88106126 PAST PAPERS - SUBJECT... · 2019-11-07 · siglo veinte. (i) Resuma dos razones ... La...

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N10/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX

Jueves 11 de noviembre de 2010 (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. Escriba sus respuestas 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 2010

0116

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–2– N10/4/CHEMI/HP2/SPA/TZ0/XX

SECCIÓN A

Conteste todas las preguntas en los espacios provistos.

1. Los siguientes datos provienen de un experimento para medir la variación de entalpía delareacciónentreelsulfatodecobre(II)acuoso,CuSO4(aq)yzinc,Zn(s).

Cu aq Zn (s Cu (s Zn aq2 2+ ++ → +( ) ) ) ( )

Se colocaron 50,0cm3 de solución de sulfato de cobre(II) 1,00moldm–3 en un vaso depoliestireno y se añadió zinc en polvo después de 100 segundos. Se registraron datos detemperatura-tiempopormediodeunprogramaderegistrodedatos.Latablamuestralas23lecturasiniciales.

A B C D E F G H1 tiempo / s Temperatura / °C2 0,0 24,83 1,0 24,84 2,0 24,85 3,0 24,86 4,0 24,87 5,0 24,88 6,0 24,89 7,0 24,810 8,0 24,811 9,0 24,812 10,0 24,813 11,0 24,814 12,0 24,815 13,0 24,816 14,0 24,817 15,0 24,818 16,0 24,819 17,0 24,820 18,0 24,821 19,0 24,822 20,0 24,823 21,0 24,824 22,0 24,8

Ajuste lineal para los datos seleccionados.T = – 0,050t + 78,0T Temperaturat tiempo

0 100 200 300 40020

40

60

80

tiempo / s

Tem

pera

tura

/ °C

Sehadibujadounalínearectaatravésdealgunosdelospuntosobtenidos.Laecuacióndeestalíneadadaporelprogramaderegistrodedatoses

T t= - +0 0 0 0, 5 78,

dondeTeslaTemperaturaeneltiempot.

(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso


(Pregunta 1: continuación)

(a) Elcalorproducidoporlareacciónsepuedecalcularapartirdelavariacióndetemperatura,DT ,usandolasiguienteexpresión.

Variacióndecalor=VolumendeCuSO4(aq)́ CalorespecíficodelH O2 ×∆T

Describadossuposicioneshechascuandoseusaestaexpresiónparacalcularvariacionesdecalor.

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

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[2]

(b) (i) Use los datos presentados por el programa de registro de datos para deducirlavariacióndetemperatura,DT ,quesehubieraproducidosilareacciónhubieratenidolugarinstantáneamentesinpérdidadecalor.

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[2]

(ii) Calculeelcalor,enkJ,producidodurantelareacciónusandolaexpresióndadaenelapartado(a).

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[1]

(c) Elcolordelasolucióncambiódeazulaincolora.Deduzcalacantidad,enmoles,dezincquereaccionóenelvasodepoliestireno.

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[1]

(d) Calculelavariacióndeentalpía,enkJmol–1,deestareacción.

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(e) Sediseñóunexperimentoparainvestigarcómoserelacionalavariacióndeentalpíadeunareaccióndedesplazamientoconlospotencialesestándardeelectrodo.EnlaTabla14delCuadernillodeDatosseindicanlospotencialesestándardeelectrodoparaalgunassemirreacciones,M aq M sn ne+ −+( ) ( ) . Sedispusodelossiguientesmetales:cobre,hierro,magnesio,platayzinc.Seañadióunexcesodecadametalasolucióndesulfatodecobre(II)1,00moldm–3.Semidiólavariacióndetemperaturaysecalculólavariacióndeentalpía.

(i) Sugieraunahipótesis posiblepara la relación entre la variaciónde entalpíaqueseproducecuandoelmetal,M,seañadealsulfatodecobre(II)(aq)yelpotencialestándardeelectrodoparalasemirreacciónM aq M sn ne+ −+( ) ( ) .

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[1]

(ii) Esquematiceunagráficaenelsiguientediagramaparailustrarsuhipótesis. [2]

Variacióndeentalpíade +

0

–

–4 –3 –2 –1 0 1 2

PotencialestándardeelectrodoparaM aq M sn ne+ −+( ) ( ) /V

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Véase al dorso


Páginaenblanco

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2. (a) El2-butenoesunalquenodecadenalinealdefórmulaC4H8.Lamoléculacontieneenlacesσyπ.

HH

HH

HH

HH

C(3)C(2)

C(4)

C(1)

(i) Expliquelaformacióndelenlaceπ.

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[2]

(ii) Identifiquequétipodehibridaciónpresentacadaátomodecarbono,C(1)yC(2).

C(1): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

C(2): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[1]

(b) El 2-buteno presenta isomería geométrica. Dibuje la fórmula estructural e indiqueelnombredelotroisómerogeométrico.

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[2]


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Véase al dorso



(c) Identifiquelafórmulaestructuraldeunisómerodel2-butenoquenodecoloreelaguadebromo,Br2(aq). [1]

(d) La polimerización de los alquenos es una de las reacciones más significativas delsigloveinte.

(i) Resumadosrazonesquejustifiquenlaimportanciaeconómicadelospolímerosdelosalquenos.

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[2]

(ii) Indique el tipo de reacción de polimerización que presenta el alqueno delapartado(a).

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[1]

(iii) Deduzca la estructura del polímero resultante mostrando tres unidades queserepitan. [1]

(iv) Explique por qué con frecuencia losmonómeros son gases o líquidos volátiles,perolospolímerossonsólidos.

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[2]

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3. Elhierrotienetresisótoposnaturalesprincipalesquesepuedeninvestigarconunespectrómetrodemasas.

(a) Laprimeraetapaenelfuncionamientodelespectrómetrodemasaseslavaporización.Entonces,elhierroseioniza.

(i) Expliqueporquéelhierroseioniza.

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[2]

(ii) Explique por qué dentro del espectrómetro de masas se mantiene una presiónmuybaja.

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[1]

(b) Unamuestradehierrotienelasiguientecomposiciónisotópicaenmasa.

Isótopo 54Fe 56Fe 57Fe

Abundancia relativa / % 5,95 91,88 2,17

Calculelamasaatómicarelativadelhierrobasándoseenestosdatos,dandosurespuestacondos cifras decimales.

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[2]


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Véase al dorso



(c) Describaelenlaceenelhierroyexpliquelaconductividadeléctricay lamaleabilidaddelmetal.

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[4]

(d) IndiquelasconfiguracioneselectrónicascompletasdeunátomodeCuydeunionCu+.

Cu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Cu+: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[2]

(e) Explique el origen del color de los complejos de los metales de transición y use suexplicaciónparasugerirporquéelsulfatodecobre(II),CuSO4(aq),esazul,peroelsulfatodezinc,ZnSO4(aq),esincoloro.

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(f) El Cu2+(aq) reacciona con amoníaco para formar el ion complejo [Cu(NH3)4]2+.

Expliqueestareaccióndesdeelpuntodevistadeunateoríaácido-base,yresumacómoseformaelenlaceentreelCu2+yelNH3.

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[3]

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SECCIÓN B

Conteste dos preguntas. Escriba sus respuestas 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.

4. Elmagnesioeseloctavoelementomásabundanteenlacortezaterrestre.Lassucesivasenergíasdeionizacióndelelementosemuestranacontinuación.

Energíadeionización/kJmol

–1

200000

150000

100000

50000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Númerodeionización

(a) (i) Defina el término energía de primera ionización e indique la ecuación paralaprimeraionizacióndelmagnesio. [3]

(ii) Expliqueelaumentogeneraldelassucesivasenergíasdeionizacióndelelemento. [2]

(iii) Expliqueelgranaumentoentreladécimaylaundécimaenergíasdeionización. [3]

(b) Elmagnesiosepuedeobtenerporelectrólisisdeclorurodemagnesiofundido,MgCl2.

(i) Expliquecómoconducelacorrienteeléctricaelclorurodemagnesiofundido. [2]

(ii) Identifiqueel electrodoenelque seproduce laoxidacióndurante la electrólisisde cloruro de magnesio fundido e indique una ecuación para representarlasemirreacción. [2]

(iii) Expliqueporquénoseformamagnesiodurantelaelectrólisisdeclorurodemagnesioensoluciónacuosa. [1]


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Véase al dorso



(c) LaentalpíadereddelclorurodemagnesiosepuedecalcularapartirdelcicloBorn-Haberquesemuestraacontinuación.

MgClª(s)

Mg (s) + Clª(g)

Mg (g) + Clª(g)

Mg (g) + 2Cl (g)

I = +148 kJ

II

V = _642 kJ

III = +738 + 1451 kJ IV

MgÛ±(g) + 2eÑ + 2Cl (g)

MgÛ±(g) + 2ClÑ(g)

ëHredÀ(MgClª)

H

(i) IdentifiquelasvariacionesdeentalpíarotuladasconIyVenelciclo. [2]

(ii) UselasenergíasdeionizacióndadasenelciclodearribaymásinformacióndelCuadernillodeDatosparacalcularunvalorde laentalpíade reddelclorurodemagnesio. [4]

(iii) Elvalordelaentalpíadereddelclorurodemagnesiocalculadoteóricamenteesde+2326kJ.Expliqueladiferenciaentreelvalorcalculadoteóricamenteyelvalorexperimental. [2]

(iv) Laentalpíade redexperimentaldelóxidodemagnesiosedaen laTabla13delCuadernillodeDatos.Expliqueporquélaentalpíadereddelóxidodemagnesioesmayorqueladelclorurodemagnesio. [2]

(d) (i) Indiquesilassolucionesacuosasdeóxidodemagnesioyclorurodemagnesiosonácidas,alcalinasoneutras. [1]

(ii) Indiqueunaecuaciónquerepresentelareacciónentreóxidodemagnesioyagua. [1]

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5. Considerelasiguientesecuenciadereacciones.

RCH RCH Br RCH OH 3 2 2

reaction reaction1 2

RCH3esunalcanodesconocidoenelqueRrepresentaungrupoalquilo.

(a) El alcano contiene 82,6 % en masa de carbono. Determine su fórmula empírica,mostrandosuscálculos. [3]

(b) Unamuestragaseosade1,00gdelalcanoocupaunvolumende385cm3atemperaturaypresiónestándar.Deduzcasufórmulamolecular. [2]

(c) Indiqueelreactivoylascondicionesnecesariasparalareacción 1. [2]

(d) La reacción 1 transcurre por medio de un mecanismo de radicales libres. Describaelmecanismo por etapas, dando ecuaciones para representar las etapas de iniciación,propagaciónyterminación. [4]

(e) Elmecanismodelareacción 2sedescribecomoSN2.Expliqueelmecanismodeesta

reacción usandoflechas curvas paramostrar elmovimiento de los pares electrónicos,ydibujelaestructuradelestadodetransición. [3]

(f) ExistencuatroisómerosestructuralesdefórmulamolecularC4H9Br.Unodeesosisómerosestructuralesexisteenformadedosisómerosópticos.Dibujediagramaspararepresentarlasestructurastridimensionalesdelosdosisómerosópticos. [2]

(g) Todos los isómeros se pueden hidrolizar con solución acuosa de hidróxido de sodio.Cuandoseinvestigólareaccióndeunodeesosisómeros,X,seobtuvieronlossiguientesdatoscinéticos.

Experimento [X] inicial / mol dm–3

[OH–] inicial / mol dm–3

Velocidad inicial de la reacción / mol dm–3 min–1

1 2, 1 20 0× − 2, 1 20 0× − 4, 1 30 0× −

2 2, 1 20 0× − 4, 1 20 0× − 4, 1 30 0× −

3 4, 1 20 0× − 4, 1 20 0× − 8, 1 30 0× −

(i) Deduzcalaexpresióndevelocidadparalareacción. [3]

(ii) Determine el valor de la constante de velocidad para la reacción e indique susunidades. [2]

(iii) IndiqueelnombredelisómeroXyexpliquesuelección. [2]

(iv) Indiqueecuacionesparalasetapasquetienenlugarenelmecanismodeestareaccióneindiquecuáletapaeslentaycuálesrápida. [2]

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–13–

Véase al dorso


6. ElprocesoHaberpermite laproduccióndeamoníacoagranescala,necesariopara fabricarfertilizantes.

(a) AcontinuaciónsedalaecuacióndelprocesoHaber.

N g H g NH g2 2 33 2( ) ( ) ( )+

Elporcentajedeamoníacoenlamezclaenequilibriovaríaconlatemperatura.

PorcentajedeNH

3en

lamezclaenequilibrio

Temperatura

(i) Use lagráficaparadeducir si la reaccióndirectaesexotérmicaoendotérmicayexpliquesuelección. [2]

(ii) Indiqueyexpliqueelefectodeaumentarlapresiónsobreelrendimientodeamoníaco. [2]

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

(iv) Unamezclade1,00moldeN2y3,00molesdeH2 se introdujoenun recipientede1,0dm3a400 °C. Cuandoel sistemaalcanzóel equilibrio, sedeterminóquelaconcentracióndeNH3erade0,062moldm

–3.Determinelaconstantedeequilibrio,Kc,paralareacciónaestatemperatura. [3]

(v) EnelprocesoHaberseusahierrocomocatalizador.IndiqueelefectodeuncatalizadorsobreelvalordeKc. [1]

(b) El amoníaco se puede convertir en ácido nítrico, HNO3(aq), y en ácido cianhídrico,HCN(aq).ElpKadelácidocianhídricoesde9,21.

(i) Distingaentrelostérminosácido fuerteydébileindiquelasecuacionesusadasparamostrarladisociacióndecadaácidoensoluciónacuosa. [3]

(ii) Deduzca la expresiónde la constantede ionización,Ka, del ácido cianhídricoycalculesuvalorapartirdelvalordadodepKa. [2]

(iii) Use su respuesta al apartado (b) (ii) para calcular la [H+] y el pH deuna solución acuosa de ácido cianhídrico de concentración 0,108moldm–3.Indiqueunasuposiciónrealizadaparaobtenersurespuesta. [4]


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(c) Un trozo pequeño de cinta de magnesio se añade a soluciones de ácido nítrico yácidocianhídricode lamismaconcentraciónya lamismatemperatura. Describadosobservacionesquelepermitiríandistinguirentrelosdosácidos. [2]

(d) Unestudiantedecidióinvestigarlasreaccionesdelosdosácidosconmuestrasseparadasdesolucióndehidróxidodesodio0,20moldm–3.

(i) Calculeelvolumendesolucióndehidróxidodesodionecesariopara reaccionarexactamentecon15,0cm3desolucióndeácidonítrico0,10moldm–3. [1]

(ii) El estudiante sugiere la siguiente hipótesis: “Puesto que el ácido cianhídrico esun ácido débil reaccionará con un volumenmenor de solución de hidróxido desodio0,20moldm–3.”Comentesiestahipótesisesonoesválida. [1]

(iii) UselaTabla16delCuadernillodeDatosparaidentificarunindicadoradecuadoparalatitulacióndehidróxidodesodioconácidocianhídrico. [1]

(e) La siguiente gráfica muestra como varía la conductividad de los dos ácidos conlaconcentración.

Conductividad

Ácido 1

Ácido 2

0,05 0,10Concentración/moldm–3

IdentifiqueelÁcido 1yexpliquesuelección. [2]

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–15–

Véase al dorso


7. Lahidracina,N2H4,esunvaliosocombustibleparacohetes.

(a) (i) Dibuje laestructuradeLewis (representacióndeelectronesmediantepuntos)delaN2H4mostrandotodosloselectronesdevalencia. [1]

(ii) IndiqueyexpliqueelángulodeenlaceH–N–Henlahidracina. [3]

(b) Lahidracinayeleteno,C2H4,sonhidrurosdeelementosadyacentesenlatablaperiódica.El punto de ebullición de la hidracina es mucho mayor que el del eteno. Expliqueesta diferencia desde el punto de vista de las fuerzas intermoleculares que actúan encadacompuesto. [2]

(c) Laecuaciónquerepresentalareacciónentrehidracinayoxígenoeslasiguiente.

N H l O g N g H O l2 4 2 2 22( ) ( ) ( ) ( )+ ® +

(i) Lavariacióndeentalpíadeformación,DH fÖ,delahidracinalíquidaes50,6kJmol–1.

Use este valor, junto con los datos de la Tabla 12 del Cuadernillo de Datos,paracalcularlavariacióndeentalpíadeestareacción. [3]

(ii) UselosvaloresdelasentalpíasdeenlacedelaTabla10delCuadernillodeDatosparadeterminarlavariacióndeentalpíadeestareacción. [3]

(iii) Identifiqueelcálculoqueproduceelvalormásexactoparalavariacióndeentalpíadelareaccióndadayexpliquesurespuesta. [3]

(iv) CalculeDSÖ para la reacción usando los datos siguientes y comente sobre sumagnitud. [3]

Sustancia S / JK mol1 1Ö - -

O2(g) 205

N2(g) 191

H2O(l) 69,9

N2H4(l) 121

(v) CalculeDGÖparalareaccióna298K. [2]

(vi) Prediga,dandounarazón,laespontaneidaddelareaccióndearribaaaltayabajatemperatura. [2]


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(d) LareacciónentreN2H4(aq)yHCl(aq)sepuederepresentarmediantelasiguienteecuación.

N H aq HCl aq N H aq Cl aq2 4 2 622 2( ) ( ) ( ) ( )+ → ++ −

(i) Identifiqueeltipodereacciónqueseproduce. [1]

(ii) PredigaelvalordelángulodeenlaceH–N–HenN2H62+. [1]

(iii) SugieraeltipodehibridaciónquepresentanlosátomosdenitrógenoenN2H62+. [1]

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