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

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

2 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) largomento o il tipo di competenza che la domanda vuole verificare

3 3 Domanda n° 1 Quale delle seguenti reazioni non è bilanciata correttamente? A. Zn 3 Sb H 2 O 3 Zn(OH) SbH 3 B. 2 H 2 + O 2 2 H 2 O C. Fe 2 O Al Al 2 O Fe D. 6 CO H 2 O C 6 H 12 O 6 + O 2 I numeri in rosso e in piccolo sono gli indici della formula, non possono essere modificati, si riferiscono al simbolo posto alla loro sinistra (H 2 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 dellequazione (2H 2 O significa 2 molecole di H 2 O ciascuna formata da 1 atomo di O e 2 di H) La risposta da segnare è la «D» poiché mancano 6 molecole di O 2, basta osservare che tra i reagenti ci sono 18 atomi di O e tra i prodotti sono solo 8 D. 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 3

4 4 Domanda n° 2 Descrivi e spiega lequazione cinetica di Arrhenius In generale la velocità di una reazione aumenta con laumentare 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 dallequazione: v = F f e –( Ea / RT ) [A] x [B] y F f (fattore di frequenza) ed E a (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 E a (effetto di un catalizzatore) 4

5 5 Domanda n° 3 Un recipiente da 250 mL contiene nitrato di sodio (NaNO 3 ) con concentrazione all1% 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 6 Domanda n° 4 Disegna e commenta il diagramma energetico di una reazione endotermica, spiega il segno dellenergia. Indica anche lenergia di attivazione della reazione Il disegno è completo (anche se in inglese) e mostra anche come la curva dellenergia 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 E a si (parametro cinetico) 6

7 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 lenergia 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 nellambiente esotermica endotermica È il comportamento tipico delle reazioni esotermiche, riscaldano lambiente D. Aumenta lenergia 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 8 Domanda n° 6 Spiega cosè un catalizzatore e come funziona nella catalisi eterogenea Un catalizzatore è un individuo chimico che interviene durante lo svolgimento di reazione chimica modificandone la velocità, ma che rimane inalterato al termine della stessa reazione chimica velocità leffetto è quello di abbassare lE a 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 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, mol/(L. s) B. + 1, mol/(L. s) C. - 2, mol/(L. s) D. + 2, mol/(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 = - Δc R /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 10 Domanda n° 8 Laumento 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 dellenergia cinetica Le zone ombreggiate della figura rappresentano le percentuali di molecole che hanno E cin maggiore di un certo valore di soglia Fissando il valore di soglia uguale allE att, allora a T più alte ci sono percentuali maggiori di molecole che hanno E cin > E att che quindi, urtandosi, possono reagire fra loro per dare i prodotti di reazione Leffetto è solo di tipo statistico, la temperatura non influenza lorientamento delle molecole dei reagenti, viene quindi modificato solo uno dei parametri individuati dalla teoria degli urti per definire "lurto efficace" 10

11 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 12 Domanda n° 10 (problema sulle concentrazioni e sulla massa molare) Calcola la molarità di una soluzione preparata sciogliendo 70 g di saccarosio (C 12 H 22 O 11 ) 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 dellacqua distillata M = 0,21 mol / 0,67 L = 0,31 mol/L 12

13 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 n A = n B Si può utilizzare la (1) esplicitando V A e sostituendo i dati conosciuti V A = (2 M x 0,5 L)/4,3 M = 0,23 L 13

14 14 Domanda n° 12 (Applicazione del concetto di Ea alle reazioni eso ed endotermiche) Una reazione presenta E a pari a 45 kJ/mol e la corrispondente reazione inversa una E a 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 dellenergia 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 kJ/mol 150 kJ/mol H=-105 kJ/mol

15 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 lequilibrio 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 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 velocità reazione /tempo quando la reazione raggiunge l'equilibrio come riportato di lato 16 v vdvd vivi t tete

17 17 Domanda n° 15 Bilancia lequazione, ricava la costante di equilibrio chimico della seguente reazione reversibile 3 Ca PO 4 3- _ Ca 3 (PO 4 ) 2 ; sapendo che allequilibrio, a 20 °C, si trovano 5,4 (mol/L) di Ca 2+, 2,9 (mol/L) di PO 4 3- e 9,3 (mol/L) di Ca 3 (PO 4 ) 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 K c = 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 18 Domanda n° 16 Si sa che la reazione H 2(g) + I 2(g) 2 HI (g) ha una K c = 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 lequilibrio a 448 °C se si parte con 2, mol di HI, 1, mol di H 2 e 3, mol di I 2 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

19 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 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 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 lequilibrio 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 22 Domanda n° 20 Qual è il peso formula di K 2 Cr 2 O 7 ? 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 23 Domanda n° 21 (informazioni delle formule chimiche e significato di mole) 1 mole di C 2 H 6 O 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 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 25 Domanda n° 23 (calcolo della velocità di reazione) Per una generica reazione A + B C la concentrazione di C aumenta di 1, mol/l in 11 s. Qual è la velocità di questa reazione? A. 1,36 10 –5 mol/l s B. 6,4 10 –11 mol/l s C. 6,4 10 –11 mol/l D. 1,5 10 –4 mol/l s La velocità media di reazione si ottiene dalla v = - Δc R /Δt (1) la variazione di concentrazione è 1,5x10 -4 mol/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 26 Domanda n° 24 (conoscenza della teoria degli urti) Un urto si definisce efficace quando A. gli urti fra le particelle avvengono anche senza unorientazione adeguata B. due molecole si urtano tangenzialmente con qualunque contenuto energetico C. due molecole si urtano con unorientazione appropriata e con unenergia 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 E a Orientazione opportuna delle molecole 26

27 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 28 Domanda n° 26 (effetto della temperatura sulla K eq ) In che modo la temperatura influisce sulla costante di equilibrio? A. Un aumento della temperatura fa aumentare il valore di K eq se la reazione diretta è endotermica, lo fa diminuire se è esotermica B. Un aumento della temperatura fa aumentare il valore di K eq 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 K eq 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°

29 29 Domanda n° 27 (calcolo della costante di equilibrio da valori sperimentali) È dato lequilibrio PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl 2(g). Una certa quantità di PCl 5 viene riscaldata in un recipiente di 12 L di volume. Allequilibrio il recipiente contiene 0,21 mol di PCl 5, 0,32 mol di PCl 3 e 0,32 mol di Cl 2. 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 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 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


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