IB DIPLOMA PROGRAMME PROGRAMME DU DIPLÔME DU BI … · (b) Algunos analgésicos moderados son...

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N07/4/CHEMI/HP3/SPA/TZ0/XX

Jueves 15 de noviembre de 2007 (mañana)

químicaNiVEL SuPERiORPRuEBa 3

IB DIPLOMA PROGRAMME

PROGRAMME DU DIPLÔME DU BI

PROGRAMA DEL DIPLOMA DEL BI

INSTRUCCIONES PARA LOS ALUMNOS

• Escriba su número de convocatoria en las casillas de arriba.• No abra esta prueba hasta que se lo autoricen.• Conteste todas las preguntas de dos de las Opciones en los espacios provistos. Puede continuar

con sus respuestas en hojas de respuestas. Escriba su número de convocatoria en cada una de las hojas de respuestas, y adjúntelas a este cuestionario de examen y a su portada empleando los cordeles provistos.

• Cuando termine el examen, indique en las casillas correspondientes de la portada de su examen las letras de las Opciones que ha contestado y la cantidad de hojas de respuestas que ha utilizado.

1 hora 15 minutos

Número de convocatoria del alumno

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© IBO 2007

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– 2 – N07/4/CHEMI/HP3/SPA/TZ0/XX

Opción B – medicinas y drogas

B1. Los antiácidos se pueden tomar para la indigestión causada por exceso de acidez.

(a) Identifique la sustancia responsable del bajo valor de pH del líquido del estómagohumano.

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(b) El Mg(OH)2 y el NaHCO3 son dos principios activos presentes en los antiácidos. Escriba una ecuación para mostrar cómo cada uno puede calmar la indigestión.

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(c) Tres preparados antiácidos contienen 0,01 moles de uno de los siguientes – Mg(OH) Al(OH)2 , 3 y NaHCO3. Identifiqueelantiácidomásefectivo.Justifiquesuelecciónhaciendoreferenciaalafórmuladelantiácido.

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Véase al dorso


B2. Refiérasealatabla21delCuadernillodedatospararesponderestapreguntasobreanalgésicos.

(a) Describalasdiferentesformaspormediodelascualeslosanalgésicosmoderadosylosfuertesprevieneneldolor.

analgésicosmoderados:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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analgésicosfuertes: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(b) Algunos analgésicosmoderados son derivados del ácido salicílico. La estructura delácidosalicílicoes

(i) El ácido salicílico sepuedeconvertir enaspirina. Escriba la fórmuladelgrupoquereemplazaunátomodehidrógenoenestaconversióndelamoléculadeácidosalicílico.

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(ii) Indique los nombres de dos grupos funcionales presentes en el acetaminofeno(paracetamol) y ungrupofuncionalpresenteenelibuprofeno.

acetaminofeno(paracetamol) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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ibuprofeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(iii) Identifique cuál de los analgésicos mencionados en (b) (ii) existe en forma deisómerosópticos.Justifiquesurespuesta.

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B3. (a) Complete la siguiente tabla en la que se muestran los componentes de una mezcla de tresgasesusadosenanestesiología.

Nombre FórmulaPresión parcial

/ kPa

óxido de nitrógeno(I) 36

C H3 6 12

CF CH(Br)Cl324

(b) (i) Determine la relación molar de los tres gases.

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(ii) A la mezcla de los tres gases se le añadió oxígeno a una presión parcial de36kPa,paraformarunamezclaanestésica.Determinelapresióntotaldelamezclaanestésicayelporcentajeenvolumendeoxígenoenella.

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Véase al dorso


B4. Discutalosargumentosafavoryencontradelalegalizacióndelcannabis. [4]

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Opción c – Bioquímica humana

c1. (a) Enuncalorímetrosellevóacabounexperimentoparadeterminarelvalorcalóricodeunalimentoobteniéndoselossiguientesresultados:

masa de muestra de alimento para combustión = 5 00, g

masa de agua calentada = 400 gtemperatura inicial del agua = °18 3, C

temperaturafinaldelagua= °65 1, C

Determine el valor calórico del alimento en kJ por 100 g. [4]

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(b) Uno de los ingredientes presentes en el producto alimenticio es un compuesto orgánico insaturado. Una muestra de 0,01 moles de este compuesto reacciona con 5 g de yodo.

Determine el número de dobles enlaces C=C presentes en una molécula de estecompuesto.

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c2. En la tabla 22 del Cuadernillo de datos hallará la estructura de la sacarosa.

(a) Indique el nombre del enlace oxigenado entre los dos anillos de la estructura.

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(b) Deduzcalasestructurascíclicasdelosdosmonosacáridosquesecondensanparaformarunamoléculadesacarosa.

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(c) Indiquelafórmulaempíricadeunmonosacárido.

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c3. En la tabla 22 del Cuadernillo de datos hallará las estructuras de tres vitaminas.

(a) Predigacuáldelastresvitaminasesmássolubleenagua.Justifiquesuelección.

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(b) Indique dosvitaminasquésepuedenclasificarcomoalcoholesprimarios.

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(c) IndiquelafuncióndelavitaminaDenelcuerpohumanoydescribaunefectodeldéficitde vitamina D.

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Véase al dorso


c4. UnahebradeADNestáformadaporlossiguientescomponentes:

azúcar pentosa S

base orgánica B

grupofosfato P

(a) Usando las letras S, B y P, dibuje la estructura de una parte de un ácido nucleico que contenga tres unidades de cada componente S, B y P.

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(b) Laestructurade ladoblehélicedelADNsemantienemediantepuentesdehidrógenoentre bases orgánicas. A continuación se muestra la estructura de la adenina. Dibuje la estructuradelabaseorgánicaqueseunealaadeninayrodeeconuncírculolosátomosde ambas bases que están involucrados en el enlace. Hallará las estructuras de las otras bases orgánicas en la tabla 22 del Cuadernillo de datos. [3]

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c5. Describa cómo la bomba sodio-potasio mantiene el equilibrio entre las concentraciones de los iones Na+ y K+dentroyfueradelascélulascorporales. [5]

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Opción D – química ambiental

D1. La combustión del combustible en los automóviles produce varios contaminantes primarios. Losautomóvilesmodernosestánprovistosdeformasdereducirsuemisióndecontaminantesalaatmósfera.

(a) Discuta cómo se logra esto. Incluya en su respuesta

• dos contaminantes cuyas cantidades se reduzcan por recirculación de los gases de escape.

• unaecuaciónquerepresentelareacciónquetienelugarenelconvertidorcatalítico.

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(b) La relación teórica de aire a combustible necesaria para la combustión completa de un combustibletípicoescercanaa15:1.Unmotormenoscontaminanteusaunarelaciónmayor que 15:1.Escriba una ecuación para mostrar cómo se reduce la cantidad de monóxido de carbono en un motor menos contaminante.

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D2. Lapresenciadeozonoenlaaltaatmósferaesimportanteparalavidaenlatierra.

(a) Identifiquelaradiaciónabsorbidaporelozonoenlaaltaatmósferaydescribadosefectossobre la vida en la tierra que sean consecuencia de una disminución de la concentración de ozono.

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(b) Elmecanismodeformacióndeozonodebidoaprocesosnaturalessepuederepresentarpor medio de las siguientes ecuaciones:

O 2O2 → O O O2 3+ →

Escriba dos ecuaciones para representar la descomposición del ozono debida a procesos naturales.

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Véase al dorso


D3. El tratamiento de aguas residuales (de desecho) se divide con frecuencia en tres etapas.Losmétodos utilizados, algunos de losmateriales eliminados y las sustancias usadas paraeliminarlos se pueden resumir en una tabla. Complete la tabla: [6]

Etapa Primaria Secundaria Terciaria

Método

Material eliminado objetos grandes

iones de metales pesados

fosfatos

Sustancias usadas

oxígeno

bacterias

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D4. (a) Dibuje la estructura de Lewis del oxígeno y el ozono. Use la información de latabla 10 delCuadernillo de datos, sugiera un valor para la entalpíamedia del enlaceoxígeno-oxígenoenelozono.Justifiquesurespuesta.

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(b) La vitamina A actúa como pantalla solar. En la tabla 22 del Cuadernillo de datos hallará la estructura de la vitaminaA. Explique cómo actúa una pantalla solar e identifiquelacaracterísticaestructuralde lavitaminaAquees responsabledesuactividadcomopantalla solar.

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Véase al dorso


D5. Discuta la contaminación por compuestos de mercurio en el agua potable. Describa dosfuentesdiferentesydosefectosdiferentessobrelasaludhumana.

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Opción E – industrias químicas

E1. La extracción de plomo de sus menas comprende varios procesos.

(a) Laflotación(tambiénconocidacomoflotaciónporespuma)esunprocesofísicousadopara separar menas metálicas de la roca que lo rodea. Resuma cómo se usa este proceso paraextraergalena(principalmentesulfurodeplomo,PbS)deunagregadorocoso.

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(b) El sulfurodeplomoentonces se calienta enpresencia de aire (tostación) para formaróxidodeplomo,PbO,ydióxidodeazufre.

(i) Escriba una ecuación que represente la reacción que se produce durante la tostación.

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(ii) Identifique una sustancia que se pueda fabricar a partir del dióxido de azufreformado.

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(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso


(Pregunta E1: continuación)

(c) El óxido de plomo se calienta con coque y aire en un horno de cuba. Parte del coque formamonóxidodecarbono.

(i) Identifiqueeltipodereacciónquesufreelóxidodeplomoenelhornodecuba.

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(ii) Deduzca dosecuacionesquerepresentenlasreaccionesenlasqueseformaplomoen el horno de cuba.

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E2. La electrólisis se usa para extraer aluminio de la alúmina.

(a) Elinteriordelaceldaelectrolíticasecubrecongrafitoysellenaconalúminafundidayotra sustancia.

(i) Identifiquelaotrasustanciayexpliquesufinalidad.

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(ii) La ecuación que representa la reacción que se produce en el electrodo negativo (cátodo) es

Al e Al3 3+ −+ →

Escriba una ecuación que represente la reacción que se produce en los electrodos positivos (ánodos) y explique por qué dichos electrodos se deben reemplazarperiódicamente.

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(b) Muchos usos de los metales dependen de su capacidad de conducir el calor y la electricidad. Sugiera unaotrapropiedad,diferenteencadacaso,quehacequeelaluminio

(i) seprefieraalcobreparaloscablesdeelectricidadaéreos,

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(ii) seprefieraalhierroparacacerolas.

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Véase al dorso


E3. Describacómoseextraeelsiliciodesuóxidoycómosepurificaelelementoparausarloensemiconductores. Escriba una ecuación que represente la reacción que se produce durante la etapa de extracción y una ecuación que represente la reacción que se produce durante la etapa depurificación.

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E4. La producción de polieteno de baja densidad transcurre por medio de un mecanismo de radicales libres en el que participa la especie RO•.

(a) Escriba los nombres de las tres etapas comunes a los mecanismos de radicales libres.

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(b) IdentifiqueunafuentedelaespecieRO•.

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(c) EscribaunaecuaciónparamostrarcómoreaccionaelRO•conunamoléculadeeteno.

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Véase al dorso


Opción F – combustibles y energía

F1. (a) UnaformadecompararcombustiblesescalcularsusvalorescalóricosenkJg–1. En la siguiente tablasedainformaciónsobretressustanciasprovenientesdecombustiblesfósiles. [4]

Combustible ∆Hc / kJ molÖ −1 M r Valor calórico / kJ g−1

C(s)

CH (g)4

C H l8 18 ( ) −5512 114,26 48,2

Completelatablausandoinformacióndelastablas5y13delCuadernillodedatos. (b) (i) Escriba una ecuación para representar la combustión completa del metano.

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(ii) Expliqueporquélacombustióndelmetanoesunareacciónexotérmica.

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F2. El carbón de baja graduación se puede calentar con vapor de agua para producir un combustible gaseosollamadogasdesíntesis.

(a) Deduzcaunaecuaciónquerepresentelareacciónprincipalqueseproduceenlaformacióndelgasdesíntesis.

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(b) (i) Expliqueporquélacombustióndelgasdesíntesisesmenoscontaminantequelacombustión del carbón.

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(ii) Indiquelaprincipaldesventajadeconvertircarbónengasdesíntesisencomparacióncon el uso directo de carbón como combustible.

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Véase al dorso


F3. Lafisiónylafusiónsondostiposdereaccionesnucleares.

(a) Explique la relevancia de la ecuación E mc= 2 en cuantoa las reaccionesdefisiónyfusión.

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(b) Unejemplodereacciónnucleareslaemisióndeunapartícula −1 0 e a partir del Bi-213.

(i) Deduzcaelnúmeroatómico,númeromásicoyelsímbolodelelementoformado.

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(ii) ElperiododesemidesintegracióndelBi-213esde20minutos.CalculequémasadeBi-213quedadespuésdehaberdejadodesintegrarunamuestrade0,12gdurante1 hora.

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(c) CuandounátomodeLi-7sebombardeaconunprotón,seformanpartículasalfa.

Deduzca la ecuación nuclear que representa esta reacción. Indique el número atómico y el número másico de cada especie.

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[1]

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F4. El gráficomuestra la variación del número de neutrones con el número de protones de losnúcleos. Losnúcleosestablesaparecenen lazonasombreada. Enelgráficosemuestra laposición de dos núcleos inestables.

Númerode

neutrones

26 89

26

138

II

I

Número de protones

(a) Deduzca la identidad de cada núcleo inestable usando la notación ZA X .

I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(b) Predigaunaformadelograrquecadanúcleoinestablesetornemásestableyescribaunaecuación nuclear que represente el cambio.

I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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– 25 –

Véase al dorso


(Pregunta F4: continuación)

(c) Un proceso que ocurre en las reacciones nucleares es la conversión:

01

11

10n p e → +−

Uselainformacióndelastablas1,2y3delCuadernillodedatosparacalcularlavariacióndeenergíadeesteproceso.

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Opción G – química analítica moderna

G1. Identifiquedosefectosdelaabsorcióninfrarrojasobrelosenlacesenunamoléculadedióxidode carbono.Expliqueporquéunamoléculadeoxígenonoabsorberadiacióninfrarroja. [3]

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G2. Laespectrometríaderesonanciamagnéticanuclear(1HRMN)sepuedeusarparaidentificarcompuestos orgánicos.

(a) Algunas de las características de los espectros de 1H RMN son útiles para obtener informaciónsobrelaestructuramolecular.Resumaquésepuedeaveriguarapartirdelossiguientes:

• número de picos del espectro• relación de las áreas comprendidas debajo de cada pico• valoresdedesplazamientoquímico(δ)de1,3y9,7ppm

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– 27 –

Véase al dorso


Página en blanco

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(Pregunta G2: continuación)

(b) ExistencuatroésteresdefórmulamolecularC4H8O2. A continuación se muestran dos de ellos.

etanoato de etilo CH3–COO–CH2–CH3

propanoato de metilo CH3–CH2–COO–CH3

A continuación se dan los espectros de 1HRMNdeestosdosésteres,nonecesariamenteen orden correcto.

Desplazamiento químico / ppm

Desplazamiento químico / ppm


Espectro 1

Espectro 2

4 26

6 4 2

5 3 1 0

5 3 1 0

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– 2� –

Véase al dorso


(Pregunta G2: continuación)

(i) Indiqueyexplique,entérminosdelasestructurasdeambosésteres,elorigendeltriplete y el cuartete.

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(ii) Identifiqueelorigendelsingleteparacualquieradelosésteresyexpliqueporquéeste pico no está desdoblado.

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(iii) Haciendo referencia al singlete y usando la información de la tabla 19 delCuadernillodedatos,deduzcaquéespectrocorrespondeacadaéster.Justifiquesu elección en cada caso.

etanoato de etilo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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propanoato de metilo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[3]

(c) LaestructuradeotroésterdefórmulaC H O4 8 2 es

COOH CH

CH3

CH3

Prediga el número de picos y la relación de áreas debajo de los picos que presentará su espectro de 1H RMN.

número de picos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

relación de áreas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[2]

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G3. (a) (i) Expliqueporquéelespectrodemasasdel2-cloro-2-metilpropanopresentapicosde iones moleculares a valores de m/z �2 y �4 en relación 3:1.

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[2]

(ii) Sugieralasfórmulasdelasespeciesquetienenlossiguientesvaloresdem/z en este espectro:

m/z = 77

m/z = 57 [2]

(b) Prediga los valores de m/z de los tres principales picos de iones moleculares en el diclorometano.

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[2]

(c) Los espectros de masas de compuestos orgánicos contienen un pequeño pico a un valor de m/zigualaunaunidadmayorqueelionmolecular.Indiquequéesresponsabledeestepico.Indiquequéinformaciónsepuedeobtenerdelarelaciónexistenteentrelaalturadeeste pico y la altura del pico del ion molecular.

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Véase al dorso


Opción H – química orgánica avanzada

H1. Esta pregunta trata de isómeros estructurales y estereoisómeros con fórmula molecularC4H6Cl2.

(a) El compuesto 1,3-dicloro-1-buteno se puede usar como ejemplo de dos tipos de estereoisomería.Paracadatipodeestereoisomería,dibujedosestructurasparamostrarla relación entre las dos.

dosisómerosgeométricos

dos isómeros ópticos

[4]

(b) Expliqueeltérminomezcla racémica.

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[1]

(c) Resuma cómo se pueden distinguir los dos isómeros ópticos del 1,3-dicloro-1-buteno entreellosydeunamezclaracémica.

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(Pregunta H1: continuación)

(d) El1,3-diclorociclobutanoexisteenformadeisómerosgeométricos.Dibujelasestructurastridimensionales de estos isómeros. [2]

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– 33 –

Véase al dorso


H2. El1-butenosufreunareaccióndeadiciónelectrófilaconclorurodeyodo,ICl. Elprincipalproducto de esta reacción es el 2-cloro-1-yodobutano.

(a) Muestre el mecanismo de esta reacción usando flechas curvas para representar elmovimiento de los pares electrónicos. [4]

(b) Deduzcaelnombredelproductominoritariodeestareacciónyexpliqueporquéseformasólo una pequeña cantidad.

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[4]

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H3. Loshalógenoalcanossecundariospuedensufrirreaccionesdesustituciónnucleófilaporambosmecanismos, SN1 y SN2.Elmecanismoenelqueseformaunestadodetransiciónenlareacciónentre al 2-bromobutano y el hidróxido de potasio se puede representar como sigue.

(a) Identifiqueeltipodemecanismomostrado.

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[1]

(b) Indique y explique cómo los siguientes cambios podrían alterar la velocidad de estareacción por este mecanismo.

(i) usar agua en lugar de hidróxido de potasio.

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(ii) usar bromoetano en lugar de 2-bromobutano.

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(c) Expliqueporquéelclorobencenonosufrefácilmentesustituciónnucleófila.

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