1. 1.
2. 2. INTRODUCCIN ElaprendizajedelaQumicaconstituyeunretoalqueseenfrentancadaaolos,cadavezms escasos,estudiantesde2debachilleratoqueeligenlasopcionesdeCiencias,Cienciasdela SaludeIngenierayArquitectura.Estotambinconstituyeunretoparalosprofesoresque,no solodebensercapacesdebuscarlaformamseficazparaexplicarestadisciplina,sinoadems, inculcarelintersquenacedelreconocimientodelpapelquejuegalaQumicaenlavidayenel desarrollodelassociedadeshumanas. Enestecontexto,lasOlimpiadasdeQumicasuponenunaherramientamuyimportanteyaque ofrecen un estmulo, al fomentar la competicin entre estudiantes procedentes de diferentes centrosycondistintosprofesoresyestilosoestrategiasdidcticas. Estacoleccindecuestionesyproblemassurgidelintersporpartedelosautoresderealizar unarecopilacindelosexmenespropuestosendiferentespruebasdeOlimpiadasdeQumica, conelfindeutilizarloscomomaterialdeapoyoensusclasesdeQumica.Unavezinmersosen esta labor, y a la vista del volumen de cuestiones y problemas reunidos, la Comisin de OlimpiadasdeQumicadelaAsociacindeQumicosdelaComunidadValencianaconsiderque podaresultarinteresantesupublicacinparaponerloadisposicindetodoslosprofesoresy estudiantesdeQumicaalosquelespudieraresultardeutilidad.Deestamanera,elpresente trabajosepropusocomounposiblematerialdeapoyoparalaenseanzadelaQumicaenlos cursos de bachillerato, as como en los primeros cursos de grados del rea de Ciencia e Ingeniera. Desgraciadamente, no ha sido posible por cuestiones que no vienen al caso la publicacin del material. No obstante, la puesta en comn de la coleccin de cuestiones y problemasresueltospuedeservirdegermenparaeldesarrollodeunproyectomsamplio,enel queeldilogo,elintercambiodeideasylacomparticindematerialentreprofesoresdeQumica condistintaformacin,origenymetodologa,peroconobjetivoseinteresescomunes,contribuya aimpulsarelestudiodelaQumica.
3. 3. En el material original se presentan los exmenes correspondientes a las ltimas Olimpiadas NacionalesdeQumica(19962011)ascomootrosexmenescorrespondientesafaseslocalesde diferentesComunidadesAutnomas.Enesteltimocaso,sehanincluidoslolascuestionesy problemasquerespondieronalmismoformatoquelaspruebasdelaFaseNacional.Sepretende ampliarelmaterialconlascontribucionesquerealicenlosprofesoresinteresadosenimpulsar este proyecto, en cuyo caso se har mencin explcita de la persona que haya realizado la aportacin. Lascuestionessonderespuestasmltiplesysehanclasificadopormaterias,deformaqueal final de cada bloque de cuestiones se indican las soluciones correctas. Los problemas se presentancompletamenteresueltos.Enlamayorpartedeloscasosconstandevariosapartados, queenmuchasocasionessepodranconsiderarcomoproblemasindependientes.Esporelloque enelcasodelasOlimpiadasNacionalessehaoptadoporpresentarlaresolucindelosmismos planteandoelenunciadodecadaapartadoy,acontinuacin,laresolucindelmismo,enlugar de presentar el enunciado completo y despus la resolucin de todo el problema. En las cuestionesyenlosproblemassehaindicadolaprocedenciayelao. Losproblemasycuestionesrecogidosenestetrabajohansidoenviadospor: Juan A. Domnguez (Canarias), Juan Rubio (Murcia), Luis F. R. Vzquez y Cristina Pastoriza (Galicia),JosA.Cruz,NievesGonzlez,GonzaloIsabel(CastillayLen),AnaTejero(Castilla LaMancha),PedroMrquez(Extremadura),PilarGonzlez(Cdiz),ngelF.SenzdelaTorre (La Rioja), Jos Luis Rodrguez (Asturias), Matilde Fernndez (Baleares), Fernando Nogales (Mlaga). Finalmente,losautoresagradecenaHumbertoBuenosuayudaenlarealizacindealgunasde lasfigurasincluidasenestetrabajo. Losautores
4. 4. ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQumica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 1 5.TERMOQUMICAYTERMODINMICA 5.1.Culesdelassiguientescondicionesdarnlugaraunareaccinespontneaacualquier temperatura? a)H0,S>0 d)H>0,S0ylareaccinesnoespontneaacualquier temperatura. c) Falso. Si H > 0 y S > 0, entonces el valor de G depende de cul de los trminos |H|o|TS|seamayor,esdecirdependedeculseaelvalordeT. Atemperaturasbajas:|H|>|TS|yentoncesG>0ylareaccinesnoespontnea. Atemperaturasaltas:|H|0yla reaccinesnoespontneaacualquiertemperatura. e)Verdadero.SiH0,secumpleque|H|0. d)LasreaccionesespontneassiempretienenH 0, a altas temperaturas se cumple que |H|0,deacuerdoconelcriteriode espontaneidad,lareaccinnotienelugardeformaespontnea. c)Falso.Lapropuestaesabsurda. de)Falso.Deacuerdoconlaleydelequilibrioqumico,laconstantedeequilibriodeuna reaccinsolocambiaconlatemperatura.Elhechodequeseangasesidealesquieredecir queselespuedeaplicarlaecuacindeestadodelosgasesideales. Larespuestacorrectaeslab. 5.8.Paralasiguientereaccin: (g) (g)+ (g) Culdelassiguientesafirmacionesescierta? a)G=H+TS b)S=0 c)S>0 d)S=0para (g) e)S0 Portanto,elprocesoopuestotendrunavariacindeentalpaconsignocontrario: X(g)X(aq) H 0. Se produce un aumento de entropa en el sistema. b)Falso.LaecuacincorrespondientealadisolucindeNaCles: NaCl(s)NaCl(aq) Lavariacindeentropacorrespondientealprocesoes: S=SNaCl(aq)SNaCl(s) donde, SNaCl(aq) o >SNaCl(s) o , por tanto, S > 0. Se produce un aumento de entropa en el sistema. c)Verdadero.Elmovimientodeloselectronesenuntomoatemperaturaconstanteno conduce a ningn aumento del grado de desorden y, por tanto, no conduce a ningn aumentodeentropa. d)Falso.LaecuacincorrespondientealaevaporacindelH Oes: H O(l)H O(g) Lavariacindeentropacorrespondientealprocesoes: S=SH2O(g)SH2O(l) donde, SH2O(g) o >SH2O(l) o , por tanto, S > 0. Se produce un aumento de entropa en el sistema. e) Falso. Suponiendo que la gasolina es octano, la ecuacin qumica ajustada correspondienteasucombustines: 2C H (l)+25O (g)16CO (g)+18H O(g) ComoexistenmsmolesdegasenproductosqueenreactivossetienequeS>0. Larespuestacorrectaeslac. 5.16. La presin de vapor del refrigerante fren12 ( ) es 3,27 atm a 298 K. Si la presindevapores0,526atma229K,elcalordevaporizacindelfren12es: a)13,7kJ b)9,0kJ c)15,0kJ d)15kJ e)0,274kJ (Dato.R=8,314J ) (O.Q.N.Almera1999)(O.Q.L.Madrid2011) La ecuacin de ClausiusClapeyron relaciona la presin de vapor de un lquido con la temperatura:
5. 12. ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQumica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 9 ln p p = vapH R 1 T 1 T Sustituyendo: ln 0,526 3,27 = vapH 8,31410 3 1 298 1 229 vapH=15,0kJmol 1 Larespuestacorrectaeslac. 5.17.Siunprocesoesalavezexotrmicoyespontneoacualquiertemperatura,sepuede afirmarque: a)U=0 b)G>0 c)H0 e)S0 procesonoespontneo Si H < 0 y S < 0, entonces el valor de G depende de cul de los trminos |H|o|TS|seamayor,esdecirdependedeculseaelvalordeT.Silatemperaturaes elevada,|H|0ylareaccinesnoespontnea. Larespuestacorrectaeslad. 5.21.Lasrespectivasentalpasdeformacin,encondicionesestndar,deletino(g)ydelbenceno (l)son227kJ y49kJ .Lavariacindeentalpa,enlascitadascondiciones,parael proceso: 3 (g) (l) ser: a)178kJ b)632kJ c)276kJ d)730kJ (O.Q.L.Murcia1999)(O.Q.L.Murcia2000) Lasecuacionestermoqumicascorrespondientesalosdatosdelproblemason: 2C(s)+H (g)C H (g) H=227kJmol 6C(s)+3H (g)C H (l) H=49kJmol DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma: 3C H (g)6C(s)+3H (g) H=3(227)kJ 6C(s)+3H (g)C H (l) H=49kJ Sumandolasecuacionesseobtiene: 3C H (g)C H (l) H=632kJ Larespuestacorrectaeslab. (LacuestinpropuestaenMurcia2000eslamismacondiferenciadequeelC H esgas).
6. 15. ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQumica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 12 5.22.Laentropaesunamagnitudtermodinmicaque: a)Indicaelgradodeordendeunsistema. b)SemideenK . c)Determinalaespontaneidaddeunareaccinqumica. d)SecalculaapartirdelvalorabsolutodelasfuerzasdevanderWaals. (O.Q.L.Murcia1999) a)Verdadero.Laentropaesunamagnitudtermodinmicaquemideelgradodedesorden deunsistema. b)Falso.Deacuerdoconelconceptodeentropa,S: S= Q T lasunidadesenelS. I. sonJ mol K c)Falso.Laespontaneidaddeunprocesoseclasificadeacuerdoconelsignodelaenerga libredeGibbs, G. d)Falso.Carecedesentido. Larespuestacorrectaeslaa. 5.23.Culdelassiguientesespeciesposee =0? a)H b) c) d) e) (O.Q.N.Murcia2000) Por convenio, la entalpa de formacin de un elemento en su forma ms estable en condicionesestndarescero. De las especies propuestas, la nica que es un elemento en su forma ms estable en condicionesestndares . Larespuestacorrectaeslac. 5.24.Silasentalpasdecombustinestndardelcarbono,hidrgenoyetanoson394,286y 1560kJ ,respectivamente,culeslaentalpadeformacindeletano,enkJmol1? a)3206 b)2240 c)1454 d)880 e)86 (O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Asturias2004)(O.Q.L.Baleares2008)(O.Q.L.Asturias2009) Laecuacinqumicacorrespondientealacombustindeletanoes: C H (g)+ 7 2 O (g)2CO (g)+3H O(g) Lavariacindeentalpaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresin: H= iHi o productos iHi o reactivos Sustituyendo: H= 3fH O o +2fHo fHo
7. 16. ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQumica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 13 1molC H 1560kJ molC H =3molH O 286kJ molH O +2molCO 394kJ molCO fHo NosetieneencuentalaentalpadeformacindelO yaque,porconvenio,suvalores cero. Seobtiene,fHo =86kJ . Larespuestacorrectaeslae. 5.25.Asumiendouncomportamientoidealparatodoslosgases,enculdelassiguientes reaccionessecumplequelavariacindeentalpaesigualalavariacindeenergainterna? a)3 (g)+ (g)2 (g) b)Fe(s)+2HCl(aq) (aq)+ (g) c)2 (g)+ (g)2 (g) d) (g)+ (g)2HCl(g) e) (s)+6 (g)6 (g)+6 (g) (O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.CastillayLen2002) LarelacinentreEyHvienedadaporlaexpresin: E=H+n(RT) dondeneslavariacinentreelnmerodemolesgaseososenproductosyreactivos. a)Falso.Paralareaccin: 3H (g)+N (g)2NH (g) n=2(3+1)=2,portanto,EH. b)Falso.Paralareaccin: Fe(s)+2HCl(aq)FeCl (aq)+H (g) n=10=1,portanto,EH. c)Falso.Paralareaccin: 2SO (g)+O (g)2SO (g) n=2(2+1)=1,portanto,EH. d)Verdadero.Paralareaccin: H (g)+Cl (g)2HCl(g) n=2(1+1)=0,portanto,E=H. e)Falso.Paralareaccin: C H O (s)+6O (g)6CO (g)+6H O(g) n=(6+6)6=6,portanto,EH. Larespuestacorrectaeslad.
8. 17. ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQumica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 14 5.26.Suponiendoqueseestexaminandounpolmeroqueexperimentaunareaccin: polmeroproducto y se es capaz de determinar que a una temperatura dada, la reaccin es espontnea y endotrmica. Qu consecuencia se deduce de esta informacin sobre la estructura del producto? a)Elproductotieneunaestructuramenosordenadaqueelpolmero. b)Elproductotieneunaestructuramsordenadaqueelpolmero. c)Elcalordeformacindelpolmeroesmspositivoqueeldelproducto. d)Puestoqueelprocesoesendotrmico,lareaccinnopuedetenerlugarynoesespontnea. e)Noesposiblelareaccin. f)Elpolmerotieneunaestructuramsdesordenadaqueelproducto. (O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Madrid2010) LaespontaneidaddeunprocesosevienedeterminadaporsuvalordeG,queasuvezse calculapormediodelaexpresin: G=HTS EnunprocesoespontneoG0 Paraqueesasdoscondicionessecumplan,esprecisoquesecumplaque|TS|>|H|lo queimplicaqueS>0,esdecirqueelproductotieneunaestructuramenosordenadaque elpolmero. Larespuestacorrectaeslaa. 5.27.Dadaslassiguientesentalpasdeenlace(kJ/mol),a25Cdetemperaturay1atmde presin:CH(400),CC(348),OH(460),O=O(500)yC=O(800).Culserlaentalpade combustin,enlasmismascondicionesyenkJ ,deletano? a)+60 b)60 c)731 d)1462 (O.Q.L.Murcia2000) Laecuacinqumicacorrespondientealacombustindeletanoes: C H (g)+ 7 2 O (g)2CO (g)+3H O(g) La entalpa de una reaccin se puede calcular (de forma aproximada) a partir de las energasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareaccin: H= iEi enlacesformados iEi enlacesrotos En la reaccin propuesta se forman 4 moles de enlaces C=O, 6 moles de enlaces OH, mientrasqueserompen1 moldeenlacesCC, 6molesde enlaces CHy 3,5 molesde enlacesO=O. Considerandoquelaenergadeenlaceesenergadesprendidaenlaformacindeunmol deenlaces(negativa),lavariacindeentalpaasociadaalacombustindeletanoes: H=[6E +4E ][E +6E +3,5E ] H=[6 460kJ +4 800kJ ][ 348kJ +6 400kJ +3,5 500kJ ]=1462kJ
9. 18. ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQumica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 15 Larespuestacorrectaeslad. 5.28. Al quemar 25,6 g de metanol, en condiciones estndar, se desprenden 190,4 kJ. La entalpadecombustindelmetanolencondicionesestndaresde: a)190,4kJ b)238kJ c)+238kJ d)+380,8kJ (Masasatmicas:C=12;H=1;O=16) (O.Q.L.Murcia2000) LaecuacinqumicaajustadacorrespondientealacombustindelCH OHes: CH OH(l)+ 3 2 O (g)CO (g)+2H O(l) Relacionandocantidaddesustanciaconcalor: 190,4kJ 25,6gCH OH 32gCH OH 1molCH OH =238kJ Larespuestacorrectaeslab. 5.29.Culdelassiguientesafirmacionesesincorrecta? a)Lasublimacindeliodoesunprocesoqueimplicaunaumentodeentropa. b)Lacombustindelmetanoesunprocesoexotrmico. c)LaformacindelenlaceClCl,apartirdesustomos,esunprocesoexotrmico. d)Todoslosprocesosexotrmicossonespontneos. (O.Q.L.Murcia2000) a)Verdadero.Laecuacincorrespondientealasublimacindeliodoes: I (s)I (g) Enesteproceso, S>0,yaque,S (g) o >S (s) o . b)Verdadero.Enlacombustindecualquierhidrocarburosedesprendeenerga. c)Verdadero.Laformacindeunenlaceesunprocesoenelquesedesprendeenerga. d)Falso.Elcriteriodeespontaneidaddeunprocesosediscutedeacuerdoconelvalorde G.Estesecalculamediantelaexpresin: G=HTS>0 procesonoespontneo G=HTS