PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESTUDIOS GENERALES CIENCIAS Segundo Examen de Química 1 1er Período 2007Elaborado por los Profesores del Curso Duración del examen: 3 horas INDICACIONES - El examen consta de 9 preguntas. - En las preguntas 2 y 6, usted encontrará dos versiones: A y B. Debe elegir sólo una de ellas, tal y como se indica en el texto del examen. - No está permitido el préstamo de útiles, ni el uso de correctores líquidos, ni de celulares como calculadoras. - No se permite el uso de apuntes, libros o tabla periódica, en la hoja final del examen usted encontrará las fórmulas y los datos necesarios para la resolución del mismo. Miguel Ángel ha conseguido prácticas para estas vacaciones en uno de los campamentos de Pluspetrol, en Andoas, Iquitos. En una de las charlas de introducción, le dan a leer un pequeño texto acerca de la gasolina y luego le toman una prueba de conocimientos sobre el tema. A continuación se presenta una copia de la prueba: Pregunta 1 (3,5 puntos) Cuando la gasolina (representada por octano, C8H18) sufre una reacción de combustión, se produce CO2 y vapor de agua. Sin embargo, no toda la gasolina reacciona de esta manera; parte de ella experimenta una combustión incompleta, en la cual se produce CO, que es un gas venenoso. a) (1,5 p) Los gases producidos durante la combustión de un galón de gasolina salen por el tubo de escape de un auto y son recolectados en un recipiente rígido de 5 L hasta que la presión en él alcanza 1976 Torr (medidos a 105 °C). Se sabe que esta mezcla gaseosa contiene CO2 y CO en una proporción de 30 a 1 en masa y 0,222 moles de vapor de agua. ¿Cuál será la presión parcial de cada uno de los gases en la mezcla recolectada? (Nota: no considere al aire en esta mezcla). b) (1 p) Si se calentara la mezcla descrita en a) hasta una temperatura de 200 °C, ¿qué ocurriría con la presión del sistema? Justifique su respuesta mediante cálculos y utilizando además conceptos de la teoría cinético molecular. c) (0,5 p) Si se aumentara al doble el volumen del recipiente que contiene la mezcla descrita en a), ¿cuál sería la nueva temperatura del sistema? (Nota: considere que la presión es constante) d) (0,5 p) Si se colocara un detector de gases a una distancia de un metro del tubo de escape de un auto, ¿en qué orden llegarían a este detector los tres gases generados durante la combustión de la gasolina? Justifique su respuesta. 1 Pregunta 3 (2. Versión A Uno de los compuestos utilizados para elevar el octanaje de la gasolina es el tolueno (C7H8).0 L de ácido acético.2 0 0 20 40 60 0 0 20 20 40 40 60 60 Temperatura (°C) Temperatura (°C) 2 .0 L de ácido acético empleados en la reacción. ¿cuántas moles de productos gaseosos se formarán? (Nota: incluya en sus cálculos al vapor de agua).0 p) Calcule la concentración molar de los 2. si la densidad de dicha solución es de 0. Suponga que se queman 15 mL de tolueno (d = 0.4 1.25 p) Los gráficos que se muestran a continuación representan una porción de las curvas de equilibrio gas-líquido de los diagramas de fase del propano y del butano. (1.4 1.5 p) ¿Cuántos gramos de oxígeno necesitaría para que todo el tolueno se queme mediante una combustión completa (con producción de CO2)? b.2 0 14 10 6 2 1. a.6 0. (1. b. entre ellos el nuestro.0 p) Calcule la concentración expresada en porcentaje en masa. Otra de las preguntas que le hacen a Miguel Ángel dice: a.8 0.924 g/mL. concentración 0.867 g/mL) en presencia de oxígeno.5 puntos) La gasolina no es el único compuesto que se emplea como combustible. de los 2. se emplean también el gas natural.8 0.2 1 0.6 Presión (atm) 0 20 40 60 Presión (atm) 14 10 6 2 1.6 0. _________________________________________________________________________________________ Versión B El acetato de etilo (CH3COOC2H5) es un solvente de gran utilidad industrial.8 1. ausencia de etanol en la solución. la cual produce CO según la reacción: C7H8 (l) + O2 (g) → CO (g) + H2O (g) Si los 15 mL de tolueno se queman con la cantidad de oxígeno que se necesita para que reaccione todo el compuesto. (0.4 0. cuando se hacen reaccionar 2.0 L de etanol con 2. según la siguiente reacción: C2H5OH (ac) + CH3COOH(ac) CH3COOCH2CH3 (ac) + H2O(l) En el laboratorio se obtienen 4 litros de solución de acetato de etilo.8 1. Propano (GLP) 18 1. el gas licuado de petróleo .4 0.75M de ácido acético.2 1 0.5 p) Se sabe que sólo el 95 % en masa del tolueno se quema mediante una combustión completa y el 5 % restante lo hace mediante una combustión incompleta. El análisis de la solución arroja una: concentración 5. (1. (1. En muchos países.Pregunta 2 (2 puntos) Responda solo una de las dos versiones. se obtiene al hacer reaccionar etanol (CH3CH2OH) con ácido acético (CH3COOH).0 M de acetato de etilo. a.6 Butano 18 1.GLP (C3H8 : propano) y el butano (C4H10).0 L de etanol utilizados en la reacción. ii. b. Pregunta 5 (3.01069 M.5 p) Represente. Punto de ebullición ii. (0. a. Éste dejó de usarse en nuestro país en el año 2005.i.25 p) En base al diagrama de fase que ha construido.0 puntos) El tetraetilo de plomo se dejó de emplear como antidetonante por su alto poder contaminante.1 atm Punto crítico 191 K.5 p) partes por millón (ppm) c.3 g/mL.0 p) Compare las siguientes propiedades físicas la gasolina y el etanol. (0. (0. (20 °C)? Pregunta 4 (2. b.182 °C Punto triple 90 K. se llena un cilindro de metal con propano y otro cilindro idéntico con butano hasta obtener el gas licuado de petróleo–GLP (propano) en el primero y butano licuado en el segundo.75 p) A 20 °C. ¿habría sido aprobada o rechazada esta muestra? Justifique con cálculos su respuesta.0 puntos) Uno de los aditivos que se le agregaba a la gasolina para que actúen como antidetonante era el tetraetilo de plomo. mientras que su solubilidad en agua es muy baja (15. (0. Actualmente en muchas partes del mundo el etanol (CH3CH2OH) está siendo empleado como antidetonante de la gasolina.0 mg de tetraetilo de plomo y se adiciona agua hasta un volumen de 600mL. ésta era rechazada. 3 .5 p) molaridad ii. ii. (1. Presión de vapor iii. (1. Determine la concentración de la solución expresada en: i. normalmente se emplea un 10 % en volumen de etanol y un 90 % en volumen de gasolina. Considerando a la gasolina solamente como octano (C8H18) responda lo siguiente: a.0 p) Otro de los antidetonantes de nueva generación que se emplea es el MTBE (metilterbutil éter). Si midiera la presión al interior de cada cilindro ¿en cuál de los dos cilindros habría una mayor presión? Justifique su respuesta utilizando los gráficos proporcionados. (0. ¿cree que podrá licuarse el metano bajo condiciones similares a las descritas en la parte a. el proceso por el cual cierta cantidad de metano se enfría de 25 °C a – 1 70 °C a 1 atm de presión. Explique cuál cree usted que sea la razón de ésta diferencia.0 p) En un recipiente se agregan 9. (0. mediante una curva de enfriamiento. La densidad del (CH3CH2)4Pb es de 2.03 g/mL.5 p) La solubilidad del compuesto molecular (CH3CH2)4Pb en gasolina es muy alta. (0.162 °C Punto de fusión normal .5 p) El metano (CH4) es el componente principal del gas natural. (0. (2. 0. Solo deberá justificar una de las respuestas: i. (0. Construya el diagrama de fases de este compuesto a partir de los siguientes datos: Punto de ebullición normal . La cantidad óptima que se usaba en las mezclas de gasolina era de 3 mL por cada galón de gasolina. La densidad de la solución resultante es de 1.5 p) Si al laboratorio de calidad de Pluspetrol hubiera llegado un galón de gasolina con una concentración de (CH3CH2)4Pb de 0. ¿En qué estado se tendrá al metano al inicio y al final de este proceso? d. (CH3CH2)4Pb. Volatilidad b.5 p) Copie los gráficos en su cuadernillo e indique en cada uno de ellos la zona donde existe la fase líquida y aquella donde existe la fase gaseosa. Si había cantidades mayores de este aditivo en la gasolina. 45 atm c.3 mg/L). 5 p) ¿Cuál de las tres estructuras tendrá mayor punto de ebullición? Justifique su respuesta relacionando las estructuras con las fuerzas intermoleculares presentes en ellas.01 g/mL. ¿qué masa de oxígeno se requiere para la combustión completa de un barril de dicha mezcla? (1 barril = 159 L) Versión B La obtención de etanol de la yuca se da mediante un proceso de fermentación. 4 . Justifique su respuesta con cálculos.0 % en volumen de etanol (d = 0. (1. (1. (0. Identifique en cada una de ellas los grupos funcionales presentes. B y C. con hidróxido de potasio.3 x 10-3 M. (1. se da mediante la reacción de ácido cítrico. KOH. C6H8O7. Por más de una década. obteniéndose además agua. iii.0 L de una solución de citrato de potasio 3.5 p) ¿Cuál de las tres estructuras corresponderá al MTBE? (0. C8H18). Para ello escriba nuevamente las estructuras en su cuadernillo y encierre con un círculo los grupos funcionales identificados). a. O CH3 O CH3 H CH3 H3C C CH3 O H C CH3 CH3 H3C C CH3 O CH3 (A) (B) (C) Pregunta 6 (2 puntos) Responda solo una de las dos versiones. C6H7O7K. ii.0 p) A continuación se dan tres estructuras.0 p) Calcule el rendimiento de la reacción si realmente se obtuvieron 3. (1. A.0 p) Halle el reactivo limitante y las moles de citrato de potasio formado. b. los principales países industrializados aceptaron incrementar sus esfuerzos en investigaciones relacionadas al uso de energía renovable a base de compuestos con carbono.0 % en volumen de gasolina (d = 0. Brasil cuenta con un programa de reemplazo de gasolina por etanol proveniente de yuca. C6H8O7 (ac) + KOH(s) C6H7O7K(ac) + H2O (l) Se hacen reaccionar 4.5 p) Si se cuenta con una mezcla de 90. éste requiere la presencia de citrato de potasio en la reacción.0 L de una solución de ácido cítrico cuya concentración es de 5 0 00 ppm y densidad de 1. (0.5 p) Escriba la ecuación balanceada para la combustión completa de etanol (C2H5OH) y para la de gasolina (asuma que esta última sólo es octano.789 g/mL). b. Versión A En una de las últimas conferencias de la ONU sobre cambios Climáticos.742 g/mL) y 10.i. a. La preparación de citrato de potasio.0 g de hidróxido de potasio con 3. c. D) Es el orden o secuencia de los aminoácidos a lo largo de una cadena proteica. 1) Hélice α A) Son por lo general solubles en agua y poseen movilidad dentro de las células. c.Pregunta 7 (2.6 % en masa de etanol: a. En el laboratorio de Pluspetrol se ha sintetizado el siguiente polímero: CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 C NH2 O C NH2 O C NH2 O C NH2 O C NH2 O C OH O C OH O C OH O C OH O C OH O Identifique el polímero obtenido.5 p) determine la molaridad del etanol. Pregunta 8 (2 puntos) Al igual que la gasolina. indicando: a.aminoácidos.5 p) los monómeros que forman el copolímero.5 p) determine la fracción molar de cada uno de los componentes de la mezcla. Las proteínas son sustancias macromoleculares que están presentes en todas las células vivas. b. b.5 p) si el copolímero es soluble en agua. (0.70025 g/mL y que contiene 9.5 p) los grupos funcionales presentes en este copolímero. si a un galón de la muestra inicial se le añade gasolina hasta completar 8. Justifique su respuesta. cuya densidad es de 0.5 p) el tipo de copolímero que se ha producido (alternado. se separe en dos fases o no. C) Es una de las disposiciones más importantes y comunes de la estructura secundaria por la presencia de puentes hidrógeno intramoleculares. confiere a la proteína su identidad individual. el etanol se separa de la mezcla cuando hay un exceso de etanol por encima del 10 % en volumen. (0. d. Para una mezcla de etanol-gasolina (considerada sólo como C8H18). la mayoría de los polímeros proceden del petróleo. Analice y relacione correctamente los conceptos con las definiciones propuestas. en bloque o al azar). Las propiedades de los polímeros dependen completamente de su estructura molecular. (0.5 p) sin hacer cálculos explique si espera que la mezcla obtenida en c. sobre proteínas. 2) Estructura primaria 3) Enlace peptídico 4) Proteína globular 5 . (0. B) Permite que los aminoácidos se enlacen unos con otros para formar las proteínas. (0. cualquiera que sea su función todas son semejantes desde el punto de vista químico.5 p) la nueva molaridad del etanol.0 punto) La última intervención de Miguel Ángel es en una pregunta de cultura general. Pregunta 9 (1. d.0 L. (0. (0. (0.0 puntos) En las mezclas empleadas de etanol con gasolina. Las unidades básicas de todas las proteínas son los α . 082 mol − K PV=nRT ν1 Μ2 = ν2 Μ1 pi = χi P T χi = ni nT San Miguel.0 0.692 (CH3CH2)4Pb 323. 28 de junio 2007 6 .0 1 galón= 3.0 2.Datos Sustancia Masa molar (g/mol) Densidad (g/mL) CH3CH2OH 46.3 C6H8O7 192.5 L 1 atm= 760 Torr = 760 mmHg atm − L R = 0.0 KOH 56.789 C8H18 114.0 0.