1

XI OLIMPIADA METROPOLITANA DE QUMICA Examen final Problemas abiertos

Instrucciones: Este fue el ltimo examen aplicado como parte de la XI Olimpiada Metropolitana de Qumica. La duracin del examen fue de tres horas. Los alumnos del nivel B solamente tienen que resolver los primeros tres problemas; los del nivel A tienen que resolverlos todos. Se permite el uso de calculadora cientfica no programable. Niveles A y B PROBLEMA 1. FISICOQUMICA. Dos tanques de gas con volmenes V1 y V2 respectivamente, se encuentran conectados mediante un tubo de volumen despreciable. Uno de los tanques se encuentra inmerso en un bao de temperatura T1, mientras que el segundo tanque se encuentra en un bao con temperatura T2.La temperatura de los baos se mantiene constante y en los valores indicados.

Para las siguientes condiciones:

V1 =V2 = 10 L T1 = 0 C T2 = 100 C nT = 1 mol (Cantidad de sustancia total de gas) El gas es ideal.

1. Calcula la presin de equilibrio del sistema. Recuerda que R = 0.082 L atm mol-1 K-1. 2. Calcula la cantidad de gas (en mol) en cada uno de los tanques. 3. En cul de los tanques ser mayor la velocidad media de las molculas de gas? 4. Cul sera la forma aproximada de la grfica obtenida al trazar n1/n2 contra T1/T2?

A B C D E

5. Si ahora suponemos que T1 = T2 y variamos los volmenes, cul sera la forma de la grfica obtenida al

trazar n1/n2 contra V1/V2? (Considera las mismas opciones que para la pregunta anterior).

2

PROBLEMA 2. QUMICA ANALTICA. La espectrofotometra es una tcnica analtica en la que se determina la concentracin de una sustancia midiendo la cantidad de luz que sta absorbe. Se hace pasar un haz de luz monocromtica, con una longitud de onda determinada, a travs de una celda que contiene una disolucin de la muestra. El espectrofotmetro mide la cantidad de luz emitida y la compara con la cantidad de luz que atraviesa la muestra; con ello se obtiene una magnitud llamada transmitancia, T.

T = I / I0 donde I es la intensidad de la luz que atraviesa la muestra e I0 es la intensidad original del haz luminoso. Se define la absorbancia, A, como el logaritmo del inverso de T:

A = log(I/T) Se ha encontrado que la absorbancia es directamente proporcional a la concentracin del soluto y a la longitud de la celda. A esta relacin se le llama Ley de Beer.

A = l C donde l es la longitud de la celda en cm, C es la concentracin molar del soluto, y es una constante que se nombra como constante de absortividad molar; depende solamente del soluto y cambia cuando cambia la longitud de onda de medida. Cuando se trata de una mezcla, la absorbancia total se puede calcular como la suma de las contribuciones por separado de cada uno de los solutos presentes en la mezcla.

1. Cules son las unidades de ? De aqu en adelante manejaremos una longitud de celda l = 1 cm. 2. Se encontr que la transmitancia de una disolucin de KMnO4 0.0100 M era de 0.096 a una longitud de

onda de 666 nm, y de 0.870 a 412 nm. Por otro lado, se midi la transmitancia de una disolucin 0.0100 M de K2Cr2O7 a las mismas longitudes de onda, obtenindose valores de 0.790 y 0.140, respectivamente. Calcula el valor de para cada caso.

3. Se tiene una mezcla que contiene KMnO4 y K2Cr2O7 en concentraciones desconocidas. Se encontr que la absorbancia (A) de la disolucin a una longitud de onda de 666 nm es de 0.794 y a 412 nm la absorbancia (A) es de 0.725. Calcula la concentracin de cada componente.

3

PROBLEMA 3. QUMICA INORGNICA. Escribe en cada recuadro la frmula de la sustancia correspondiente. Las flechas representan reacciones: la punta o puntas de cada flecha representan el o los productos de la reaccin; mientras que los orgenes de cada flecha representan los reactivos. Cada recuadro contiene solamente una sustancia (con excepcin del de CaCO3 + H2O que ya est dado).

CaCO3+

H2O

ZnCl2

4

PROBLEMA 4. QUMICA ORGNICA (SOLAMENTE NIVEL A). Mayte -delegada organizadora de la Olimpiada Metropolitana de Qumica- encarg a su codelegado, Vctor, que le consiguiera seis compuestos orgnicos y los colocara en sendos frascos. Para que no ocurriera el clsico problema de los frascos no etiquetados, Mayte le insisti machaconamente que no olvidara etiquetarlos. Obedientemente, Vctor etiquet cada frasco y escribi en cada etiqueta la frmula del compuesto correspondiente. Cul sera su sorpresa al darse cuenta de que todas las frmulas eran iguales! Los seis compuestos tienen la frmula C3H6O. En un intento desesperado por salvar su reputacin, Vctor etiquet los frascos con las letras de la A a la F y realiz algunas pruebas de identificacin. Tu misin, si decides aceptarla, es ayudarle a Vctor a interpretar los resultados de las pruebas.

El compuesto A fue el nico en reaccionar con el reactivo de Tollens (plata amoniacal) produciendo un caracterstico espejo de plata en el tubo de ensaye.

El compuesto C es el nico con actividad ptica, al desviar la luz polarizada hacia la derecha. Al mezclar el compuesto D con una disolucin de bromo en tetracloruro de carbono, se observ la

decoloracin del bromo. Despus de esto ya no se hicieron pruebas con este compuesto. El compuesto B reaccion con el reactivo de Lucas (cloruro de zinc en cido clorhdrico), produciendo

una emulsin blancuzca despus de calentar ligeramente la mezcla y pasados cinco minutos del tratamiento.

Los compuestos E y F dieron resultados negativos al realizarles todas las pruebas anteriores. Ivn, que pasaba por ah, sinti el olor caracterstico del compuesto E y le dijo a Vctor: "Cmo no lo

reconoces? Si se trata de un compuesto con gran importancia industrial: en 1998 se produjeron en Mxico ms de veinticuatro mil toneladas de este compuesto. Se utiliza como disolvente de esmaltes y barnices, entre otros".

Adicionalmente, Ivn inform a Vctor que descartara los siguientes compuestos pues dos de ellos son inestables y el otro de plano no exista en el inventario del laboratorio:

CH2=CH-O-CH3 CH3-CH=CH-OH (inestable) CH3-C(OH)=CH2 (inestable) Preguntas: 1. Escribe las estructuras de los compuestos A-F y los nombres sistemticos de cuatro de ellos. Marca con

asteriscos los centros quirales. 2. Escribe la ecuacin de la reaccin del compuesto A con el reactivo de Tollens. Considera que la frmula

del reactivo de Tollens es Ag(NH3)2NO3. 3. Escribe la reaccin del compuesto D con el bromo. Escribe todos los productos formados, incluyendo

estereoismeros. 4. Cul es el producto de la reaccin de Lucas con el compuesto B? 5. Qu otra(s) prueba(s) hubiera(n) permitido identificar al compuesto E?

1

2H

H

e2

13

14

15

16

17

H

elio

Nm

ero atmico

Sm

boloN

ombre

Masa atm

ica

1.008 Clave: 4.003

3 4 5 6 7 8 9 10

Li

Be

B

C

N

O

F

N

e Litio Berilio B

oro Carbono N

itrgeno Oxgeno Flor N

en6.941 9.012 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18

11 12 13 14 15 16 17 18

Na

M

g

Al

S

i

P

S

Cl

A

rS

odio Magnesio 3 4 5 6

7 8 9

10 11 12

Alum

inio Silicio Fsforo A

zufre Cloro A

rgn22.99 24.31

26.98 28.09 30.97

32.07 35.45 39.95

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

29 30 31 32 33 34 35

36

K

Ca

S

c

Ti

V

C

r

Mn

F

e

Co

N

i

Cu

Z

n

Ga

G

e

As

S

e

Br

K

rP

otasio Calcio E

scandio Titanio Vanadio

Crom

o Manganeso H

ierro Cobalto N

quel Cobre Zinc G

alio Germ

anio Arsnico Selenio B

romo K

riptn 39.10

40.08 44.96

47.87 50.94

52.00 54.94

55.85 58.93

58.69 63.55

65.41 69.72

72.64 74.92 78.96

79.90 83.80

37 38 39 40 41 42 43 44 45

46 47 48 49 50 51 52

53 54

Rb

S

r

Y

Zr

N

b

Mo

T

c

Ru

R

h

Pd

A

g

Cd

In

S

n

Sb

T

e

I

Xe

Rubidio E

stroncio Itrio Zirconio N

iobio M

olibdeno Tecnecio R

utenio Rodio

Paladio P

lata Cadm

io Indio Estao A

ntimonio Telurio

Yodo X

enn85.47

87.62 88.91

91.22 92.91

95.94 [98]

101.1 102.9 106.4

107.9 112.4

114.8 118.7

121.8 127.6

126.9 131.3

55 56 57-71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85

86

Cs

B

a Lan

tnid

os H

f

Ta

W

R

e

Os

Ir

P

t

Au

H

g

Tl

P

b

Bi

P

o

At

R

nC

esio B

ario Hafnio Tantalio Tungsteno R

enio Osm

io Iridio P

latino Oro M

ercurio Talio Plom

o Bismuto P

olonio Astato R

adn132.9 137.3

178.5 180.9

183.8 186.2

190.2 192.2

195.1 197.0

200.6 204.4 207.2

209.0 [209] [210] [222]

87 88 89-103 104 105 106 107 108 109

110 111

Fr

R

a Actn

ido

s Rf

D

b

Sg

B

h

Hs

M

t

Ds

R

gFrancio R

adio Rutherfordio D

ubnio Seaborgio B

ohrio Hassio M

eitnerio Darm

stadtio Roentgenio

[223] [226] [261] [262] [266] [264] [277] [268] [271] [272]

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

71

La

C

e

Pr

N

d

Pm

S

m

Eu

G

d

Tb

D

y

Ho

E

r

Tm

Y

b

Lu

Lantano C

erio Praseodim

io Neodim

io Prom

etio S

amario E

uropio Gadolinio Terbio

Disprosio H

olmio E

rbio Tulio

Iterbio Lutecio

138.9 140.1

140.9 144.2

[145] 150.4 152.0

157.3 158.9

162.5 164.9

167.3 168.9

173.0 175.089 90

91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

101 102 103

Ac

T

h

Pa

U

N

p

Pu

A

m

Cm

B

k

Cf

E

s

Fm

M

d

No

L

rActinio

Torio P

rotactinio Uranio N

eptunio Plutonio A

mericio C

urio Berkelio C

alifornio Einstenio

Fermio M

endelevio Nobelio Law

rencio[227]

232.0 231.0

238.0 [237] [244] [243] [247] [247] [251] [252] [257] [258] [259] [262]

Co

pyrig

ht

2005 IUP

AC

, the In

ternatio

nal U

nio

n o

f Pu

re and

Ap

plied

Ch

emistry.

Tab

la Peri

dica d

e los E

lemen

tos d

e la IUP

AC

1118

HectorGO

HectorGOHidrgeno

HectorGO

HectorGO

5

RESPUESTAS PROBLEMA 1. FISICOQUMICA. 1. 121 =+ nn 21 1 nn =

222 RTnpV = 2

22 RT

pVn =

111 RTnpV = 121 )1( RTnpV = 12

21 1 RTRT

pVpV

=

2

121 1 T

TpVRTpV =

15.373)15.273)(10()15.273)(082.0(10 pp =

=

KatmK L)K)(K atm L(atm L 1-

pp 32.740.2210 = atm 19.132.1740.22 ==p

2. mol 42.0K) )(373.15K mol atm L 082.0(

L) atm)(10 29.1(1-1-2 ==n mol 0.58mol 42.0mol 11 ==n

3. En el tanque de mayor temperatura.

4. 111 TnRpV = y 222 TnR

pV = 2211 TnTn = 1

2

2

1

TT

nn = Grfica A, al aumentar la relacin

entre la cantidad de sustancia aumenta la relacin entre las temperaturas teniendo el mismo valor, pero se

grafica

=

2

1

2

1

TTf

nn , entonces se grfica el valor contra su inverso

5. 1

1

1 Vn

RTp = y

2

2

2 Vn

RTp =

2

2

1

1

Vn

Vn = Grfica B, al aumentar la relacin entre la cantidad de

sustancia aumenta la relacin entre los volmenes teniendo el mismo valor. PROBLEMA 2. QUMICA ANALTICA. 1. = A / l C L cm-1 mol-1 2. 1-1-nm 666KMnO molcm L 6.9)01.0)(1(

096.04

== 1-1-nm 412KMnO molcm L 87)01.0)(1(870.0

4==

1-1-nm 666 OCrK molcm L 79)01.0)(1(790.0

722== 1-1-nm 412 OCrK molcm L 14)01.0)(1(

140.0722

==

3. = 666 nm 794.02211OCrKKMnO 7224 =+=+ lClCAA 9.6C1 + 79C2 = 0.794 = 412 nm 725.02211OCrKKMnO 7224 =+=+ lClCAA 87C1 + 14C2 = 0.725 Resolviendo el sistema de 2 ecuaciones con dos incgnitas: C1 = 6.85 x 10-3 M = [KMnO4] C2 = 9.22 x 10-3 M = [K2Cr2O7]

6

PROBLEMA 3. QUMICA INORGNICA.

CaCO3+

H2O

ZnCl2

H2CO3

CaO

H2O

Ca

O2

H2

HCl

Zn

Cl2

CO2

C

PROBLEMA 4. QUMICA ORGNICA (SOLAMENTE NIVEL A). 1.

A) Prueba para aldehdos.

CH3 CH2 C H

O

Propionaldehdo (Propanal)

B) Prueba para alcoholes.

CH

H2C

H2COH

Ciclopropanol

C) Actividad ptica O

CH2C

H3C

H O

CH2C

H

H3C

O

(R)-2-Metil-oxirano o (S)-2-Metil-oxirano [(R)- o (S)- xido de propileno]

D) Prueba para dobles enlaces.

CH2 CH CH2 OH Alcohol allico (2-Propenol)

E) Disolvente de esmaltes.

CH3 C CH3

O

Acetona (2-Propanona)

F)

H2C

H2C O

CH2

Oxetano

7

2.

CH3 CH2 C H

O

+ 2 Ag(NH3)2NO3 + H2OCH3 CH2 C O

-

O

+ 2 NO3- + NH3 + Ag + 3 NH4

+

3.

+ Br2CH2 CH CH2 OHCCl4

CH2 CH CH2 OH

Br

Br 4.

CHH2C

H2COH + HCl

ZnCl2CH

H2C

H2CCl + H2O

5. La reaccin con la 2,4-dinitrofenilhidracina para la formacin de la hidrazona correspondiente que es

un slido insoluble de color amarillo-rojo.

H3C

C

H3C

O +NO2HN

H2N

O2N

NO2HN

N

O2N

C

H3C

H3C

Tambin puede ser la prueba del yodoformo, al reaccionar las metil-cetonas con yodo e

hidrxido de sodio (hipoyodito de sodio) da un precipitado amarillo de yodoformo.

H3C

C

H3C

O + 3 NaOICH3 C CI3

O+ 3 NaOH

CH3 C CI3

O

+ NaOHCH3 C ONa

O+ CHI3

Tabla Periodica UIPAC-4Feb05.pdfUntitled