Olimpiada Nacional de Química 2007

1. Cuando dos elementos X e Y reaccionan entre sí de forma que las relaciones de las masas combinadas de los mismos son: <table> <tr> <th>Operación</th> <th>X (g)</th> <th>Y (g)</th> </tr> <tr> <td>1</td> <td>3,00</td> <td>1,44</td> </tr> <tr> <td>2</td> <td>3,00</td> <td>0,72</td> </tr> <tr> <td>3</td> <td>6,00</td> <td>2,88</td> </tr> <tr> <td>4</td> <td>2,50</td> <td>0,40</td> </tr> </table> A la vista de los datos de la tabla se puede decir que es falsa la afirmación: (1 puntos)

Los datos registrados en las operaciones 1 y 3 justifican la ley de las proporciones definidas de Proust. Los datos registrados en 1, 2 y 4 justifican la ley de las proporciones múltiples de Dalton. Los datos registrados en 1, 2 y 3 justifican la ley de las proporciones recíprocas de Richter. Los compuestos formados en 1 y 3 son iguales. Los compuestos formados en 1 y 4 son diferentes.

Retroalimentación: La falsa es la tercera: esos datos no justifican la ley de Richter, mientras que 1 y 3 sí muestran el mismo compuesto y 1, 2 y 4 sí encajan con proporciones múltiples.

2. Señale la opción que está de acuerdo con el efecto fotoeléctrico. (1 puntos)

El número de electrones emitidos depende de la intensidad o brillo de la luz, pero sus energías no. El número de electrones emitidos depende de la energía de los fotones incidentes, y su velocidad de la intensidad de la luz. Una luz roja de alta intensidad libera electrones de mayor energía que una luz azul de baja intensidad. Los electrones emitidos pueden ser acelerados a cualquier velocidad si se emplea la fuente luminosa adecuada. La intensidad de la corriente producida sólo depende del tipo de luz incidente.

Retroalimentación: En el efecto fotoeléctrico el número de electrones emitidos depende de la intensidad, mientras que su energía cinética depende de la frecuencia de la luz incidente.

3. Si hablamos de tamaños atómicos, elija la opción cuyo orden sea incorrecto. (1 puntos)

Retroalimentación: Esa opción es la incorrecta del examen; los tamaños iónicos no siguen ese orden tal como está escrito.

4. De las siguientes moléculas: BCl3, CH3OH, SF2 y ClF3, ¿cuántas son polares? (1 puntos)

Retroalimentación: CH3OH, SF2 y ClF3 son polares; BCl3 es apolar por su geometría trigonal plana simétrica.

5. Indique cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera. (1 puntos)

A temperatura y volumen fijos, la presión ejercida por un gas contenido en un recipiente disminuye cuando se introduce más cantidad del mismo. A temperatura fija, el volumen de un gas contenido en un recipiente aumenta con la presión. Volúmenes iguales de gases diferentes siempre tienen el mismo número de moléculas. Cuando se mezclan varios gases, la presión ejercida por la mezcla es directamente proporcional a la suma del número de moles de todos los gases. Volúmenes iguales de hidrógeno y dióxido de azufre, SO2, en condiciones normales, contienen el mismo número de átomos.

Retroalimentación: Para una mezcla de gases ideales, $P = rac{nRT}{V}$, así que la presión total depende del número total de moles.

6. Indique la opción en la que los dos electrones están apareados. (1 puntos)

n = 1, l = 0, ml = 1, ms = 1/2 ; n = 1, l = 0, ml = 1, ms = 1/2. n = 1, l = 1, ml = 1, ms = 1/2 ; n = 1, l = 1, ml = 1, ms = -1/2. n = 1, l = 1, ml = 1, ms = 3/4 ; n = 1, l = 1, ml = 1, ms = -3/4. n = 3, l = 2, ml = 0, ms = 1/2 ; n = 3, l = 2, ml = 0, ms = -1/2. n = 2, l = 2, ml = 0, ms = 1/2 ; n = 2, l = 2, ml = 1, ms = -1/2.

Retroalimentación: Dos electrones apareados deben compartir orbital, es decir, tener los mismos $n$, $l$ y $m_l$, pero espines opuestos.

7. De la reacción en fase gaseosa 2A + B → C + D se conoce que es espontánea hasta los 1200 ºC y que $Delta H^circ = -12{,}8 ext{kJ}$. Suponiendo que $Delta H^circ$ y $Delta S^circ$ no varían con la temperatura, ¿cuál es $Delta G^circ$ a 298 K? (1 puntos)

Retroalimentación: Si la reacción deja de ser espontánea en torno a 1200 ºC, allí $Delta G^circ approx 0$ y puede estimarse $Delta S^circ$ para luego calcular $Delta G^circ = Delta H^circ - TDelta S^circ$ a 298 K.

8. Cuando se ordenan los siguientes elementos del 2.º periodo de la tabla periódica según el orden creciente de su primera energía de ionización, la serie correcta es: (1 puntos)

Retroalimentación: La anomalía entre N y O hace que el oxígeno tenga menor primera energía de ionización que el nitrógeno.

9. En un recipiente de 2,5 L se introducen cantidades equimoleculares de NO2 y N2O4 a 25 ºC. Si la masa total del gas en el matraz es de 30 g, la presión total será: Masas atómicas: N = 14,0; O = 16,0. (1 puntos)

Retroalimentación: Si hay $n$ moles de cada gas, $46n + 92n = 30$, luego $n = 0{,}217$. En total hay $0{,}434$ moles y con $PV = nRT$ se obtiene 4,30 bar.

10. Indique cuáles de los siguientes compuestos son gases a temperatura ambiente y 1 atm de presión. 1) HCl 2) CO2 3) I2 4) KCl 5) NH3 (1 puntos)

Retroalimentación: HCl, CO2 y NH3 son gases en esas condiciones; I2 es sólido sublimable y KCl es un sólido iónico.

11. La reacción 2A → B + C es de orden 2 en A. La velocidad cuando [A] = 0,2 M es $2 cdot 10^{-4} ext{mol·L}^{-1} ext{·min}^{-1}$. ¿Cuál es la constante de velocidad? (1 puntos)

5·10-3 mol-1·L·min-1 1,5·10-3 mol-1·L·min-1 5·10-4 mol-1·L·min-1 10-3 mol-1·L·min-1 2·10-3 mol-1·L·min-1

Retroalimentación: Como $v = k[A]^2$, entonces $k = rac{2 cdot 10^{-4}}{(0{,}2)^2} = 5 cdot 10^{-3}$.

12. Las energías libres estándar de formación de NO2(g) y N2O4(g) son respectivamente 12,39 kcal/mol y 23,59 kcal/mol. ¿Cuál es el valor de $K_p$ a 25 ºC para el equilibrio N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)? Dato: $R = 8{,}314 ext{J·K}^{-1} ext{·mol}^{-1}$. (1 puntos)

Retroalimentación: Primero se calcula $Delta G^circ = 2Delta G_f^circ( ext{NO}_2) - Delta G_f^circ( ext{N}_2 ext{O}_4)$ y luego se usa $Delta G^circ = -RTln K_p$.

13. La cantidad de blenda (ZnS) de una riqueza del 72 % necesaria para obtener 2 toneladas de ácido sulfúrico del 90 %, sabiendo que en el proceso de tostación hay un 40 % de pérdidas de azufre en forma de SO2, es: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2 2SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 Masas atómicas: S = 32,0; Zn = 65,4; O = 16,0; H = 1,0. (1 puntos)

Retroalimentación: A partir de 1,8 toneladas de H2SO4 puro se retrocede estequiométricamente hasta ZnS y se corrige por riqueza del mineral y por el 40 % de pérdidas.

14. Indique el agente oxidante más fuerte de esta serie: a) Ag, b) Al3+, c) K, d) F2, e) H+. (1 puntos)

Retroalimentación: El oxidante más fuerte es la especie con mayor potencial estándar de reducción, y en la serie dada corresponde a $F_2/F^-$.

15. Cuando el cinc es atacado por ácido sulfúrico diluido se desprenden 143 kJ por cada mol de cinc a 20 ºC y a presión constante. ¿Qué energía se desprenderá a volumen constante? Dato: $R = 8{,}314 ext{J·mol}^{-1} ext{·K}^{-1}$. (1 puntos)

Retroalimentación: A volumen constante se libera $|Delta U|$, y como $Delta H = Delta U + Delta n_gRT$ con $Delta n_g = 1$, resulta un valor ligeramente mayor que 143 kJ.

16. Indique cuál de las siguientes especies es diamagnética: (1 puntos)

Retroalimentación: El ion peróxido $O_2^{2-}$ no tiene electrones desapareados, por eso es diamagnético.

17. Se mezclan 100 mL de una disolución de Na2SO4 4 M con 500 mL de otra disolución del mismo compuesto 0,2 M. Para que la concentración de iones Na+ en la disolución resultante sea 0,08 M, habrá que añadir: (1 puntos)

Retroalimentación: Se calculan primero los moles totales de $Na^+$ y después el volumen final necesario para que su concentración sea 0,08 M.

18. Los ácidos conjugados y sus respectivas reacciones ácido-base del HS-, NH3 y H2O son: (1 puntos)

S2- + H2O → HS- + H3O+; NH3 + H2O → NH4+ + OH-; H3O+ + H2O → H2O + H3O+ H2S + H2O → HS- + H3O+; NH4+ + H2O → NH3 + H3O+; H3O+ + H2O → H2O + H3O+ H2S + H2O → HS- + H3O+; NH3 + H2O → NH4+ + OH-; OH- + H2O → H3O+ SH- + H2O → S2- + H3O+; NH4+ + H2O → NH3 + H3O+; H3O+ + H2O → H2O + H3O+ H2S + H2O → HS- + H3O+; NH3 + OH- → NH4+ + H+; H3O+ + H2O → H2O + H3O+

Retroalimentación: La opción marcada por el examen es la A; mantiene el par conjugado esperado para NH3 y el tratamiento ácido-base indicado en el enunciado.

19. Indique en qué apartado se hace una asociación incorrecta entre configuración electrónica de los últimos orbitales y átomo, grupo o período: (1 puntos)

Elementos de transición: ns, (n-1)d, np. Cu metálico: 4s1, 3d10. Lantano: 6s2, 4f1. Actinio: 6d1, 7s2. Cr metálico: 4s1, 3d5.

Retroalimentación: La asociación incorrecta del examen es la del lantano.

20. En un matraz se realiza el vacío y se llena con metano a 0 ºC y 1,00 atm. Al calentar a 1000 ºC la presión se eleva rápidamente a 4,66 atm, pero se incrementa después hasta llegar a 6,34 atm debido a la disociación CH4(g) → C(s) + 2H2(g). ¿Cuál es el valor de $K_p$ para este equilibrio? (1 puntos)

Retroalimentación: A partir del aumento extra de presión se obtiene el avance de reacción y con las presiones parciales en equilibrio se calcula $K_p = rac{P_{H_2}^2}{P_{CH_4}}$.

21. El smog fotoquímico consiste, entre otros procesos, en la generación de radicales OH· a través de la secuencia: 2NO + O2 → 2NO2 (muy lento a concentraciones atmosféricas) NO2 + hν → NO + O· (plena luz solar) O· + H2O → 2OH· (muy rápida) Señale la afirmación correcta. (1 puntos)

La tercera etapa es la etapa determinante de la velocidad. El NO2 es un catalizador. El radical O· es un inhibidor. La primera etapa es la etapa determinante de la velocidad. Ninguna de las anteriores.

Retroalimentación: La etapa lenta es la primera, así que controla la velocidad global del proceso.

22. Para los siguientes compuestos, HF, HCl, HBr y HI, ¿qué respuesta los ordena por valores decrecientes de puntos de ebullición? (1 puntos)

Retroalimentación: HF destaca por enlace de hidrógeno; entre HI, HBr y HCl domina la masa molar: HI > HBr > HCl.

23. Los calores de combustión de las dos formas alotrópicas del carbono, grafito y diamante, son a 298,16 K: C(grafito) + O2(g) → CO2(g); $Delta H^circ = -393{,}13 ext{kJ·mol}^{-1}$ C(diamante) + O2(g) → CO2(g); $Delta H^circ = -395{,}03 ext{kJ·mol}^{-1}$ y las entropías molares estándar son $S^circ$(grafito) = 5,73 J·K-1·mol-1 y $S^circ$(diamante) = 2,37 J·K-1·mol-1. ¿Cuál es $Delta G^circ$ para la transición C(grafito) → C(diamante) a esa temperatura? (1 puntos)

Retroalimentación: Se obtiene $Delta H^circ$ de transición por diferencia de combustiones y luego $Delta G^circ = Delta H^circ - TDelta S^circ$, resultando positivo.

24. En el átomo de hidrógeno las energías de los distintos niveles, según nos alejamos del núcleo, son: (1 puntos)

-13,6 eV, -3,4 eV, -1,5 eV. -13,6 eV, -54,4 eV, -122,4 eV. 13,6 eV, 3,4 eV, 1,51 eV. -13,6 eV, -6,8 eV, -3,4 eV. 13,6 eV, 54,4 eV, 122,4 eV.

Retroalimentación: Los niveles del hidrógeno cumplen $E_n = -13{,}6/n^2$ eV, por lo que se acercan a 0 al alejarnos del núcleo.

25. Al añadir unas gotas de un indicador ácido-base a una solución acuosa desconocida se observa color verde. El indicador tiene un intervalo de viraje de 3,8 a 5,4; a pH < 3,8 es amarillo y a pH > 5,4 es azul. ¿Cuál de las siguientes soluciones 0,5 M puede ser la desconocida? (1 puntos)

Retroalimentación: El NH4Cl produce una disolución ácida moderada, compatible con un pH dentro del intervalo de viraje.

26. Se disuelve una muestra de metal (masa atómica = 157) en ácido clorhídrico y se somete a electrólisis la disolución. Cuando han pasado por la célula 3215 C se depositan 1,74 g de metal en el cátodo. ¿Cuál es la carga del ion metálico? Dato: $F = 96485 ext{C·mol}^{-1}$. (1 puntos)

Retroalimentación: Aplicando la ley de Faraday, $m = rac{MIt}{zF}$, el valor que ajusta los datos es $z = 3$.

27. En un matraz de 2 L se pone hidrogenocarbonato de sodio sólido, se practica el vacío y se calienta a 100 ºC. A esta temperatura, la presión del equilibrio 2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) es de 0,962 atm. La masa de NaHCO3 que se ha descompuesto será: Masas atómicas: Na = 23,0; H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0. (1 puntos)

Retroalimentación: Con la presión total se calculan los moles gaseosos por $PV=nRT$; esos moles equivalen al avance estequiométrico y de ahí a la masa descompuesta.

28. Entre las siguientes proposiciones hay una falsa. Indíquela: (1 puntos)

La estructura del ion I3- es lineal. El SO3 es una molécula coplanaria y sus 3 ángulos O-S-O son iguales. El orden de enlace de la molécula Li2 es +1. CN y NO son dos moléculas paramagnéticas. El momento dipolar del CS2 es mayor que el del SO2.

Retroalimentación: CS2 es lineal y apolar, mientras que SO2 es angular y sí tiene momento dipolar neto.

29. ¿Cuál será el pH de una disolución $10^{-3}$ M de acetato sódico? Dato: $K_a = 1{,}8 cdot 10^{-5}$ para el ácido acético. (1 puntos)

Retroalimentación: El acetato es una base débil; usando $K_b = K_w/K_a$ y la aproximación de hidrólisis se obtiene un pH básico moderado.

30. Para la reacción A + B → 2C, la constante de equilibrio a una determinada temperatura vale 1000. Esto significa que $Delta G^circ$: (1 puntos)

Es negativa a esa temperatura. Tiene un valor positivo y elevado, a esa temperatura. Es negativa si la temperatura es baja, pero positiva a temperaturas elevadas. Es cero. Es positiva, como $Delta H^circ$ y $Delta S^circ$.

Retroalimentación: Como $Delta G^circ = -RTln K$ y $K = 1000 > 1$, el valor de $Delta G^circ$ debe ser negativo.

31. Calcule la constante de equilibrio de la reacción Br2 + 2I- → I2 + 2Br-. Datos: $E^circ$(Br2/Br-) = 1,065 V; $E^circ$(I2/I-) = 0,536 V. (1 puntos)

Retroalimentación: Primero se obtiene $E^circ_{celda} = 1{,}065 - 0{,}536 = 0{,}529$ V y luego se usa la relación entre $E^circ$ y $K$.

32. El átomo de oxígeno en los alcoholes y en los éteres: (1 puntos)

Utiliza orbitales atómicos s y px para unirse a los átomos a los que se enlaza. Utiliza orbitales atómicos px y py para unirse a los átomos a los que se enlaza. Utiliza orbitales híbridos sp para unirse a los átomos a los que se enlaza en forma lineal. Utiliza orbitales híbridos sp3 para unirse a los átomos a los que se enlaza en forma angular. Utiliza orbitales atómicos s, px y py para unirse a los átomos a los que se enlaza.

Retroalimentación: En alcoholes y éteres el oxígeno presenta hibridación sp3 y geometría angular por sus pares libres.

33. Una configuración 4s2 3d9 5s1: (1 puntos)

No es posible porque los electrones tienden a ocupar niveles de mínima energía. Corresponde a un estado excitado de metal alcalino. Corresponde a un estado excitado de un elemento de transición. Correspondería a un estado excitado de un átomo paramagnético. Ninguna de las anteriores.

Retroalimentación: La distribución propuesta no encaja correctamente con las descripciones dadas en A-D, por eso la respuesta del examen es la E.

34. Calcule el pH de una disolución reguladora 0,1 M en NH3 y 1,5 M en NH4Cl después de añadir 0,1 mol/L de KOH. Dato: $pK_b = 4{,}74$. (1 puntos)

Retroalimentación: Se neutraliza parte del NH4+ con OH- y luego se aplica Henderson-Hasselbalch en forma básica o equivalente con $pK_a$.

35. Imagine el equilibrio gaseoso N2 + 3H2 ⇌ 2NH3. Si se inyecta agua con la jeringuilla J, manteniendo el émbolo fijo y la temperatura constante, sabiendo que el amoníaco es muy soluble en agua: (1 puntos)

Aumentará la concentración de hidrógeno. El equilibrio no se afecta. El equilibrio se desplaza hacia la formación de amoníaco. El equilibrio se desplaza hacia la descomposición de amoníaco. Aumentará la concentración de nitrógeno.

Retroalimentación: Al disolver NH3 se retira producto del equilibrio, así que por Le Chatelier el sistema se desplaza hacia su formación.

36. Si se hace pasar a través de una disolución de NiCl2 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: Datos: masas atómicas Cu = 63,54; Ni = 58,71. (1 puntos)

Retroalimentación: Con la misma carga y el mismo número de electrones intercambiados por ion, las masas depositadas son proporcionales a las masas equivalentes.

37. El número de compuestos orgánicos que responden a la fórmula molecular C4H10O, sin tener en cuenta los estereoisómeros, es: (1 puntos)

Retroalimentación: Hay 4 alcoholes constitucionales y 3 éteres distintos con esa fórmula molecular.

38. El producto mayoritario obtenido al deshidratar el 2-metil-3-pentanol en medio ácido es: (1 puntos)

Un alcano con el mismo número de átomos de carbono. Un alqueno que puede presentar isomería geométrica. Un alqueno que no puede presentar isomería geométrica. Ninguno ya que en esas condiciones no tiene lugar la deshidratación. Un alquino con el mismo número de átomos de carbono.

Retroalimentación: La eliminación produce mayoritariamente el alqueno más sustituido, que en este caso no presenta isomería geométrica.

39. Calcule los moles de acetato sódico que hay que añadir a 1 L de una disolución 0,2 M de ácido acético para hacer una disolución reguladora de pH = 5. (1 puntos)

Retroalimentación: Se aplica Henderson-Hasselbalch con $pK_a$ del ácido acético y se despeja la cantidad de base conjugada necesaria.

40. La solubilidad del fluoruro de bario en agua es de $7{,}41 cdot 10^{-3}$ mol/L. ¿Cuál será la solubilidad del fluoruro de bario en una disolución 1 M de cloruro de bario totalmente disociado? (1 puntos)

Retroalimentación: Por efecto del ion común, la presencia de $Ba^{2+}$ reduce fuertemente la solubilidad de $BaF_2$.

41. El benceno y el ciclohexeno poseen cada uno un ciclo y seis átomos de carbono, pero: (1 puntos)

El benceno es más reactivo que el ciclohexeno. La reacción típica del benceno es la adición electrófila. La reacción típica del ciclohexeno es la sustitución electrófila. Ninguno de los dos experimenta reacciones de sustitución o de adición. El benceno reacciona con bromo molecular en presencia de un catalizador dando principalmente bromobenceno, mientras que el ciclohexeno reacciona con bromo molecular dando trans-1,2-dibromociclohexano.

Retroalimentación: El benceno tiende a sustitución electrófila aromática y el ciclohexeno a adición electrófila sobre el doble enlace.

42. Calcule el potencial de la pila Pt | H2(g, 1 atm) | H+(0,01 M) || H+(1 M) | H2(g, 1 atm) | Pt. (1 puntos)

Retroalimentación: Es una pila de concentración de hidrógeno: $E = 0{,}0591 logleft(rac{1}{0{,}01} ight) = 0{,}118$ V a 25 ºC.

43. ¿Cuál de estas disoluciones tendrá pH > 8? (1 puntos)

20 mL de NaOH 0,2 M + 50 mL de CH3COOH 0,1 M. 25 mL de NaOH 0,2 M + 50 mL de CH3COOH 0,1 M. 25 mL de CH3COOH 0,1 M + 20 mL de NaOH 0,1 M. 25 mL de CH3COOH 0,1 M + 15 mL de NaOH 0,1 M. 25 mL de CH3COOH 0,1 M.

Retroalimentación: En esa mezcla se neutraliza exactamente el ácido y queda acetato suficiente para generar un medio básico.

44. Calcule el producto de solubilidad del AgI sabiendo que la pila Ag(s) | Ag+ (sat. AgI) || Ag+ (0,1 M) | Ag(s) tiene un potencial de $E = 0{,}417$ V. (1 puntos)

Kps = 2·1017. Kps = 8,3·10-7. Kps = 8,3·10-11. Kps = 8,3·10-17. Kps = 8,3·10-170.

Retroalimentación: Se usa la ecuación de Nernst para obtener $[Ag^+]$ en la disolución saturada y, como $AgI(s) ightleftharpoons Ag^+ + I^-$, se deduce $K_{ps} = s^2$.

45. La composición volumétrica de la mezcla gaseosa que se obtiene en el proceso C(s) + S2(g) ⇌ CS2(g) con $K_p = 5{,}60$ a 1000 ºC es: (1 puntos)

15,15 % de S2 y 84,85 % de CS2. 21,01 % de S2 y 78,99 % de CS2. 84,85 % de S2 y 15,15 % de CS2. 10,20 % de S2 y 89,80 % de CS2. 30,15 % de S2 y 69,85 % de CS2.

Retroalimentación: Como $K_p = rac{P_{CS_2}}{P_{S_2}} = 5{,}60$ y las fracciones molares gaseosas suman 1, se obtiene directamente la composición porcentual.

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