Correzione della Verifica finale

Corsi di Recupero Estivi 2013Docente: Luciano Canu

Classi: 4e sezioni M, N, OI.T.I.S. Othoca - Oristano

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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

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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

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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 genericaaA + bB cC + dD

è espressa dall’equazione:

v = Ff e–(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)

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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

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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)

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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

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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 chimica modificandone 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

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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 .10-2 mol/(L.s) B. + 1,5 .10-2 mol/(L.s) C. - 2,5 .10-2 mol/(L.s) D. + 2,5 .10-2 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 = -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

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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 > Eatt che 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"

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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

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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

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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

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Domanda n° 12(Applicazione del concetto di Ea

alle reazioni eso ed endotermiche)

• 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

energia14

45 kJ/mol150 kJ/mol

H=-105 kJ/mol

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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

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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

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v

vd

vi

tte

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Domanda n° 15

• Bilancia l’equazione, ricava la costante di equilibrio chimico della seguente reazione reversibile 3Ca2+ + 2PO4

3- _Ca3(PO4)2 ; sapendo che all’equilibrio, a 20 °C, si trovano 5,4 (mol/L) di Ca2+, 2,9 (mol/L) di PO4

3- 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

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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 2,0.10-2 mol di HI, 1,0.10-2 mol di H2 e 3,0.10-2 mol 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

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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

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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 corretta20

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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

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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

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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 proporzionali23

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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 nota24

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Domanda n° 23(calcolo della velocità di reazione)

• Per una generica reazione A + B → C la concentrazione di C aumenta di 1,5 ∙ 10− 4 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 = -ΔcR/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)]

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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 molecole26

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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

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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

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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

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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

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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

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