Código Nivel 27ª OLIMPIADA VERACRUZANA DE QUÍMICA

2017

Anota tu código y el nivel en que participas en la parte donde se indica. Tienes 5 horas para contestar este examen. Sólo puedes utilizar tu calculadora científica y las tablas anexas. Todo debe ser contestado a pluma, ya sea tinta negra o azul.

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Jurado 1 Jurado 2

Problema 1: Química General.

Problema 2: Química Analítica.

Problema 3: Fisicoquímica.

Problema 4: Química Inorgánica.

Problema 5: Química Orgánica (Solo Nivel A).

Problema 6: Bioquímica (Solo Nivel A).

Puntaje total

Fórmulas: ΔG=ΔH - T·ΔS ΔG= -R·T·ln Kp ΔG= -nFE ln (Kp1/Kp2) = ΔH/R·(T2-1 – T1

-1) p·V = n·R·T Ecuación de Nernst: E = E0 + (R·T/z·F) ·ln (cOx/cRed) Ecuación de Arrhenius: k= A·e-(Ea/RT) Ecuaciones cinéticas: Orden cero: c = co - k·t Orden 1: c = co·e -k t Orden 2: c-1 = k2·t + co

-1

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PROBLEMA 1: QUÍMICA GENERAL (25 puntos en total)

1. El talco es un mineral de coloración blanco-grisácea, con fórmula química Mg3Si4O10(OH)2. ¿Cuál es la masa molecular del Talco?

a) 379.259 g/mol b) 347.261 g/mol c) 362.252 g/mol d) 277.997 g/mol 2. Calcule el porcentaje en masa del oxígeno en el mineral anterior.

a) 42.18 % b) 46.40 % c) 50.62 % d) 33.74 % 3. Determine la formula empírica de la Dolomita, mineral que es una de las principales fuentes de hormigón, sabiendo que está compuesto por 21.86% de MgO, 30.41% de CaO y 47.73% de CO2.

a) CaMg(CO3)2 b) Ca2Mg2(CO3)4 c) MgOCaOCO2 d) CaMgCO4 4. Al diagrama de los diferentes estados de una sustancia en función de la temperatura y la presión, se le conoce como diagrama:

a) de Pourbaix b) de avance de reacción c) de fases d) de Condon-Morse 5. De acuerdo con la siguiente configuración electrónica, ¿Cuáles son los valores de los 4 números cuánticos para el electrón diferencial?

[18Ar]4s23d6

a) n=2, l=2, m=-2, s= -1/2 b) n=3, l=2, m=-2, s= -1/2 c) n=3, l=1, m=-1, s= -1/2 d) n=3, l=-2, m=0, s= +1/2 6. Diga cuál es la hibridación del átomo de Boro en la molécula BH3 (Borano).

a) sp3 b) sp2 c) sp3d d) sp3d2 7. Elija el anión correspondiente al superóxido.

a) O2- b)O3- c) O22- d) O2-

8. En un experimento de valoración se necesitaron 23.48 ml de una disolución de NaOH para neutralizar 0.5468 g de KHP (Hidrogenoftalato de potasio P.M.= 204.2 g/mol). Sabiendo que este último es un ácido monoprótico, ¿cuál es la concentración molar de la disolución de NaOH?

a) 0. 1141 M b) 0.2281 M c) 0.057 M d) 1. 141x10-4 M 9. Señale la opción que indica el color del anión permanganato y el de su forma reducida (Mn2+) respectivamente.

a) Morado/Incoloro b) Incoloro/Morado c) Verde/Marrón Oscuro d) Marrón Oscuro/Verde

10. La partícula que falta en O814 → ____ + O7

14 es:

a) He24 b) e−1

0

c) e10 d) n0

1 11. La luz azul tiene una frecuencia aproximada de 7.5x1014 Hz. Calcule la longitud de onda, en nm, asociada a esta radiación.

a) 4x10-7 nm b) 0.4 nm c) 400 nm d) 40 nm 12. Se tiene ΔH < 0 y ΔG < 0, ¿Qué está ocurriendo en este sistema?

a) Es una reacción endotérmica y espontánea b) Es una reacción endotérmica y no espontánea c) Es una reacción exotérmica y espontánea d) Es una reacción exotérmica y no espontánea 13. ¿Qué condición favorecerá la formación de productos?

H2(g) + I2(g) 2HI (g) ΔH= 83 cal/mol

a) El aumento de la presión b) La disminución de la temperatura c) El aumento de la temperatura d) La disminución de la presión 14. Ordena en forma decreciente de electronegatividad los siguientes elementos: Na, F, Mg, Br.

a) Na, Br, F, Mg b) Na, Mg, Br, F c) Na, Mg, F, Br d) F, Br, Mg, Na 15. La Kb del NH3 en agua es 1.8x10-5. Calcule la Ka del ácido conjugado (NH4

+).

a) 5.56x10-12 b) 1.8x10-19 c) 10-9.255 d) 3.6x10-5 16. ¿Cuál de los siguientes oxiácidos es el más fuerte?

a) HClO4 b) H3PO4 c) HClO d) Todos son igual de fuertes 17. Una disolución que contiene la sal K2HPO4 (pKa1= 2.15, pKa2= 7.21, pKa3= 12.34) será:

a) Ácida b) Neutra c) Básica d) No es posible predecirlo 18. En una disolución amortiguadora el pH será igual al pKa del par acido/ base conjugado cuando:

a) [Base Conjugada]<[Ácido Conjugado] b) [Base Conjugada]>[Ácido Conjugado] c) [Base Conjugada]≈[Ácido Conjugado] d) Nunca se cumple esa condición 19. El ensayo a la flama es útil para identificar los cationes presentes en las sales. En el caso de una sal de Cu2+, ¿qué color observaríamos al acercar una pequeña muestra a la flama?

a) Azul b) Amarillo c) Naranja d) Verde

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PROBLEMA 2: QUÍMICA ANALÍTICA (25 puntos en total) El ácido selenhídrico es el compuesto más tóxico del selenio. El ser humano es capaz de estar expuesto a bajas concentraciones de esta sustancia por un tiempo máximo de hasta 8 horas. En caso de tenerse en disolución podría realizarse una titulación para determinar la concentración de este ácido. Para realizar lo anterior se conoce que este es un ácido diprótico cuyos pKa´s son 3.89 y 11.00. 1. Escribe las reacciones de disociación del ácido selenhídrico. 2. Escribe las expresiones de las constantes de equilibrio para las disociaciones del ácido selenhídrico.

Se realiza una titulación de este ácido con hidróxido de sodio (0.1M)

3. Indicar cuales serían las reacciones involucradas en la titulación.

4. Elaborar la tabla de variación de concentraciones para la titulación del ácido selenhídrico.

______ + _____ _____ + ______

Inicio x=0 Al equilibrio (0<x<1)

Primer punto de equivalencia (x=1)

Al equilibrio (1<x<2) Segundo punto de equivalencia (x=2)

Después del segundo punto de equivalencia (x>2)

20. Para la reacción: CO2 (s) CO2 (g) a) ΔH > 0 y ΔS > 0 b) ΔH < 0 y ΔS < 0 c) ΔH >0 y ΔS < 0 d) ΔH < 0 y ΔS > 0 21. Ordene de forma descendente la tendencia de concatenación de los siguientes átomos: Si, Sn, Ge, C. a) C>Si>Ge>Sn b) C>Si>Sn>Ge c) Sn>Ge>Si>C d) C>Sn>Ge>Si 22. ¿Cuál de las siguientes estructuras no obedece la regla del octeto? a) NO2 b) PF3 c) O3 d) N2O

23. De acuerdo a la definición de unidad de masa atómica (u.m.a.) ¿Cuál es la equivalencia en gramos de 1 u.m.a.? a) 1 g b) 1.6605x10-24 g c) 1.9926x10-23 g d) 6.022x1023 g 24. Identifique un elemento de la familia de los calcógenos. a) C b) Se c) F d) Ge 25. La siguiente ecuación química, ¿qué propiedad periódica representa?

A(g) + e- A-(g) a) Energía de ionización b) Electronegatividad c) Afinidad electrónica c) Zeff

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5. Calcula el pH en el primer y segundo punto de equivalencia. A continuación, se presentan las curvas de valoración empleando HCl como agente titulante de dos disoluciones:

Amoniaco (NH3)

Etilendiamina (C2H8N2)

6. Indica sobre la gráfica a qué solución corresponde cada curva de valoración.

Se cuenta con 3 indicadores ácido-base:

Indicador Intervalo de vire Cambio de color

Rojo de metilo 4.2-6.3 Rojo a amarillo

Anaranjado de metilo 3.1-4.4 Rojo a amarillo

Azul de bromotimol 6.0-7.6 Amarillo a azul

7. ¿Qué indicador debería utilizarse para para determinar el punto de equivalencia de la titulación de amoniaco? La fluorita (CaF2) es un mineral muy importante en la actualidad ya que se utiliza para preparar ácido fluorhídrico. Si el valor de la constante de producto de solubilidad, Kps es 3.9x10-11. 8. Calcula la concentración molar de una solución saturada de CaF2. 9. Calcula la solubilidad del CaF2 en una disolución que contiene Ca(NO3)2 de concentración 0.10M.

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PROBLEMA 3. FISICOQUÍMICA (25 puntos en total) Sección 1. A condiciones de presión y temperatura estándar el yodo elemental es un sólido negro violáceo con brillo metálico ligeramente soluble en agua. La solubilidad del yodo elemental en agua se puede aumentar agregando

una solución de KI, para formar el ion I3−. El yodo acuoso tiene un ∆𝑓𝐺° = 16.4

kJ

mol.

1. Calcular la constante de equilibrio para la disolución de I2 en agua.

2. Calcular la solubilidad del I2 en agua en g·L-1.

Se cuenta con los siguientes datos de potencial electroquímico con respecto a ENH.

𝐼2(𝑎𝑐) + 2𝑒− → 2𝐼−(𝑎𝑐) 𝐸° = +0.620 𝑉 𝐼3

−(𝑎𝑐) + 2𝑒− → 3𝐼−(𝑎𝑐) 𝐸° = +0.535 𝑉

3. Escribe la reacción de disolución de I2(s) mediante la adición de KI.

4. Calcula la constante de equilibrio para la reacción de disolución del I2 (s) mediante la adición de 𝐾𝐼.

A condiciones de presión estándar el yodo elemental sublima a un gas de color violeta. En la siguiente tabla se proporcionan algunos datos termodinámicos del yodo.

Especie ∆𝒇𝑯° /kJ mol-1 𝑺°/J K-1mol-1

I2(s) 0.000 116.139

I2(g) 62.421 260.567

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5. Tomando en cuenta los datos anteriores, calcular el ∆𝑠𝑢𝑏𝑙𝑖𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝐻° y ∆𝑠𝑢𝑏𝑙𝑖𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑆° del yodo.

6. Calcular la temperatura normal de sublimación del I2(s).

Sección 2. Se realizó un estudio de la reacción de descomposición del SO2Cl2 gaseoso para producir SO2 y Cl2 a 298K. De este estudio, se obtuvieron los siguientes datos de la presión total del sistema:

t(h) 0 3 6 9 12 15

Ptotal(kPa) 11.07 14.79 17.26 18.9 19.99 20.71

7. Determina si la reacción es de primer o segundo orden con respecto al SO2Cl2.

8. ¿Cuál es la constante de velocidad de esta reacción? Indica sus unidades.

9. Calcula la presión (en kPa) que se mediría en el sistema si la reacción se efectuara a tiempo infinito.

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Sección 3. A la temperatura del cero absoluto, la energía interna de una molécula diatómica AB se puede aproximar a la

siguiente expresión:

𝑈 = 𝐸0 + 𝐸𝑣𝑖𝑏

donde 𝐸0 es la energía electrónica del estado basal, y 𝐸𝑣𝑖𝑏es la energía vibracional. Los valores permitidos para

la energía vibracional están determinados por la siguiente expresión:

𝐸𝑣𝑖𝑏 = (𝑣 +1

2)

ℎ

2𝜋√

𝑘

𝜇

𝑣 es el número cuántico vibracional (𝑣 = 0,1,2, …), ℎ la constante de Planck, 𝑘 es la constante de fuerza del

enlace A-B y 𝜇 es la masa reducida de la molécula A-B y se define como: 𝜇𝐴𝐵 = 𝑚𝐴𝑚𝐵

𝑚𝐴+𝑚𝐵, donde 𝑚𝑖 es la masa

del átomo i. En el cero absoluto, se puede asumir con seguridad 𝑣 es cero y 𝐸0 es independiente de la

sustitución isotópica de la molécula.

El deuterio (D) es un isotopo del hidrógeno número de masa igual a 2. La masas molares del hidrógeno y

deuterio son 1.0078 g·mol-1 y 2.0141 g·mol-1, respectivamente.

10. Determina la masa reducida de una molécula HD en kg.

11. Considerando que la constante de fuerza, 𝑘, para el H2 es 575.11 N·m-1, obtenga la energía vibracional de la

molécula de hidrógeno a 0 K.

La entalpía es una propiedad de estado que se define como H = U + PV

12. A partir de la definición de entalpía, obtén la relación entre la entalpía de una reacción entre gases que se comportan idealmente y la energía interna y en función de la temperatura:

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Para la reacción: H2(g) + D2(g) → 2HD (g) se conocen las siguientes relaciones:

𝐸𝑣𝑖𝑏(𝐻2) = 1.1546 𝐸𝑣𝑖𝑏(𝐻𝐷)

𝐸𝑣𝑖𝑏(𝐷2) = 0.0167𝐸𝑣𝑖𝑏(𝐻𝐷)

13. Calcula ∆𝑟𝑈 y ∆𝑟𝐻 a 0 K en kJ·mol-1. Si no obtuviste el resultado del inciso b), considera 𝐸𝑣𝑖𝑏(𝐻2) igual a

9.0x10-20 J.

PROBLEMA 4. QUÍMICA INORGÁNICA. (25 puntos en total) Sección 1. Cuando una sal de color rosado muy pálido (A) se caliente a altas temperaturas, se produce un sólido café

oscuro (B); un gas de color marrón intenso (C) es el único producto adicional.

Al agregar ácido clorhídrico concentrado a (B) se obtiene una solución incolora de la sal (D), un gas verde (E) y

agua. Cuando se hace burbujear el gas (E) en una solución de KBr, la solución se torna color café debido a la

formación de (F). Esta sustancia se puede extraer con diclorometano y con otros disolventes de baja polaridad.

El sólido café (B) también se produce cuando se hace reaccionar una solución de color púrpura intenso del anión

(G) en medio básico con un agente reductor, como peróxido de hidrógeno. El otro producto es un gas (H). El gas

(H) reacciona con el gas (J) para producir (C).

El anión del compuesto (A) no forma sales insolubles, mientras que el gas (C) está en equilibrio con el gas

incoloro (I), el cual se favorece a temperaturas bajas.

1. Escribe la fórmula de las sustancias de A hasta J.

A: B: C: D: E:

F: G: H: I: J:

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2. Escribe las ecuaciones balanceadas para cada una de las reacciones descritas previamente.

El xenón es el elemento del grupo 18 del que se han estudiado una gran variedad de compuestos. Por ejemplo,

con el flúor forma XeF2, XeF4 y XeF6. Este último reacciona con agua para formar XeOF4que se hidroliza para

formar XeO3.

3. Dibuja la estructura de Lewis de los compuestos mencionados e indica su geometría molecular.

4. Escribe la reacción de formación del XeOF4 y la hidrolisis de este compuesto.

i.

ii.

XeF2

XeF4

XeF6

XeOF4

XeO3

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Sección 2. La plata metálica (densidad de 10.5 g·cm-3) presenta un empaquetamiento cúbico centrado en las caras de acuerdo con la siguiente figura.

5. Determina el número de átomos que tiene una celda unitaria de Ag. 6. Calcula el radio atómico de la plata en Å.

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Los cristales de fluorita (CaF2) presentan una celda unitaria como la

que se muestra en la imagen de la izquierda, donde se aprecia como

los iones Ca2+se agrupan en una celda centrada en las caras

mientras que los iones F−se colocan en los espacios que se generan

entre los cationes. La longitud de la arista de la celda unitaria de

CaF2 es 546.26 pm.

7. Determina el número de iones Ca2+y F− que contiene una celda de fluorita.

8. Calcula la densidad de la fluorita.

FIN DEL EXAMEN PARA NIVEL B; ¡MUCHO ÉXITO!

Nivel A continúa con los siguientes problemas

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PROBLEMA 5: QUÍMICA ORGÁNICA (25 puntos en total)

Sección 1. Mecamilamina

Uno de los métodos de síntesis de la mecamilamina, un fármaco con acciones de antagonismo a receptores

nicotínicos, se expone a continuación:

Notas: El paso de E a F involucra un solo equivalente de hidrogeno, y liberación de nitrógeno del seno de la

reacción. G tiene como fórmula molecular C11H19N.

1. Complete la figura de arriba con los elementos faltantes. Igualmente, indique los centros quirales y la configuración absoluta tanto del compuesto D como de la mecamilamina sobre las imagen superior. 2. Indique todas las formas resonantes del compuesto E, e indique cual es la forma que contribuye más.

3. Al hacer reaccionar la mecamilamina con el compuesto mostrado a la izquierda, en presencia de base, se obtiene un compuesto con peso molecular de 250 g/mol. Indique cual es dicho compuesto, y el mecanismo de reacción para obtenerlo.

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Sección 2. Epibatidina

Las rana flecha deben su nombre a la presencia de alcaloides tóxicos encontrados en su piel, cuyos extractos

son usados por tribus indígenas americanas para envenenar las puntas de sus dardos y flechas. La epibatidina,

el compuesto responsable de dicha accion, fue sintetizada en 1993 por un equipo a cargo del Dr. Andrew C.

Reagan. Dicho método de síntesis se expone a continuación:

Notas: El paso de C a D involucra un solo equivalente de hidrogeno. La masa molecular del compuesto E es 143

g/mol. El paso de G a H es una reacción de Sandmeyer, mientras que el paso de obtención de I es el

acoplamiento de Heck, que libera ácido yodhídrico como subproducto.

4. Indique el mecanismo de reacción para la obtención de C.

5. ¿La hidrogenación catalítica ocurre de igual manera sobre una doble ligadura polarizada que sobre una no

polarizada? Justifique, basado en el mecanismo, en cual debería ser más rápida.

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6. Para el paso de F a G - una sustitución electrofílica aromática - es importante basarse en la resonancia del

sustrato para predecir la regioquímica del producto. Indique todas las formas resonantes de F.

7. Indique las estructuras de los compuestos C, D, E, G, H e I sobre el esquema sintético.

PROBLEMA 6: BIOQUÍMICA (25 puntos en total) Las angiotensinas (Ang) forman una clase de péptidos biológicamente activos en el organismo humano, jugando un papel importante en regular la presión arterial y mantener el balance de sales en el organismo.

Existen diferentes enzimas que participan en la formación de angiotensinas: las exopeptidasas, las cuales cortan

enlaces peptídicos proximales a la zona N-terminal o C-terminal, y las endopeptidasas, las cuales cortan enlaces

peptídicos entre pares de aminoácidos específicos. Las peptidasas siempre consumen una molécula de agua, la

cual es incorporada a los dos fragmentos que se producen.

Ejemplos de enzimas de la primera clase son las aminopeptidasas AMA y AMN, las cuales remueven

aminoácidos que se encuentren en la sección N-terminal, y las carboxipeptidasas ACE y ACE2, las cuales cortan

aminoácidos desde la sección C-terminal. Ejemplos de enzimas de la segunda clase son NEP (corta elementos

cuando el aminoácido previo es neutro y voluminoso, y el siguiente es neutro), PEP (corta elementos cuando el

aminoácido previo es prolina) y quimotripsina (corta elementos cuando el aminoácido previo es aromático, y el

siguiente residuo es cualquiera distinto de prolina).

1. Para el siguiente hexapéptido, indique las zonas donde una exopeptidasa N-terminal, exopeptidasa C-terminal, y una endopeptidasa actuarían.

El decapéptido angiotensina I es el péptido precursor de todos los miembros de las angiotensinas. Una hidrolisis

ácida de este compuesto genera una mezcla de nueve aminoácidos: ácido aspártico (aspartato, Asp), arginina

(Arg), valina (Val), histidina (His), isoleucina (Ile), leucina (Leu), prolina (Pro), tirosina (Tyr) y fenilalanina (Phe).

Las masas moleculares de cada aminoácido son 133, 174, 117, 155, 131, 131, 115, 181 y 165 g/mol,

respectivamente.

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Angiotensina I (Ang I) se metaboliza en el cuerpo según el siguiente esquema. Los elementos del 1 al 5 son

exopeptidasas. La misma exopeptidasa puede tener números diferentes.

2. Indique las posibles identidades de los residuos que se perdieron en la obtención de los siguientes péptidos.

Indique igualmente si las exopeptidasas 1, 2 y 3 son aminopeptidasas o carboxipeptidasas. Emplee las masas

moleculares indicadas en la figura 1.

Nonapéptido X

Nonapéptido Ang II Heptapéptido Y

Exopeptidasa 1 Exopeptidasa 2 Exopeptidasa 3

3. Considerando solamente los aminoácidos presentes en el heptapeptido Y, indique todos los pares de

aminoácidos que podrían ser cortados por la NEP

4. Un análisis del heptapéptido Y con quimotripsina indico los siguientes fragmentos: Ile-His-Pro, y Asp-Arg-Val-

Tyr. ¿Qué tipo de endopeptidasa es 4?

5. Indique la estructura primaria de la angiotensina I.

FIN DEL EXAMEN

¡ÁNIMO Y ÉXITO!

Nonapéptido X

M=1182 Da

Heptapéptido Y

M = 898 Da

Nonapéptido Z

M = 1180 Da

1 2

4

5

3 ACE

Ang II

M = 1045 Da

Ang I

M=1295 Da