GIOCHI DELLA CHIMICA REGIONALI 2019 classi AB

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  1. Un nastrino di magnesio, dal peso di 48,6 g, viene sciolto in un eccesso di aci­do solforico. Il gas che si forma viene fatto reagire quantitativamente con un eccesso di ossigeno molecolare. Indica­re la risposta che elenca la sostanza for­matasi da quest’ultima reazione e la sua quantità espressa in grammi :
  1. SO3; 80, 1 g
  2. SO3; 160,2 g
  3. H2O; 18,0 g
  4. H2O; 36,0 g

soluzione

L’acido solforico scioglie il Magnesio formando il Solfato di Magnesio MgSO4 secondo la reazione:

Mg + H2SO4 –> MgSO4 + H2

Il gas H2 che si sviluppa viene fatto reagire con O2 in eccesso  e si forma H2O.

Per calcolare la quantità di H2O che si forma dobbiamo conoscere quanto H2 si è formato e ciò è possibile ricordando che nella reazione   Mg + H2SO4 –> MgSO4 + H2  vengono fatti reagire 48,6 g di Mg pertanto

se da un atomo di Mg che pesa 24,3 g si ottiene 1 molecola di idrogeno che pesa 2 g da 48,6 g di Mg se ne ottengono X molecole che pesano :

24,3: 2 = 48,6 :X     X= 4,0 g

infine siccome da 2 g di H2 si ottiene H2O che pesa 18 g(2g di H +16 g di O) da 4,0 g di H2 si otterranno

2:18= 4,0 :X X= 36,0 g

risposta corretta D

2-Indicare il numero di molecole di ossi­geno che reagiscono con 53,96 g di allu­minio per ottenere l’ossido di allumini­o

  1. 6,022 x 1023
  2. 9,033 x 1023
  3. 18,07 x 1023
  4. Nessuna delle precedenti opzioni è cor­retta

soluzione

la reazione di formazione dell’ossido di alluminio è     6 Al +3O2 –> 3 Al2O3

l’ossigeno è un ossidante ed infatti l’alluminio si ossida e l’ ossigeno si riduce quindi si tratta di una reazione di ossidoriduzione

3[O    +2e       –> O-2

2[Al°               –> Al+3 + 3 e


3 O + 2 Al       –> 2Al+3  + 3 O-2

quindi la reazione bilanciata è 3 O2 + 6 Al –> 3Al2O3

In una molecola si Al2O3 vi sono pertanto  2 atomi di Al  e 3 di ossigeno

1 atomo di Al pesa 26,98 g  e quindi in questa quantità (detta 1 grammoatomo) vi sono 6,02 x 1023 molecole pertanto 53,96 g di Al corrispondono a 2 atomi di Al.

osservando la formula dell’ossido di alluminio Al2O3    si vede che  2 Al reagiscono con 3 di O (cioè 1,5 molecole di O2) pertanto

le molecole di ossigeno che reagiscono con 53,6 di Al (2 di Al) sono 1,5 x 6,02 x 10 23  = 9,03 x 1023

Risposta corretta B

3-Indicare la risposta che elenca, in ordi­ne sparso, i coefficienti stechiometrici necessari a bilanciare la seguente rea­zione:

P4O6 + Al + HCl –> PH3 + AlCl3 + H2O

  1. 1, 2, 4, 8, 8, 8
  2. 2,2,6,6,8,8
  3. 2,4,4,6,6,24
  4. 1,4,6,8,8,24

soluzione

La reazione è una ossidoriduzione

3[P4 O6   + 24 e + 12H+  –> 4 P-3 + 6H2O

24[Al                                   –> Al+3  +3e

—————————————————–

3P4O6 + 24 Al + 36 H+    –> 12 P-3  +24 Al + 18H2O

da questa reazione si vede che si forma PH3 ed AlCl3 quindi la reazione bilanciata è

P4O6 + 8 Al +24 HCl –> 4PH3 + 8AlCl3 + 6H2O

risposta corretta D cioè 1,4,6,8,8,24

4-Il dottor McCoy sta analizzando  le energie di ionizzazione di una sostanza elementare. Queste sono riportate di seguito:

I° :  786,5 kJ/mol;      2°: 1577,1 kJ/mol;

3°: 3231,6 kJ/mol;     4°: 4355,5 kJ/mol;

5°: 16091 kJ/mol;       6°: 19805 kJ/mol;

7°: 23780 kJ/mol;      8°: 29287 kJ/mol.

Ne deduce quindi il gruppo di appartenenza. Indicare quale:

A) 2

B)  13

C)  14

D) 15

soluzione

L’energia di ionizzazione di un atomo o di una molecola è l’energia minima richiesta per allontanarne un elettrone e portarlo a distanza infinita, a 0 K e in condizioni di energia cinetica nulla. Quindi l’energia necessaria per far avvenire il seguente processo: X(g) → X+(g) + e I.

L’energia di ionizzazione viene talvolta chiamata EI1 o più spesso semplicemente I1; i pedici stanno ad indicare che si tratta dell’energia di prima ionizzazione.
In maniera analoga si definiscono le successive:

X+(g) → X2+(g) + e   I2     Energia di seconda ionizzazione
X2+(g) → X3+(g) + e   I3   Energia di terza ionizzazione
L’unità di misura con cui vengono espresse è quasi sempre eV, elettronvolt più raramente si usano in KJ/mol

l’andamento dei valori è il seguente

786,5 KJ/mol  è l’  EI1  del Silicio ed i dati del dr McCoy indicano che il gruppo è il 14 cioè il gruppo del Carbonio cui il silicio appartiene.

5-Uno studente sta pesando dello iodio,che appare sotto forma di cristalli viola. La bilancia segna un peso di 0,5080 g. A quante moli di iodio corrisponde tale massa?

  1. A) 2,00 mmol
  2. B) 4,00 mmol
  3. C) 2,00 mol
  4. D) 4,00 mol

soluzione

Una molecola di iodio è costituita da 2 atomi cioè I2, ogni molecola pesa 2x 126,9 g cioè 253,8 g .

pertanto se 1 mole pesa 253,8 g allora 0,5080 corrispondono ad X moli

1 : 253,8 = X : 0,5080     X= 2,00 x 10-3 moli

2,00 x 10-3 moli  corrispondono a 2,00 mmoli (millimoli).

risposta corretta A

6-Indicare la risposta che elenca, in ordine sparso, i coefficienti stechiometrici necessari a bilanciare la seguente rea­zione:

Ca3(PO4)2 + SiO2 + C <=> P4 + CaSiO3 + CO

  1. A) 1 2,2,6 ,6, 10
  2. B) 1, 2, 6, 6, 10, 10
  3. C) 2,6,6 , 10, 10, 10
  4. D) 2,2,6,6, 10, 10

soluzione

nella reazione non bilanciata

Ca3(PO4)2 + SiO2 + C  CaSiO3 + CO + P4

i numeri di ossidazione di ciascun partecipante alla reazione sono:

in PO4-3 P ha n.o.+ 5

in P4        P ha n.o. 0 (zero)

Ca+2 non varia n.o. nella reazione

Il Si ha n.o. +4 ma non varia nel corso della reazione infatti SiO2 forma SiO4-2

il C invece da n.o. zero alla fine della reazione cambi in n.o. +2

La reazione di ossidoriduzione quindi è :

20 10 [C + H2 CO + 2H+ + 2e

2  1[2 PO4-3  + 20 H+ + 20 e  P4 + 10 H2O

________________________________

10 C + 2 PO4-3 + 10 H2O + 20 H+   P4 + 10 CO + 20 H+ + 10H2O

semplificando

10 C + 2 PO4-3    P4 + 10 CO e ne consegue che la reazione si scrive:

2Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C   P4 + 10CO + 6 CaSiO3

la risposta corretta è B cioè 1,2,6,6,10,10

7) Indicare la risposta che elenca le mole­cole disposte in ordine crescente di angolo di legame:

A) BH3, CH4, NH3,H2O
B) CH4, NH3, BH3, H2O

C) H2O, NH3, CH4, BH3
D) CH4, BH3, NH3, H2O

soluzione

il metano possiede 4 orbitali ibridi SP3 i cui angoli sono 109°,28′

L’ ammoniaca NH3

modello molecolareformula di struttura

possiede 3 orbitali ibridi SP3 ma un doppietto elettronico non impegnato in legami e questo influisce sull’ angolo di legame N-H che infatti è 107°,8′ cioè leggermente più piccolo del legame SP3 del CH4.

Nel composto BH3 (Borano) il boro possiede tre elettroni spaiati che formano i legami con l’idrogeno .  Poichè si lega a tre atomi di idrogeno, al boro rimane un orbitale p vuoto. Questo rende la molecola molto reattiva: il borano, infatti dimerizza con facilità diventando diborano B2H6 la cui struttura è costituita da due atomi di idrogeno centrali che distribuiscono la coppia elettronica di legame tra entrambi gli atomi di boro così da formare un legame a tre centri come è evidenziato in figura:

in tal caso l’angolo BHH è di 120°  .

L’H2O ha struttura tetraedrica

tuttavia i due orbitali di non legame presenti sull’ossigeno si respingono tanto che l’angolo tra ossigeno ed idrogeno è di 104°,45′

In definitiva l’ordine crescente è H2O, 104,45 ° NH3  107,8° , CH4 109,28°, BH3 120°

risposta corretta C

8-L’Economia Atomica (Atom Economy; AE) è un metodo con cui dare una misu­ra di sostenibilità
di una reazione e fu introdotta con la nascita della Green  Chemistry. Essa è una misura di quanti atomi, contenuti nei reagenti, finiscano efficacemente nei prodotti. L’ AE si mi­sura mediante la formula:
AE= 100 x (massa molare del prodotto desiderato x coefficiente stechiometri­co)/ (somma delle masse molari dei re­agenti, ognuno moltiplicato per il suo coefficiente stechiometrico).
Più è alta questa percentuale e meno atomi andranno sprecati in prodotti indesiderati, generando così una minore quantità di sottoprodotti. Un chimico dovrebbe, quindi, progettare le sue reazioni in modo da massimizza­re questo valore ( oltre a rispettare gli altri li principi della
Green Chemistry). Date le seguenti reazioni quantitati­ve, indicare quella di produzione del
solfato di calcio (prodotto desiderato)  con efficienza atomica più alta.

A) H2SO3 +Ca(OH)2–> CaSO3 + 2H2O

B) Ag2SO3+ CaCl2–> 2AgCl + CaSO3

C) H2SO4+Ca(OH)2–> CaSO4 + 2H2O

D) Ag2SO4+ CaCl2–> 2AgCl + CaSO4

soluzione

Il solfato di calcio CaSO4 è il prodotto desiderato come detto la formula da applicare in questo caso è:

ΔE = 100 x 136,15 / 98 + 74,1   = 13615/ 172,1 = 79,11  per la reazione C

ΔE= 100 x 311,78 / 286,64 + 110,99 = 31178 / 397,63 = 78,4 per la reazione D

Da questi dati si nota che la reazione che utilizza più atomi per la formazione del prodotto è la reazione C

9-Indicare la sequenza di numeri quantici  che possono descrivere l’elettrone di un orbitale 3d.
A) n=4,    l=4,     m=+2,     s=+l/2
B) n=4,    l=3,     m=-2,      s=+1/2
C) n= 3,   l= 2,    m= +2,    s= +1
D) n=3,    l=2,     m=-2,      s=+1/2

soluzione

l’elettrone 3d è un elettrone con numero quantico principale n=3

in questo caso l può assumere valori compresi tra 0 ed n-1 quindi si possono avere 3 valori di l

l=0   l=1    l=2

per ogni valore di l vi possono essere tanti stati m quanti sono i valori compresi tra +l,0,-l

quindi per l=0 si può avere solo m=0  (stato S)

per l=1 si possono avere 3 valori di m  cioè +1,0,-1  (3 stati P)

per l=2 si possono avere 5 valori di m cioè +2,+1,0,-1,-2 (5 stati d)

per tutti questi stati il valore dello spin del singolo elettrone può essere s=± 1/2

da quanto detto si evince che l’elettrone che si trova in uno stato d deve avere

n=3  l=2 m=2, 1,0,-1,-2 ed s=± 1/2

la risposta corretta è D

(non può essere C perchè il valore di spin pari ad 1 si può avere solo per una coppia di elettroni non per un singolo elettrone. Infatti per 2 elettroni la molteplicità di spin può essere calcolata da 2S+1 )

10 ) Completare in modo corretto la se­guente espressione: L’emissione di una particella β¯ da parte di un nucleo di un atomo comporta :

A) … un aumento di una unità del numero atomico
B) … una diminuzione di una unità del numero atomico

C) … un aumento di una unità del numero di massa
D) … una diminuzione di quattro unità del numero atomico

soluzione

Le particelle beta (β), sono particelle espulse dal nucleo di un atomo in un processo noto come  Decadimento Beta. Esistono due forme di decadimento beta, β e β+, che emettono rispettivamente un elettrone o un positrone.

 

Nel decadimento β, un neutrone viene convertito in un protone ,un elettrone ed un antineutrino elettronico .

Nel decadimento β+ (nei  nuclei ricchi di protoni), un protone interagisce con un antineutrino elettronico per dare un neutrone e un positrone (il decadimento diretto del protone in positrone non è stato ancora osservato):

Poichè nel decadimento β−  si forma un protone, è evidente che aumenta di una unità la massa del nucleo  quindi del numero di massa

risposta corretta C

11) In un recipiente vengono posti 18 g di idrogeno e 56 g di azoto affinché reagi­scano per dare ammoniaca secondo la reazione da bilanciare:
H2+N2<=>NH3
Indicare quale delle seguenti afferma­zioni è corretta:
A) l’idrogeno è il reagente in eccesso.
B) l’azoto è il reagente in eccesso.
C) reagenti sono in quantità stechiome­triche esatte.
D) la resa teorica è di 74 g di ammoniaca.

saoluzione

dalla reazione si evince che ogni 2 grammi di idrogeno occorrono 28 grammi di azoto pertanto per 18 g di idrogeno occorrono 252 grammi di azoto. Da questi dati si evince che rispetto all’azoto la quantità in eccesso è quella dell’idrogeno.

risposta corretta A

12) Indicare, tra seguenti legami covalenti, quello più polare:
A) legame H-F
B) legame B-F
C) legame C-F
D) legame O-F

soluzione

la polarità è una proprietà delle molecole in cui  una parte della molecola presenta una parziale carica positiva su una parte di essa ed una carica parziale negativa sulla parte opposta . Le molecole che  presentano il fenomeno della polarità sono dette polari .

Il grado di polarità di un legame covalente dipende dalla capacità relativa degli atomi legati di attrarre gli elettroni cioè dalla loro elettronegatività. La differenza tra i due vettori che rappresentano l’elettronegatività   dei singoli atomi permette di stimare il grado di polarità di un legame. Perciò il grado di polarità varia all’aumentare della differenza di elettronegatività tra gli atomi coinvolti nel legame.

il fluoro ha elettronegatività 4.0 , l’H ha elettronegatività 2.1 , il B ha elettronegatività 2.0 ,il C ha elettronegatività 2,5

la differenza di elettronegatività è maggiore tra B ed F

si deduce che la risposta corretta è B
13) Individuare la risposta che indica la  massa di rutenio costituita da 1,204 x 1021 atomi dell’elemento.
A) 202,0 g
B) 202,0 mg
C) 101,0 g
D)101,0 mg

soluzione

sappiamo che in una quantità pari al peso atomico di un qualsiasi atomo vi sono 6,02 x 1023 atomi quindi poiché il peso atomico del rutenio è 101,07 U  è evidente che una quantità pari a 1,204 x 1021 atomi sarà contenuta in X g

101,07 : 6,02 x 1023 = X : 1,204 x 1021

X= 20,214 x 10-2  g = 0,20214 g = 202,14 mg

la risposta corretta è B

14) Indicare tra  i seguenti elementi quello che forma con cloro il legame covalente più polare:
A) Li
B) K
C) Ce
D) Nessuna delle precedenti opzioni è cor­retta

soluzione

Il grado di polarità di un legame covalente dipende dalla capacità relativa degli atomi legati di attrarre gli elettroni cioè dalla loro elettronegatività. La differenza tra i due vettori che rappresentano l’elettronegatività   dei singoli atomi permette di stimare il grado di polarità di un legame. Perciò il grado di polarità varia all’aumentare della differenza di elettronegatività tra gli atomi coinvolti nel legame.

In questo caso,tuttavia, nessuno degli atomi forma legami covalenti per cui la risposta corretta è D

15) Indicare la risposta che mostra il legame polarizzato in maniera corretta:
A) Hδ+ -Mgδ-
B) Iδ+-CIδ- 
C) Iδ- _ Clδ+
D)  Oδ- -Fδ+ 

soluzione

la polarità è una proprietà delle molecole in cui  una parte della molecola presenta una parziale carica positiva su una parte di essa ed una carica parziale negativa sulla parte opposta . Le molecole che  presentano il fenomeno della polarità sono dette polari .

Il grado di polarità di un legame covalente dipende dalla capacità relativa degli atomi legati di attrarre gli elettroni cioè dalla loro elettronegatività. La differenza tra i due vettori che rappresentano l’elettronegatività   dei singoli atomi permette di stimare il grado di polarità di un legame. Perciò il grado di polarità varia all’aumentare della differenza di elettronegatività tra gli atomi coinvolti nel legame. L’elettronegatività degli atomi in esame è:

H=2,1 F=4,0  I=2,5  Cl = 3,0  Mg=1,2 O= 3,5

da questi dati si osserva che la polarità corretta è Iδ+ Clδ-

risposta corretta B

16) Tra le seguenti molecole indicare quella in cui è presente almeno un legame doppio:
A) Cl2O
B) ONF
C) SbH3
D) SCl2

soluzione

Cl2O ha la seguente struttura:

La molecola SbH3 ha la struttura :

La molecola SCl2 ha la seguente struttura:

Come si vede, nessuna delle molecole sopra scritte possiede doppi legami.

La sola molecola che può presentare doppi legami è ONF infatti questa ha le seguente struttura:

tuttavia il doppietto elettronico dell’ossigeno si apre verso quest’ultimo provocando la seguente risonanza:

ne consegue che la risposta corretta è B

17) Sulla base dell’analisi delle forze inter­molecolari, identificare quale tra le se­guenti sostanze ha
il  punto di ebollizio­ne più elevato:
A) H2O
B) CH4
C) KCl
D) HCl

soluzione

l’acqua possiede tra le molecole solo forze attrattive  quali legame idrogeno e forze di London ed ha un p.e. 100°C a t.a..Il metano CH4 è un gas ed ha un p.e.negativo (-161,5°C), HCl  ha p.e. -86,05°C ed ha legami idrogeno.

Il sale KCl si trova allo stato solido e fonde a 773°C  e quindi necessita di una T.eb. abbastanza elevata infatti bolle a 1413°C

La risposta corretta è C

18) Secondo la teoria VSEPR la geometria della specie chimica CH3+ è:
A) piramidale trigonale
B) aT
C) trigonale planare

D ) nessuna delle precedenti risposte è corretta

soluzione

mentre CH4 ha struttura tetraedrica in cui il C usa orbitali ibridi SP3 , il C in CH3+ utilizza orbitali ibridi SP2 in cui i tre legami idrogeno giacciono sullo stesso piano :

 

secondo la teoria VESPR ed il Metodo AXE abbiamo una molecola senza doppietti elettronici liberi quindi AX3 per cui la risposta corretta è  “trigonale planare” cioè C

19) Indica la riposta che indica il numero di atomi di calcio che costituiscono un campione di carbonato di calcio dal peso di 200 mg.
A) 1,20   x 1021 atomi di calcio
B) 1,20 x 10 24 atomi di calcio
C) 6,02 x 10 20 atomi di calcio
D) 6,02 x 10 23 atomi di calcio

soluzione

per prima cosa dobbiamo calcolare quanti grammi di calcio vi sono in 200 mg di CaCO3.

se in CaCO3 vi è un atomo di Ca in 0,200 g (200mg) ve ne sono X

100 : 40 = 0,200 :X     X= 0,08 g

sappiamo che in una quantità in grammi pari al peso atomico (40 g) vi sono 6,02 x 1023 atomi, quindi, in 0,08 grammi ve ne sono X

40 : 6,02 x 1023 = 0,08 : X     X= 0,01204 x  1023  atomi di Calcio cioè 1,2  x 1021 atomi

risposta corretta A

20) Indicare la risposta che elenca,in ordine sparso, i coefficienti stechiometrici necessari  a bilanciare la seguente reazione:
Fe 2O 3 + CO <=> Fe + CO2

A) 1, 2, 2, 3
B) 1, 2, 3, 3
C) 2,2,2,3
D) 2,2,3,3

soluzione

in presenza di C il Ferro +3 viene ridotto a Fe mentre il carbonio C+2 viene ossidato a C+4.

2[2Fe+3                     –>2Fe +6e

6[C +2                            —> C+4 + 2e

______________________

4 Fe+3 + 6 C+2           ——> 4Fe + 6C+4

dividendo tutto per 2

2 Fe+3 + 3 C +2         ——> 2Fe  + 3 C+4

la reazione bilanciata è pertanto

Fe2O3 + 3 CO  –> 2 Fe + 3 CO2

i coefficienti sono 1,3,2,3 per cui la risposta corretta è B

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