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• Carlos Enrique Pijo Perez

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XIV Olimpiada Peruana de Química (2009) - Nivel Intermedio - Fase 1   

Analiza y resuelve cada uno de los ejercicios propuestos. Sigue con atención las indicaciones para marcar tus respuestas. Controla tu tiempo. ¡Buena suerte!

1. Un proceso que se produce con liberación de calor y disminución del desorden termodinámico a. Es espontáneo. b. Es no espontáneo. c. Es espontáneo a bajas temperaturas. d. Es espontáneo a altas temperaturas. Dato: ΔG° = ΔH° - T ΔS° 2. La entalpía estándar de combustión del Al(s), cuando reacciona con el O2(g) para producir Al2O3, es de – 834,9 kJ/mol de Al. Se desprenderán 1 045 kJ de calor cuando: a. Se forman 1,252 mol de Al2O3. b. Se forman 0,626 mol de Al2O3. c. Reaccionan 0,299 mol de Al. d. Reaccionan 0,626 mol de Al. 3. Las entalpías de formación a 298 K del amoníaco NH3(g) y NH3(l) son respectivamente, 46,05 kJ/mol y - 67,27 kJ/mol. A partir de estos datos, podemos afirmar que la entalpía de condensación del amoníaco es: a.

113,32 kJ/mol

b.

– 6,67 kJ/g

c. – 113,32 kJ/mol d.

6,67 kJ/g

4. El calor transferido en la descomposición de 7,65 g de nitrato de amonio, NH4NO3(s) ( 80 g/mol ) puede medirse en una bomba calorimétrica. La reacción es la siguiente: NH4NO3(s)  N2O(g) + 2 H2O(g) El calorímetro contiene 415 g de agua (c = 4,184 J/g °C), durante la reacción la temperatura disminuye de 20,72 °C a 18,90 °C. La capacidad calorífica de la bomba es de 155 J/°C. El análisis del proceso permite determinar ΔE y ΔH en kJ/mol, respectivamente: a.

35,998 kJ/mol

y

43,431 kJ/mol

b.

3, 599 kJ/mol

y

4,343 kJ/mol

c. – 35,998 kJ/mol

y - 43,43 kJ/mol

d.

y - 4,343 kJ/mol

– 3,599 kJ/mol

Datos: ΔE = ΔH – Δn RT

qobs + qlib = 0

R = 8,314 J/mol K

1

5. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones, acerca de la disolución de diversas sustancias en agua, es correcta? a. El cloroformo, CHCl 3 es soluble en agua, al igual que el NaCl, se disocia completamente en disolución. b. El I2 es más soluble en agua que el NaCl, por ser un sólido molecular, la interacción entre sus moléculas es más débil. c. El CH4 y todos los hidrocarburos ligeros son solubles en agua por su capacidad de formar enlace hidrógeno con el disolvente. d. El CH3OH es completamente soluble en agua por su capacidad de formar enlace hidrógeno con este disolvente.

6. A partir de 200 g de ácido nítrico, HNO3 y 100 g de hidróxido sódico, NaOH y siendo el rendimiento del 80%, la cantidad de la sal que se obtiene como producto de la reacción del ácido y la base es: a. 269 g b. 212 g c. 138 g d. 170 g Masas atómicas: N = 14

O = 16,

Na = 23

H=1

7. La empresa To live S.A. ofrece tanques para buceo [mezcla de O2(g) y He(g)] de 10 L de capacidad. La temperatura promedio del fondo marino es de 10 °C. En las etiquetas se lee que la presión parcial del Helio es de 12 atm y que el número total de moles gaseosas es 6. Con la finalidad de ampliar la información por balón, se determina el porcentaje molar de cada uno de los gases presentes y la presión total en el recipiente. Identifica el reporte correcto de los resultados. a.

He = 86,18 %

O2 = 13,82 %

Pt = 12,00 atm

b.

He = 86,18 %

O2 = 13,82 %

Pt = 13,92 atm

c.

He = 13,82 %

O2 = 86,18 %

Pt = 13,92 atm

d.

He = 13,82 %

O2 = 86,18 %

Pt = 12,00 atm

Datos: PV = nRT

Xi = ni/nt

% molar = (Xi) 100

R = 0,082 L-atm/mol-K

8. En otras aplicaciones, el magnesio se puede utilizar como “capturador” en espacios supuestamente “libres” de oxígeno, O2(g): 2 Mg(s) + O2(g)  2 MgO(s) Cierta cantidad de magnesio se añade a un recipiente de 0,382 L; a 25° C la presión parcial del -6 oxígeno presente es de 3,5 x 10 mmHg. La masa del magnesio que reaccionará con el oxígeno y las moles del óxido formado serán: a. 34,6 x 10-3 g -3

b. 3,46 x 10 g -2

c. 3,46 x 10 g -4

d. 3,46 x 10 g

y 14,4 x 10-5 mol y 1,44 x 10

-4

mol

-4

y 1,44 x 10 mol y

-3

1,44 x 10 mol

Datos: PV = nRT

R = 0,082 L-atm/mol-K

1 atm = 760 mmHg

Mg: 24 g/mol

2

Los ejercicios del 9 al 11 se refieren al siguiente problema: “Actualmente en la industria automovilística, existen motores que transforman metanol, CH3OH(l) (32 g/mol) en hidrógeno, H2(g) ; este elemento se combina con oxígeno, O2(g) en una celda de combustible para producir vapor de agua. El metanol se obtiene por la reacción del CO(g) (28 g/mol) con H2(g) (2 g/mol). CO(g) + 2 H2(g)  CH3OH(g) Inicialmente se tiene 356 g de CO y 65 g de H2; si la reacción se desarrolla en un tanque de 500 L a 25° C, evalúa la información para: 9.

Identificar al reactivo limitante (RL) y calcular la masa en gramos del producto.

a. RL: CO

;

CH3OH: 406,72 g

b. RL: H2

;

CH3OH: 406,72 g

c. RL: CO

;

CH3OH: 206,72 g

d. RL: H2

;

CH3OH: 206,72 g

10. Determinar, al final de la reacción, la presión parcial y total de los gases presentes. a.

PH2 = 0,346 atm

;

PCH3OH = 0,422 atm

;

Pt = 0, 768 atm

b.

PH2 = 0,621 atm

;

PCH3OH = 0,346 atm

;

Pt = 0, 967 atm

c.

PH2 = 0,346 atm

;

PCH3OH = 0,621 atm

;

Pt = 0, 967 atm

d.

PH2 = 0,546 atm

;

PCH3OH = 0,422 atm

;

Pt = 0, 968 atm

11. Calcular el rendimiento porcentual del alcohol, ya que solo se obtiene 320 g de metanol. a.

68,84 %

b.

75,42 %

c.

78,68 %

d.

58,42 %

12. Para la siguiente reacción en equilibrio a 25 °C: 2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g) se conoce que ΔG°f NH3 = - 16 kJ/mol, por lo tanto los valores de ΔG°r y de Kp serán: R = 8,314 x 10-3 kJ/mol-K

Datos: ΔG° = - R T ln Kp a. 32 kJ/mol y

2,498 x 10

-6

b. 3,2 kJ/mol y 0,2498 x 10-7 y

2,498 x 10-8

c.

0,32 kJ/mol

d.

Faltan datos para el cálculo.

13. Tomando como referencia la reacción del Ejercicio 12, se encontró que las presiones de las sustancias en un instante dado son: PNH3 = 4,7 atm, PN2 = 8,5 atm y PH2 = 2,4 atm. La determinación de Qp y su posterior comparación con el Kp (calculado en el ejercicio 12) indica que: a. Qp < Kp

el sistema no está en equilibrio.

b. Qp > Kp

el sistema no está en equilibrio.

c. Qp = Kp

el sistema está en equilibrio.

d. Qp > Kp

el sistema está en equilibrio. 3

14. Tomando como referencia los valores obtenidos de ΔG°r (Ejercicio 12) y Qp (Ejercicio 13), se determinó ΔG en condiciones no estándar a 25 °C cuyo valor es, a. 32,00 kJ/mol b. 85,12 kJ/mol c. 36,14 kJ/mol d. 27,86

kJ/mol Datos: ΔG = ΔG° + R T ln Q

-3

R = 8,314 x 10 kJ/mol-K

15. En un recipiente cerrado a 1 000 K el SO3(g) se descompone según la reacción: 2 SO3(g)

2 SO2(g)

+

O2(g)

-3

-3

Se carga al inicio el recipiente con [SO3(g)] = 6,09 x 10 M. En el equilibrio la [SO3(g)] = 2,44 x 10 M. Los valores de Kc y Kp obtenidos son respectivamente: a. 4,083 x 10-6

y

3,3490

-3

y

0,3350

-3

y

0,0998

-5

y

0,0998

b. 4,083 x 10 c. 4,083 x 10

d. 40,83 x 10

Δn

Datos: Kp = Kc (RT)

R = 0,082 l-atm/mol-K

16. Tomando como referencia la reacción y el valor de Kc, Ejercicio 15, se determinó Qc cuando las concentraciones de las sustancias son: [SO3] = 2 x 10-3 M; [SO2] = 5 x 10-3 M y [O2] = 3 x 10-2 M. Su valor se comparó con el Kc, por lo tanto el sentido en el que se desplazará el equilibrio es: a. Qc > Kc ; b. Qc < Kc

;

c. Qc = Kc

;

está en equilibrio.

d. Qc > Kc ;

17. Los correspondientes nombres IUPAC de los siguientes compuestos, según presentación, están dados en:

a. 4- Etil-2-metilhexano; 8–Etil-4- isopropil-2,6-dimetildecano; 5-Etil-2,4,6-trimetiloctano b. 5-Etil-2,4,6-trimetiloctano; 4- Etil-2-metilhexano; 8–Etil-4- isopropil-2,6-dimetildecano c. 5-Etil-2,4,6-trimetiloctano; 8–Etil-4- isopropil-2,6-dimetildecano; 4- Etil-2-metilhexano d. 4- Etil-2-metilhexano; 5-Etil-2,4,6-trimetiloctano; 8–Etil-4- isopropil-2,6-dimetildecano

4

18. Identifica al compuesto que puede reducirse hasta un alcohol secundario. a. CH3−CH2−CHO b. CH3−CH2−COCl c. CH3−CH2−CO−CH3 d. CH3−CH2−COOH 19. Asignando la configuración absoluta (R) o (S), el nombre de cada uno de los siguientes compuestos, siguiendo el orden de presentación, será:

a. (S)-1-Fluoro-2-metilbutano; (R)-2-Metilbutan-1-ol; (S)-Bromo-2-metilbutano b. (S)-1-Fluoro-2-metilbutano; (S)-Bromo-2-metilbutano; (R)-2-Metilbutan-1-ol c. (S)-2-Metilbutan-1-ol; (R)-Bromo-2-metilbutano; (S)-1-Fluoro-2-metilbutano d. (R)-2-Metilbutan-1-ol; (S)-Bromo-2-metilbutano; (S)-1-Fluoro-2-metilbutano

20. La reacción característica de los alquenos es la __________ de sustancias al doble enlace. a. eliminación b. sustitución c. adición d. transposición

21. El orden en los siguientes carbocationes, de menor a mayor estabilidad, se observa en:

I

II

III

a. II, I, III b. II, III, I c. I, II, III d. I, III, II

22. Los siguientes compuestos CH3−COOH, CH2Cl−COOH, CH3−CH2OH y Ar−OH ordenados en sentido creciente de su fuerza como ácidos serán: a. CH3−COOH, b. CH3−CHOH,

CH3−CH2OH, Ar−OH,

Ar−OH,

CH2Cl−COOH

CH3−COOH,

CH2Cl−COOH

c. CH3−COOH,

CH2Cl−COOH,

CH3−CH2OH,

Ar−OH

d. CH2Cl−COOH,

CH3−COOH,

CH3−CH2OH,

Ar−OH

5

23.

Estudia las siguientes afirmaciones para señalar la(s) verdadera(s): I -

Las proteínas son macromoléculas que se encuentran en todos los seres vivos; sus unidades estructurales se llaman α- aminoácidos.

II -

Cuando se unen cuatro aminoácidos el producto es un tripéptido.

III -

La secuencia: -Ala-Gly-Gly-Phe-Val-Leu-Leu define la estructura primaria de una proteína.

IV -

La seda carece de elasticidad y extensibilidad, pero es bastante resistente por la presencia de gran cantidad de enlaces dipolo-dipolo.

a. b. c. d.

I II I III

y y y y

III IV II IV

24. A través de una reacción química llamada ___________, la sacarosa (el azúcar común utilizado en la vida diaria), puede descomponerse en dos monosacáridos la _________ y la __________. a. Saponificación, glucosa, manosa b. Neutralización, sal, base c. Hidrólisis, glucosa, fructuosa d. Hidrólisis, alanina, lactosa. 25. El ADN se compone de dos cadenas enrolladas en forma de una doble hélice, unidas debido a la formación de puentes hidrógeno entre las bases: a. Timina - Adenina y Citosina - Guanina b. Timina - Citosina y Adenina - Guanina c. Guanina - Guanina y Timina - Citosina d. Timina - Citosina y Timina - Guanina 26. La unidad estructural que se repite en los ácidos nucleicos se denomina __________ y está compuesta por un grupo __________, un ____________ y una __________ nitrogenada. a. Monómero, fosfato, azúcar , base b. Nucleótido, aldehido, ácido, base c. Aminoácido, fosfato, azúcar, base d. Nucleótido, fosfato, azúcar , base 27. Las expresiones de velocidad que relacionan la desaparición de los reactivos con la aparición de los productos en una reacción química, se aplican para determinar cuantitativamente y en base a su estequiometría, la velocidad a la cual aparece o desaparece una sustancia. Para la reacción: S2O82-(ac) + 3 I-(ac)  2 SO42-(ac) + I3-(ac) -

-1

2

El ion I (ac) reacciona a una velocidad de 0,075 M.s , las velocidades a la que desaparece el S2O8 (ac) y a la que aparece el I3 (ac) serán, respectivamente:

-

6

-1

y

0,025 M.s

-1

y

0,075 M.s

0,075 M.s

-1

y

0,025 M.s

0,025 M.s-1

y

0,075 M.s-1

a.

0,025 M.s

b.

0,075 M.s

c. d.

-1

-1

-1

28. Para la reacción 2 N2O5(g)  4 NO2(g) + O2(g) la constante de velocidad especifica de -4 -1 la descomposición del pentóxido de dinitrógeno es 5,1 x 10 s a 45°C. Si [N2O5]o = 0,25 M, al cabo de 3 min quedará sin reaccionar del pentóxido: a. 0,0918 M b. 0,2280 M c. 0,0228 M d. 0,2500 M Datos: ln [A]o /[A] = k t

[A]-1 = [A]o-1 + k t

[A] = [A]o - k t -2

-1

29. Para la reacción de descomposición de la sustancia AZ , se conoce k = 3,46 x 10 min a 298 K; si la energía de activación (Ea) es 50,2 kJ/mol, la magnitud de la constante de velocidad a 350 K será de: -4

a. 5,10 x 10 min

-1

-4

b. 3,46 x 10 min c. 0,702 min

-1

d. 0,0702 min-1 Datos:

ln k1 /k2 = (Ea /R) (1/T2 - 1/T1)

R = 8,314 x 10-3 kJ/mol-K

30. El volumen, en mL, de ácido sulfúrico H2SO4 ( 98 g/mol ) concentrado (98% de pureza ; d = 1,84 g/mL ) requerido para preparar 1 500 mL de H2SO4 0,1 M es de: a. 815,0 mL b. 0,815 mL c. 8,15

mL

d. 81,50 mL 31. Se tienen soluciones de igual molaridad de los ácidos HNO2, HOAc, y HCLO4. Se sabe que la -4 solución de HClO4 tiene pH = 1; que el valor del Ka del HNO2 es de 4,5 x 10 y que Ka del otro -5 ácido es 1,8 x 10 . Con esta información el orden creciente de fuerza relativa de estos ácidos está dada por la secuencia: a. HOAc > HNO2 > HCLO4 b. HOAc < HCLO4 < HNO2 c.

HOAc < HNO2 < HCLO4

d. HCLO4 > HNO2 > HOAc

7

Los ejercicios del 32 al 33 se refieren al siguiente problema: “Al disolver 39,5 g del ácido débil HZ ( 79 g/mol ) en agua hasta obtener un volumen de 400 mL de disolución, se encuentra que el -3 porcentaje de ionización es de 3,72 x 10 %”. Evalúa la información para: 32.

Señalar las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio:

a.

[HZ] ≈ 1,25 M ;

[H+] = [Z- ] = 4,65 x 10-3 M

b.

[HZ] ≈ 1,25 M ;

[H+] = [Z- ] = 4,65 x 10-5 M

c.

[HZ] = 4,65 x 10 M ;

[H ] = [Z ] ≈ 1,25 M

d.

[HZ] ≈

[H ] = [Z ] = 4,65 x 10 M

-5

0,125 M ;

+

-

+

-

-3

33. El valor de la constante de equilibrio, Ka del ácido HZ será: a.

17,3 x 10-9

b.

17,3 x 10

c.

1,73 x 10

d.

1,73 x 10

-11

-9

-6

34. Si el producto de solubilidad del AgBr (s) es Kps = 5,0 x10–13 a 25°C, su solubilidad en agua es: a.

2,5 x10–6 mol /L

b.

7,1 x10 mol /L

c.

1,4 x10 mol /L

d.

El bromuro de plata es completamente soluble.

–7

–6

-8

35. La solubilidad del yoduro de plomo PbI2(s) (Kps = 1,4 x 10 ) en agua es ____________. Como se espera su solubilidad en una solución de KI 0,1 M será ____________ por __________________. a. 3,50 x 10

-3

mol /L

;

mayor ;

la ionización de la sal.

b. 3,50 x 10

-9

mol /L

;

menor ;

los iones ausentes.

-9

mol /L

;

mayor

el pH.

d. 1,52 x 10-3

mol /L

;

menor ;

c. 1,52 x 10

;

el efecto del ion común.

36. El balance de la siguiente reacción: CrI3(s) + Cl2(g) + KOH(ac)  K2CrO4(ac) + KIO4(ac) + KCl(ac) + H2O(l) generó los siguientes coeficientes estequiométricos, presentados según el orden (posición) de las sustancias en la ecuación propuesta: a.

2 : 27 : 54  2 : 3 : 64 : 16

b.

2 : 27 : 64  2 : 6 : 54 : 32

c.

2 : 27 : 64  2 : 32 : 54 : 6

d.

2 : 64 : 27  2 : 54 : 6 : 32

8

37. El balance de la siguiente reacción: MnO(s) + PbO2(s) + HNO3(ac)  HMnO4(ac) + Pb(NO3)2(ac) + H2O(l) generó los siguientes coeficientes estequiométricos, presentados según el orden (posición) de las sustancias en la ecuación propuesta: a.

2 : 5 : 10 

2:5:4

b.

2 : 5 : 10 

4:6:2

c.

2:6:4



2 : 5 : 10

d.

2:5:4



4:6:2

38. Analiza la siguiente celda galvánica: + -4 3+ 2+ -2 Pt(s) / H2 (g, 0,25 atm) / H (ac, 10 M) // Fe (ac, 0,50 M), Fe (ac, 10 M) / Pt(s) La fem de la celda (εcelda) calculada es de: a. 1,09 V b. 0,45 V c. 1,40 V d. 0,77 V 3+

2+

Datos: ε° Fe /Fe

ε° H+/ H2(g) = 0,00 V ε°celda = ε°ox + ε°red εcelda = ε°celda + (0,059/n) log Q

= 0,77 V

39. A 25 °C se construye una celda galvánica empleando dos semiceldas. La primera contiene un 2+ electrodo de Ni(s) sumergido en una solución de Ni 1,0 M. En la segunda, un electrodo de Rh(s) se 3+ encuentra inmerso en una solución de Rh 1,0 M. La fem de la celda estándar, ε°celda = 1,077 V. 3+ Durante el proceso disminuye la concentración de Rh en la solución y se incrementa la masa del electrodo de Rh. Evalúa la información para señalar el rol de cada electrodo en el funcionamiento de la celda y calcular el potencial estándar de reducción del Rh3+(ac) a Rh(s) . a. Ánodo: Ni(s)

;

Cátodo: C(s)

;

1,327 V

b. Ánodo: C(s)

; Cátodo: Rh(s)

;

1,077 V

c. Ánodo: Rh(s) ; Cátodo: Ni (s)

;

0,083 V

d. Ánodo: Ni(s)

; 0,827 V Dato: ε°celda = ε° ox + ε° red

; Cátodo: Rh(s)

ε° Ni 2+/ Ni(s) = – 0,25 V

40. Si se hace pasar a través de una disolución de NiCl 2 la misma cantidad de electricidad que provoca el depósito de 10 g de Cu de una disolución de sulfato de cobre (II), la masa de níquel depositada será: a. 11,24 g b.

4,62 g

c.

3,08 g

d.

9,24 g Datos: Masas atómicas Cu = 63,54;

Ni = 58,71

F = 96 485 C / mol e

q =I t=nF

-

Lima, 26 de setiembre de 2009.

9