lowry e indique la base conjugadadelCH3COOH.

DefinicióndeácidodeBrønsted-Lowry:

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BaseconjugadadelCH3COOH:

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2. Algunosdelosprocesosquímicosmásimportantescomprendenreaccionesácido-base.

(a) (i) Calcule el valor deKa del ácido benzoico, C6H5COOH, usando la tabla 15 delCuadernillodeDatos.

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(ii) BasándoseensuvalordeKa,indiqueyexpliquesielácidobenzoicoesunácidofuerteodébil.

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(iii) DeterminelaconcentracióndeionhidrógenoyelpHdeunasolución0,010moldm–3deácidobenzoico.Indiqueunasuposiciónrealizadaensucálculo.

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(b) Describaelcarácterácido-basedelosóxidosdecadaunodeloselementosdelperíodo3,desdeelNaalCl.

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(c) Indiqueunejemplodeungasácido,producidoenunprocesoindustrialoenlosmotoresde combustión interna, que es capaz de causar contaminación a gran escala en lagosybosques.

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Véase al dorso


3. (a) (i) Dibujelaformadelorbitalpzusandolascoordenadasquesemuestran. [1]

y

z

x

(ii) IndiquelaconfiguraciónelectrónicadelFe3+.

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(iii) Definaeltérminoligando.

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(iv) Expliqueporquéelcomplejo[Fe(H2O)6]3+escoloreado.

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(v) El elemento selenio ( )Z = 34 tiene electrones en los orbitales 4s, 3d y 4p.Dibuje un diagrama orbital (usando la notación de flechas dentro de cuadros)pararepresentarestoselectrones.

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4. Considerelasiguientereacción.

2 23 2 2 6 2CH OH g H g C H g H O g( ) ( ) ( ) ( )+ → +

(a) La variación de entalpía estándar de formación para el CH3OH(g) a 298K es de–201kJmol–1yparaelH2O(g)esde–242kJmol

–1.Usandolainformacióndelatabla11delCuadernillodeDatos,determinelavariacióndeentalpíaparaestareacción.

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(b) La entropía estándar para el CH3OH(g) a 298K es 238JK–1mol–1, para el H2(g) es

131JK–1mol–1yparaelH2O(g)es189JK–1mol–1.Usandolainformacióndelatabla11

delCuadernillodeDatos,determinelavariacióndeentropíaparaestareacción.

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(c) Calculelavariacióndeenergíalibreestándar,a298K,paralareacciónydeduzcasilareacciónesonoespontánea.

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Véase al dorso


SECCIÓN B

Conteste dos preguntas. Conteste a las preguntas en las hojas de respuestas provistas. 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.

5. Elnitrógenoyelsiliciopertenecenagruposdiferentesdelatablaperiódica.

(a) (i) Distingaencuantoaestructuraelectrónica,entrelostérminosgrupoyperíodo. [2]

(ii) Indiqueelnúmeromáximodeorbitalesenelnivelenergéticon = 2. [1]

(b) DibujelasestructurasdeLewis,indiquelasformasypredigalosángulosdeenlaceparalassiguientesespecies.

(i) SiF62– [3]

(ii) NO2+ [3]

(c) La gráfica de abajo muestra los puntos de ebullición de los hidruros del grupo 5.Discutalavariacióndelospuntosdeebullición. [4]

Período

2 3 4 5

Puntodeebullición/ ° C

0

–10

–20

–30

–40

–50

–60

–70

–80

–90

–100

SbH3

NH3

AsH3

PH3


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(d) Explique,usandodiagramas,porquélamoléculadeNO2espolarmientrasqueCO2esunamoléculanopolar. [3]

(e) Describalaestructurayenlaceseneldióxidodesilicio. [2]

(f) ConsiderelamoléculaHCONH2.

(i) Indiqueelnombredelcompuestoydibujesufórmulaestructural,mostrandotodoslosenlacespresentes. [2]

(ii) Expliqueeltérminohibridación. [1]

(iii) Describalaformacióndelosenlacesσyπ. [2]

(iv) Indique el tipo de hibridación de los átomos de carbono y nitrógeno enelHCONH2. [2]

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Véase al dorso


6. (a) Considereelsiguienteequilibrio.

2SO (g) O (g) 2SO (g) = 198kJmol2 2 31+ − −

ë ÖH

(i) Deduzcalaexpresióndelaconstantedeequilibrio,Kc,paralareacción. [1]

(ii) Indiqueyexpliqueelefectodeaumentarlapresiónsobreelrendimientodetrióxidodeazufre. [2]

(iii) Indiqueyexpliqueelefectodeaumentar la temperaturasobreelrendimientodetrióxidodeazufre. [2]

(iv) Indiquelosefectosdeuncatalizadorsobrelasreaccionesdirectaeinversa,sobrelaposicióndeequilibrioysobreelvalordeKc. [3]

(b) Alintroducirunamezclade0,100molesdeNO,0,051molesdeH2y0,100molesdeH2Oenunrecipientede1,0dm3a300K,seestablecióelsiguienteequilibrio.

2 2 22 2 2NO g H g N g H O g( ) ( ) ( ) ( )+ +

En el equilibrio, se halló que la concentración de NO era de 0,062moldm–3.Determinelaconstantedeequilibrio,Kc,paralareacciónaestatemperatura. [4]

(c) (i) Resumadosdiferenciasentreunaceldaelectrolíticayunapilavoltaica. [2]

(ii) Explique por qué el cloruro de sodio sólido no conduce la electricidad, pero elclorurodesodiofundidosí. [2]

(iii) El cloruro de sodio fundido se somete a electrólisis en una celda electrolítica.Deduzca la semiecuaciónparacadaelectrodoe indique si seproduceoxidacióno reducción. Deduzca la ecuación total para la celda incluyendo los símbolosdeestado. [5]

(iv) Laelectrólisishahechoposiblelaobtencióndemetalesreactivoscomoelaluminioapartirdesusminerales,locualharesultadoenundesarrollosignificativodelaingenieríaylatecnología.Indiqueunarazónporlaqueseprefiereelaluminioalhierroenmuchasaplicaciones. [1]

(v) La electrodeposición es una aplicación importante de la electrólisis.Indique lacomposiciónde loselectrodosyelelectrolitousadoenelprocesodeelectrodeposicióndeplata. [3]

1 1 1 6

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7. (a) (i) Definaeltérminovelocidad de reacción. [1]

(ii) Indiqueunaecuaciónque represente la reaccióndelcarbonatodemagnesioconácidoclorhídricodiluido. [1]

(iii) La velocidad de la reacción del apartado (a)(ii), se puede estudiarmidiendo elvolumendegasrecogidoenunperíodode tiempo. Esquematiceungráficoquemuestrecómovaríaelvolumendegasrecogidoconeltiempo. [1]

(iv) Serepitióelexperimentousandoeldobledevolumendeácidoclorhídrico,perosuconcentraciónseredujoalamitaddelaconcentraciónoriginal.Dibujeunasegundalíneaenelgráficoquedibujóenelapartado(a)(iii)paramostrarlosresultadosdeesteexperimento.Expliqueporquéestalíneaesdiferentedelalíneaoriginal. [4]

(b) Elmonóxido de nitrógeno reacciona a 1280°C con hidrógeno para formar nitrógenoyagua.Tantolosreactivoscomolosproductosestánenfasegaseosa.

(i) Seestudiólacinéticadelareacciónaestatemperatura.Latablamuestralavelocidaddereaccióninicialparadiferentesconcentracionesdecadareactivo.

Experimento [NO (g)]/ mol dm–3 × 10–3

[H2(g)]/ mol dm–3 × 10–3

Velocidad inicial/ mol dm–3 s–1 × 10–5

1 5,00 2,00 1,252 10,00 2,00 5,003 10,00 4,00 10,00

Deduzca el orden de la reacción con respecto al NO y al H2, y explique surazonamiento. [4]

(ii) Deduzcalaexpresióndevelocidadparalareacción. [1]

(iii) DetermineelvalordelaconstantedevelocidadparalareaccióndelExperimento3,eindiquesusunidades. [2]


1 2 1 6

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Véase al dorso



(c) Se considera que la descomposición en fase gaseosa del monóxido de dinitrógeno seproduceendosetapas.

Etapa1: N O g N g O(g)2 2

1( ) ( )→ +

k

Etapa2: N O g O(g) N g O (g)22 2

2

( ) ( )+ → +k

Laexpresióndevelocidadexperimentalparaestareacciónesvelocidad= k [ ]N O2 .

(i) Identifiquelaetapadeterminantedelavelocidad. [1]

(ii) Identifiqueelintermediarioinvolucradoenestareacción. [1]


1 3 1 6

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(d) LaconversióndeCH3NCenCH3CNesunareacciónexotérmicaquesepuederepresentarcomosigue.

CH3–N≡C estadodetransición CH3–C≡N

Lareacciónsellevóacaboadiferentestemperaturas,obteniéndoseunvalordelaconstantedevelocidad,k,paracadatemperatura.Acontinuaciónsemuestraelgráficodelnkenfunciónde1/T.

0,0018 0,0019 0,0020 0,0021 0,0022

lnk

–5

–6

–7

–8

–9

–10

–111/T(K–1)

(i) Definaeltérminoenergía de activación,Ea. [1]

(ii) Construyaundiagramaentálpicoyrotulelaenergíadeactivación,Ea,lavariacióndeentalpía,∆H,ylaposicióndelestadodetransición. [3]

(iii) Describa cualitativamente la relación entre la constante de velocidad, k, y latemperatura,T. [1]

(iv) Calcule la energía de activación, Ea, para la reacción, usando la tabla 1delCuadernillodeDatos. [4]

1 4 1 6

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Véase al dorso


8. Enalgunospaíses,semezclaetanolcongasolinaparaproduciruncombustibleparaautomóvilesllamadogasoholoalconafta.

(a) (i) Definaeltérminoentalpía media de enlace. [2]

(ii) Use la información de la tabla 10 del Cuadernillo deDatos para determinar lavariacióndeentalpíaestándarparalacombustióncompletadeletanol.

CH CH OH g O g CO g H O g3 2 2 2 23 2 3( ) ( ) ( ) ( )+ → + [3]

(iii) Lavariacióndeentalpíaestándarparalacombustióncompletadeloctano,C8H18,es–5471kJmol–1.Calculelacantidaddeenergía,enkJ,queseproducecuando1gdeetanoly1gdeoctanoardencompletamenteenelaire. [2]

(iv) Eletanolsepuedeoxidarusandodicromatodepotasio,K2Cr2O7,acidificadoparaformardosproductosorgánicosdiferentes.

CH CH OH3 2Cr O

HCr O

H2 7

22 7

2−

+

−

+ → →A B

IndiquelasfórmulasestructuralesdelosproductosorgánicosAyBydescribalascondicionesnecesariasparaobtenerelevadorendimientodecadaunodeellos. [4]

(v) Eletenosepuedeconvertirenetanolporhidratacióndirectaenpresenciadeuncatalizadordeacuerdoconlasiguienteecuación.

C H g H O(g CH CH OH(g2 2 3 24 ( ) ) )+

Identifique el catalizador usado para esta reacción e indique un uso del etanolformadodiferentedesuusocomocombustible. [2]

(b) Deduzca una síntesis de dos etapas para cada una de las siguientes conversiones.Paracadaetapa,indiquelasfórmulasestructuralesdetodoslosreactivosyproductoseindiquelascondicionesusadasenlasreacciones.

(i) Etanolaetanoatodeetilo. [2]

(ii) Propenoapropanona. [2]


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(c) Acontinuaciónsemuestranlosreactivosusadosenunareaccióndeeliminación.

CH3

C Br

CH3

H3C + NaOCH2CH3

Explique el mecanismo de esta reacción usando flechas curvas para representar elmovimientodelospareselectrónicos. [3]

(d) (i) Describalaisomería geométrica. [1]

(ii) Dibujelosisómerosgeométricosdel2-buteno. [2]

(iii) Dibujelosdosenantiómerosdel2-butanol. [2]

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