Química Nivel superior Prueba 3 PAST PAPERS - YEAR/2016 Examin… · Usó 4,00 g de gránulos de...

M16/4/CHEMI/HP3/SPA/TZ0/XX

Número de convocatoria del alumno

QuímicaNivel superiorPrueba 3

© International Baccalaureate Organization 201637 páginas

1 hora 15 minutos

Viernes 13 de mayo de 2016 (mañana)

2216 – 6127

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 todas las preguntas.• Sección B: conteste todas las preguntas de una de las opciones.• Escriba sus respuestas en las casillas provistas.• En esta prueba es necesario usar una calculadora.• Se necesita una copia sin anotaciones del cuadernillo de datos de química para esta prueba.• La puntuación máxima para esta prueba de examen es [45 puntos].

Opción Preguntas

Opción A — Materiales 3 – 8

Opción B — Bioquímica 9 – 14

Opción C — Energía 15 – 21

Opción D — Química medicinal 22 – 26

40EP01

– 2 –

No escriba en esta página.

Las respuestas que se escriban en esta página no serán corregidas.

40EP02


– 3 –

Véase al dorso

Sección A

Conteste todas las preguntas.

1. La absorción de la radiación infrarroja (IR) por las moléculas de la atmósfera afecta las temperaturas globales.

Gráfica de absorbancias en el IR para las moléculas de oxígeno y ozono

Abs

orci

ón /

%

O2

O3

Visible

IRUV

100

50

00 0,1 0,3 0,5 0,7 1 5 10 15 20

Wavelength / m 106

Abso

rptio

n / %

Longitud de onda / 10–6 m

[Fuente: adaptado de 2007 Thomson Higher Education, www.acs.org]

(a) Usandolainformacióndelagráfica,indique,dandosusrazones,sieloxígenoyelozonosononosongasesquecausanelefectoinvernadero. [2]

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(Esta pregunta continúa en la página siguiente)

40EP03


– 4 –

(Pregunta 1: continuación)

(b) Se han compilado los siguientes datos para un conjunto de moléculas que se pueden encontrar en la atmósfera.

MoléculaIntensidad IR

integrada* / km mol−1

Momento dipolar molecular / Debye

Potencial de calentamiento global GWP** en 100 años

CO2 25,7 0 1

CCl4 443,7 0 1 400

CCl3F 705,2 0,45 4 750

CCl2F2 970,1 0,51 10 900

CClF3 1199 0,50 14 400

CF4

[Fuentes:“IdentifyingtheMolecularOriginofGlobalWarming”,ParthaPBera,JosephSFranciscoy TimothyJLee.PublicadoenJ.Phys.Chem.A,Vol.113,No.45,2009yaccesodewww.r744.com]

*Intensidad IR integrada es una medida de la magnitud en que la molécula absorbe la radiacióninfrarrojaqueatraviesalaatmósfera.

**GWP:Sigladelinglés“GlobalWarmingPotential”.Esunamedidarelativadelacontribucióntotaldelcompuestoalcalentamientoglobalduranteunperíododetiempoespecificado.SecomparaconlamismamasadeCO2,quetieneunGWPde1.

(i) UselosdatosdelaintensidadIRintegradadelatablaparaestimarelvalorparael CF4. [1]

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(ii) Expliqueelaumentodemomentodipolarmolecularcuandosereemplazaunátomo de cloro del CCl4porflúorparaproducirCCl3F. [2]

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40EP04


– 5 –

Véase al dorso


(iii) Resumalarelaciónentreelpotencialdecalentamientoglobal(GWP)en 100añosylaintensidadIRintegradaparaelCCl4, el CCl3F, el CCl2F2yelCClF3. [1]

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(iv) ExaminesiexisteunarelacióngeneralentrelaintensidadIRintegradayelmomento dipolar molecular. [1]

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(v) ElCCl2F2yelCClF3 fueron desarrollados para su uso como refrigerantes, pero ahoraselosestáreemplazandoporotroscompuestosquímicos.Comentesobresuusohaciendoreferenciaalosvaloresdelatablayotraspreocupacionesambientales. [2]

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2. Unestudiantedeseabadeterminarlaconcentracióndeunasolucióndehidróxidodesodiotitulándolaconsoluciónacuosadeácidoclorhídrico0,100moldm−3.

Usó4,00gdegránulosdehidróxidodesodioparapreparar1,00dm3 de solución acuosa.

Tituló muestras de 20,0 cm3desolucióndehidróxidodesodioconazuldebromotimolcomoindicador.

(a) Resuma,dandosusrazones,cómoprepararíacuidadosamente1,00dm3 de solución acuosaapartirdelos4,00gdegránulosdehidróxidodesodio. [2]

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(b) (i) Indiqueelcambiodecolordelindicadorqueelestudianteobservaríadurantesutitulación usando la sección 22 del cuadernillo de datos. [1]

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(ii) Elestudianteañadióelácidodemasiadorápido.Resuma,dandosurazón, cómo ésto pudo haber afectado la concentración calculada. [2]

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40EP06


– 7 –

Véase al dorso


(c) Sugieraporqué,apesardeprepararlasoluciónyrealizarlastitulacionesconmuchocuidado,obtuvoresultadosextremadamentediferentes. [1]

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Sección B

Conteste todas las preguntas de una de las opciones.

Opción A — Materiales

3. ElhierrosepuedeextraerdeunmineralquecontieneFe2O3 en un alto horno por reacción concoque,piedracalizayaire.Elaluminioseobtieneporelectrólisisdeunmineralquecontiene Al2O3.

(a) IndiquelaecuaciónrédoxtotalcuandoelmonóxidodecarbonoreduceelFe2O3 a Fe. [1]

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(b) Prediga,dandosusrazones,laspropiedadesmagnéticasdelFe2O3ydelAl2O3 en función de la estructura electrónica del ion metálico. [2]

Fe2O3:

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Al2O3:

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(La opción A continúa en la página siguiente)

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Véase al dorso

(Continuación: opción A, pregunta 3)

(c) Seelectrolizóalúminafundida,Al2O3 (l), haciendo pasar 2,00 × 106Catravésdelacelda.Calculelamasadealuminioproducida,usandolassecciones2y6delcuadernillo de datos. [2]

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(d) (i) Resuma la causa de la resistencia eléctrica de los conductores metálicos. [1]

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(ii) Semidiólaresistenciadedosmetalesenfunciondelatemperatura.Seobtuvolasiguientegráfica.

Res

iste

ncia

/ Ω

Metal I

X

Metal II

Temperatura / K

ExpliqueelcomportamientodelmetalIIpordebajodelatemperaturaX de acuerdoconlateoríadeBardeen–Cooper–Schrieffer(BCS). [3]

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(e) (i) Laestructuradelpoloniometálicoescúbicasimple.Construyaundiagramadeceldaunitariaeindiqueelnúmerodecoordinacióndecadaátomo. [2]

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Véase al dorso


(ii) SerealizóladifracciónderayosXdelpoloniousandoradiacióndelongituddeonda de 8,80 × 10−11 m.Elmáximodeprimerordenenelpatróndedifracciónseobservóaunángulode13,0°. Determine la distancia, en m, entre las capas de átomos de polonio usando la sección 1 del cuadernillo de datos. [1]

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4. Losnanocatalizadorestienenunagranáreasuperficialporunidaddemasa.

(a) Identifiqueunapreocupaciónderivadadelusodecatalizadoresananoescala. [1]

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(b) Expliquelaaccióndelaszeolitascomocatalizadoresselectivos. [2]

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(c) Losnanotubosdecarbono,quesepuedenobtenerporelprocesoHIPCO,tienengranpotencialcomonanocatalizadores.IdentifiqueelcatalizadorylascondicionesusadasenelprocesoHIPCO. [2]

Catalizador:

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Condiciones:

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5. Describa cómo se diferencia la estructura de las cerámicas de la de los metales. [2]

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Véase al dorso

(Opción A: continuación)

6. Los bifenilnitrilos, como la molécula que se muestra a continuación, fueron las primeras moléculasdecristaleslíquidostermotrópicossintetizadas.

C5H11 CN

(a) Expliqueporquéelgruponitrilopermitequeestasmoléculasseusenenlaspantallasdecristallíquido(LCD). [2]

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(b) (i) LosmonómerosapartirdelosquesefabricaelKevlar® se dan a continuación.

C C

O

OH

O

O H N N

H

H

H

H

DeduzcalafórmuladelaunidadqueserepiteenelKevlar®. [1]


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(ii) IndiquelacaracterísticaestructuraldelKevlar® que es responsable principal de su resistencia. [1]

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7. Elcloroetenosufrepolimerizaciónconuniniciadorderadicaleslibresparaproducirlaformaatácticadelpolicloroeteno(PVC).

(a) Explique,entérminosmoleculares,porquéelPVCsevuelvemásflexibleyblandocuandoseleañadeunplastificante. [2]

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(b) SugieraunasuntoambientalasociadoconelusodePVC. [1]

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Véase al dorso

(Opción A: continuación)

8. Los iones metálicos pueden causar efectos ambientales no deseados.

(a) Lapresenciadeioneshierro(III)puedecatalizarlaformaciónderadicaleshidroxiloapartir del O2

−yH2O2porlareaccióndeHaber–Weiss.Indiquelasecuacionesdeesteproceso. [2]

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(b) Losionescinc,tóxicosparalavidaacuática,sepuedeneliminarañadiendounasoluciónquecontengaioneshidróxido.Determinelaconcentracióndeionescincenunasoluciónsaturadadehidróxidodecinca298Kusandolainformacióndelasección 32 del cuadernillo de datos. [2]

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Fin de la opción A

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Opción B — Bioquímica

9. La dehidroepiandrosterona (DHEA) es una sustancia prohibida de acuerdo con el Código MundialAntidopaje.

(a) (i) Indique el nombre del grupo funcional señalado con un óvaloenlamoléculadeDHEA que se muestra a continuación.

OCH3

HCH3

H H

HO

[1]

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(ii) Identifiquelacaracterísticadeestaestructuraquepermitesuclasificacióncomoesteroide. [1]

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(b) Laproduccióndeesteroidesprohibidostieneimplicacioneséticas.Sugieraunarazónporlacualsedeberíaapoyarlainvestigaciónsobreesteroides. [1]

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(La opción B continúa en la página siguiente)

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Véase al dorso

(Opción B: continuación)

10. Los aminoácidos, que se muestran en la sección 33 del cuadernillo de datos, se pueden combinarparaformarpolipéptidosyproteínas.

(a) Deduzcalasestructurasdelasformasmásabundantesdeglicinaentressolucionestampón (buffer) depH1,0;6,0y11,0.Glicina,pKa1 = 2,4 ; pKa2 = 9,8.

pH 1,0 pH 6,0 pH 11,0

[3]

(b) Sehidrolizauntripéptido,X,quecontieneleucina(Leu),lisina(Lys)yácidoglutámico(Glu)yseseparapormediodeelectroforesisengelenunasolucióntampónde pH 6,0.

(i) Predigaelresultadodelaelectroforesisrotulandolastresmanchasdeabajoconlos nombres de los aminoácidos. [2]

+ –

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

(ii) Deduzcaelnúmerodetripéptidosquesepodríanformarusandolostresaminoácidos del tripéptido X. [1]

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(Continuación: opción B, pregunta 10)

(c) (i) La serina es un aminoácido quiral. Dibuje ambos enantiómeros de la serina. [1]

(ii) Indiquelaformaenantiómeradelaserinaqueseencuentraenlasproteínas. [1]

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11. La glucosa, C6H12O6, es un monosacárido que nuestro organismo puede usar como fuente de energía.

(a) Deduzcalaecuaciónparalarespiracióncelulardelaglucosa. [1]

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(b) Calculelaenergía,enkJ,producidaapartirde15,0gdeglucosasisuentalpíadecombustión es − 2803kJ mol−1. [2]

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Véase al dorso

(Continuación: opción B, pregunta 11)

(c) La glucosa es la unidad fundamental del almidón que se puede usar para fabricar bioplásticos. Resuma dosventajasydosdesventajasdelosplásticosbiodegradables. [4]

Dosventajas:

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Dosdesventajas:

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(d) Losbioplásticossedescomponenpormediodereaccionescatalizadasporenzimas.Dibujeaproximadamenteunagráficaparailustrarcómovaríalavelocidaddeestareacción con el pH. [1]

Velocidaddereacción

pH


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12. Lasenzimasjueganunpapelimportanteenelfuncionamientodenuestroorganismo.

(a) LagráficadeabajorepresentauntrazodeMichaelis–Mentenparaunaenzima. Dibujeaproximadamenteyrotuledoscurvasenlagráficadeabajoparamostrarelefectodeañadiruninhibidorcompetitivoyunonocompetitivo. [2]

Velocidaddereacción

Vmax

Vmax2

Km Concentración del sustrato

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(b) Lassolucionesdeenzimassepreparanentampones.DetermineelpHdeunasolución tampón que contiene 2,60 × 10−3 mol dm−3deácidoetanoicoy 3,70 × 10−3 mol dm−3deetanoatodesodio.Refiérasealassecciones1y21delcuadernillo de datos. [2]

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Véase al dorso


13. LasespinacassonunaexcelentefuentedevitaminasAyC.

(a) IdentifiqueunacaracterísticaestructuraldelasvitaminasAyDquelashacemássimilaresentresídeloquelosondelavitaminaC.Uselasección35delcuadernillode datos. [1]

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(b) Sesepararonlospigmentosdelaespinacausandocromatografía.Identifique ZcalculandosuvalordeRfyusandolatabladedatos.

Z

Frente de disolvente

Manchaoriginal

Pigmento Valor del Rf

Xantofila 0,35

Clorofilaa 0,60

Clorofilab 0,50

Caroteno 0,95

[1]

Rf :

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Z:

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14. La hemoglobina contiene el grupo hemo con un ion hierro(II).

(a) Resumacómoseveafectadalasaturacióndeoxígenodelahemoglobinaporlasvariacionesenelplasmasanguíneo. [3]

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(b) Expliqueporquélahemoglobinafetaltienemayorafinidadporeloxígeno. [2]

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Fin de la opción B

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Véase al dorso

Opción C — Energía

15. Elhexano,C6H14, no es un combustible adecuado para motores de combustión interna porquetienetendenciaaarderespontáneamente,unacausadel“golpeteo”.

(a) (i) Elhexanosepuedeconvertirendiferentesproductosorgánicosenelprocesodereformado.Identifiqueuno de estos productos. [1]

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(ii) Sugieraporquéelproductoidentificadoen(a)(i)tienemenortendenciaaarderespontáneamentequeelhexano. [1]

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(b) (i) El octano, C8H18, puede sufrir combustión completa en condiciones adecuadas.Calculelaenergíaespecíficadeloctano,enkJg−1,usandolassecciones1,6y13 del cuadernillo de datos. [1]

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(La opción C continúa en la página siguiente)

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(Continuación: opción C, pregunta 15)

(ii) Laenergíaespecíficadeletanoles29,7kJg−1.Evalúelaadicióndeetanolaloctano(osusisómeros)parasuusocomocombustibleenvehículosconmotor,indicando unaventajayunadesventaja. [2]

Ventaja:

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Desventaja:

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(c) Elcarbónsepuedecalentarconvapordeaguaparaproducirgasnaturalsintético.Formule una ecuación para mostrar la formación de metano, CH4 (g), a partir de carbón,C(s),yvapordeagua,H2O (g). [1]

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16. Losaceitesvegetalesyloscombustiblesdieseltienenuncontenidoenergéticosimilar, perolosaceitesvegetalesgeneralmentenoseusancomocombustiblesenlosmotoresdecombustión interna.

(a) Lasreaccionesdetransesterificaciónpermitenconvertirlosresiduosdelosaceitesdecocinaenbiocombustibles.Identifiqueunreactivoyuncatalizadorrequeridoparaestaconversión. [2]

Reactivo:

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Catalizador:

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Véase al dorso


(b) Loscientíficosdetodoelmundoinvestiganalternativasaloscombustiblesfósiles.Sugiera por qué la colaboración es importante. [1]

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17. Lasreaccionesdefusiónyfisiónsonreaccionesnuclearesimportantes.

(a) El curio, 240Cm,sesintetizóbombardeandonúcleosdetorio,232Th,connúcleosdecarbono-12. Indique una ecuación ajustada para esta reacción. [1]

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(b) El período de semirreacción del uranio-235 es de 7,038 × 108 años.

(i) Calculelaconstantededesintegraciónradiactiva, λ, para el 235U usando la sección 1 del cuadernillo de datos. [1]

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(ii) Determine el tiempo necesario para que la masa de 235U presente en una muestra que contiene originalmente 1,000 g de 235Udisminuyahasta0,125g. [1]

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(iii) Expliqueporquélaradiaciónliberadaporuncombustiblenuclearyunresiduonuclearespeligrosaparalosseresvivos. [2]

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(c) (i) Calculeeldefectodemasa,enkg,paralaformacióndehelio-4usandolassecciones2y4delcuadernillodedatos. [2]

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(ii) Determinelaenergíadeenlacepornucleónparaunnúcleodehelio-4,en kJnucleón−1,usandosurespuestaa(c)(i)ylasección2delcuadernillodedatos.(Si no tiene una respuesta al apartado (c)(i), use 5,00 × 10−29kg,apesardenoser la respuesta correcta.) [1]

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Véase al dorso

(Opción C: continuación)

18. Eldióxidodecarbonoatmosféricoyeldióxidodecarbonoacuosopresenteenlosocéanosforman un equilibrio heterogéneo.

ExpliqueelefectodeaumentarlaconcentracióndedióxidodecarbonoatmosféricosobreelpHdelosocéanos,incluyendounaecuaciónensurespuesta. [3]

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19. Eldióxidodecarbono,CO2,esungasquecausaefectoinvernadero.Resuma,entérminosmoleculares,cómolasmoléculasdedióxidodecarbonoabsorbenradiacióninfrarroja. [2]

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20. Laspilasdecombustibleylasbateríasrecargablessonútilesfuentesdeenergía.

(a) Un tipo de pila de combustible contiene una membrana de intercambio protónico entre loselectrodosyusametanolacuosocomocombustible.

Metanol/Agua Aire (O2)

Electrodo negativo(ánodo)

Electrodo positivo(cátodo)

Membranadeintercambioprotónico

Indique semiecuaciones para las reacciones que se producen en los electrodos negativoypositivo. [2]

Electrodonegativo(ánodo):

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Electrodopositivo(cátodo):

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(b) Sugiera unaventajayunadesventajadeunapiladecombustiblesobreunabateríadeplomo–ácidocomofuentedeenergíaparaelmotordeunvehículo. [2]

Ventaja:

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Desventaja:

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Véase al dorso


21. Lascélulasfotovoltaicastradicionalessefabricanconsemiconductoresdetiponydetipop.

(a) Indiquecómoserealizaeldopadodetiponydetipopdelsilicoylanaturalezadelosportadores de carga eléctrica en cada caso. [2]

Tipo n:

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Tipo p:

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(b) Enlascélulassolaressensibilizadasporcolorante(DSSC),lasnanopartículasrevestidasconunpigmentonegroestánatrapadasentreloselectrodosenunelectrolitolíquido.ExpliquelaelevadaeficienciadelaestructuradeunaDSSC. [2]

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Fin de la opción C

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Opción D — Química medicinal

22. Lapenicilinafueunodelosprimerosantibióticosaisladoseidentificadosporsuhabilidadpara tratar infecciones bacterianas.

(a) Expliquelaimportanciadelanillobetalactámicoenlaactividadantibióticadelapenicilina. [3]

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(b) Identifiquedosriesgosdelusoexcesivodelosantibióticos. [1]

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23. Lasopiáceossehanusadodurantemilesdeañosparaaliviareldolor.Lasestructurasdelos opiáceos se encuentran en la sección 37 del cuadernillo de datos.

(a) Ladiamorfina(heroína)sepuedesintetizarapartirdelamorfina.Identifiqueelreactivonecesarioparaestareacciónyelsubproductodeestareacción.

Reactivo Subproducto

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(La opción D continúa en la página siguiente)

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Véase al dorso

(Continuación: opción D, pregunta 23)

(b) Discutadequémaneralasdiferenciasestructuralesentrelamorfinayladiamorfinaafectan su absorción en el organismo. [3]

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(c) Usandolassecciones26y37delcuadernillodedatos,deduzca,dandodosrazones,cuáleselespectrodelamorfinaycuáleldeladiamorfina.

Espectro A

Tran

smita

ncia

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

04000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

Númerosdeonda/cm−1

EspectroB

Tran

smita

ncia

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

04000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

Númerosdeonda/cm−1

[Fuente:http://webbook.nist.gov]

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40EP32


– 33 –

Véase al dorso

(Opción D: continuación)

24. Elhidróxidodemagnesioeselingredienteactivodeunantiácidohabitual.

(a) Formulelaecuacióndeneutralizacióndelácidodelestómagoconhidróxidodemagnesio. [1]

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(b) Compareycontrasteelusodeomeprazol(Prilosec)ehidróxidodemagnesio. [3]

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25. Losisótoposradiactivosseusanenunavariedaddeprocedimientosmédicosqueincluyenlasimágenesmédicasylaradioterapia.

(a) Identifiqueejemplosdedostiposderesiduosmédicosradiactivosycómosedebetratar cada uno para su correcta eliminación.

Ejemplo Tratamiento

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[2]


40EP33


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(b) El plomo-212 es un radioisótopo que se usa en el tratamiento del cáncer. Se obtiene a partir de otro radioisótopo por desintegración alfa. Formule la ecuación para su obtención. [2]

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(c) Identifiqueunaventajadelusodelaterapiadirigidaalfa(TAT)yuna forma de cáncer que se trata habitualmente con este método. [2]

Ventaja:

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Tratamiento de cáncer:

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(d) El tecnecio-99m, usado para el escaneo de radioimágenes, tiene un período de semirreacción de 6,01 horas. Calcule qué masa de una dosis de 5,80 × 10−9 g permanecerá después de 24,04 horas. [2]

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(e) Resuma una implicación ética del uso de tratamientos nucleares en medicina. [1]

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– 35 –

Véase al dorso

(Opción D: continuación)

26. Enañosrecientes,sehanproducidovariosmedicamentosantivirales.Unodeesosmedicamentoseseloseltamivir(Tamiflu).

(a) Identifiqueelgrupofuncionalseñaladoconuncírculoenlaestructuradeloseltamivir.

O

O

CH3

O

H3C

H3C

NHH3C

OH2N

[1]

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– 36 –


(b) Predigaelnúmerodeseñalesylaintegraciónrelativaqueesperaríaverenelespectrode espectroscopíaderesonanciamagnéticanuclear(RMNde1H) de la parte señalada con un óvaloenlaestructura.

O

O

CH3

O

H3C

H3C

NHH3C

OH2N

[2]

Númerodeseñales:

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

Integraciónrelativa:

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(c) Eloseltamiviresuncompuestoquiral.

(i) Identifiqueunaparatoquesepuedausarparadiferenciarentresusenantiómeros. [1]

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– 37 –


(ii) Expliquecómoseobtieneladiferenciación entre los enantiómeros usando este aparato. [2]

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Fin de la opción D

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Química Nivel superior Prueba 3 PAST PAPERS - YEAR/2016 Examin… · Usó 4,00 g de gránulos de...

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