1996年第28屆ICHO預(yù)備試題（德語？）2

28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios PROBLEMAS TE RICOS PROBLEMA 1 Las propiedades de las formas alotr picas del carbono han atra do recientemente una gran parte de la atenci n de los investigadores principalmente los fullerenos pero tambi n el grafito debido a su habilidad para actuar como macroligandos en complejos con tomos met licos proporcionando propiedades electrof sicas inusuales As la interacci n del grafito con el vapor de metales alcalinos bajo presiones altas resulta en la formaci n de un nuevo compuesto de composici n correspondiente a la f rmula m nima MC8 Este compuesto tiene una estructura con capas de carbono de grafito apiladas de tal manera que los tomos de carbono est n localizados exactamente arriba uno de otro mientras que los tomos del metal est n colocados entre las capas en el centro de un prisma hexagonal n mero de coordinaci n 12 la distancia entre las capas es igual a 5 4 A para K 5 6 para Rb y 5 9 A para Cs Los radios i nicos y at micos de algunos metales alcalinos son los siguientes Metal alcalino Radio at mico A Radio i nico de M A Potasio 2 35 1 33 Rubidio 2 48 1 48 Cesio 2 68 1 69 La distancia entre las capas en el grafito puro es 3 34 A mientras que la distancia entre los tomos de carbono dentro de una capa es mucho m s corta y es igual a 1 41 A 1 Cu l se encuentra el metal alcalino en tales compuestos es un cati n o un tomo neutral 2 Qu distancia entre las capas es probable que se observe para un compuesto similar de bario si el radio del tomo de bario es 2 21 A y el del cati n Ba2 es 1 35 A 3 Qu fracci n del n mero total de prismas hexagonales est ocupada por los tomos de bario 4 Qu clase de propiedades conductivas met lico semiconductor o aislante podr an esperarse de estos compuestos 28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios 2 PROBLEMA 2 La lucha contra el c ncer es uno de los m s grandes retos a los que se enfrenta la raza humana en ste siglo El xito en la b squeda de drogas m s eficaces contra este mal frecuentemente depende del conocimiento del mecanismo de su acci n Como un ejemplo t pico de las drogas actualmente usadas se puede citar la bien conocida sal Peyronnais cis NH3 2PtCl2 El mecanismo de la acci n de este compuesto incluye la hidr lisis de los enlaces Pt Cl la cual ocurre mientras este complejo es transportado a trav s de las membranas celulares seguida por un intercambio de ambos grupos hidr xido por grupos amino vecinos de una cadena de DNA que se encuentre bajo replicaci n Este proceso afecta las c lulas de c ncer que crecen y se dividen m s activamente interfiriendo as con el crecimiento del c ncer En 1978 un equipo de investigadores franceses emprendi un intento para preparar otro compuesto completamente nuevo apropiado para este prop sito Los investigadores cargaron una bomba de 2 litros con 200 g de PCl5 y 50 g de NH4Cl y calentaron la mezcla durante 8 horas a 400 C Despu s de enfriarla a 25 C se encontr que la presi n dentro de la bomba era de 45 72 bar El gas liberado durante la reacci n es f cilmente absorbido por agua dando una soluci n de un cido fuerte El s lido cristalino incoloro que se form fue meticulosamente lavado con agua para remover el PCl5 residual dando despu s de secado en aire 108 42 g de producto seco Este s lido mostr propiedades f sicas muy interesantes con calentamiento r pido se funde a 114 C y ebulle a 256 C mientras que con calentamiento lento la fusi n fue observada alrededor de los 250 C El producto fundido por calentamiento lento se solidifica al enfriarlo dando una resina gomosa La destilaci n de ste a 256 C da un l quido el cual se solidifica a 114 C Los cristales son solubles en ter y la determinaci n criosc pica de la masa molar dio el valor de 340 15 g mol 1 Determine la composici n del compuesto formado inicialmente 2 Dibuje la estructura molecular de este compuesto 3 Explique por qu es tan estable ante la hidr lisis por agua y que pasa al calentar este compuesto 4 Podemos esperar actividad antic ncer en este compuesto dados los siguientes valores de longitudes de enlace P N 1 60 A P Cl 1 98 A Como comparaci n en la mol cula de NH3 2PtCl2 las longitudes de enlace relevantes son Pt N 2 00 A y Pt Cl 2 30 A PROBLEMA 3 28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios 3 El vanadio met lico se disuelve en una disoluci n saturada de bromuro de hidr geno en cido ac tico para dar una soluci n de color verde obscuro Los cristales morados obtenidos por evaporaci n lenta de la soluci n contienen 25 17 de carbono 4 20 de hidr geno y 9 09 de vanadio de acuerdo con el microan lisis El momento magn tico del compuesto obtenido es igual a 3 90 B a 90K y 3 85 B a 295 K El espectro de reflecci n difusa contiene tres bandas a 12100 18100 y 27400 cm 1 respectivamente y los picos observados en el espectro de infrarrojo se encuentran en 3170 1655 1340 1045 1020 550 467 y 310 cm 1 Usando los datos proporcionados determine las siguientes caracter sticas del compuesto 1 El estado de oxidaci n del vanadio 2 La composici n 3 El n mero de coordinaci n de los tomos de vanadio la composici n y tipo de coordinaci n de los ligandos involucrados es decir el n mero de uniones formadas por cada ligando y la naturaleza de los tomos partici pantes en estas uniones 4 El par metro de separaci n de 10Dq para orbitales d del ion central 5 La posici n de el o los ligandos del complejo de vanadio en la serie espectroqu mica si para el ion vanadio en este estado de oxidaci n el par metro de separaci n es igual a 7200 cm 1 para Cl 12350 cm 1 para H2O 14800 cm 1 para NH3 15500 cm 1 para etilendiamina y 22300 cm 1 para el ligando CN PROBLEMA 4 La espectroscop a de infrarrojo IR proporciona informaci n especialmente valiosa para algunas clases espec ficas de modelos de compuestos coordinaci n con ligandos simples usualmente diat micos de los cuales el ligando nitroso es uno de los m s estudiados Unos complejos f cilmente disponibles los nitropr sidos del tipo M n M CN 5 NO siendo M un cati n univalente y M un elemento 3d tal como V Cr Mn Fe Co etc son un buen ejemplo Los datos de las frecuencias de vibraci n en IR del enlace N O la longitud del enlace N O y los momentos magn ticos de algunos complejos representativos de esta serie se dan en la tabla en comparaci n con las propiedades del mon xido de nitr geno 28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios 4 K2 Fe CN 5 NO K3 Co CN 5 NO NO gas Frecuencia de Vibraci n cm 1 1940 1125 1840 1880 Longitud del enlace A 1 13 1 16 1 15 Momento magn tico B 0 0 0 16 1 Cu l es el tipo de ligando de coordinaci n del NO mol cula neutral cati n NO o ani n NO en los complejos dados en la tabla y en K3 Cr CN 5 NO ste es una sustancia cristalina verde claro con un momento magn tico de 1 89 B estable ante la oxidaci n a un pH menor que 5 pero f cilmente oxidable a valores mayores de pH 2 Es posible estimar la longitud de uni n de N O en este complejo usando los datos dados arriba y la frecuencia de vibraci n del NO la cu l es igual a 1645 cm 1 PROBLEMA 5 Los compuestos nitr geno son ampliamente usados en la industria p ej como fertilizantes y explosivos Un compuesto cristalino incoloro A con 6 67 en masa de hidr geno al calentarlo en ausencia de aire explota para dar solamente B y C los cuales ambos son gases bajo condiciones normales y son utilizados como los reactivos m s importantes en la s ntesis de fertilizantes que contienen nitr geno Algunos cristales de A fueron disueltos en cido clorh drico concentrado y en esta soluci n se aplic un metal D usado com nmente en el laboratorio para la eliminaci n de trazas de ox geno de varios gases El metal D se disolvi f cilmente con desprendimiento del gas B La adici n de la mezcla de reacci n as preparada a un exceso de etanol anhidro caliente result en una lenta precipitaci n de agujas rojas E con 47 33 en masa de Cl El almacenamiento de este ltimo al aire libre lo transform en un polvo cristalino azul F con 37 28 en masa de D y 41 60 en masa de Cl 1 Encuentre los compuestos representados por las letras A F y escriba las reacciones involucradas 2 Cu l es el n mero de coordinaci n del metal D en E y F Dibuje las estructuras de estos compuestos 3 Proponga el m todo de preparaci n de A comenzando de soluciones concentradas de NH3 y HNO3 y usando el m nimo n mero posible de reactivos adicionales 28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios 5 4 Escriba la ecuaci n de la hidr lisis de F y calcule la cantidad de F que debe ser disuelta en 1 00 L de agua para obtener una disoluci n con pH 3 considerando que la constante de equilibrio para la reacci n de hidr lisis es igual a 0 127 5 Un poco calentamiento de F en el vac o da una sal G y vapores de un l quido H el espectro IR del cual en una disoluci n muy diluida en CCl4 muestra dos bandas intensas a 3600 cm 1 y 1680 cm 1 Puede el sistema G H ser considerado como seudobinario Es posible imaginar la existencia de otros compuestos en el sistema excepto F y cu l ser su estabilidad t rmica en comparaci n con F PROBLEMA 6 A y B son ambos s lidos cristalinos incoloros los cuales son muy solubles en agua Si preparamos una soluci n de 211 0 g de A en 100 0 mL de agua y otra soluci n de 162 9 g del compuesto B en 100 0 mL de agua estas soluciones pueden ser usadas en un sorprendente experimento mezclando estas dos soluciones se producen 265 9 g de un precipitado y agua pr cticamente pura arriba La calcinaci n del precipitado reduce su masa a 139 0 g La calcinaci n del compuesto A produce una mezcla de compuestos de composici n variable La calcinaci n del compuesto B en un crisol de platino produce un compuesto C con estequiometr a exacta 1 Encuentre las f rmulas de A B y C y escriba las ecuaciones de las reacciones que ocurren al mezclar las disoluciones acuosas de A y B y en la calcinaci n del compuesto A al menos un ejemplo PROBLEMA 7 En una soluci n acuosa saturada de yoduro de potasio acidificada con cido clorh drico se hizo pasar un chorro de vapor de cloro hasta que comenz a producirse un precipitado negro A Se tom una muestra intensamente coloreada de la soluci n sobredrenante de la cual se aisl un compuesto obscuro B que contiene 90 7 de yodo El precipitado A seco sublima completamente al calentarse produciendo hermosos vapores violeta para dar cristales obscuros con brillo met lico Despu s el burbujeo del cloro a trav s de la soluci n inicial fue continuado para dar una soluci n roja obscura de la cual se desprenden cristales C cuando es enfriada con hielo La substancia C cuando es calentada a 160 C pierde 68 6 de su masa inicial y se convierte en un compuesto blanco D muy soluble en agua el cual tiene uso industrial como fertilizante El espectro de masas de los vapores producidos durante la descomposici n t rmica de C muestra entre otros dos picos con m z 162 y 164 con una intensidad relativa de 3 a 1 28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios 6 respectivamente Burbujeando a n m s cloro lleva a la precipitaci n de cristales amarillos brillantes Este material fue filtrado y cuidadosamente secado para dar un compuesto E el cual result tener los mismos elementos que el compuesto C Despu s de agitar 1 mmol de E con un exceso de yoduro de potasio acuoso se forma una soluci n roja profunda que contiene el compuesto B Esta soluci n fue titulada con 4 mmol de tiosulfato de sodio hasta que se decolor totalmente La soluci n acuosa diluida de E llega a ser eventualmente incolora si el vapor de cloro es pasado a trav s de ella debido a la formaci n de aniones yodato 1 Escriba las f rmulas de A y D 2 A qu iones moleculares pueden ser asignados los picos a m z 162 y 164 Sugiera cualquier compuesto cuyo ion molecular pudiera mostrar en el espectro de masas un par de picos con la misma intensidad relativa y la misma diferencia de masas 3 Escriba las f rmulas de B y C 4 Escriba la f rmula de E y las reacciones involucradas en la cadena dada abajo Cl2 Cl2 Cl2 Cl2 Cl2 A B KI C E IO3 t D 5 Escriba las ecuaciones de transformaci n de A en B C en B y D en C PROBLEMA 8 Un compuesto X fue disuelto en agua y la soluci n fue electrolizada usando electrodos inertes No se desprendi ning n gas durante la electr lisis Al final la masa de ambos electrodos se increment El incremento de la masa del c todo fue 1 79 veces m s grande que el incremento de la masa del nodo mientras que el incremento de la masa total de ambos electrodos fue igual a la masa inicial del compuesto X El compuesto Y que se precipit sobre el nodo fue cuantitativamente disuelto en cido sulf rico diluido y la soluci n resultante fue electrolizada de nuevo 28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios 7 Durante la segunda electr lisis se desprendi ox geno en el nodo mientras que se sediment sobre el c todo el mismo compuesto que en la primera electr lisis su masa siendo solamente la mitad de la de la primera vez 1 Cu l fue el compuesto Y y el compuesto precipitado sobre el c todo en ambos experimentos Cu l fue el compuesto compuesto X 2 Escriba todas las reacciones involucradas PROBLEMA 9 Una muestra de 8 40 g de un s lido se hizo reaccionar con 235 mL de agua destilada Como resultado el s lido se disolvi completamente dando dos productos i una soluci n de la cual fue tomada una al cuota de 1 00 mL la cual fue titulada con 50 0 mL de cido sulf rico 0 0460 M y ii un gas no radiactivo 1 25 veces m s denso que el hidr geno Un estudio subsecuente de la disoluci n mostr que tiene densidad de 1 107 g cm3 contiene el cati n de un metal simple y un porciento en masa de soluto de 10 Todos los datos anal ticos fueron reproducibles El s lido fundido fue electrolizado produciendo un gas no radiactivo el an lisis del cual dio una masa molar aparente de 2 95 1 Averig e que podr a estar contenido en el s lido y eval e su composici n cuantitativamente Escriba todas las reacciones involucradas 2 Explique los resultados de la electr lisis por c lculos apropiados todas las masas molares deben ser redondeadas al primer d gito decimal 28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios 8 PROBLEMA 10 Los sulfatos de varios metales trivalentes aluminio hierro cromo manganeso vanadio galio etc forman junto con los sulfatos de cationes univalentes tales como sodio potasio amonio rubidio etc los llamados alumbres de f rmula general MIMIII SO4 2 12H2O famosos por sus bellos cristales octah dricos El nombre de alumbre viene del lat n medieval y es uno de los nombres qu micos m s antiguos conocidos las palabras aluminio y al mina fueron derivadas de alumbre mucho despu s El compuesto el cual da el nombre a este grupo y el cual es hasta la fecha conocido simplemente como alumbre es el sulfato de aluminio y potasio El alumbre es ampliamente usado en la industria para te ir y hacer textiles a prueba de fuego darle forma al papel curtir pieles finas etc A 93 C se funde el alumbre y pierde el agua de hidrataci n para dar as el llamado alumbre tostado La solubilidad en el sistema K2SO4 Al2 SO4 3 H2O Composici n de la soluci n saturada en masa Fase s lida K2SO4 Al2 SO4 3 0 27 7 Al2 SO4 3 18H2O 1 9 30 3 Al2 SO4 3 18H2O alumbre 1 5 16 0 alumbre 1 5 10 2 alumbre 2 1 4 7 alumbre 3 6 3 0 alumbre 5 7 2 0 alumbre 10 6 1 5 alumbre 11 5 1 4 alumbre K2SO4 10 8 0 K2SO4 1 Qu iones se encuentran presentes en la soluci n de alumbre y como cambia su contenido relativo con la concentraci n total de la soluci n 28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios 9 2 Porqu la concentraci n de sulfato de aluminio en la soluci n de alumbre puede ser considerablemente mayor que la concentraci n de la soluci n saturada de esta sal 3 Eval e la masa de los cristales de alumbre que son precipitados de 100 g de soluci n obtenida por mezcla de cantidades equimoleculares de los sulfatos iniciales tomadas como soluciones saturadas a 25 C 4 C mo puede la cantidad adicional de alumbre ser obtenida del agua madre sobrante del paso anterior 5 Los sulfatos tomados para la preparaci n del alumbre fueron contaminados por iones de hierro II hierro III magnesio zinc y sodio Cuales de estos iones podr an ser los principales contaminantes del alumbre obtenido Puede la muestra de alumbre as contaminada ser purificada por recristalizaci n PROBLEMA 11 En el ltimo n mero del Semanario de lo Ins lito el Doctor Castro public sus nuevos resultados sobre los indicios de una civilizaci n extraterrestre la cual seg n l est poblada por an logos al humano en sus inicios quienes seg n parece visitaron la tierra hace aproximadamente un mill n de a os y dejaron unas curiosas inscripciones Algunas de las inscripciones fueron descifradas y resultaron ser varios cap tulos introductorios de un libro de texto de qu mica general como se ense a a los estudiantes de sus universidades locales Incluso las primeras l neas del texto fueron absolutamente asombrosas ya que al parecer las leyes de la materia de este extra o mundo son diferentes de aquellas que gobiernan nuestro universo En particular la estructura at mica es tambi n descrita por cuatro n meros cu nticos pero con una diferencia importante n 1 2 3 L 0 1 2 n 1 mL 2L 2L 1 1 0 1 2L 1 2L ms 1 2 El Doctor Castro prometi continuar con la publicaci n de la qu mica del universo X en cuanto consiga apoyo financiero para seguir con su investigaci n y dar as una descripci n de la tabla peri dica y algo de la qu mica b sica del universo X Sin embargo parece ser que las caracter sticas ya reveladas son suficientes para predecir algunas cosas importantes 28a Olimpiada Internacional de Qu mica Problemas preparatorios 10 1 Trate de recrear los primeros dos per odos de la tabla peri dica X Por simplicidad use nuestros s mbolos para los tomos X con el mismo n mero de electrones de nuestros tomos 2 Cu l puede ser usado all como agua X para lavar y tomar Escriba la f rmula usando la tabla peri dica X reconstruida 3 Escriba la reacci n que corresponder a al principal proceso que da energ a y calor a la raza humana quemar metano en ox geno Adem s escriba la reacci