GIOCHI DELLA CHIMICA 2018 FASI NAZIONALI – Classi A e B

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I primi 40 quesiti sono comuni alle classi A e B.

1. Indicare quale, tra i seguenti, è il composto di coordinazione:

A) TiO2

B) XeF2

C) Ni(CO)4

D) Ca(OH)2

soluzione

i composti di coordinazione sono molecole in cui un catione metallico è coordinato cioè legato  ad atomi, ioni o gruppi atomici con un numero di legami superiore al suo numero di ossidazione. I composti di coordinazione vengono anche chiamati composti complessi ed un esempio è uno ione  metallico in soluzione acquosa che è  coordinato da molecole d’acqua. Gli atomi o gruppi atomici che si legano al metallo vengono chiamati LEGANDI. Nei composti complessi, il metallo utilizza gli orbitali d e  molto spesso i complessi che essi formano assumono colorazioni marcate come per esempio il Fe, coordinato all’emoglobina del sangue impartisce a questo la ben nota colorazione rossa. Uno dei legandi molto comuni è il gruppo carbonile ed i complessi che ne risultano vengono chiamati  carbonili metallici.Il Ni usa gli orbitali SP3  e la struttura che ne risulta è tetraedrica ed il composto è diamagnetico (non esistono elettroni spaiati).

poiché i metalli di transizione formano  con molta facilità complessi molto stabili con l’ossido di carbonio, se ne deduce che deve intervenire un meccanismo di interazione di legame diversa da quello puramente σ e specifico per questo tipo di composti, infatti

 

infatti uno spostamento di elettroni via legame  π dal metallo all’ossido di carbonio rende quest’ultimo più negativo per cui risulta esaltata la sua basicità(donazione di elettroni).

in altri termini l’interazione σC→Me rendendo il CO meno negativo p più positivo faciliterà un richiamo di elettroni dal metallo al CO attraverso il legame π ed il risultato è un reciproco rafforzamento dei legami σ e π.

Da quanto abbiamo esposto è chiaro che il composto di coordinazione è Ni(CO)4

risposta corretta C

2. In una scatola sono conservati 100 gessetti che pesano in totale 1,00 kg. Assumendo che il gessetto sia costituito interamente da solfato di calcio diidrato, calcolare il numero di atomi di ossigeno contenuti in un gessetto:

A) 2,07 · 1023

B) 6,02 · 1023

C) 1,38 · 1023

D) 3,46 · 1022

soluzione

se 100 gessetti pesano 1000 g un gessetto pesa 10 g. Il PM del solfato di Ca .2H2O è 172,14 g

Sappiamo che in 1 mole di sostanza (in questo caso 172,14 g ) vi sono 6,02 x 1023 molecole quindi in 10 g ve ne saranno X

X= 10 x 6,02 x 1023 / 172,14 =0,342 x 1023

in 1 gessetto vi sono 3,49  x 1022 molecole

risposta corretta D

3. Lo ione Fe2+ è isoelettronico con:

A) Mn2+

B) Co3+

C) Ni2+

D) Cu2+

soluzione

Isoelettronico significa che ha lo stesso numero di elettroni di un altro elemento che può essere neutro o ione.

Fe+2 possiede 2 elettroni in meno rispetto ad Fe ([Ar] 3d64s2) quindi Fe+2 ha la configurazione [Ar] 3d6

Le configurazioni   degli altri ioni sono:

Mn  [Ar] 3d54s     Mn+2 significa che vi sono 2 elettroni in meno quindi la configurazione elettronica di Mn+2 è : [Ar] 3d5

Co  [Ar] 3d74s2        Co+3 significa che vi sono 3 elettroni in meno quindi la configurazione elettronica di Co+3 è: [Ar] 3d6

Ni  [Ar] 3d84s2          Ni+2 significa che vi sono 2 elettroni in meno quindi la configurazione elettronica di  Ni+2  è :  [Ar] 3d8

Cu+2 [Ar] 3d104s1  Cu+2 significa che vi sono 2 elettroni in meno quindi la configurazione elettronica di  Cu+2 è:  [Ar] 3d9

ne consegue che il Fe+2 è isoelettronico con lo ione Co+3

risposta corretta B

4. Lasciando una soluzione acquosa di NaOH esposta all’aria, dopo qualche tempo la concentrazione dell’idrossido di sodio diminuisce. Come si può spiegare questo fenomeno?

A) l’idrossido di sodio reagisce con l’acqua.

B) l’idrossido di sodio evapora.

C) evapora l’acqua cambiando la concentrazione della base.

D) l’idrossido di sodio reagisce con l’anidride carbonica sciolta in acqua.

soluzione

una soluzione acquosa di NaOH in presenza di aria è a contatto con l’anidride carbonica in essa contenuta per cui si ha la reazione

1) CO2 + NaOH = NaHCO3 (formazione di bicarbonato di sodio)

2) NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O (formazione di carbonato di sodio)

essendo l’ ambiente basico le reazioni avvengono in modo completo  e gli equilibri sono spostati tutti a destra della reazione verso la formazione del Carbonato.

La quantità di NaOH in presenza di aria pertanto diminuisce per formazione di Na2CO3

risposta corretta D

5. Indicare il tipo di interazione principale che si instaura tra H2O e D2O.

A) legame a idrogeno

B) dipolo permanente – dipolo indotto

C) carica – carica

D) nessuna delle precedenti

soluzione

Il deuterio rispetto all’idrogeno possiede un neutrone in più ma ciò non modifica le proprietà  delle interazioni tra le molecole che per effetto del momento di dipolo si attraggono con un vero e proprio legame a ponti idrogeno  O-H…O-H

O-D…O_H

si instaura pertanto un legame Idrogeno.

risposta corretta A

6. Quanto piombo si deve pesare per avere sulla bilancia un numero di atomi uguale a quello che costituisce 5,00 kg di ferro?

A) 1,85 g

B) 18,5 g

C) 1,85 kg

D) 18,5 kg

soluzione

la prima cosa da fare è calcolare quanti atomi vi siano in 5000 g di Fe.

sapendo che in una quantità 55,85 g (pari al PA del Fe) vi sono 6,02 x 1023 atomi allora in 5000 g ve ne saranno X

X = 5000 x 6,02 x 1023 / 55,85 =  538,9 x 1023 atomi

pertanto se in una quantità di Pb pari al suo PA vi sono 6,02 x 1023 atomi  in X g ve ne  saranno 538,9 x 1023 che rappresentano la quantità di atomi in 5 Kg doi Fe.

 207,2 : 6,02 x 1023 atomi = Xg : 538,9 x 1023 

X = 207,2 x 538,9 x 1023 / 6,02 x  1023 

X= 18548 g   = 18,5 Kg

risposta corretta D

7. Porre i seguenti elementi in ordine di elettronegatività decrescente:

A) Cl > Si > S > P

B) Cl > P > Si > S

C) Cl > S > P > Si

D) Cl > S > Si > P

soluzione

L’elettronegatività è definita come la capacità di un atomo di attrarre verso di sè gli elettroni di un legame. Se il legame è tra due atomi uguali gli elettroni ovviamente si trovano equamente condivisi tra i due atomi. Se invece gli atomi sono differenti allora uno dei due atomi ha una tendenza maggiore ad attrarre il doppietto elettronico di legame.

Esistono diverse scale di elettronegatività degli atomi la prima delle quali e forse più usata è la scala di Pauling .

La scala si costruisce  attribuendo all’elettronegatività di un elemento un valore arbitrario e ricavando poi  i valori relativi a questo attraverso la formula così ottenuta:

Consideriamo due atomi A e B che prendono parte a un legame covalente. Secondo Pauling la differenza di elettronegatività tra questi due atomi è pari a:

dove:

xa ed xb sono le elettronegatività degli atomi A e B.

Δ è detto “surplus di energia”,ed è dato da:

Dove EAB è l’energia di legame del composto A-B,

EAA l’energia di legame del composto A-A,

EBB l’energia di legame del composto B-B

il coefficiente 0,102 è dovuto al fatto che originariamente Pauling utilizzò entalpie espresse in elettroni volts mentre attualmente l’unità di misura nel sistema SI dell’entalpia è kJ/mol. Se espressa invece in kcal/mol il coefficiente assume il valore di 0,208.

Scala di Mulliken

L’elettronegatività è definita semplicemente come la media aritmetica tra l’ Energia di Ionizzazione  e l’Affinità elettronica

{\displaystyle x_{M}={\frac {1}{2}}\left(E_{A}+I\right)}

Scala di Allred-Rochow

Questa scala si basa sull’idea che un elettrone venga attratto da un atomo per effetto della forza coulombiana esercitata dal nucleo

{\displaystyle F={\frac {(Z^{*}e)(e)}{4\pi r^{2}\epsilon _{0}}}}

dove Z* è la carica nucleare efficace

L’elettronegatività è proporzionale a questa forza:

   
dove r è il raggio covalente dell’atomo.

ELETTRONEGATIVITA’ E TAVOLA PERIODICA

l’elettronegatività diminuisce lungo i gruppi mentre cresce lungo i periodi pertanto

Cl =3,16 

 Si=1,9 

S = 2,58

P = 2,19

quindi la soluzione al quesito è Cl > S > P > Si 

risposta corretta C

8. Indicare l’affermazione ERRATA:

A) il legame singolo Si-Cl è più polare del legame singolo P-Cl

B) il legame singolo C-S è meno polare del legame singolo S-O

C) il legame singolo Si-O è più polare del legame singolo P-O

D) il legame singolo Si-O è meno polare del legame singolo P-O

soluzione

dai dati di elettronegatività che si possono vedere anche nel precedente quesito, è evidente che il silicio ha minore elettronegatività del fosforo quindi il legame Si-O è più polare del legame P.O

La risposta corretta è D

 

9. Indicare la molecola che non presenta legami doppi, secondo la teoria VSEPR:

A) SO2

B) B2O3

C) Cl2O

D) CO2

soluzione

La teoria VSEPR (Gillespie) consiste nell’individuare la disposizione geometrica degli atomi di una molecola tenendo presente che gli elettroni di un legame tendono a disporsi il più lontano possibile respingendosi tra loro secondo la legge di Coulomb.

l’SO2 ha la seguente struttura

Rappresentazione della molecola con indicazione delle dimensioni.

quindi presenta atomi che usano ibridi SP2  e quindi con legami σ e π.

B2O3 o triossido di diboro ha la seguente struttura

Anche questa molecola presenta doppi legami tra boro ed ossigeno.

La molecola di CO2  ha la struttura lineare :

Formula di struttura

ed ovviamente presenta doppi legami.

La molecola Cl2O è pertanto la molecola che possiede solo legami sigma :

Dichlorine-oxide-2D-dimensions.png

Sia l’ossigeno che il cloro usano ibridi SP3 con angolo che dovrebbe essere 109°,28′ tuttavia in questo caso la treoria VESPR prevede un angolo leggermente maggiore perchè i due atomi di cloro si respingono tra loro.

la risposta corretta è C

10. In Texas è stato rinvenuto un meteorite di forma approssimativamente sferica, di raggio 0,300 m e densità 4500 kg/m3. Esso è costituito da ferro e nichel ed il primo è presente al 35% in peso. Calcolare la quantità in moli di nichel presente nel campione.

A) 5,63 mol

B) 5,63 ·103 mol

C) 3,03 mol

D) 3,03 ·103 mol

soluzione

Per calcolare la % di Ni presente nel meteorite è necessario conoscere la quantità iniziale di materia in cui esso è contenuto che corriponde al peso del meteorite.

Non ci viene fornito il peso tuttavia conosciamo la densità d e sappiamo che d=grammi /Volume

Pur non essendo fornito il volume , è possibile ottenerlo dai dati del quesito infatti il meteorite è una sfera ed il volume di una sfera è V=4/3π r3   pertanto conoscendo il raggio r=0,3 m si ha   V= 0,113 mpertanto:

d = 4500 kg= Kg / 0,113 da cui si ha Peso meteorite= 508,5 Kg 

Sapendo che contiene Fe al 35% è chiaro che Ni è il 65%

Per ottenere la quantità di Ni presente nel meteorite è sufficiente effettuare la proporzione:

se in 100 Kg vi sono 65 Kg di Ni allora in 508,5 Kg ve ne sono X

X= 65  x 508,5 / 100 = 330,5 Kg   e siccome il Ni ha un PA=58,7 g

moli di Ni =330,5 x 103 g /58,7 = 5,63 x 103

risposta corretta  B

11. Indicare la configurazione elettronica dello ione S2‒

A) [Ne] 3s2 3p8

B) [Ne] 3s2 3p5

C) [Ne] 3s1 3p6

D) [Ar]

soluzione

S2- significa che lo zolfo rispetto all’atomo neuro ha 2 elettroni in più (2 cariche negative) ,pertanto avendo lo S la seguente struttura:

 S=  [Ne] 3s²3p⁴   ne consegue che  S-2 [Ne] 3s²3p6

la risposta corretta è C

12. La formula di Lewis di H2SO3:

A) ha tre legami doppi

B) ha un legame zolfo-idrogeno

C) ha un legame triplo

D) ha un solo legame doppio tra ossigeno e zolfo

soluzione

H2SO3 è un acido  e quindi gli ioni H+ sono disponibili per eventuali reazioni di sostituzione per cui non vi è un legame S-H diretto ma esso deve essere legato all’0ssigeno da cui è più facile staccarlo.Infatti la struttura di H2SO3 è la seguente :

Risultati immagini per H2SO3

quindi vi è un solo doppio legame tra ossigeno e zolfo.

risposta corretta  D

13. Indicare quale coppia di molecole ha la stessa geometria molecolare, secondo la teoria VSEPR:

A) BeCl2 H2O

B) BeCl2 XeF2

C) BeCl2 SO2

D) BeCl2 NO2

soluzione

Allo stato cristallino il cloruro di berillio presenta una struttura di polimero monodimensionale costituito da celle tetraedriche unite per gli spigoli; la struttura tetraedrica è distorta, con angoli Cl-Be-Cl di 109° e Be-Cl-Be di 71°

In fase gassosa può presentarsi sia come monomero che come dimero.  I monomeri presentano geometria lineare con angolo di 180° a conferma del parziale carattere covalente dei legami: la molecola BeCl2 secondo la teoria VESPR mostra una geometria lineare

Monomero di cloruro di berillio
tra le molecole fornite dal quesito solo XeF2 ha struttura lineare :infatti
Xenon difluoride
mentre l’H2O ha struttura tetraedrica ed SO2 ha struttura angolare a V  come NO2
La riposta corretta è B
14. Indicare il gruppo di coefficienti, riportati in ordine casuale, che bilancia la seguente reazione:
PbCl2 + Al2(SO4)3 → PbSO4 + AlCl3
A) 1, 1, 2, 2
B) 1, 1, 3, 3
C) 1, 2, 3, 3
D) 2, 2, 3, 3
soluzione
La prima cosa da chiedersi è se si tratti di una reazione di ossidoriduzione cioè una reazione in cui vi siano variazioni del numero di ossidazione degli elementi che partecipano alla reazione. In questo caso i n.o. rimangono uguali sia prima che dopo la reazione, ed in questo caso particolare si tratta di una reazione di doppio scambio in cui gli elementi messi a reagire scambiano atomi o gruppi atomici tra loro (in questo caso Pb e Al si scambiano  SO4 e Cl .
La reazione si bilancia ricordando che le quantità a sinistra devono essere uguali a quelle di destra .
Consideriamo solo quegli atomi o gruppi atomici che sono differenti a sinistra e a destra :
a sinistra vi sono 2 atomi di Cl ed a destra 3 pertanto perché siano uguali in quantità dobbiamo moltiplicare a sinistra per 3 ed a destra per 2
quindi facendo parte il cloro di una molecola occorre moltiplicare tutta la molecola a sinistra x 3 ed a destra per 2
3PbCl2 + Al2(SO4)3 → PbSO4 +  2AlCl3
consideriamo l’altro gruppo che varia in quantità cioè SO4 :
a sinistra vi sono 3 SO4 ed a destra solo 1 pertanto moltiplichiamo a destra x 3 (ovviamente tutta la molecola)
3PbCl2 + Al2(SO4)3 → 3PbSO4 +  2AlCl3
quindi in definitiva abbiamo
A sinistra 3 Pb  ed a destra 3Pb
A sinistra 6 Cl    ed a destra 6 Cl
A sinistra 2Al  ed a destra 2 Al
A sinistra 3 SO4 ed a destra 3 di SO4
la reazione è bilanciata.
risposta corretta C
15. In un beaker si mettono a reagire 2,50 g di P4O10 con 2,50 g di H2O secondo la reazione (da bilanciare):
P4O10 (s) + H2O (l) → H3PO4 (aq)
Calcolare quanti grammi di H3PO4 si formano e quanti grammi del reagente in eccesso rimangono inalterati alla fine della reazione.
A) H3PO4: 3,45 g; reagente in eccesso: 1,55 g
B) H3PO4: 8,82 g; reagente in eccesso: 2,08 g
C) H3PO4: 3,92 g; reagente in eccesso: 2,34 g
D) H3PO4: 13,62 g; reagente in eccesso: 2,08 g
soluzione
la reazione bilanciata è:
P4O10 (s) + 6 H2O (l) → 4 H3PO4 (aq)
da questa reazione si vede che da 1 mole di P4O10 cioè 283.9 g reagisce con 6 moli di H2O cioe 6 x 18 = 108 g  quindi  2,5 g devono reagire con X grammi di acqua.
283,9 :108 = 2,5 :X
X= molecole di H2O che reagiscono = 2,5 x 108 /283,9 =0,95 g
Rimangono in eccesso 2,5-0,95 = 1,55 g di H2O
Poichè da 283.9 g  di P4O10 si ottengono 4 x 98 di H3PO4 da 2,5 g se ne ottengono X
X= 3,45 g H3PO4
la risposta corretta è A
16. Data la reazione (da bilanciare):
CH4 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (l)
calcolare il volume di ossigeno necessario per la combustione di 5,0 dm3 di CH4. I volumi siano misurati alla temperatura di 25°C e alla pressione di 101 kPa.
A) 2,5 dm3
B) 5,0 dm3
C) 7,5 dm3
D) 10 dm3
soluzione
la reazione bilanciata è
CH4 (g) + 2O2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (l)
5,0 dm3 (5 litri ) di CH4 corrispondono ai grammi   calcolabili da :
PV=g/pM x RT     g= PV/RT x PM
poichè io preferisco utilizzare nei calcoli litri ed atmosfere  trasformo 101 kPa in 0,9968 atm
g=0,9968 x 5 x 16 / 298 x 0,0821 = 3,27 g
poichè  dalla reazione si evince che 1 mole di CH4 cioè 16 g di CH4 reagiscono con 2 moli di ossigeno 64 g di ossigeno allora 3,27 g reagiranno con X
X= 64 x 3,27 / 16= 13,04 g
13,04 g corrispondono ad un volume calcolabile da PV=g/PM RT quindi
V= g/PMxRT /P
V= 13,04/32 x 298 x 0,0821/ 0,9968=10,01 litri  cioè 10,01 dm3
risposta esatta D
17. Indicare, nell’ordine, i coefficienti stechiometrici che bilanciano la seguente reazione:
Cu + HNO3 →Cu(NO3)2 + NO + H2O
A) 3, 4, 3, 1, 2
B) 3, 8, 3, 2, 4
C) 3, 8, 3, 1, 4
D) 3, 8, 3, 2, 8
soluzione
questa è una reazione redox in ci HNO3 agisce da ossidante  nei confronti del rame Cu che quindi si ossida a Cu2+ mentre HNO3 si riduce ad NO cioè da n.o. +5 a n.o.+2
3[Cu             →  Cu+2 +2e
2[NO3-   + 3 e  + 4H+     → NO +2H2O
_______________________________
3Cu +2NO3- +8H+ → 3Cu+2  + 2NO + 4H2O
la reazione sopra scritta è pertanto:
3Cu + 8HNO3 →3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
i coefficienti sono
3,8,3,2,4
risposta corretta B
18. Indicare i coefficienti, posti in ordine casuale, che bilanciano la seguente reazione:
CrCl3 + (NH4)2S + H2O →NH4Cl + H2S + Cr(OH)3
A) 1, 1, 2, 2, 3, 3
B) 1, 2, 3, 3, 6, 6
C) 2, 2, 3, 3, 6, 6
D) 1, 2, 3, 4, 6, 6
soluzione
A differenza del caso precedente quì non abbiamo una reazione redox in quanto i numeri di ossidazione non vengono modificati e la reazione è una reazione di scambio.Per cui la reazione bilanciata è:
2CrCl3 + 3(NH4)2S + 6 H2O → 6 NH4Cl + 3H2S + 2Cr(OH)3
i coefficienti sono   2,3,6,6,3,2
risposta corretta C
19. Calcolare la quantità di H2O necessaria per consumare 0,460 g di As2O5 secondo la reazione (da bilanciare):
As2O5 (s) + H2O (l) → H3AsO4 (aq)
A) 0,0360 g
B) 0,108 g
C) 0,144 g
D) 0,460 g
soluzione
la reazione bilanciata è:
As2O5 (s) + 3H2O (l) → 2H3AsO4 (aq)
si evince che per ogni mole di As2O5 (229,8 g) si consumano 3 x 18 g di H2O quindi da 0,460 g se ne  consumeranno X
X= 54 x 0,460 / 229,8 = 0,108 g 
risposta corretta B
20. Indicare, secondo la teoria VSEPR, la geometria molecolare di SbCl5
A) tetraedrica
B) piramidale quadrata
C) bipiramidale trigonale
D) ottaedrica
soluzione

La teoria VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion, cioè repulsione delle coppie elettroniche nel guscio di valenza) è un metodo che serve per individuare in una molecola la disposizione geometrica degli atomi  e si basa sul fatto che i doppietti elettronici di legame ed i doppietti solitari (lone pair) tendono a disporsi il più lontano possibile fra loro secondo la legge di Coulomb .  Le forze di repulsione tra due coppie solitarie  sono più forti rispetto alle forze di repulsione tra una coppia solitaria  ed una  coppia di legame,  a loro volta più forti delle forze di repulsione tra due coppie elettroniche di legame. Gli elettroni tendono a respingersi posizionandosi il più lontano possibile tra loro. Per conoscere la geometria molecolare con la teoria VESPR si usa il metodo AXE .  Con la lettera A si indica l’atomo centrale e ha sempre come valore sottinteso 1. La X rappresenta il numero di legami sigma tra l’atomo centrale A e gli atomi ad esso legati X.  I legami covalenti multipli (doppi, tripli, etc) contano come un X. Infine la E rappresenta il numero di coppie solitarie di elettroni (lone pair) presenti sull’atomo centrale A. La somma di X ed E, viene chiamata definita numero sterico.

AX2E0-2D.png
lineare
AX3E0-side-2D.png       AX2E1-2D.pngAX4E0-2D.pngAX3E1-2D.png    AX2E2-2D.png
Trigonale planare                angolare              tetraedrica           piramide trigonale         angolare
AX5E0-2D.pngAX4E1-2D.png AX3E2-2D.png    AX2E3-2D.png
bipiramide trigonale     altalena                   forma T                       lineare
AX6E0-2D.png   AX5E1-2D.png      AX4E2-2D.png    AX7E0-2D.png        AX6E1-2D.png                AX5E2-2D.png
       ottaedrica            piramide quadrata       planare quadrata   bipiramide pentagonale piramide a base pentagonale pentagonale
Nella molecola di SbCl5 l’antimonio ha 5 elettroni di valenza ed i cinque atomi di cloro hanno 7 elettroni (in totale vi sono 35+5=40 elettroni) . Non vi sono coppie solitarie E sull’antimonio quindi secondo il metodo AXE SbCl5 deve avere una struttura a forma di bipiramide trigonale.
risposta corretta C
21. Un camino industriale emette fumi nei quali la concentrazione di NO (g) è pari a 25 μg m3, misurata a 298,15 K e 1,01 ·105 Pa, con una portata di 120 m3h‒1 (misurata nelle stesse condizioni). Calcolare i milligrammi di NO emessi in 24 ore.
A) 72 mg
B) 45 mg
C) 98 mg
D) 24 mg
soluzione
120 m3 x 24  corrispondono a 2880 m3 al giorno. Pertanto ogni giorno vengono emessi 25 x 2880 μg cioè 72000  μg .
Essendo 1  μg  pari a 10-6 g oppure 0,001 mg (10-3 mg) si hanno 72000 x 0,001 =72 mg
risposta corretta A
22. Calcolare la % (m/m) di NaOH in una sua soluzione acquosa 4 M la cui densità è 1,15 g/mL.
A) 10,4%
B) 22,7%
C) 18,1%
D) 13,9%
soluzione
4 M significa che vi sono 4 moli (4 x 40 g ) in 1000 ml cioè 160 g in 1000 ml  e siccome la densità è 1,15 g/ml la soluzione pesa 1150g . Pertanto  la % (m/m) cioè massa sostanza / massa soluzione è:
 1150 :160 =100 :X        X= 16000/1150 = 13,91% 
risposta corretta D
23. La nitroglicerina si decompone secondo la reazione (da bilanciare):
C3H5(NO3)3 (l) → CO2 (g) + H2O (g) + N2 (g) + O2 (g)
Quante moli di N2 (g) si ottengono decomponendo 2 mol di nitroglicerina?
A) 2 mol
B) 3 mol
C) 4 mol
D) 6 mol
soluzione
la reazione bilanciata è :
4C3H5(NO3)3 (l) → 12 CO2 (g) + 10 H2O (g) + 6 N2 (g) + O2 (g)
poichè da 4 moli di nitroglicerina si ottengono 6 moli di N2 da 2 moli se ne ottengono 3
risposta corretta B
24. Quale volume di acqua occorre aggiungere a 150 mL di una soluzione di NaCl 0,10 M affinché la concentrazione finale del sale sia 0,030 M (considerare i volumi additivi).
A) 185 mL
B) 350 mL
C) 224 mL
D) 188 mL
soluzione
applicando il sistema a croce si ha
0,1              0,03
       0,03
0                0,07
——————–
                    0,1
quindi ogni 0,03 ml di NaOH occorrono 0,07 ml di H2O quindi per 150 ml ne occorrono X
X= 150 x0,07 /0,03=350 ml
risposta corretta B
25. L’etilometro misura la concentrazione di alcol etilico presente nell’aria espirata. Si utilizza la reazione (da bilanciare):
Cr2O72‒(aq) + CH3CH2OH (g) + H+(aq)→ Cr3+ (aq) + CH3COOH (aq) + H2O (l)
Calcolare quante moli di alcol reagiscono con 1 mol di dicromato di potassio.
A) 2,5 mol
B) 1,5 mol
C) 3,0 mol
D) 2,0 mol
soluzione
si tratta di una reazione di ossidoriduzione in cui l’ossidante è il bicromato Cr2O7-2  e la sostanza ossidata è l’alcol etilico che forma acido acetico CH3COOH il tutto in ambiente acido (H+)
Il numero di ossidazione del Carbonio (da non confondere con la valenza che è sempre 4 cioè ha 4 legami) si calcola ricordando che si attribuisce  +1 per ogni doppietto legato ad un atomo più elettronegativo e -1 se legato ad un atomo meno elettronegativo e zero se legato ad un atomo uguale.Quindi il C di CH2OH è legato con 2 elettroni all’OH quindi +1 (O è più elettronegativo di C), con 2 atomi di H (meno elettronegativo) quindi -2 e con un altro atomo di C (quindi 0). Il C di CH2OH ha
n.ossidazione  + 1 -2 +0 = -1 .
Nell’acido i C di COOH è legato con due legami(doppio legame) ad un ossigeno quindi +2 e con un legame ad OH quindi +1 ed un atomo di C qiondi 0. Pertanto il C dell’acido ha un n. ossidazione +3.
Si ha pertanto un’ossidazione da -1 a +3 con perdita di 4 elettroni
La reazione è pertanto:
4[Cr2O7-2      + 14 H+   + 6e      →  2 Cr+3    + 7H2O      (sono scambiati 3 elettroni per atomo quindi 2 x 3 =6 elettroni)
6[CH3CH2OH     + H2O            → CH3COOH  +2 H+ + 4 e
_______________________________________
e dividendo per 2 si ha
2Cr2O7-2  + 28 H+  + 3 CH3CH2OH + 3H2O → 4Cr+3  + 3CH3COOH  + 6H+ +14H2O
semplificando si ha
2Cr2O7-2  + 22 H+  + 3 CH3CH2OH → 4Cr+3  + 3CH3COOH  + 11 H2O
si deduce quindi che 1 mole di bicromato reagisce con 1,5 moli di alcool
risposta corretta B
26. Nell’oceano sono presenti le seguenti concentrazioni di ioni:
[Ca2+] = 10‒2,0 M,   [F‒] = 3,4·10‒5,0 M, [SO4‒2] = 10‒1,5 M
Quali solidi possono essere presenti come precipitati nei sedimenti dell’oceano?
A) CaF2 (s)
B) CaSO4 (s)
C) nessun solido
D) CaF2 (s) e CaSO4 (s)
soluzione
 vi può essere un solido solo se il prodotto delle concentrazioni degli ioni che lo formano supera il prodotto di solubilità cioè il valore del KPS
per CaSO4 . H2O  il KPS= 1,3 x 10-8
per CaF2  KPS =3,9 x 10-11
nel caso in esame   [Ca+2] x [SO4-2]= 10-2 x 10-1,5 = 10-3,5 
[Ca+2] x [F-]2 = 1o-2 x (3,4 x10-5)2 = 10-2 x 11,56 x 10-25 = 11,56 x 10-27
da quanto sopra si evince che si può formare  solo CASO4 e se ne forma tanto finchè la concentrazione non raggiunge il valore del KPS cioè fino a che da 10-3,5 non raggiunge il valore di 10-8
risposta corretta B
27. Calcolare le moli di MnO2 (s) che si ottengono mettendo a reagire 2 mol di KMnO4 (aq) con una quantità di Mn2+(aq) in eccesso, secondo la reazione (da bilanciare):
MnO4(aq) + Mn2+(aq) + H2O (l) → MnO2 (s) + H+ (aq)
A) 6 mol
B) 8 mol
C) 4 mol
D) 5 mol
soluzione
la reazione bilanciata è:
MnO4(aq) + Mn2+(aq) + H2O (l) → MnO2 (s) + H+ (aq)
3[Mn+2  +2H2O                → MnO2  + 4H+ + 2 e
2]MnO4-  + 4H+  + 3e  →MnO2 + 2H2O
_____________________________________
3Mn+2 + 2MnO4- + 6H2O + 8H+ → 3 MnO2 +2MnO2 +12H+ + 4H2O
pertanto emplificando H2O ed H+ si ha:
3Mn+2 + 2MnO4- + 2H2O  → 3 MnO2 +2MnO2 +4 H+ +
siccome la reazione avviene con Mn+2 in eccesso significa che tutto MnO4- reagirà per cui da 2 moli di MnO4- si ottengono 5 moli di MnO2.
la risposta corretta è D
28. La densità di un gas Y2 è 1,64 g/L. Nelle stesse condizioni di temperatura e di pressione, la densità di
O2(g) è 1,45 g/L. Calcolare il peso molecolare del gas Y2.
A) 58,4 u
B) 65,1 u
C) 36,2 u
D) 24,9 u
soluzione
Nelle stesse condizioni di temperatura e pressione il rapporto tra le densità è in rapporto ai pesi molecolari pertanto :
d1/d2=PM1/PM2      pertanto PM1 = 1,64/1,45   x 32 = 36,2 u
risposta corretta C
29. Calcolare le moli di SO2 (g) che si ottengono quando si mettono a reagire 0,5 mol di S2Cl2 (g) con
un eccesso di vapor d’acqua, secondo la reazione (da bilanciare):
S2Cl2 (g) + H2O (g) →SO2 (g) + HCl (g) + S (s)
A) 1,24 mol
B) 0,37 mol
C) 0,25 mol
D) 0,78 mol
soluzione
la reazione è detta di dismutazione in quanto uno stesso atomo si ossida (S+1  → S+4) e si riduce (S+1 → S°)
1[S+1  + 2H2O → SO2 + 3e +4 H+
3[S+1                 →  S° + 1 e
__________________________
4S+1  +2H2O → SO2 + 3S +4 e
la reazione bilanciata è pertanto
2S2Cl2 (g) + 2H2O (g) →SO2 (g) + 4HCl (g) + 3S (s)
da questa reazione si evince che 2 molecole di S2Cl2 danno origine ad 1 molecola di SO2 quindi 0,5 mol danno origine a 0,25 mol
2: 1 = 0,5:X   X= 0,5/2=0,25
risposta corretta C
30. In quale dei seguenti sistemi, il solido CaSO4 ∙2 H2O (s) mostra la solubilità più alta?
A) acqua
B) soluzione 0,05 M di Na2SO4
C) soluzione 0,05 M di CaCl2
D) soluzione 0,01 M di Na2SO4
soluzione
la solubilità in acqua di CaSO4 + 2 H2O viene calcolata dal valore del Kps = CaSO4 ∙ 2H2O = 2,4 x 10-5
in una soluzione acquosa di CaSO4 2H2O le specie in soluzione sono Ca+2 ed SO4-2   in una soluzione contenente SO4-2 quale Na2 SO4 siamo in presenza di uno ione a comune cioè SO4-2 proveniente da CaSO4 ed SO4-2 proveniente da Na2SO4
la solubilità di CaSO4 in acqua è calcolata da [Ca+2] [SO4-2] = 2,4 x 10-5
S x S = 2,4 x 10-5 
S= √2,4 x 10-5 = 4,9 x 10-3 moli /l
in una soluzione contenente 0,05 M SO4-2   la solubilità sarà diminuita in quanto la presenza dello ione comune sopprime, la ionizzazione in quanto è  data da S x S+0,05 = 2,4 x 10-5
essendo S molto più piccolo di 0,05 può essere trascurato rispetto a o,05 quindi    si può scrivere
 Sx 0,05 =Kps = 2,4  x 10-5  da cui S= 2,4 x 10-5 /0,05 = 4,8 x 10-4 mol/l
ovviamente la solubilità è inferiore in presenza di uno ione a comune rispetto alla solubilità in acqua 2,4 x 10-5 Mol/l
Analogo calcolo può esser fatto per la soluzione di Na2SO4 0,01 M e per  la soluzione di CaCl2  in quanto in  questo caso lo ione comune è Ca+2.
Si deduce che la maggior solubilità è quella che deriva dalla dissoluzione del  composto  in acqua.
risposta corretta A
31. A 1,00 L di soluzione contenente MgCl2 e FeCl3, entrambi in concentrazione 0,025 M, viene aggiunta
goccia a goccia una soluzione di NaOH 0,010 M. Calcolare la concentrazione di Fe3+ in soluzione quando inizia la precipitazione di Mg(OH)2 (s)
A) 7,5 ∙10‒20 M
B) 1,8 ∙10‒24 M
C) 4,3 ∙10‒16 M
D) 9,3 ∙10‒18 M
soluzione
KPS Mg(OH)2 = 1,5 10-11
KPS Fe(OH)3  =  6,3 10-38

quando Mg(OH)2 inizia a precipitare la

[OH-]=

1,5 x 1011/[Mg+2]

[OH-]= √6 x 10-10  =  2,44 x 10-5

quindi    [Fe+3]= 6,3 x 10-38 / (2,44 x 10-5)3    
[Fe+3]= 6,3 x 10-38 /14,5  x 10-15 = 0,43  x 10-23 =4,3 x 10-24 M
32. In un recipiente del volume di 2,00 L sono inserite 3 mol di NH3 (g). A 723 K si stabilisce l’equilibrio (da bilanciare):
NH3 (g) → N2 (g) + H2 (g)
La pressione nel recipiente, ad equilibrio raggiunto, diventa 1,41 ∙107 Pa. Calcolare la costante Kc (espressa in molarità) alla temperatura di 723 K.
A) 6,5
B) 8,9
C) 1,4
D) 3,2
soluzione
 la reazione bilanciata è :
2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g)                         Kc = [N2] [H2]3 / [NH3]2
le moli di NH3 iniziali sono 3 quindi si ha
2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g)     
3                        0                  0               moli iniziali
3(1-x )             3  x/2          3 . 3 x /2  all’equilibrio
dai dati del quesito possiamo calcolare il numero totale di moli all’equilibrio essendo n= PV/RT   quindi 278,3 / 59,35 = 4,69 moli
 n= 4,69 moli  pertanto essendo le moli totali all’equilibrio   3(1-x ) +3 x/2  + 3.3x/2 = 3 – 3 x  + 3/2 x  +9/2 x =   3-3x + 1,5x + 4,5x = 3 -3x + 6x
3 +3x =numero totale di moli all’equilibrio = 4,69 moli
x= 4,69-3 /3  = 1,69/3= 0,563
essendo la concentrazione pari a moli /volume ed essendo il volume del recipiente di 2 litri si ha :
 Kc = [N2] [H2]3 / [NH3]2   =[ 3x 0,563/2 /2 ] [3x 3×0,563/2 /2 ]3  / [ 3- 0,563/2/2 ]2
Kc= 0,422 x 2,03 /0,61= 1,4
 risposta corretta C
33. A 1170 K e 1,01 ∙105 Pa, lo iodio gassoso I2 (g) è parzialmente dissociato secondo la reazione:
I2 (g) → 2 I(g)
Sapendo che all’equilibrio la pressione parziale di I (g) monoatomico è 0,21 ∙105 Pa, calcolare il grado di dissociazione di I2 (g) a 1170K.
A) 41%
B) 12%
C) 32%
D) 27%
soluzione
Il  grado di dissociazione, generalmente indicato con α, è il rapporto tra le moli dissociate nd e le moli inizialmente presenti ni 
α = nd / ni 
essendo        I2 (g) → 2 I(g)
                       1-x             2x
all’equilibrio la frazione molare di I = 2x /1+x    dove 1 + x sono le moli totali
le moli dissociate sono ottenute da Pp = fraz.molare x Ptotale cioè      0,21 x 105 =  (2x/1+x ) 1,01 x 105
0,21 x 105  (1+x)/1,01 x 105 =2x                         0,21 x 105  + 0,21 •10x /1,01 x 105  = 2x     0,208 + 0,208 x =2x
2x -0,208x  = 0,208   1,792 x =0,208      X= 0,116
pertanto da 1 mole di I2 si ottengono 0,116 moli  di I  quindi essendo α = nd / ni   allora α = 0,12 cioè 12% 
risposta corretta B
34. Determinare il prodotto di solubilità di un composto AgY (s) conoscendo le costanti di equilibrio delle due reazioni che seguono:
AgY(s) + 2 NH3 (aq) → Ag(NH3)2+(aq) + Y(aq)              K1=10‒0,8
Ag+(aq) + 2 NH3 (aq) → Ag(NH3)2+(aq)                                 K2=107,2
A) 10‒10,2
B) 10‒80
C) 10‒6,4
D) 10‒14,7
soluzione
se consideriamo le due costanti di equilibrio abbiamo :
[Ag(NH3)2+(aq]) ] [Y(aq) ] /  [NH3 (aq)]2= K1 =10-0,8                                               [Y(aq) ] = K1 [NH3 ]2  /[Ag(NH3)2+ ]
[Ag(NH3)2+(aq) ]    / [Ag+(aq)] [ NH3]2 (aq) =  K2 = 107,2                                      [Ag+(aq)] = [Ag(NH3)2+] /[ NH3]2 K2
KPS=[Ag+(aq)] x  [Y‒(aq) ] = K1 [NH3 ]2  /[Ag(NH3)2+ ] x [Ag(NH3)2+] /[ NH3]2 K2  =K1 /K2 = 10-0.8 /107,2 = 10-8 =KPs
35. Stabilire quale acido debole presenta la costante acida maggiore tra HT, HX, HY, HZ:
T(aq) + H3O+(aq) → HT (aq) + H2O (l)    K=105,4
HX (aq) + H2O (l) → H3O+(aq) + X‒(aq)   K=10‒7,4
HY (aq) + OH‒(aq) → Y‒(aq) + H2O (l)       K=105,0
Z(aq) + H2O (l) →HZ(aq) + OH‒ (aq)        K=10‒6,0
A) HX
B) HZ
C) HY
D) HT
soluzione
La costante di Z- è una costante basica per cui sapendo che Ka x Kb = Kw   si ha  Ka= 10-14  / 10-6 = 10-8
La costante di HY   è una costante basica per cui sapendo che Ka x Kb = Kw   si ha  Ka= 10-14  /105 = 10-19
la costante acida di HX =Ka= 10-7,4 
la costante acida di T- è l’inverso di K cioè Ka= 10-5,4
dai dati si evince che la costante più acida è quella di HT
36. La fissione dell’uranio avviene con neutroni di bassa energia, secondo la reazione (da bilanciare):
235                     236                94           139
92   U +  n →    92   U →      38  Sr +   54   Xe + n
Per ogni neutrone assorbito dall’ uranio, quanti neutroni si formano?
A) 3
B) 2
C) 4
D) 1
soluzione
L’uranio-235 ha numero di massa 235 ed essendo  il numero di massa la somma del numero di protoni e del numero di neutroni  l’235U, avendo numero atomico 92, ha 143 neutroni.
lo stronzio avendo n.a. 38 e numero di massa 84 possiede 84-38 =46 neutroni
lo Xeno Xe possiede 139 -54= 85  neutroni

Un paio di frammenti comuni dalla fissione dell”uranio 235  sono lo xeno e lo stronzio:

235                                           236                              94                          139

92    U   +n   →          92      U            38     Sr      +   54      Xe    +3n

pertanto per ogni neutrone si ottengono 3 neutroni.

risposta corretta A

37. In un contenitore rigido è inizialmente contenuta una miscela dei gas A e B. I gas reagiscono secondo la reazione:
a A + b B →c C + d D con c + d > a + b
Assumendo che i gas siano ideali, cosa si può fare per mantenere la pressione finale uguale a quella iniziale?
A) immettere un gas inerte nel contenitore
B) inserire un catalizzatore
C) diminuire la temperatura
D) nessuna delle risposte precedenti

soluzione

l’immissione di un gas, sia pure inerte, aumenterebbe la pressione del recipiente. Il catalizzatore, diminuendo l’energia di attivazione della reazione sposterebbe la reazione verso destra e la pressione finale sarebbe sempre maggiore di quella iniziale. Poichè la pressione è in relazione alla temperatura secondo l’equazione di stato dei gas ideali si ha nello stato iniziale P1 V =n1 RT  e nello stato finale P2 V=n2 RT. Pertanto, a parità di volume V e di Temperatura T se la pressione finale P2>P1 affinchè P2 sia uguale a P1 dobbiamo modificare l’unico parametro che è possibile modificare cioè la temperatura: infatti diminuendo opportunamente T allora P2 diverrà ad un certo punto uguale a P1.

risposta corretta C

38. A 4 mol d’acqua alla temperatura di 25 °C viene fornito calore per 5,10 kJ. Calcolare la temperatura del sistema quando avrà raggiunto l’equilibrio termico. Si trascuri il contributo delle dispersioni e della capacità termica del contenitore. La capacità
termica specifica dell’acqua è 4,184 J K‒1 g‒1
A) circa 345 K
B) circa 315 K
C) circa 335 K
D) circa 325 K

soluzione

La temperatura iniziale è T1= 25°C se aggiungiamo calore Q alla massa m= 4 x 18 =72 g  di acqua sappiamo che Q = m C ( T2-T1) pertanto esprimendo le calorie in Jaule (non in KJ) si ha:

5100 =72 x 4,184 (T2 -25)           5100 J =301,25  (T2 -25)        51 00 = 301,25 T2 – 7525       7525+ 5,1 / 301,25 =T2    T2= 41,9 °C

T2= 314,9 K 

risposta corretta B

39. Il cloruro di berillio ha una geometria (posizione media relativa degli atomi)
A) lineare
B) angolare, con angolo di legame pari a circa 120°
C) angolare, con angolo di legame pari a circa 109°
D) angolare, con angolo di legame pari a circa 90°

soluzione

Secondo la teoria VESPR il cloruro di berillio di formula BeCl2 non ha coppie elettroniche libere per cui secondo il metodo AXE .  (con la lettera A si indica l’atomo centrale e ha sempre come valore sottinteso 1. La X rappresenta il numero di legami sigma tra l’atomo centrale A e gli atomi ad esso legati X.  I legami covalenti multipli (doppi, tripli, etc) contano come un X. Infine la E rappresenta il numero di coppie solitarie di elettroni (lone pair) presenti sull’atomo centrale A. La somma di X ed E, viene chiamata definita numero sterico.

da quanto detto la molecola Be Cl2 ha la seguente struttura

AX2E0-2D.png
lineare
Cl—Be—Cl
riposta corretta A

40. Quanti sono gli isomeri costituzionali che hanno formula molecolare C6H14?A) 3
B) 4
C) 5
D) 6

soluzione

Gli isomeri di struttura sono quei composti che possiedono lo stesso numero di atomi che però hanno disposizione diversa nello spazio.

Il composto C6H14 può avere 5 Isomeri strutturali e cioè:

 formula di struttura    3-methylpentane.png  formula di struttura                 2,2-Dimethylbutan.svg             2,3-diméthylbutane2D.png
–          esano                                                3-metil-pentano                2-metil-pentano(isoesano)     2-2-dimetil butano              2-3-dimetil butano
risposta corretta C

Qui continuano i quesiti 41-60 della classe A

41. Indicare la formula bruta dell’idrogenosolfito di magnesio.
A) Mg(HSO3)2
B) Mg2HSO3
C) MgHSO3
D) Mg(HSO4)2

soluzione

la desinenza ito è riferita ad un sale ossigenato che possiede l’atomo centrale legato all’ossigeno con il n. ossidazione immediatamente più basso del n.o massimo dell’atomo.

per esempio

nel nitrato NO3-   l’azoto legato all’ossigeno ha n.o =+5  (3 x 2 -1)  nel Nitrito NO2- ha n.o. = +3 (2×2 -1) (ricordiamo che il numero di legami di ogni atomo  di O è generalmente 2)

Nel solfato SO4-2 il n.o. dello zolfo è +6  (4×2-2)  nel solfito SO3-2 è +4 (3 x 2 -2) pertanto l’idrogenosolfito è HSO3-   per cui essendo Mg+2 la formula dell’idrogenosolfito di Magnesio deve essere

Mg(HSO3)2

risposta corretta  A

42. Indicare gli elementi in ordine crescente di raggio atomico:
A) Cs, K, Cl, F
B) F, K, Cl, Cs
C) F, Cl, Cs, K
D) F, Cl, K, Cs

soluzione

Il Raggio Atomico è la misura della distanza dal nucleo entro cui si trova racchiusa il 95% della densità elettronica.Il raggio atomico dipende soprattutto dalla Zeff ( carica efficace)  cioè la carica  di cui realmente risente un elettrone in un atomo con più elettroni. Si dice “efficace” a causa dell’effetto di schermo degli altri elettroni degli strati più internidell’elemento: all’aumentare di Zeff  il raggio atomico diminuisce.

Nella tavola periodica il raggio atomico diminuisce  lungo un periodo ed aumenta lungo un gruppo.

I i gas nobili  fanno eccezione: due atomi dello stesso gas nobile non possono infatti legarsi covalentemente tra loro, ma sono tenuti uniti dalle deboli di Van der Waals , per cui la distanza internucleare è maggiore, e conseguentemente, il raggio atomico. I lantanidi ed attinici subiscono, rispettivamente, la cosiddetta contrazione lantanoidea  ed attinoidea.   Ciò detto si evince che l’ordine crescente si ha con la sequenza F,Cl,K,Cs

risposta corretta D

43. Calcolare il numero di atomi di idrogeno presenti in 50,0 g di ammonio solfato.
A) 1,82 ·1023 atomi
B) 1,82 ·1024 atomi
C) 9,10 ·1023 atomi

D) 9,10 ·1024 atomi

soluzione

in una molecola di (NH4)2SO4  vi sono 8  atomi di idrogeno quindi in 50 g ve ne sono X

X= 50 x 8 / 132,14 = 3,02

se in 1 g vi sono 6,02 x 1023 atomi in 3,02 ve ne sono X

x= 18,2 x 1023  oppure X =1,82 x 1024

risposta corretta B

44. Indicare la formula bruta del fluoruro stannoso:
A) SnF
B) SnF2
C) SnF3
D) SnF4

soluzione

lo stagno ha n.o. + 2 e +4  quindi  la formula del cloruro stannoso è SnF2  mentre il fluoruro stannico è SnF4

risposta corretta B

45. Indicare l’affermazione ERRATA tra le seguenti:
A) il raggio atomico in un gruppo aumenta andando dall’alto verso il basso
B) il raggio atomico in un periodo diminuisce andando da sinistra verso destra
C) il raggio ionico dei cationi isoelettronici in un periodo diminuisce da sinistra a destra
D) il raggio ionico degli anioni isoelettronici in un periodo aumenta da sinistra a destra

soluzione

Isoelettronico significa che possiede un ugual numero di elettroni  quindi la Zeff fa in modo che il raggio ionico diminuisca lungo un periodo.Per quanto riguarda il raggio ionico abbiamo già visto che il Raggio Atomico è la misura della distanza dal nucleo entro cui si trova racchiusa il 95% della densità elettronica.Il raggio atomico dipende soprattutto dalla Zeff ( carica efficace)  cioè la carica  di cui realmente risente un elettrone in un atomo con più elettroni. Si dice “efficace” a causa dell’effetto di schermo degli altri elettroni degli strati più internidell’elemento: all’aumentare di Zeff  il raggio atomico diminuisce.

Nella tavola periodica il raggio atomico diminuisce  lungo un periodo ed aumenta lungo un gruppo.

I i gas nobili  fanno eccezione: due atomi dello stesso gas nobile non possono infatti legarsi covalentemente tra loro, ma sono tenuti uniti dalle deboli di Van der Waals , per cui la distanza internucleare è maggiore, e conseguentemente, il raggio atomico. I lantanidi ed attinici subiscono, rispettivamente, la cosiddetta contrazione lantanoidea  ed attinoidea.

Detto questo l’affermazione errata è D

46. Indicare la coppia nella quale entrambe le specie hanno la stessa configurazione elettronica:
A) Cl‒, N3‒
B) Cl‒, Na+
C) O2‒, Al3+
D) O2‒, Cl‒

soluzione

Cl→ [Ne] 3s2 3p6

Na+ →[Ne]

O2- → [He] 2s22p6   

N3-  → [He] 2s

Al+3 [He] 2s2 2p

la coppia isoelettronica è O2- , Al+3

risposta corretta C

47. Indicare l’affermazione ERRATA tra le seguenti:
A) lo stato di ossidazione dello iodio nell’acido periodico è maggiore di quello che ha nell’acido ipoiodoso.
B) lo stato di ossidazione del boro nell’acido borico è maggiore di quello del fosforo nell’acido fosforoso.
C) lo stato di ossidazione dello zolfo nell’acido solforoso è uguale a quello del carbonio nell’acidocarbonico.
D) lo stato di ossidazione dello zolfo nel solfuro di calcio è uguale a quello dell’ossigeno nell’ossido di litio.

soluzione

HIO4   n.o.I = +7              HIO n.0. = +1

H3BO3 n.o. B= +3           H3PO3 n.o.P = +3

H2SO3 n.o. S= +4            H2CO3   C n.o.= +4

CaS n.o. S =-2                     Li2O    n.o O = -2

da ciò si evince che l’affermazione errata è B

48. Indicare l’affermazione ERRATA tra le seguenti:
A) gli idruri ionici sono composti binari formati da idrogeno e non metalli.
B) generalmente i composti ionici hanno un punto di fusione più alto di quello dei composti covalenti.
C) generalmente i composti covalenti sono più solubili di quelli ionici in solventi apolari.
D) generalmente i composti ionici sono più solubili di quelli covalenti in acqua.

soluzione

La particella ionica nota come idruro è l’anione dell’idrogeno, H−. Il termine viene anche utilizzato  per descrivere alcuni composti dell’idrogeno con  elementi metallici ciò significa che l’affermazione errata è A

49. Indicare la formula bruta dell’acido ipofosforoso.
A) H3PO2
B) H3PO3
C) H3PO4
D) H4P2O7

soluzione

la formula dell’acido ipofosforoso è  H3PO2

Infatti il suffisso ICO si riferisce al composto in cui l’atomo centrale ha n.ossidazione più alto

Il suffisso OSO si riferisce al valore del n. ossidazione più basso rispetto al massimo

IPO deriva dal greco e significa sotto, quindi il suffisso IPO–OSO si riferisce al valore ancora più basso di quello OSO.

risposta esatta A

50. Quale specie non presenta legami covalenti.
A) BCl3
B) XeF2
C) SbCl5
D) SrO

soluzione

BCl3 è un composto covalente ed a c.n è  gassoso .  BCl3 la molecola di  BClè planare. Gli angoli Cl–B–Cl sono di 120° il che indica orbitali ibridi SP2.

SbCl5 ha struttura ottaedrica e legami covalenti:

SbCl5-dimensions-by-ED-from-CRC-91-2D.png

Il difluoruro di xeno è un composto covalente con struttura lineare

Xenon-difluoride-2D.png

 SrO,ossido di stronzio, è un composto ionico e cristallizza formando una struttura dove cationi e anioni hanno coordinazione ottaedrica:

Struttura cristallina di SrO

51. I fulmini promuovono la formazione di monossido di azoto nell’atmosfera. Un campione di
questo gas viene raccolto in un volume di 1,00 dm3 misurato a STP (T = 273,15 K, P = 101,3 kPa).
Quante moli e quanti grammi di monossido di azoto sono presenti nel campione?
A) 0,0446 mol; 59,94 g
B) 0,0223 mol; 1,34 g
C) 0,0446 mol; 2,05 g
D) nessuna delle precedenti

soluzione

il calcolo delle moli si può effettuare applicando l’equazione generale di stato dei gas PV= nRT

 pertanto   101,3 x 1 /273 x 8,314 = 0,446 moli = o,446 x 30=1,34  g 

nessuna delle risposte è corretta pur essendo corretto in due risposte il valore del numero di moli è errato il numero dei grammi.

risposta corretta D
52. Indicare l’affermazione ERRATA tra le seguenti:
A) i legami a idrogeno non si possono instaurare all’interno della stessa molecola
B) la presenza di legami a idrogeno può comportare un aumento dei punti di fusione
C) la presenza di legami a idrogeno può comportare un aumento dei punti di ebollizione
D) una molecola d’acqua può formare un massimo di quattro legami a idrogeno

soluzione

legame ad idrogeno o ponte ad idrogeno è un caso particolare di forza intermolecolare (tra le molecole)  e quindi esterno alla molecola. Ciò comporta che occorre più energia per spezzare questo ulteriore legame sia per la fusione chee per l’ebollizione .

Si deduce che l’affermazione errata è A

53. Indicare l’affermazione ERRATA tra le seguenti:
A) i legami presenti in CO2 sono più polari di quello presente in O2
B) il legame presente in HF è più polare di quello presente in HBr
C) il legame presente in BrF è più polare di quello presente in ClF
D) il legame presente in F2 è più polare di quello presente in Br2

soluzione

 la molecola CO2 è lineare   O–C–O ed i vettori che costituiscono il momento dipolare del legame CO  essendo diretti dal C all’ossigeno avendo cioè  direzioni opposte ma modulo uguale , si annullano . Pertanto il diossido di carbonio è un composto apolare ma il legame C-O è polare quindi l’affermazione A è corretta.

Nella molecola di ossigeno, non essendo presente differenza di elettronegetività non si ha polarità.

HF ed HBr sono ambedue polari, tuttavia essendo il fluoro più polare del Br è evidente che HF è più polare di HBr

Per quanto riguarda BrF e ClF i valori di elettronegatività di Br e Cl sono 2,96 e 3,16 rispettivamente ne consegue che BrF è più polare di ClF

L’affermazione errata è la D in quanto le molecole costituite da atomi uguali sono apolari non essendovi differenze di elettronegatività.

54. Il dottor McCoy analizza un nuovo elemento scoperto sul pianeta Vogon IV. Tramite uno smaterializzatore analizza 1,00 kg di campione che  scopre essere costituito da 1,4989 ·1024 atomi.
Qual è il peso atomico del nuovo elemento?
A) circa 40 u
B) circa 250 u
C) circa 402 u
D) nessuno dei precedenti

se PA contiene 6,02 x 1023 atomi = 1000 : 1,4989 x 1024 

PA =  6,02 x 1023  x 103 / 1,4989 x 1024 

PA= 401,6

risposta corretta C

55. Il dottor McCoy scopre che il nuovo elemento ha una configurazione elettronica del tipo ns2 (n-1)d6.A quale gruppo della tavola periodica appartiene tale elemento?
A) ai metalli di transizione, nel gruppo 6
B) ai metalli di transizione, nel gruppo 8
C) ai gas nobili, nel gruppo 18
D) nessuno dei precedenti

soluzione

Gli elementi di transizione vengono anche chiamati elementi del blocco d, sono tutti metalli  ed il loro nome è dovuto al fatto che nella tavola periodica occupano i gruppi intermedi che vanno da 3 a 12. Un’altra caratteristica di questi elementi è che  si ha un riempimento progressivo degli orbitali  di tipo d in ciascun periodo. In generale sappiamo che gli orbitali dei livelli più bassi vengono riempiti prima di quelli più esterni ciò dipende dal fatto che  negli elementi del blocco d gli orbitali s possiedono energia più bassa rispetto a quelli d, per cui gli orbitali  s vengono riempiti prima.

Un elemento con struttura ns2 (n-1)d6 (ad esempio 4s3d6) appartiene certamente al gruppo VIII  in quanto possiede i 5 orbitali d con 6 elettroni di cui 4 orbitali con elettroni spaiati ed uno con una coppia di elettroni.

risposta corretta B

56. Quante moli di NO (g) si ottengono dalla decomposizione di 6,0 mol di HNO2 , secondo la reazione (da bilanciare):
HNO2 (aq)→N2O4 (g) + NO (g) + H2O (aq)
A) 1,0 mol
B) 1,5 mol
C) 4,3 mol
D) 3,0 mol

soluzione

la reazione  è una reazione di dismutazione in quanto uno stesso elemento si ossida e si riduce contemporaneamente

1[2NO2-                         →  N2O4    + 2e                         ( l’azoto +3 si ossida ad azoto +4)

2[NO2-    +e      +2H+ →  NO  +H2O                                        (l’azoto si riduce da +3 a +2)

__________________________

4NO2-    +4H+    →  N2O4 + 2NO + 2H2O

pertanto se da 4 moli di HNO2 si ottengono  2 moli di NO da 6 moli se ne ottengono 3

Risposta corretta D

57. Un carbone fossile contiene il 2,2% (m/m) di zolfo. Determinare il volume di SO2 (g) misurato a 273,15 K e 1,01 ∙105 Pa che si forma dalla combustione di una tonnellata di carbone.
A) 22,7 m3
B) 10,5 m3
C) 15,4 m3
D) 34,8 m3

soluzione

sappiamo che in 100 g di carbone vi sono 2,2 g di S quindi

se da S si ottiene SO2 da 2,2g se ne ottengono X

32g: 64g = 2,2 :X

X= 64x 2,2 /32 = 4,4 g di SO2

essendo le condizioni normali cioè 101 Pa e °C allora sappiamo che il volume di una molecola di SO2 è 22,414 litri quindi

64 : 22,414 = 4,4 :X

X=1,54 litri da 100 g di Carbone

Da 1 tonnellata ( 106 g)  di carbone si ottengono 15,4 m3

quindi se da 102 g si ottengono 1,54 litri cioè 1,54 x 10-3 m3   da 1 tonnellata (106 g) se ne ottengono X

X= 1,54 x  10-3 m3  x 106 /102

X=1,54 x 101  = 15,4 m3

risposta corretta C

58. Calcolare la % m/m di CsCl in una sua soluzione 1,0 molale.

A) 32,7%

B) 28,4%

C) 19,3%
D) 14,4%

soluzione

1 molale significa che in 1000 g di solvente è contenuta 1 mole di sostanza  cioè 168,36 g quindi la massa totale è 1168,36g

pertanto

1168 :168,36 = 100 :X       X=14,4 

risposta corretta D
59. Qual è il volume di un recipiente che contiene 5 kg di idrogeno molecolare, se la pressione all’interno
del recipiente è 6,3 ·106Pa e la temperatura è 30 °C?
Supporre che il sistema gassoso sia ideale.
A) 50 dm3
B) 5 m3
C) 1 m3
D) 5 dm3

soluzione

dall’equazione di stato dei gas PV=nRT abbiamo:

V = 2500 x 8,314 x 303/ 6,3 ·10 =  6,3 x 109 /6,3 x 106 =1 m3

risposta corretta C

60. Un recipiente chiuso, con una parete scorrevole, immerso in un termostato a 39 °C, contiene 14 mol di
un gas ideale. Quale volume assume il recipiente se sulla parete è esercitata una pressione di 3,0 ·106Pa?
A) 1,2 m3
B) 4 m3
C) 4 dm3
D) 12 dm3

soluzione

dall’equazione di stato dei gas

V=nRT/P    = 14 x 8,314 x 312 / 3 x 106 =0,012 m3 = 12 litri = 12 dm3

risposta corretta D

Qui continuano i quesiti 41-60 della classe B

41. Un giorno, il dottor McCoy ritrova nel suo laboratorio un vecchio campione, dalla cui etichetta sbiadita riesce solo a capire che si tratta di un cloruro di un metallo alcalino. Decide quindi di sciogliere in acqua il campione e di precipitare il cloruro sotto forma di sale di argento. Da 0,500 g di campione incognito ottiene 0,961 g di AgCl. Di quale sale si tratta?
A) LiCl
B) NaCl
C) KCl
D) RbCl

soluzione

se in AgCl vi è Cl  in 0,961  ve ne sarà X

X= 35,5 x 0,961 / 143,3 = 0,238  g di Cl

se da o,5 si ottengono 0,238 g di Cl allora la % di Cl è      X= 23,8/0,5 = 47,6%

la % nei sali è:

42,39 :35,5  =100 😡       X= 83,7 %  di Cl in LiCl

58,44 :35,5 =100 :X   X= 60,7 %   di Cl in NaCl

74,55 :35,5 =100 :X   X= 47,62 % di Cl in KCl

120,92 :35,5 =100:X  X = 29,36 % di Cl in RbCl

dai dati sopra esposti si deduce che il composto era cloruro di potassio  KCl

risposta corretta C

42. Indicare quale geometria ha lo ione PCl4+ secondo la teoria VSEPR:
A) a sella
B) tetraedrica
C) planare quadrata
D) nessuna delle precedenti

soluzione

Secondo la teoria VESPR si utilizza il metodo AXE dove con la lettera A si indica l’atomo centrale che ha sempre come valore sottinteso 1. La X rappresenta il numero di legami sigma tra l’atomo centrale A e gli atomi ad esso legati X.  I legami covalenti multipli (doppi, tripli, etc) contano come un X. Infine la E rappresenta il numero di coppie solitarie di elettroni (lone pair) presenti sull’atomo centrale A. La somma di X ed E, viene chiamata definita numero sterico.

AX2E0-2D.png
lineare
AX3E0-side-2D.png       AX2E1-2D.pngAX4E0-2D.pngAX3E1-2D.png    AX2E2-2D.png
Trigonale planare                angolare              tetraedrica           piramide trigonale         angolare

Secondo la teoria VESPR ed il metodo AXE  quindi la molecola PCl4+  è tetraedrica

risposta corretta B

43. Indicare il gruppo di coefficienti, riportati in ordine casuale, che bilancia la seguente reazione di ossidoriduzione:
KMnO4 + K2S + H2O →MnS + S + KOH
A) 1, 1, 2, 2, 5, 5
B) 1, 2, 5, 7, 7, 8
C) 2, 2, 5, 7, 8, 8
D) 2, 2, 5, 7, 8, 16

soluzione

la reazione è la seguente:

2[MnO4-   + 4H2O + 5e                          → Mn+2 + 8OH-

5[S-2                                                           →  S  +2 e

______________________________________

2MnO4-+ 5S-2 +8H2O  →  2Mn+2 + 16OH- + 5S

pertanto

2KMnO4 + 7K2S + 8H2O →2MnS +5 S +16 KOH

la risposta corretta è D

44. Calcolare la quantità di HCl necessaria a consumare 0,270 g di acido ossalico (COOH)2, secondo la reazione (da bilanciare):
(COOH)2 (aq) + K2Cr2O7 (aq) + HCl (aq) → CO2 (g) + CrCl3 (aq) + KCl (aq) + H2O (l)
A) 0,292 g
B) 0,109 g
C) 0,328 g
D) 0,766 g

soluzione

la reazione è un’ossidoriduzione

il n.o. del Carbonio in COOH COOH  è +3 per ogni C quindi -6 in totale ed il C si ossida a n.o + 4 in CO2 quindi

6 [ (COOH)2                          → 2 CO2 + 2 H+ +2e

2 [ Cr2O7-2 + 6 e + 14 H+  → 2Cr+3  +7H2O

_____________________________________

6(COOH)2 + 2Cr2O7-2 + 28 H+ → 12 CO2 +4 Cr+3 + 12H+ + 14 H2O e dividendo tutto per 2  e semplificando

3(COOH)2 + Cr2O7-2 + 8 H+ → 6 CO2 + 2 Cr+3  + 7 H2O

quindi se per 3 moli di (COOH)2 occorrono 8HCl allora allora per 0,270 g ce ne vorranno X

3x 90 :8x  36,5 = 0,270 :X

X= 0,292 g

risposta corretta A

45. Indicare, tra le seguenti molecole, quella NON planare, secondo la teoria VSEPR:
A) AlCl3
B) XeF4
C) H2O
D) nessuna delle precedenti

soluzione

In AlCl3 L’alluminio presenta un orbitale vuoto in cui è possibile ospitare un doppietto elettronico proveniente da un donatore di elettroni.quindi secondo il metodo AXE ci indica la seguente struttura:

AX3E1-2D.png

 

XeF4 secondo il metodo AXE ha struttura planare quadrata  dato che lo xeno possiede due coppie di elettroni non condivise che si situano sopra e sotto il piano molecolare.

AX4E2-2D.png

la molecola di acqua presenta due doppietti solitari sull’ossigeno e la sua struttura, secondo il metodo AXE è

AX2E2-2D.png

si deduce quindi che secondo la teoria VESPR nessuna delle molecole è planare.

Risposta corretta D

46. Qual è la formula minima di un composto costituito dal 23,965% in peso di ossigeno e la restante parte da iodio?
A) I9O4
B) I2O5
C) IO
D) IO2

soluzione

i pesi molecolari sono:

 I9O4 = 1132,1+ 64= 1196    

 I2O5 253,8 + 80 = 333.8
 IO = 126,9 + 16 = 142,9
 IO2 = 126,9 + 32 = 158,9 

Pertanto le % di O sono rispettivamente

1196:64 =100 :X   X = 5,35%

338,8 :80 = 100: X    X = 23,9 %

142,9 :16 = 100 : X   X =  11,19  %

158,9 :32 = 100: X    X = 20,13  %

la risposta corretta è I2O5 quindi B

47. Calcolare il pH di una soluzione ottenuta aggiungendo 4,0 g di NaOH (s) a 1,0 L di soluzione di HF 0,1 M (trascurare le variazioni di volume).
A) 13,0
B) 9,8
C) 8,1
D) 7,5

soluzione

La concentrazione di NaOH è 4/40 = 0,1 M   ed essendo ambedue i composti a concentrazione uguale, tutto l’acido debole viene trasformato in sale NaF  e quindi il PH risultante è dovuto all’idrolisi del sale per cui:

F- +H2O →  HF + OH-     e se indichiamo con Cs la concentrazione del sale si ha .

idrolisi basica formula

[OH-] = √ ( 10-14 / 7,2 x 10-4  ) 0,1 = √0,138 x 10-10 x 0,1 = √1,38 x 10-12  = 1,17 x 10-6    POH = -log [OH-] = 6-log 1,17 = 6- 0,07 = 5,93

essendo PH+POH =14   PH= 14-5,93 = 8,1

risposta corretta C

48. Una compressa di Maalox (farmaco antiacido) contiene 200 mg di Mg(OH)2 (s) e 200mg di Al(OH)3 (s). Quante compresse occorrono per neutralizzare 72,0 mL di una soluzione di HCl 0,5 M?
A) 2
B) 3
C) 4
D) 1

soluzione

le millimoli di acido sono   moli HCl = 72 x 0,5 = 0,036

le moli di OH-  contenute in una compressa sono calcolate da  0,200 / 58,3 = 0,00343     e   0, 200 / 78 = 0,00256

in totale le moli di base in una compressa sono  0,006   per cui occorrono 6 pillole per neutralizzare l’acido.

Le risposte fornite nel quesito non sono corrette

49- Un alogenuro di bario, BaX2, contiene il 46,21% (m/m) di bario. Stabilire quale alogeno è X.
A) cloro
B) bromo
C) fluoro
D) iodio

soluzione

se il Ba è contenuto per il 46,2 % la % di X deve essere 100 – 46,2 =53,8 %

controlliamo adesso la % si X nei vari composti Ba Cl2   BaBr2   BaF2 BaI2

per BaCl2 la quantità % di Cl è:

208 : 71 = 100 :X    X= 34,1 % Cl

Per BaBr2 la quantità % di Br è:

297,14 : 160 =100 :X  X= 53,8 %

per BaF2 si ha

175,3 : 38 = 100 :X  X= 21,7 %

per BaI2 si ha :

391,1 : 127 x 2 = 100 :X  X= 64,9 %

come si vede il composto BaX2  è BaBr2 e l’alogeno è Br

risposta corretta B

50. Un gas Y occupa il volume di un litro alla temperatura di 273,15 K e alla pressione di 1,01 ∙105Pa. In queste condizioni il suo peso è 1,293g. A quale temperatura un litro dello stesso gas pesa 1,000 g, se la pressione è diventata 0,917 ·105Pa?
A) 365 K
B) 388 K
C) 321 K
D) 305K

soluzione

quì abbiamo un gas  a volume costante  a cui applichiamo l’equazione di stato dei gas nelle due condizioni di T e P:

P1V =n1 x RT1

P2V= n2 RT2

P1/P2 = n1/n2 (T1/T2)

1,01 / 0,917 = 1,293/1 (T1/T2)

1,101 = 1,293 x T1/T2

T2 = 1,293 x T1 /1,101  = 320,7 =321 K

risposta corretta C

51. Alla temperatura di 291,15 K e alla pressione di 1,01 ·105 Pa, la solubilità (espressa come frazione molare) dell’ammoniaca in metanolo è 0,35.  Calcolare la solubilità in % m/m.
A) 34%
B) 17%
C) 13%
D) 22%

soluzione

frazione molare di NH3 =moli  NH3 / moli H3 + moli metanolo

le moli  di NH3 si possono calcolare da  PV=nRT       perciò   1,01 x 105    x 1 = n x 8,314x 291,15

0.000417 x 105 = 41,7  moli di NH3   

note le moli di NH3 possiamo agevolmente calcolare le moli di metanolo ricordando che la fraz.molare è

moli  NH3 / moli H3 + moli metanolo = fraz.molare

Pertanto la quantità di metanolo è   41,7/41,7 +X =0,35

41,7 x 0,35 + 0,35 X = 41,7      14,6 + 0,35X = 41,7    0,35 X = 41,7 – 14,6     X= 27,2/0,35 = 77,71 moli di metanolo

per calcolare la % m/m 0cc0rre conoscere la massa cioè i grammi sia di NH3(PM=17) che di Metanolo CH3OH (PM= 32 )

i grammi di NH3 sono  NH3= 41,7 x 17 =708,9 g

i grammi di metanolo sono 32 x 77,71 = 2486,7

per calcolare la % m/m occorre calcolare la massa totale  che è  708,9 + 2486,7 =3195,6

pertanto la % m/m è data dalla proporzione

3195,6 :708,9 =100 😡   x=22,18 %

risposta corretta D

52. Determinare la percentuale (v/v) di H2 (g) e di Ar (g) in una miscela che presenta una densità di 1102
g/m3 misurata alla temperatura di 303,15 K e alla pressione di 1,01 ·105 Pa.
A) H2 (g): 33% Ar (g): 67%
B) H2 (g): 61% Ar (g): 39%
C) H2 (g): 14% Ar (g): 86%
D) H2 (g): 38% Ar (g): 62%

soluzione

1102 g/m3 = 1102 g /1000 litri   = 1,102 g/ litro

d = MAPA/RT + MBPB/RT

moltiplicando ambo i membri per RT/p e semplificando si ha:

RT d/p = MApA/p + MBpB/p

Per la legge di Dalton pA/p = xA e pB/p = xB dove xA e xB sono rispettivamente la frazione molare di A e la frazione molare di B   si ottiene:

RT d/p = MA xA + MB x che ci permette di ottenere la composizione della miscela conoscendo la densità.

Infatti:

0,0821 x 1,102 x 303,15 = Xa Ma +XbMb

303,15 x  1,102 x 8,314 / 1,01 x 105   =  2 XH + 39,9 XAr      ( ricordiamo che Xa+Xb =1 ) quindi

27,5= 2XH  + 39,9 (1- XH)

27,5 = 2XH +39,9 -39,9 XH

39,9XH -2XH = 39,9-27,5

37,9 Xh= 12,4

XH= 0,33

xAR = 0,67

%H =33 %

%Ar= 67%

risposta corretta A

53. Un ossido di uranio UXOY è costituito dal 89,9% di uranio. Determinare la formula minima del composto.

A) UO2
B) U3O5
C) U2O3
D) UO4

soluzione

se l’ Uranio è 89,9% allora la % di ossigeno è 100-89,9= 10,1%

Per calcolare la formula minima dividiamo le % per il peso atomico

89,9/ 238= 0,377

10,1 / 16 = 0,631

dividiamo per il numero più piccolo

Uranio =0,377/0,377 =1

Ossigeno 0,631/0,377= 2,65

moltipilichiamo per 2 per ottenere valori quasi interi

la formula minima è quindi U2O5

risposta corretta A

54. Un recipiente chiuso e termostatato a 375 K è occupato in parte da acqua liquida. Qual è la pressione nel recipiente misurabile con un manometro?
A) maggiore di quella atmosferica
B) minore di quella atmosferica
C) uguale a quella atmosferica
D) non è possibile rispondere alla domanda in mancanza di dati aggiuntivi
soluzione

Quando nel recipiente chiuso il vapore è a contatto col liquido, ad una determinata temperatura si stabilisce un equilibrio tra le molecole che evaporano e quelle che vengono trattenute sulla superficie del liquido. La pressione del vapore misurata in condizioni di equilibrio si chiama tensione di vapore. Sappiamo inoltre che a 100° C  la tensione del vapore acqueo è 1 atmosfera (infatti l’acqua bolle a 100°C) se la temperatura aumenta,  allora la tensione di vapore aumenta ricordando che a volume costante si ha :

P1/T1 =P2/T2

quindi    1 /273=  P2 / 375    pertanto P2 = (1/273 )x 375 = 1,37 atm  .

Risposta corretta A

55. Un sistema chiuso, in cui non avvengono reazioni chimiche, subisce una serie di processi
reversibili che lo riportano allo stato iniziale. Il sistema ha svolto lavoro di 500 kJ sull’ambiente
circostante. Quale delle seguenti affermazioni è vera?
A) dall’ ambiente circostante è entrato nel sistema un calore maggiore di 500 kJ
B) dall’ambiente circostante è entrato nel sistema un calore minore di 500 kJ
C) dall’ambiente circostante è entrato nel sistema un calore uguale a 500 kJ
D) nessuna delle precedenti

soluzione

sappiamo che per il primo principio della termodinamica    ΔΕ = Q-L

se il sistema compie lavoro in condizioni irreversibili ( ad esempio un cilindro con un pistone che per effetto del calore si muove verso l’alto da un volume V1 ad un volume V2  contro la pressione esterna P) allora

ΔΕ = Q- P ΔV = Q-P (V2 -V1  ) 

se invece il processo è reversibile (in cui ogni stato del sistema differisce da quello precedente di un infinitesimo per cui è possibile ripristinare lo stato iniziale) allora  P è la pressione di un gas ideale ottenibile da PV=RT   ( per 1 mole)  P= RT/V. Pertanto

L = – ∫ pdv =- ∫ RT/V dv  =-R T ln V2/V1

Poichè ΔΕ = Q- P ΔV se il lavoro L è 550 KJ   la quantità di calore deve essere maggiore del lavoro cioè di 500KJ in quanto ΔΕ non è nullo.

risposta corretta A

56. In un sistema chiuso, costituito da un solo componente, le transizioni di fase avvengono:
A) a temperatura e volume costanti
B) a temperatura costante e pressione variabile
C) a temperatura e pressione costanti
D) a volume e pressione costanti

soluzione

Un sistema chiuso  è un sistema che non scambia massa con l’ambiente esterno, mentre può effettuare con esso scambi di energia in tutte le sue forme (compreso il calore) o di lavoro.

La Fase di una sostanza è uno stato della materia stabile ed uniforme (che possiede proprietà intensive omogenee ed invariate nel tempo). Una fase può trasformarsi in un’altra per effetto della temperatura e della pressione e questo passaggio è detto Transizione di fase cioè  la conversione, ad una data temperatura e pressione, di una fase in un’altra. La Temperatura a cui avviene la trasformazione è detta Temperatura di transizione ed è la temperatura a cui, per una data pressione, le due fasi coesistono. Se consideriamo un sistema chiuso contenente ghiaccio e forniamo ad essa energia sotto forma di calore, l’acqua cambia stato fisico trasformandosi in liquido (fusione).Quando la fusione inizia, la temperatura rimane costante in quanto il calore serve a spezzare i legai tra molecole ed ovviamente la pressione rimane costante.

Risultati immagini per grafico calore temperatura acqua

si deduce che la risposta corretta è C

57. Una sostanza si decompone seguendo una cinetica del primo ordine, con un tempo di dimezzamento di 37 s. Quanto tempo è necessario per ridurre la concentrazione del reagente ad un quinto del suo valore iniziale?
A) circa 96 s
B) circa 66 s
C) circa 56 s
D) circa 86 s

soluzione

In un sistema omogeneo chiuso, in condizioni di reazione costanti (pressione, temperatura, ecc.) la velocità della reazione è sempre proporzionale alle potenze delle concentrazioni.
k= costante di velocità (o velocità specifica che numericamente è uguale alla velocità quando le conc. sono 1M)
v = k[A]a[B]b[C]c
n = a+b+c+…. ordine globale della reazione

Per reazioni del primo ordine (n=1) k è espressa in s-1.

Per un’ equazione del primo ordine:  – d[A]/dt = k[A]  ( il segno – si riferisce al fatto che la concentrazione diminuisce nel tempo)  per cui si può anche scrivere

d[A]/[A] = – k dt      ed integrando

A°Ad[A]/[A]  =k 0tdt

ln [A] – ln [A]o = – kt

ln [A]/[A]o  = – kt         ln [A] = -kt + ln [A]o      [A] = [A]o e-kt

in termini di logaritmi decimali

log [A] = k/2,303 x t + log [A]o

Ad un qualsiasi tempo t, la concentrazione di reagente non consumato, [A], e la concentrazione del prodotto,[X], sommate, danno la concentrazione iniziale del reagente, [A]o:
[A] + [X] = [A]o

esprimendo in funzione di X:           

[X] = [A]o – [A]
sostituendo a [A] il valore dell’equazione integrata si ha:
[X] = [A]o – ([A]o e-kt) [X] = [A]o(1 – e-kt)

Una grandezza utile per la caratterizzazione della velocità di reazione è il tempo di dimezzamento (half life time) che si indica con  τ che è il tempo necessario perché la concentrazione del reagente si dimezzi cioè quando

[A] = 1/2 [A]0

Per calcolare il tempo di dimezzamento

sostituiamo ad [A] il valore  1/2 [A]0

nell’equazione  ln [A]/ [A] = – kt    e si ha:

ln 1/2 = -kt          ln 1 – ln 2 = – kτ     ln 2 = – kτ

nel caso del quesito possiamo calcolare k in quanto conosciamo il tempo di emivita o di dimezzamento:

τ = ln 2/ k     da cui k= ln2/37  k= 0,0187

poiché ci viene chiesto di calcolare dopo quanto tempo   la concentrazione iniziale diminuisce sino a diventare 1/5 di quella iniziale  cioè  quando [A] = 1/5 [A]0

sapendo che    ln [A]/ [A] = – kt  ed essendo [A] = 1/5 [A]0   

ln 1/5 = -kt          ln 1 – ln 5 = – kτ         – ln 5 = – kτ     cioè

ln 5 = 0,0187 t      t= 1,61 /0,0187 t=  86,0 s 

risposta corretta D

58. In un reattore aperto avviene la combustione della grafite. Scegliere, tra le seguenti azioni, quella utile a spostare l’equilibrio verso la formazione dei prodotti.
A) alimentare anidride carbonica
B) diminuire la temperatura a pressione costante
C) aggiungere un catalizzatore
D) nessuna delle procedenti

soluzione

essendo la reazione di combustione   C + O2 → CO2  + calore

la risposta A non è corretta in quanto l’aumento di CO2 sposterebbe la reazione verso sinistra.

Se consideriamo adesso quale sia l’effetto della pressione sulle molecole. sappiamo che un aumento di pressione tende a far diminuire il cammino libero medio delle molecole che reagiscono più facilmente e rapidamente favorendo quindi la reazione di formazione dei prodotti. Nel caso specifico però la pressione è costante pertanto essa non può modificare la direzione della reazione né in un senso né in un altro.

Dalla reazione di combustione si osserva che si sviluppa calore

C + O2 → CO2  + Q

per cui una diminuzione di temperatura  toglie calore cioè diminuisce Q e ne determina lo spostamento della reazione verso i prodotti ( infatti  dobbiamo considerare il calore come se si trattasse di un altro composto).

Si deduce che la risposta corretta è B

59. La costante di equilibrio tra i conformeri equatoriale/assiale nel bromocicloesano è K1 = 2.2,
mentre nel clorocicloesano è K2 = 2.4, sebbene il bromo sia un atomo più grande del cloro. Si deduce, quindi, che il cloro ha una preferenza maggiore per la posizione equatoriale rispetto al bromo.  Scegliere la spiegazione più plausibile tra le seguenti:
A) la lunghezza del legame C-Br è maggiore di quella C-Cl, per cui, nella conformazione assiale, si
ha una diminuzione della tensione sterica 1,3 diassiale per il bromo.
B) il bromo stabilizza maggiormente il conformero assiale per un fenomeno di iperconiugazione
C) il conformero equatoriale del clorocicloesano ha una maggiore simmetria del corrispondente
bromoderivato
D) il bromo stabilizza maggiormente il conformero assiale per un fenomeno di polarizzabilità

soluzione

Per iperconiugazione si intende l’interazione degli elettroni di un legame (di solito C-H o C-C) con unorbitale p vuoto o parzialmente riempito che può essere non impegnato in legami o di antilegame oppure con un orbitale π riempito. Tale interazione origina un orbitale molecolare più esteso che aumenta la stabilità del sistema. Come si può notare non è questo il caso del quesito.

La simmetria dei due conformeri non giustifica la predilezione del cloro per i legami equatoriali  nè la polarizzabilità dei due atomi.

Solamente la lunghezza del legame tra Carbonio e Cloro più piccola di quella di quella tra Carbonio e Bromo favorisce per motivi sterici la predilezione della posizione equatoriale.

risposta corretta A

60. Predire quali sono gli stereoisomeri che si ottengono dalla reazione di addizione elettrofila di
bromo al trans-3-esene.
A) una miscela racemica degli enantiomeri treo del 3,4-dibromoesano
B) la forma meso del 3,4-dibromoesano
C) una coppia di diastereoisomeri
D) tutti i possibili stereoisomeri

soluzione

CH3|CH2CH=CHCH2|CH3

in questa molecola si hanno 2 centri chirali i quali danno origine a stereoisomeria ottica. La reazione con Bromo dà origine al composto

Ricordiamo che quando nella molecola esiste un piano di simmetria interno, come in questo caso,si ottiene un composto meso otticamente inattivo. Infatti ognuno dei due atomi di C asimmetrici dà origine ad attività ottica il primo di segno + ed il secondo di segno – ambedue però con lo stesso valore numerico per cui l’attività ottica è nulla.Un racemo invece è la miscela in rapporto 1:1 di due enantiomeri  uno di segno + ed uno di segno – di un composto chirale. Il conglomerato racemico invece è una miscela meccanica equimolare di cristalli ciascuno dei quali contiene solo uno dei due enantiomeri presenti in un racemato.

Come si evince, la risposta corretta è B

 

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