Olimpiada Nacional de Química 2017

1. El espectro de emisión atómica del He se asemeja más al del: (1 puntos)

H Na $Li^+$ $He^+$

Retroalimentación: El He (2 electrones) es isoelectrónico con el $Li^+$ (también 2 electrones), por lo que sus espectros de emisión son similares.

2. Teniendo en cuenta exclusivamente la información de la siguiente tabla, indique qué afirmación es la correcta: <br> <table> <tr><td><b>Elemento</b></td><td>Hg</td><td>Zr</td><td>Au</td><td>Mo</td><td>K</td><td>Fr</td></tr> <tr><td># de electrones</td><td>80</td><td>40</td><td>79</td><td>42</td><td>19</td><td>87</td></tr> <tr><td># de neutrones</td><td>121</td><td>50</td><td>121</td><td>52</td><td>21</td><td>134</td></tr> <tr><td># de protones</td><td>80</td><td>40</td><td>79</td><td>42</td><td>19</td><td>87</td></tr> </table> (1 puntos)

El mercurio se obtiene cuando el oro emite radiactivamente un protón. El oro se puede transformar en mercurio por pérdida de una partícula beta $^0_{-1}\beta$. Si el circonio se desintegra radiactivamente emitiendo una partícula alfa $^4_2\alpha$ se transforma en molibdeno. El francio puede representarse mediante la forma $^{87}_{134}Fr$.

Retroalimentación: Au (79p, 121n) emite $\beta^-$ ($^0_{-1}\beta$), convirtiendo un neutrón en protón, dando Hg (80p). El francio se representa como $^{221}_{87}Fr$ (no $^{87}_{134}$). El circonio emitiendo $\alpha$ daría Sr, no Mo.

3. ¿Cuál de los siguientes juegos de números cuánticos $n$, $l$, $m$ y $s$ no es válido? (1 puntos)

1, 1, 0, -1/2 2, 0, 0, +1/2 3, 1, 0, +1/2 4, 3, 2, -1/2

Retroalimentación: Cuando $n = 1$, el número cuántico $l$ solo puede valer 0. El valor $l = 1$ no es posible para $n = 1$, por lo que el juego 1, 1, 0, -1/2 no es válido.

4. La primera energía de ionización del cesio es $6{,}24 \times 10^{-19}$ J/átomo. ¿Cuál es la frecuencia mínima de radiación que se requiere para ionizar un átomo de cesio? (1 puntos)

$1{,}06 \times 10^{-15}$ s$^{-1}$ $4{,}13 \times 10^{14}$ s$^{-1}$ $9{,}42 \times 10^{14}$ s$^{-1}$ $1{,}60 \times 10^{18}$ s$^{-1}$

Retroalimentación: Usando $E = h\nu$: $\nu = E/h = 6{,}24\times10^{-19} / 6{,}626\times10^{-34} = 9{,}42\times10^{14}$ s$^{-1}$.

5. ¿Qué proceso desprende más energía? (1 puntos)

$Mg^{2+}(g) + e^- \rightarrow Mg^+(g)$ $Mg^+(g) + e^- \rightarrow Mg(g)$ $Na^{2+}(g) + e^- \rightarrow Na^+(g)$ $Na^+(g) + e^- \rightarrow Na(g)$

Retroalimentación: $Na^{2+}$ tiene gran carga nuclear efectiva sobre pocos electrones, y al capturar un electrón forma $Na^+$ con configuración de gas noble (Ne), liberando muchísima energía. Es el proceso inverso a la segunda energía de ionización del Na (≈ 4562 kJ/mol).

6. ¿En cuál de las siguientes opciones los iones están dispuestos correctamente en orden creciente de tamaño? (1 puntos)

$F^- < S^{2-} < Al^{3+} < Mg^{2+}$ $F^- < S^{2-} < Mg^{2+} < Al^{3+}$ $Mg^{2+} < F^- < Al^{3+} < S^{2-}$ $Al^{3+} < Mg^{2+} < F^- < S^{2-}$

Retroalimentación: $Al^{3+}$, $Mg^{2+}$ y $F^-$ son isoelectrónicos (10 e$^-$); su radio aumenta al disminuir el número de protones: $Al^{3+}(13p) < Mg^{2+}(12p) < F^-(9p)$. $S^{2-}$ tiene 18 e$^-$ y es mucho mayor.

7. ¿Cuál de las siguientes moléculas/especies cumple con la "regla del octeto" según la notación de Lewis? (1 puntos)

$SiO_2$ $H_2S$ $SO_2$ $H_2O$

Retroalimentación: En $SiO_2$ (O=Si=O), Si tiene 4 enlaces (8 e$^-$) y cada O tiene 2 enlaces + 2 pares solitarios (8 e$^-$): todos satisfacen el octeto. En $H_2O$ y $H_2S$, el H solo tiene 2 e$^-$ (violación del octeto). $SO_2$ presenta octeto expandido en S.

8. Indicar qué geometrías son posibles para compuestos con hibridación $sp^3$. (1 puntos)

Tetraédrica, piramidal trigonal y angular. Tetraédrica, angular y bipirámide trigonal. Tetraédrica, lineal y angular. Tetraédrica, trigonal plana y lineal.

Retroalimentación: La hibridación $sp^3$ implica 4 pares de electrones: 0 pares solitarios → tetraédrica (CH₄); 1 par solitario → piramidal trigonal (NH₃); 2 pares solitarios → angular (H₂O).

9. ¿Cuál/es de las siguientes especies es polar o son polares? <br>I. $SF_2$    II. $SF_4$    III. $SF_6$ (1 puntos)

Sólo I. Sólo III. Sólo I y II. Sólo II y III.

Retroalimentación: $SF_2$ (angular, $AX_2E_2$) y $SF_4$ (balancín, $AX_4E$) son asimétricas → polares. $SF_6$ (octaédrica, $AX_6$) es completamente simétrica → no polar.

10. ¿Cuál es la energía reticular, $U$, del NaCl(s)? <br>Datos: $\Delta H^o_{dis}(Cl_2) = 244\,600$ J mol$^{-1}$; Afinidad electrónica del Cl $= -345\,500$ J mol$^{-1}$ <br>$\Delta H^o_{sub}(Na) = 109\,000$ J mol$^{-1}$ <br>$\Delta H^o_f(NaCl) = -411\,000$ J mol$^{-1}$; Energía de ionización del Na $= 495\,700$ J mol$^{-1}$ (1 puntos)

1481,7 kJ mol$^{-1}$ -1136,5 kJ mol$^{-1}$ 1257,3 kJ mol$^{-1}$ -792,5 kJ mol$^{-1}$

Retroalimentación: Ciclo de Born-Haber: $U = \Delta H^o_f - \Delta H^o_{sub} - \frac{1}{2}\Delta H^o_{dis} - IE - EA = -411 - 109 - 122{,}3 - 495{,}7 + 345{,}5 = -792{,}5$ kJ mol$^{-1}$.

11. El sodio metálico tiene una celda unidad cúbica centrada en el cuerpo (BCC). ¿Cuántos átomos están contenidos en la celda unidad? (1 puntos)

5 2 4 9

Retroalimentación: En una celda BCC: 8 átomos en esquinas (×1/8 cada uno = 1 átomo) + 1 átomo en el centro = 2 átomos por celda unidad.

12. El níquel se ordena en una red cúbica centrada en las caras (FCC) y su densidad es 8,9 g/cm$^3$ a 25°C. ¿Cuál es la longitud de la arista de la celda unidad? (M(Ni) = 58,69 g/mol) (1 puntos)

340 pm 372 pm 352 pm 330 pm

Retroalimentación: FCC: 4 átomos/celda. $a^3 = \frac{4 \times 58{,}69}{6{,}022\times10^{23} \times 8{,}9} = 4{,}38\times10^{-23}$ cm$^3$ → $a = 3{,}52\times10^{-8}$ cm $= 352$ pm.

13. Si la combustión del ácido benzoico se realiza en una bomba calorimétrica a volumen constante y 25°C, ¿qué se verifica? (1 puntos)

Q < 0, W = 0, ΔU < 0 Q = 0, W = 0, ΔU = 0 Q < 0, W < 0, ΔU > 0 Q < 0, W > 0, ΔU < 0

Retroalimentación: En bomba calorimétrica (volumen constante): $W = -P_{ext}\Delta V = 0$. La combustión es exotérmica → $Q < 0$. Por tanto $\Delta U = Q + W = Q < 0$.

14. El ácido etanóico ($CH_3COOH$) en fase vapor está en un 92,0% dimerizado a $P_{total} = 0{,}200$ atm y 298 K. ¿Cuál es la energía de Gibbs del proceso de dimerización? (1 puntos)

-13,0 kJ mol$^{-1}$ -12,3 kJ mol$^{-1}$ -9,5 kJ mol$^{-1}$ -0,6 kJ mol$^{-1}$

Retroalimentación: Con $\alpha = 0{,}92$ y $P_{total} = 0{,}200$ atm se calcula $K_p$ a partir de las presiones parciales del monómero y el dímero, y luego $\Delta G^o = -RT\ln K_p \approx -13{,}0$ kJ mol$^{-1}$.

15. El bromo hierve a 59°C con $\Delta_{vap}H^0 = 29{,}6$ kJ·mol$^{-1}$. ¿Cuál es el valor de $\Delta_{vap}S^0$ en J·mol$^{-1}$·K$^{-1}$? (1 puntos)

11,2 89,2 501 1750

Retroalimentación: Al punto de ebullición $\Delta G = 0$, por tanto $\Delta_{vap}S^0 = \Delta_{vap}H^0 / T = 29\,600 / (273 + 59) = 29\,600 / 332 = 89{,}2$ J mol$^{-1}$ K$^{-1}$.

16. Usa las energías de enlace dadas para estimar $\Delta_r H^o$ para la reacción: $$N_2(g) + 3H_2(g) \rightarrow 2NH_3(g)$$ <table> <tr><th colspan="2">Energías de enlace / kJ mol$^{-1}$ (valores absolutos)</th></tr> <tr><td>H-H</td><td>436</td></tr> <tr><td>H-N</td><td>386</td></tr> <tr><td>N-N</td><td>193</td></tr> <tr><td>N=N</td><td>418</td></tr> <tr><td>N≡N</td><td>941</td></tr> </table> (1 puntos)

-995 kJ mol$^{-1}$ -590 kJ mol$^{-1}$ -67 kJ mol$^{-1}$ 815 kJ mol$^{-1}$

Retroalimentación: $\Delta_r H^o = [E(N\equiv N) + 3E(H-H)] - [6E(H-N)] = [941 + 3\times436] - [6\times386] = 2249 - 2316 = -67$ kJ mol$^{-1}$.

17. ¿Cuánta energía debe ser suministrada para pasar 36 g de hielo a 0°C a agua a temperatura y presión ambiente (25°C)? <br>Datos: $\Delta_{fus}H^0 = 6{,}01$ kJ·mol$^{-1}$; $c_p[H_2O(l)] = 4{,}18$ J·K$^{-1}$·g$^{-1}$ (1 puntos)

12 kJ 16 kJ 19 kJ 22 kJ

Retroalimentación: 36 g = 2 mol de agua. Fusión: $2 \times 6{,}01 = 12{,}02$ kJ. Calentamiento de 0 a 25°C: $36 \times 4{,}18 \times 25 = 3758$ J $= 3{,}76$ kJ. Total $\approx 15{,}8$ kJ $\approx 16$ kJ.

18. ¿Cuál es el signo de $\Delta_r H$ y $\Delta_r S$ para la siguiente reacción? $$2C(s) + O_2(g) \rightarrow 2CO(g)$$ (1 puntos)

$\Delta_r H < 0$, $\Delta_r S < 0$ $\Delta_r H < 0$, $\Delta_r S > 0$ $\Delta_r H > 0$, $\Delta_r S > 0$ $\Delta_r H > 0$, $\Delta_r S < 0$

Retroalimentación: La combustión de C a CO es exotérmica ($\Delta_r H < 0$). Se pasa de 1 mol de gas reactivo a 2 mol de gas producto → mayor desorden → $\Delta_r S > 0$.

19. La constante termodinámica $K$ para las reacciones hipotéticas es: <br>$A \rightarrow B$, $K = 2{,}0$ <br>$B \rightarrow C$, $K = 0{,}010$ <br>¿Cuál es el valor de $K$ para la reacción $2C \rightarrow 2A$? (1 puntos)

2500 50 25 $4{,}0 \times 10^{-4}$

Retroalimentación: $K(A\rightarrow C) = 2{,}0 \times 0{,}010 = 0{,}020$. $K(2A\rightarrow 2C) = (0{,}020)^2 = 4\times10^{-4}$. $K(2C\rightarrow 2A) = 1/(4\times10^{-4}) = 2500$.

20. Dada la gráfica de $t_{1/2}$ frente a la concentración de reactivo (x) que se muestra a continuación, se puede afirmar que la reacción es de orden: <br>(NOTA: $t_{1/2}$ es el tiempo necesario para que la concentración inicial del reactivo se reduzca a la mitad.) (1 puntos)

0 1 2 ninguna de las anteriores

Retroalimentación: En reacciones de orden 1, $t_{1/2} = \ln 2 / k$ es constante e independiente de la concentración inicial. La gráfica muestra $t_{1/2}$ horizontal (constante) respecto a [x].

21. ¿Cuál es la ley de velocidad de la siguiente reacción? $$A + 2B \rightarrow Productos$$ <table> <tr><th>[A]₀ / M</th><th>[B]₀ / M</th><th>v inicial / M·s⁻¹</th></tr> <tr><td>0,050</td><td>0,100</td><td>0,085</td></tr> <tr><td>0,050</td><td>0,200</td><td>0,170</td></tr> <tr><td>0,100</td><td>0,300</td><td>0,510</td></tr> </table> (1 puntos)

Velocidad $= k[A]$ Velocidad $= k[B]$ Velocidad $= k[A][B]$ Velocidad $= k[A][B]^2$

Retroalimentación: Exp 1→2: [A] constante, [B] dobla → v dobla → orden 1 en B. Exp 2→3: [A] dobla, [B]×1,5 → v×3 = 2×1,5 → orden 1 en A. Ley: $v = k[A][B]$.

22. En la síntesis de la aspirina: ácido salicílico + anhídrido acético → aspirina + ácido acético <br>($C_7H_6O_3$ + $C_4H_6O_3$ → $C_9H_8O_4$ + $C_2H_4O_2$) <br>¿Cuál es el rendimiento si al reaccionar 1,00 g de ácido salicílico (M = 138 g/mol) con exceso de anhídrido acético se forman 0,85 g de aspirina (M = 180 g/mol)? (1 puntos)

91 % 77 % 85 % 65 %

Retroalimentación: Masa teórica de aspirina: $(1{,}00/138) \times 180 = 1{,}304$ g. Rendimiento: $0{,}85/1{,}304 \times 100 \approx 65\%$.

23. El pentacloruro de antimonio gaseoso ($SbCl_5$) se disocia en un 29,2% a 182°C y 1 bar en $SbCl_3(g)$ y $Cl_2(g)$. ¿Cuál es la $K_c$ a dicha temperatura? (1 puntos)

$1{,}2 \cdot 10^{-3}$ $2{,}5 \cdot 10^{-3}$ $5{,}0 \cdot 10^{-3}$ $7{,}5 \cdot 10^{-3}$

Retroalimentación: Con $\alpha = 0{,}292$: $n_{total} = 1 + \alpha = 1{,}292$. $K_p = (\alpha^2/(1-\alpha^2)) \times P_{total} \approx 0{,}093$. $K_c = K_p/(RT) = 0{,}093/(0{,}08314 \times 455) \approx 2{,}5\times10^{-3}$.

24. Se ha representado la constante de velocidad $k$ a dos temperaturas en la gráfica de Arrhenius ($\ln k$ frente a $1/T$). ¿Cuál es la relación entre la pendiente de la gráfica y la energía de activación $E_a$? (1 puntos)

pendiente $= E_a$ pendiente $= -E_a$ pendiente $= -E_a/R$ pendiente $= E_a/R$

Retroalimentación: Ecuación de Arrhenius: $\ln k = \ln A - \frac{E_a}{R} \cdot \frac{1}{T}$. En la gráfica de $\ln k$ vs $1/T$, la pendiente es $-E_a/R$.

25. ¿Qué masa de $Sr(OH)_2 \cdot 8H_2O$ ($M = 265{,}76$ g/mol) se necesita para preparar 250 mL de disolución con $[OH^-] = 0{,}100$ M? (El $Sr(OH)_2$ es una base fuerte.) (1 puntos)

3,32 g 6,64 g 9,97 g 1,52 g

Retroalimentación: $Sr(OH)_2 \rightarrow Sr^{2+} + 2OH^-$. Moles $OH^-$ necesarios: $0{,}100 \times 0{,}250 = 0{,}0250$ mol. Moles $Sr(OH)_2 = 0{,}0125$ mol. Masa: $0{,}0125 \times 265{,}76 = 3{,}32$ g.

26. El ácido nitroso, $HNO_2$, tiene $K_a = 4{,}5 \times 10^{-4}$. ¿Cuál describe mejor las especies presentes en una disolución acuosa 0,1 M? (1 puntos)

El $HNO_2(aq)$ es la especie predominante; y en mucha menor cantidad también existen $H^+(aq)$ y $NO_2^-(aq)$. Los $H^+(aq)$ y los $NO_2^-(aq)$ son las especies predominantes; y en mucha menor cantidad también existe el $HNO_2(aq)$. Sólo los $H^+(aq)$ y los $NO_2^-(aq)$ están presentes en cantidades apreciables. El $HNO_2(aq)$, los $H^+(aq)$ y los $NO_2^-(aq)$ están todos ellos presentes en cantidades comparables.

Retroalimentación: Con $K_a = 4{,}5\times10^{-4}$ y $C = 0{,}1$ M, el grado de disociación es $\alpha \approx 6{,}7\%$. El $HNO_2$ está mayoritariamente sin disociar.

27. 20 mL de etilamina ($CH_3CH_2NH_2$, ≈10%) son valorados con $HCl$ 0,3000 M. ¿Cuál indicador sería el más adecuado? (pKa de $CH_3CH_2NH_3^+ = 10{,}75$) (1 puntos)

Azul de timol, cambio de color entre pH = 1,2 y 2,8. Verde de bromocresol, cambio de color entre pH = 4,0 y 5,6. Fenolftaleína, cambio de color entre pH = 8,0 y 10,0. Amarillo de Alizarina R, cambio de color entre pH = 10,0 y 12,0.

Retroalimentación: En la valoración de base débil con ácido fuerte, el punto de equivalencia es ácido (pH ≈ 5–6, ya que la sal $CH_3CH_2NH_3^+$ hidroliza). El verde de bromocresol (pH 4,0–5,6) es el indicador más adecuado.

28. Sabiendo que una disolución saturada de $Cd(OH)_2$ tiene un pH de 9,45. ¿Cuál es el valor de la constante de solubilidad, $K_s$? (1 puntos)

$8{,}97 \cdot 10^{-14}$ $2{,}82 \cdot 10^{-5}$ $2{,}80 \cdot 10^{-15}$ $1{,}12 \cdot 10^{-14}$

Retroalimentación: pOH $= 14 - 9{,}45 = 4{,}55$ → $[OH^-] = 2{,}82\times10^{-5}$ M. $Cd(OH)_2 \rightleftharpoons Cd^{2+} + 2OH^-$, por lo que $[Cd^{2+}] = [OH^-]/2 = 1{,}41\times10^{-5}$ M. $K_s = 1{,}41\times10^{-5} \times (2{,}82\times10^{-5})^2 \approx 1{,}12\times10^{-14}$.

29. Para el ión $H_2PO_4^-$ el $pK_a = 7{,}21$. Calcular el pH de 1 L de disolución reguladora con 0,50 mol de $NaH_2PO_4$ y 0,50 mol de $Na_2HPO_4$, tras añadir 0,05 mol de KOH. (1 puntos)

7,12 7,29 7,75 7,01

Retroalimentación: El KOH convierte 0,05 mol de $H_2PO_4^-$ en $HPO_4^{2-}$: quedan 0,45 mol de ácido y 0,55 mol de base. pH $= pK_a + \log(0{,}55/0{,}45) = 7{,}21 + 0{,}087 \approx 7{,}29$.

30. Se utiliza una disolución de $HNO_3$ 0,3 M para valorar 25,0 mL de $Ba(OH)_2$ 0,250 M. ¿Cuántos mL de ácido son necesarios? (1 puntos)

41,7 mL 20,8 mL 3,75 mL 10,4 mL

Retroalimentación: $Ba(OH)_2 \rightarrow 2OH^-$. Moles $OH^-$ $= 2 \times 0{,}250 \times 0{,}025 = 0{,}01250$ mol. Moles $HNO_3$ necesarios $= 0{,}01250$ mol. Volumen $= 0{,}01250 / 0{,}3 = 0{,}04167$ L $= 41{,}7$ mL.

31. Se puede producir yodo aplicando corriente eléctrica a una solución de yoduro de potasio ($2I^- \rightarrow I_2 + 2e^-$). Calcule el tiempo necesario para que una corriente de 10,0 A produzca 6,0 g de yodo. (F = 96485 C/mol; M($I_2$) = 254 g/mol) (1 puntos)

3,8 s 7,6 min 11,4 min 3,8 horas

Retroalimentación: Moles de $I_2$: $6{,}0/254 = 0{,}02362$ mol. Carga necesaria: $2 \times 0{,}02362 \times 96485 = 4558$ C. Tiempo: $4558 / 10{,}0 = 456$ s $= 7{,}6$ min.

32. En la celda galvánica $Sn(s) | Sn^{2+}(aq) || Cu^{2+}(aq) | Cu(s)$ con $E^0 = 0{,}48$ V. Comenzando con concentraciones estándar, ¿cuáles son las concentraciones cuando el potencial es 0,45 V? (1 puntos)

$[Sn^{2+}] = 0{,}47$ M y $[Cu^{2+}] = 1{,}53$ M $[Sn^{2+}] = [Cu^{2+}] = 1{,}00$ M $[Sn^{2+}] = 1{,}53$ M y $[Cu^{2+}] = 0{,}47$ M $[Sn^{2+}] = 1{,}85$ M y $[Cu^{2+}] = 0{,}15$ M

Retroalimentación: Ecuación de Nernst: $0{,}45 = 0{,}48 - \frac{0{,}0592}{2}\log\frac{[Sn^{2+}]}{[Cu^{2+}]}$. Se obtiene $[Sn^{2+}]/[Cu^{2+}] \approx 12{,}3$. Conservando la cantidad de materia total $\approx 2$ M: $[Sn^{2+}] \approx 1{,}85$ M y $[Cu^{2+}] \approx 0{,}15$ M.

33. ¿Cuál es la constante de equilibrio para la reacción a 25°C? $$2Ag^+(aq) + Cu(s) \rightarrow Cu^{2+}(aq) + 2Ag(s)$$ <table> <tr><th>Semi-reacción</th><th>$E^0$ / V</th></tr> <tr><td>$Ag^+(aq) + e^- \rightarrow Ag(s)$</td><td>+0,80</td></tr> <tr><td>$Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)$</td><td>+0,34</td></tr> </table> (1 puntos)

$6{,}0 \times 10^7$ $3{,}6 \times 10^{15}$ $3{,}6 \times 10^{38}$ $4{,}2 \times 10^{42}$

Retroalimentación: $E^0_{celda} = 0{,}80 - 0{,}34 = 0{,}46$ V. $\ln K = nFE^0/(RT) = 2 \times 0{,}46 / 0{,}02569 = 35{,}8$. $K = e^{35{,}8} \approx 3{,}6 \times 10^{15}$.

34. ¿Cuál de las siguientes reacciones es una reacción rédox? <br><b>a)</b> <img src="/images/olimpiadas-quimica/2017/img04.jpg" style="vertical-align:middle"> <br><b>b)</b> <img src="/images/olimpiadas-quimica/2017/img05.jpg" style="vertical-align:middle"> <br><b>c)</b> (reacción no disponible en el original) <br><b>d)</b> Ninguna de las anteriores. (1 puntos)

a) b) c) d) Ninguna de las anteriores.

Retroalimentación: La reacción de la opción a) es una reacción rédox, ya que implica cambio en el estado de oxidación de los átomos involucrados (transferencia de electrones).

35. ¿Cuál es el signo de $\Delta G^0$ y el valor de $K$ para una celda electroquímica con $E^0_{celda} = 0{,}80$ V en el equilibrio? (1 puntos)

$\Delta G^0 < 0$, $K > 1$ $\Delta G^0 > 0$, $K > 1$ $\Delta G^0 > 0$, $K < 1$ $\Delta G^0 < 0$, $K < 1$

Retroalimentación: $E^0 > 0$ → proceso espontáneo → $\Delta G^0 = -nFE^0 < 0$. Como $\Delta G^0 = -RT\ln K < 0$, entonces $\ln K > 0$ → $K > 1$.

36. Calcula el potencial de electrodo $E$ para el electrodo de plata-cloruro de plata en $KCl(aq)$ 0,800 M a 25°C. <br>Datos: $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$, $E^0 = 0{,}79$ V; $K_s(AgCl) = 1{,}8 \cdot 10^{-10}$ (1 puntos)

1,37 V 0,80 V 0,57 V 0,23 V

Retroalimentación: $[Ag^+] = K_s / [Cl^-] = 1{,}8\times10^{-10} / 0{,}800 = 2{,}25\times10^{-10}$ M. $E = 0{,}79 + 0{,}0592\log(2{,}25\times10^{-10}) = 0{,}79 - 0{,}56 = 0{,}23$ V.

37. ¿Cuántos alcoholes diferentes (sin incluir isómeros ópticos) tienen la fórmula molecular $C_4H_{10}O$? (1 puntos)

2 3 4 5

Retroalimentación: Los cuatro alcoholes son: 1-butanol, 2-butanol, 2-metil-1-propanol (isobutanol) y 2-metil-2-propanol (terc-butanol). Total: 4.

38. ¿Cuáles de los siguientes compuestos orgánicos en su forma líquida forman "enlaces de hidrógeno" entre moléculas de la misma especie? <br>1) éteres   2) alcoholes   3) cetonas   4) ácidos carboxílicos   5) aminas primarias (1 puntos)

1, 2, 4 y 5 2, 3 y 4 1, 2 y 5 2, 4 y 5

Retroalimentación: El enlace de hidrógeno intermolecular requiere H enlazado a N, O o F. Los alcoholes (O–H), ácidos carboxílicos (O–H) y aminas primarias (N–H) los forman. Los éteres y cetonas no tienen H enlazado a heteroátomo electronegativo.

39. La reacción global de hidrólisis en medio ácido de un mono-éster da lugar a: (1 puntos)

un éter y un alcohol. un ácido y un alcohol. un alcohol y un aldehído. un éter y un ácido.

Retroalimentación: Hidrólisis ácida del éster: $RCOOR' + H_2O \xrightarrow{H^+} RCOOH + R'OH$. Se obtienen un ácido carboxílico y un alcohol.

40. ¿Qué establece la regla empírica de Markovnikov respecto a la adición de un halogenuro de hidrógeno a un doble enlace C=C? Indica la afirmación correcta. (1 puntos)

El protón del halogenuro que se adiciona se une al carbono del doble enlace que está más hidrogenado. El protón del halógeno se adiciona al carbono contiguo al doble enlace más sustituido. Un protón nunca se adiciona a un doble enlace. El protón del halogenuro que se adiciona se une al carbono del doble enlace que está menos hidrogenado.

Retroalimentación: Regla de Markovnikov: el H del HX se une al carbono más rico en hidrógenos (más hidrogenado), y el halógeno va al carbono más sustituido.

41. ¿Cuál de las siguientes sustancias tiene mayor valor de presión de vapor a 25°C? (1 puntos)

metanol, $CH_3OH$ etanol, $CH_3CH_2OH$ 1-propanol, $CH_3CH_2CH_2OH$ 1-butanol, $CH_3CH_2CH_2CH_2OH$

Retroalimentación: Mayor presión de vapor implica mayor volatilidad. El metanol es el de menor masa molar e interacciones intermoleculares más débiles (cadena más corta), por lo que tiene la mayor presión de vapor a 25°C.

42. Un co-polímero regular de etileno ($CH_2=CH_2$, M = 28 g/mol) y cloruro de vinilo ($CH_2=CHCl$, M = 62,5 g/mol) contiene de manera alternada dichos monómeros. ¿Cuál es el peso en porcentaje de etileno en este co-polímero? (1 puntos)

56 90,5 62,5 30,9

Retroalimentación: La unidad repetitiva suma M(etileno) + M(cloruro de vinilo) = 28 + 62,5 = 90,5 g/mol. % etileno $= 28/90{,}5 \times 100 \approx 30{,}9\%$.

43. Sabiendo que las masas de cada isótopo estable de cloro son $^{35}Cl = 34{,}9688$ u y $^{37}Cl = 36{,}9659$ u, indique cuál será la abundancia de cada isótopo. (Masa atómica del Cl = 35,453 u) (1 puntos)

$^{35}Cl = 24{,}2\%$ y $^{37}Cl = 75{,}8\%$ $^{35}Cl = 75{,}8\%$ y $^{37}Cl = 24{,}2\%$ $^{35}Cl = 35{,}0\%$ y $^{37}Cl = 65{,}0\%$ $^{35}Cl = 78{,}5\%$ y $^{37}Cl = 21{,}5\%$

Retroalimentación: Sea $x$ la fracción de $^{35}Cl$: $34{,}9688x + 36{,}9659(1-x) = 35{,}453$. Despejando: $x = (36{,}9659 - 35{,}453)/(36{,}9659 - 34{,}9688) = 1{,}5129/1{,}9971 \approx 0{,}758$. $^{35}Cl = 75{,}8\%$, $^{37}Cl = 24{,}2\%$.

44. ¿Cuál de los siguientes recipientes sería el más recomendable de usar para medir 37 mL de agua destilada en una práctica de laboratorio? (1 puntos)

a) b) c) d)

Retroalimentación: Para medir un volumen específico como 37 mL, la probeta graduada (cilindro graduado) es el material volumétrico más adecuado, ya que permite lecturas de volumen con mayor precisión que vasos de precipitados u otros recipientes.

45. Una muestra de 10 g de un compuesto con solo C, H y O produce 23,98 g de $CO_2$ y 4,91 g de $H_2O$ por combustión completa. ¿Cuál es la fórmula empírica del compuesto? (1 puntos)

$C_2HO$ $C_3H_3O$ $C_6H_3O_2$ $C_6H_6O$

Retroalimentación: Masa C: $23{,}98 \times 12/44 = 6{,}54$ g → 0,545 mol. Masa H: $4{,}91 \times 2/18 = 0{,}546$ g → 0,546 mol. Masa O: $10 - 6{,}54 - 0{,}546 = 2{,}91$ g → 0,182 mol. Razón C:H:O $= 3:3:1$ → $C_3H_3O$.

46. ¿Cuál es el producto que se obtiene cuando el isótopo uranio-238 emite una partícula alfa? (1 puntos)

$^{232}Th$ $^{234}Th$ $^{237}Np$ $^{231}Pa$

Retroalimentación: Emisión de partícula $\alpha$ ($^4_2\alpha$): A disminuye en 4 y Z en 2. $^{238}_{92}U \rightarrow ^{234}_{90}Th + ^4_2\alpha$. El producto es el torio-234.

47. ¿Cuál es la velocidad promedio de las moléculas de $H_2$ a 100 K, relativa a su velocidad a 50 K? (1 puntos)

2,00 veces la velocidad a 50 K 1,41 veces la velocidad a 50 K 0,71 veces la velocidad a 50 K 0,50 veces la velocidad a 50 K

Retroalimentación: La velocidad cuadrática media es proporcional a $\sqrt{T}$. $v_{100}/v_{50} = \sqrt{100/50} = \sqrt{2} \approx 1{,}41$.

48. Los polisacáridos son moléculas bioquímicas que consisten en polímeros de monosacáridos (azúcares simples). Todas las sustancias siguientes son consideradas polisacáridos o macromoléculas de sacáridos, excepto: (1 puntos)

Celulosa Fructosa Glucógeno Almidón

Retroalimentación: La fructosa es un monosacárido ($C_6H_{12}O_6$, azúcar simple), no un polisacárido. La celulosa, el glucógeno y el almidón son polisacáridos formados por unidades de glucosa.

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