Correzione della Verifica finale

1. Correzione della Verifica finale Corsi di Recupero Estivi 2013 Docente: Luciano Canu Classi: 4e sezioni M, N, O I.T.I.S. Othoca - Oristano

2. Istruzioni • Questa presentazione contiene tutte le domande proposte per la verifica di fine corso estivo di recupero • Ciascuna diapositiva contiene una domanda e la risposta esatta con un breve (ed esplicativo, spero) commento • In alcuni casi le diapositive sono corredate da diagrammi o grafici che dovrebbero essere utilizzati per esporre meglio le risposte o capire come rispondere in modo corretto • In qualche diapositiva sotto il numero della domanda è inserito (tra parentesi) l’argomento o il tipo di competenza che la domanda vuole verificare

3. Domanda n° 1 • Quale delle seguenti reazioni non è bilanciata correttamente? • A. Zn3Sb2 + 6H2O  3Zn(OH)2 + 2SbH3 • B.2H2 + O2 2H2O • C. Fe2O3 + 2Al  Al2O3 + 2Fe • D.6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + O2 • I numeri in rosso e in piccolo sono gli indici della formula, non possono essere modificati, si riferiscono al simbolo posto alla loro sinistra (H2 significa 2 atomi di H) • I numeri in blu sono i coefficienti stechiometrici della reazione e indicano il numero di molecole che partecipano a quella specifica reazione, derivano dal bilanciamento dell’equazione (2H2O significa 2 molecole di H2O ciascuna formata da 1 atomo di O e 2 di H) • La risposta da segnare è la «D» poiché mancano 6 molecole di O2, basta osservare che tra i reagenti ci sono 18 atomi di O e tra i prodotti sono solo 8 • D.6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6 O2 3

4. Domanda n° 2 • Descrivi e spiega l’equazione cinetica di Arrhenius • In generale la velocità di una reazione aumenta con l’aumentare della temperatura e con la concentrazione dei reagenti: [A] e [B] • Tale dipendenza per reagenti in fase gassosa fu trovata sperimentalmente da Arrhenius • La legge cinetica della reazione generica aA + bBcC+ dD è espressa dall’equazione: v = Ffe–(Ea/RT )[A]x[B]y • Ff(fattore di frequenza) ed Ea (energia di attivazione), x e y sono parametri empirici caratteristici di ciascuna reazione • Gli esponenti x e y possono coincidere o non coincidere con i coefficienti stechiometrici della reazione • R è la costante dei gas e T è la temperatura assoluta si comprende che il valore di v aumenta se aumenta la temperatura e se diminuisce la Ea (effetto di un catalizzatore) 4

5. Domanda n° 3 • Un recipiente da 250 mL contiene nitrato di sodio (NaNO3) con concentrazione all’1% in peso. Se da esso si prelevano 50 mL di soluzione con una pipetta, quale sarà la concentrazione della soluzione prelevata? • A. la stessa • B. 0,1 % • C. 10% • D. 20% • poiché la concentrazione di una soluzione è una grandezza intensiva, cioè non dipende dalla quantità di materia del campione, la risposta corretta è la «A» • Infatti qualunque prelievo si faccia dalla soluzione di partenza si avranno campioni con la stessa identica composizione • Il campione deve essere omogeneo ma il termine «soluzione» lo garantisce altrimenti si deve parlare di miscela o miscuglio 5

6. Domanda n° 4 • Disegna e commenta il diagramma energetico di una reazione endotermica, spiega il segno dell’energia. Indica anche l’energia di attivazione della reazione • Il disegno è completo (anche se in inglese) e mostra anche come la curva dell’energia si modifica nel caso sia presente un catalizzatore • Il bilancio energetico è indicato con il ΔH ed è positivo visto che i reagenti (X – stato iniziale) si trovano ad un valore di energia minore rispetto ai prodotti (Y – stato finale) • Infatti durante una reazione endotermica il sistema reagente assorbe calore, cioè guadagna energia (ΔH>0) • Notare come il ΔH (parametro termodinamico) non viene modificato dalla presenza del catalizzatore mentre Ea si (parametro cinetico) 6

7. Domanda n° 5 • Per ciascuna affermazione indica se si riferisce a una reazione esotermica o endotermica • Per rispondere in modo corretto bisogna avere ben chiari i diagrammi di energia delle reazioni • A. Diminuisce l’energia nei prodotti •  esotermica endotermica • Durante la reazione si libera calore perché i prodotti si trovano a valori di energia più bassi • B. Si formano molecole meno stabili con legami più deboli •  esotermica  endotermica • Per avere legami più deboli le molecole perdono energia durante la reazione, i prodotti sono a energia più bassa • C. Si forma calore che si trasferisce nell’ambiente •  esotermica  endotermica • È il comportamento tipico delle reazioni esotermiche, riscaldano l’ambiente • D. Aumenta l’energia potenziale del sistema •  esotermica  endotermica • I prodotti devono salire ad un livello energetico superiore, il sistema reagente deve assorbire calore per formare i prodotti, la reazione è endotermica 7

8. Domanda n° 6 • Spiega cos’è un catalizzatore e come funziona nella catalisi eterogenea • Un catalizzatore è un individuo chimico che interviene durante lo svolgimento di reazione chimicamodificandone la velocità, ma che rimane inalterato al termine della stessa • l’effetto è quello di abbassare l’Ea favorendo percorsi alternativi alla reazione • Nella catalisi eterogenea il catalizzatore è in una fase diversa dai reagenti (in genere è solido), può predisporre i reagenti alla reazione, avvicinandoli, orientandoli, indebolendo il loro legame 8

9. Domanda n° 7(calcolo della velocità media di reazione) • Qual è la velocità di reazione, se la molarità di un reagente passa da 0,40 mol/L a 0,25 mol/L in 10 secondi? •  A. - 1,5 .10-2mol/(L.s) •  B. + 1,5 .10-2mol/(L.s) •  C. - 2,5 .10-2mol/(L.s) •  D. + 2,5 .10-2mol/(L.s) • Si possono scartare le soluzioni con velocità negative poiché non hanno significato fisico • Poiché la velocità media di reazione si ottiene dalla v = -ΔcR/Δt si deve • calcolare la variazione di concentrazione (0,25-0,40=-0,15) • cambiarla di segno (+0,15 mol/L) • dividerla per il tempo (+0,15 [mol/L]/10 [s]) = 0,015 mol/(L.s) 9

10. Domanda n° 8 • L’aumento della temperatura influenza la cinetica delle reazioni incrementandone la velocità. Spiega perché interpretando questi fatti con la teoria degli urti e utilizzando il grafico di distribuzione delle velocità o dell’energia cinetica • Le zone ombreggiate della figura rappresentano le percentuali di molecole che hanno Ecin maggiore di un certo valore di soglia • Fissando il valore di soglia uguale all’Eatt, allora a T più alte ci sono percentuali maggiori di molecole che hanno Ecin>Eattche quindi, urtandosi, possono reagire fra loro per dare i prodotti di reazione • L’effetto è solo di tipo statistico, la temperatura non influenza l’orientamento delle molecole dei reagenti, viene quindi modificato solo uno dei parametri individuati dalla teoria degli urti per definire "l’urto efficace" 10

11. Domanda n° 9(problema sulle concentrazioni e sulla massa molare) • Quanti grammi di idrossido di potassio KOH sono necessari per preparare 600 mL di soluzione di KOH in acqua 0,450 M.? • Dai dati forniti è possibile solo ottenere il numero di moli di KOH presenti in 0,600 L di soluzione utilizzando la (2) • 0,6 L x 0,45 mol/L = 0,27 mol • Ora si possono calcolare i grammi di KOH corrispondenti a 0,27 moli sapendo la massa molare del composto (m.m.KOH= 56 g/mol) e usando la (3) • 56 g/mol x 0,27 mol = 15,2 g di KOH 11

12. Domanda n° 10(problema sulle concentrazioni e sulla massa molare) • Calcola la molarità di una soluzione preparata sciogliendo 70 g di saccarosio (C12H22O11) in 0,670 L di acqua distillata • Si deve calcolare la molarità utilizzando la (1) ma manca il numero di moli • Il numero di moli può essere calcolato conoscendo la massa molare del saccarosio e applicando la (2) • m.m.sacc= 342 g/mol • N° moli = 70g/342g/mol = 0,21 mol • Ora si può applicare la (1) ipotizzando che il volume finale della soluzione non sia diverso da quello dell’acqua distillata • M = 0,21 mol / 0,67 L = 0,31 mol/L 12

13. Domanda n° 11(problema delle diluizioni) • Che volume ha una soluzione acquosa 4,3 M di acido solforico che contiene le stesse moli presenti in 500 mL di una soluzione 2 M dello stesso acido? • Si tratta di un problema simile a quello della diluizione di soluzioni e si può risolvere partendo dalla considerazione che il numero di moli delle due soluzioni (A e B) è lo stesso • nA = nB • Si può utilizzare la (1) esplicitando VA e sostituendo i dati conosciuti • VA = (2 M x 0,5 L)/4,3 M = 0,23 L 13

14. Domanda n° 12(Applicazione del concetto di Ea alle reazioni eso ed endotermiche) 45 kJ/mol 150 kJ/mol • Una reazione presenta Ea pari a 45 kJ/mol e la corrispondente reazione inversa una Ea di 150 kJ/mol. Si può concludere che •  A. la variazione di energia della reazione è -190 kJ/mol •  B. la variazione di energia della reazione è +105 kJ/mol •  C. la reazione (diretta) è esotermica •  D. la variazione di energia della reazione è -105 kJ/mol •  E. la reazione (diretta) è endotermica • Dai valori dell’energia di attivazione si evince che la reazione è esotermica • Si può rispondere agevolmente disegnando il diagramma di energia corrispondente (le quantità rappresentate non sono proporzionali) • N.B. La variazione di energia è negativa poiché il sistema perde energia H=-105 kJ/mol 14

15. Domanda n° 13(Applicazione e spiegazione dell'effetto della pressione sull'equilibrio) • Descrivi come le variazioni di pressione possono influire sullo spostamento di un equilibrio e perché • Le variazioni di pressione (aumenti o diminuzioni) possono influenzare l’equilibrio secondo il "Principio di Le Chatelier" ma solo se… • …almeno una specie gassosa partecipa all'equilibrio…(condizione necessaria) • …si ha una variazione delle moli delle specie gassose (aumento o diminuzione) tra reagenti e prodotti (condizione sufficiente) • Se le due condizioni sono soddisfatte allora il sistema reagente si sposta verso la direzione in cui le moli gassose diminuiscono se la pressione del sistema è incrementata e viceversa 15

16. Domanda n° 14(concetto di velocità di reazione,equilibrio dinamico) • In una reazione chimica reversibile la velocità della reazione da sinistra a destra è uguale a quella da destra a sinistra quando • A. la reazione è all'equilibrio • B. la concentrazione dei reagenti è uguale a quella dei prodotti • C. la reazione è esotermica verso destra • D. temperatura e pressione sono quelle standard • E. la reazione è esotermica verso sinistra • Basta ricordarsi il diagramma velocitàreazione/tempo quando la reazione raggiunge l'equilibrio come riportato di lato v vd vi te t 16

17. Domanda n° 15 • Bilancia l’equazione, ricava la costante di equilibrio chimico della seguente reazione reversibile 3Ca2+ + 2PO43-_Ca3(PO4)2; sapendo che all’equilibrio, a 20 °C, si trovano 5,4 (mol/L) di Ca2+, 2,9 (mol/L) di PO43- e 9,3 (mol/L) di Ca3(PO4)2 calcola il valore della costante e spiega quale significato dai alla costante • Si deve applicare la legge d'azione di massa alla specifica reazione e sostituire i valori di concentrazione proposti • Kc = 9,3 / ((5,4)3 x (2,9)2 = 0,07 • Il valore più basso di 1 della Kc indica che l'equilibrio, a 20 °C, è poco spostato verso i prodotti e la concentrazione dei reagenti è maggiore di quella dei prodotti • Il sale è molto dissociato 17

18. Domanda n° 16 • Si sa che la reazione H2(g) + I2(g) ⇋ 2 HI(g) ha una Kc = 51,0 a 448 °C. Indicare il valore del quoziente di reazione Q ([P]/[R]) e la direzione in cui la reazione procede per raggiungere l’equilibrio a 448 °C se si parte con 2,0.10-2mol di HI, 1,0.10-2mol di H2 e 3,0.10-2mol di I2 • Per calcolare il quoziente di reazione si può usare la (1) utilizzando il numero di moli di partenza e non le concentrazioni poiché il volume è semplificabile • Q = 4/3 = 1,3 • Poiché Q<Kc allora la reazione procederà ancora verso destra incrementando la concentrazione dei prodotti e consumando i reagenti per raggiungere il valore della Kc di 51 18

19. Domanda n° 17 • Data una reazione chimica, se la sua costante di equilibrio è grande allora •  A. l'equilibrio è spostato verso destra •  B. l'equilibrio è spostato verso sinistra •  C. è impossibile raggiungere lo stato di equilibrio •  D. la concentrazione dei reagenti è molto alta rispetto a quella dei prodotti • Il significato fisico della costante di equilibrio può essere dedotto dalla (1) • Poiché la concentrazione dei reagenti è al denominatore e quella dei prodotti è al numeratore, valori grandi della Ke corrispondono a concentrazioni dei prodotti maggiori di quelle dei reagenti, all'equilibrio 19

20. Domanda n° 18(comprensione dell'effetto della temperatura sull'equilibrio) • In una reazione esotermica e all'equilibrio, aumentando la temperatura, la reazione •  A. si sposta verso i reagenti •  B. si sposta verso i prodotti •  C. non avviene nessuno spostamento •  D. nessuna delle risposte precedenti è corretta 20

21. Domanda n° 19(comprensione dell'effetto della temperatura sull'equilibrio) • Spiega il perché della tua scelta nella domanda precedente • Le variazioni di temperature (aumenti o diminuzioni) possono influenzare l’equilibrio secondo il "Principio di Le Chatelier" a seconda se la reazione e esotermica od endotermica • Reazione esotermica • Il sistema reagente si sposta verso i reagenti se si aumenta la temperatura e viceversa • Reazione endotermica • Il sistema reagente si sposta verso i prodotti se si aumenta la temperatura e viceversa 21

22. Domanda n° 20 • Qual è il peso formula di K2Cr2O7? •  A. 203 u •  B. 294 u •  C. 107 u •  D. 94 u • Il quesito parla di peso formula perché il composto indicato è ionico e non è formato da una molecola vera e propria • La massa molecolare deve essere calcolata sommando la massa atomica dei 3 elementi presenti nella formula, ciascuno moltiplicato per il numero di volte che è presente nella formula • M.M. = (2x39)+(2x52)+(7x16)=294 u 22

23. Domanda n° 21(informazioni delle formule chimiche e significato di mole) • 1 mole di C2H6O contiene •  A.1 mol di atomi C, 3 mol di atomi H e 1 mol di atomi di ossigeno •  B.1 mol di atomi C, 1 mol di atomi H e 1 mol di atomi di ossigeno •  C.2 mol di atomi C, 3 mol di atomi H e 1 mol di atomi di ossigeno •  D.2 mol di atomi C, 6 mol di atomi H e 1 mol di atomi di ossigeno • La formula dice che in una molecola di composto sono presenti 2 atomi di C, 6 atomi di H, 1 atomo di O • In una mole di molecole le quantità dei diversi atomi sono quindi proporzionali 23

24. Domanda n° 22 • La molarità (M) di una soluzione indica il numero di •  A. grammi di soluto contenuti in un litro di solvente •  B. moli di soluto contenute in un litro di soluzione •  C. grammi di soluto contenuti in 100 g di soluzione •  D. moli di soluto contenute in 1000 g di solvente • La molarità di una soluzione si deve esprimere secondo la (1) come rapporto tra una quantità di soluto e la quantità di solvente o di soluzione • Nel caso della molarità si devono mettere a rapporto le moli contro il volume di soluzione e non di solvente • Infatti il sistema rispecchia il metodo di preparazione delle soluzioni a molarità nota 24

25. Domanda n° 23(calcolo della velocità di reazione) • Per una generica reazione A + B → C la concentrazione di C aumenta di 1,5 ∙ 10− 4mol/l in 11 s. Qual è la velocità di questa reazione? •  A. 1,36 ∙ 10–5mol/l ∙ s •  B. 6,4 ∙ 10–11mol/l ∙ s •  C. 6,4 ∙ 10–11mol/l •  D. 1,5 ∙ 10–4mol/l ∙ s • La velocità media di reazione si ottiene dalla v = -ΔcR/Δt (1) • la variazione di concentrazione è 1,5x10-4mol/L • L'intervallo di tempo è di 11 s • Utilizzando la (1) quindi si ottiene v=1,5x10-4[mol/L]/ 11[s] = 1,36x10-5[mol/(L.s)] 25

26. Domanda n° 24(conoscenza della teoria degli urti) • Un urto si definisce efficace quando •  A. gli urti fra le particelle avvengono anche senza un’orientazione adeguata •  B. due molecole si urtano tangenzialmente con qualunque contenuto energetico •  C. due molecole si urtano con un’orientazione appropriata e con un’energia sufficiente a effettuare la trasformazione •  D. le molecole vengono semplicemente a contatto fra loro • Nella risposta C sono riunite le caratteristiche che devono essere soddisfatte per definire un urto efficace • Energia cinetica uguale o maggiore alla Ea • Orientazione opportuna delle molecole 26

27. Domanda n° 25(equazione di Arrhenius sulla velocità) • Quale tra le seguenti espressioni mostra correttamente la velocità del processo elementare X + Y → prodotti? •  A. v=k[Y] •  B. v=k[Y]∙[X] •  C. v=k[X]n∙ [Y]m •  D. v=k[X]∙[Y]2 • Se il processo avviene in modo elementare (un solo stadio) allora l'ordine di reazione (1+1) è dato dalla stechiometria della reazione (1:1) • La lettera B esprime in modo corretto l'equazione di velocità secondo Arrhenius • Le altre equazioni esprimono velocità di reazioni che avvengono secondo meccanismi diversi 27

28. Domanda n° 26(effetto della temperatura sulla Keq) • In che modo la temperatura influisce sulla costante di equilibrio? •  A. Un aumento della temperatura fa aumentare il valore di Keq se la reazione diretta è endotermica, lo fa diminuire se è esotermica •  B. Un aumento della temperatura fa aumentare il valore di Keq se la reazione diretta è esotermica, lo fa diminuire se è endotermica •  C. Un aumento di temperatura aumenta sempre il valore della costante di equilibrio •  D. Il valore della costante di equilibrio non dipende dalla temperatura • Le variazioni di temperatura modificano il valore della Keq essendo un parametro termodinamico ma non ha un effetto univoco, dipende se la reazione è endo o esotermica e l'effetto rispetta sempre il principio di Le Chatelier (vedi domande n° 18-19 28

29. Domanda n° 27(calcolo della costante di equilibrio da valori sperimentali) • È dato l’equilibrio PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g). Una certa quantità di PCl5 viene riscaldata in un recipiente di 12 L di volume. All’equilibrio il recipiente contiene 0,21 mol di PCl5, 0,32 mol di PCl3 e 0,32 mol di Cl2. Quanto vale la costante di equilibrio? • Si devono trasformare le moli in equilibrio in concentrazioni poiché si conosce il volume di reazione (12L) e sostituire nella (1) • La soluzione calcolata è diversa da tutte quelle proposte nelle risposte multiple 29

30. Domanda n° 28(comprensione del concetto di equilibrio dinamico) • Spiega il concetto di equilibrio dinamico • In un sistema che raggiunge un equilibrio dinamico si instaurano due fenomeni che possono essere definiti opposti che avvengono con velocità uguali • Per esempio: quando un liquido è in equilibrio col suo vapore… • La velocità di evaporazione è uguale alla velocità di condensazione 30

31. Domanda n° 29(equazione di Arrhenius e ordine di reazione) • Spiega cosa si intende per ordine di reazione o molecolarità della reazione • La molecolarità di una reazione dipende fortemente dal meccanismo di reazione • È il numero di molecole coinvolte nello stadio lento della reazione • La velocità dello stadio più lento è la velocità della reazione • Quando la reazione avviene in un unico stadio la molecolarità si ottiene dalla somma dei coefficienti stechiometrici della reazione • Se il meccanismo è più complesso la molecolarità deve essere ottenuta sperimentalmente • Riferendosi alla (1) la molecolarità della reazione si ottiene dalla somma m+n 31