Pruebas de la Olimpiada Nacional de Química


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1 Pruebas de la Olimpiada Nacional de Química Ciudad Real, 1997 PROBLEMAS Problema 1 J. Fernández Baeza Dpto. Química Inorgánica Universidad Castilla-La Mancha La reacción en fase gaseosa, que a continuación se describe : presenta una constante de equilibrio entre 450 y 700 K, que viene dada por la ecuación : a. Calcule la energía libre de Gilbbs, normal Gº, para la reacción a 575 K. b. Calcule la presión parcial de equilibrio del yodo cuando se mezclan cantidades equimolares de yodo y ciclopenteno a una presión inicial total de 10 atm y 460 K. c. Si el ciclopentadieno se trata con hidróxido potásico, se produce una desprotonación sobre el carbono saturado, obteniéndose ciclopentadienuro potásico. Escriba y ajuste esta reacción. d. Cuando a este ciclopentadienuro se le adiciona cloruro ferroso tetrahidratado se obtiene, por precipitación en frío, un complejo de tipo "sandwich"(un centro metálico entre dos anillos aromáticos paralelos) que es el ferroceno -bis(ciclopentadienil) hierro(ii)-. Escriba y ajuste esta reacción. e. Si en el proceso del apartado anterior partimos de 10 g de cloruro ferroso tetrahidratado, qué rendimiento se alcanzaría si se obtuviesen 3.5 g de ferroceno?.

2 DATOS : Masas atómicas : Fe = 55.8 ;Cl = 35.5 ; C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; K = 39 R = JK -1 mol -1 a) Valor de la energía libre de Gibbs : J/mol : b) Presión parcial de iodo en equilibrio : 4.82 atm c) Ecuación ajustada de la reacción :

3 d) Ecuación ajustada de la reacción : e) Rendimiento de obtención de Ferroceno : 37.6% : Problema 2 J. Lucas Dpto. Química Analítica Universidad Castilla-La Mancha A) Calcula el ph de las siguientes disoluciones: a) la que se obtiene al disolver 2.3 g de HNO 3 en agua desionizada hasta conseguir 150 ml de disolución. Datos: N = 14, O = 16, H = 1. El HNO 3 está totalmente disociado. b) una disolución saturada de Ca(OH) 2. Datos : K s = El Ca(OH) 2 disuelto está totalmente disociado. c) una disolución de HCl cuya concentración es M.Datos : K w =

4 d) una disolución 0.4 M de metilamina (CH 3 -NH 2 ).La metilamina se comporta como base debil, tomando un H + del H 2 O. Datos : K b = B) Indica razonadamente si en los siguientes casos se formarian precipitados a) al añadir 1.0 g de AgNO 3 a 50 ml de CH 3 -COOH suponiendo que no varia el volumen total. Datos : K a (CH 3 -COOH) = ; K s (CH 3 -COOAg)= Ag=108, N=14, O=16 b) cuando se mezclan volumenes identicos de una disolucion de Na 2 CO M con otra de BaCl M. Datos : K s (BaCO 3 )= C) El potencial de reducción del permanganato potasico en una disolución en la que las concentraciones de permanganato y de Mn(II) son iguales depende unicamente del ph. Si el potencial normal del semisistema MnO - 4/Mn 2+ es de 1.52 Voltios partiendo de la ecuación de Neerst que establece que : semisistema de reducción., donde los valores de x, y,z y n se determinan al ajustar el a) Calcula como varia el potencial de reducción del semisistema MnO - 4/Mn 2+ en función del ph. b) Determina a partir de qué valor de ph el permanganato no será capaz de oxidar los iones Br - a Br 2, considerando que el potencial normal del semisitema 1/2Br 2 /Br - es de 1.07 Voltios. Solución: A) a) ph = 0.61 ; ph = -log = 0.61 b) ph = 6.99 K w = 10-14

5 ; ph = -log = 6.99 c) ph =12.4 s s 2s poh=1.6 ; ph=14-1.6=12.4 d) ph = c(1-a) c a c a Se desprecia a frente a 1 = c a = ; poh = 2.56; ph = = B) Se formará precipitado Si No a) No se forma

6 = x = < Se formará precipitado Si No b) Si se forma Calculos Al mezclar identicos volumenes las concentraciones se reducen a la mitad > =K s (BaCO 3 ) C) a) E = ph Como b) ph 1.90 Para que el permanganato oxide al bromuro, su potencial de reducción debe ser mayor de 1.07 V

7 Problema 3 B. Cabañas Galán Dpto. Química Física Universidad Castilla-La Mancha Se introdujo en un recipiente una mezcla de 11,02 mmol de H 2 S y 5,48 mmol de CH 4, junto con un catalizador de Pt, estableciendose el siguiente equilibrio, a 700ºC y 762 torr: 2H 2 S(g) + CH 4 (g) 4H 2 (g) + CS 2 (g) La mezcla de reacción se separo del catalizador y se enfrió rápidamente hasta temperatura ambiente, a la cual las velocidades de las reacciones directa e inversa son despreciables. Al analizar la mezcla se encontraron 0,711 mmol de CS 2. Dato: R = 83,145 cm 3 bar mol-1 K -1 a) Calcular Kºp y Kºc y Kºx a 700ºC b) Determinar si el proceso es espontaneo o no a esa temperatura. c) Explica como afectaria al equilibrio las siguientes variaciones, - Aumento de la presión total. - Disminución de la concentración de CH 4 - Aumento de la temperatura si el proceso es exotermico a 700 ºC. SOLUCIONES a) Kpº= Kcº=

8 Kxº= 5.7 x b) Gº = 64.8 kj7 /mol No es espontánea a esa T. c) Hay que explicarlo 1.- Desplaza el equilibrio 2.- Desplaza el equilibrio 3.- Desplaza el equilibrio Problema 4 A. Sánchez Migallón Dpto. Química Orgánica Universidad Castilla-La Mancha Treinta gramos de un compuesto orgánico, formado por C, H y O, se queman en exceso de oxígeno y se producen 66 g de dióxido de carbono y 21,6 g de agua. A) Calcula el número de átomos-gramo de cada uno de los elementos que lo forman. B) Cuál es la fórmula molecular del compuesto, si la masa molecular es 100?. C) Considerando que dicha fórmula molecular corresponde a un ácido monocarboxílico alifático. C1) Escribir las fórmulas estructurales y nombrar todos los isómeros posibles. C2) Cuáles de dichos isómeros presentan isomería geométrica?. Escribe los isómeros cis-trans. D) De todos los isómeros sólo uno de ellos presenta actividad óptica. D1) Indica cuál es y señala el carbono asimétrico. D2) Qué hibridación presenta cada átomo de carbono? D3) Indica el número de enlaces p y el número de electrones de valencia no enlazantes.

9 D4) Qué hidrógeno presenta características ácidas?. Escribe la reacción del compuesto con hidróxido de sodio. A) Calcular la cantidad de sustancia de cada uno de los elementos que lo forman. B) Cuál es la fórmula molecular del compuesto, si su masa molecular es 100? C) Considerando que dicha fórmula molecular corresponde a un ácido monocarboxílico alifático. C1) Escribir las fórmulas estructurales y nombrar todos los isómeros posibles.

10 C2) Cuáles de dichos isómeros presentan isomería geométrica?. Escribe los isómeros cis-trans. D) De todos los isómeros sólo uno de ellos presenta actividad óptica. D1) Indica cuál es y señala el carbono asimétrico. D2) Qué hibridación presenta cada átomo de carbono?. D3) Indica el número de enlaces π y el número de electrones de valencia no enlazantes. número de enlaces π: número de electrones de valencia no enlazantes:

11 D4) Qué hidrógeno presenta características ácidas?. Reacción del compuesto con hidróxido de sodio.

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Finalmente, los autores agradecen a Humberto Bueno su ayuda en la realización de algunas de las figuras incluidas en este trabajo. INTRODUCCIÓN El aprendizaje de la Química constituye un reto al que se enfrentan cada año los, cada vez más escasos, estudiantes de 2 de bachillerato que eligen las opciones de Ciencias, Ciencias de la

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