2017 GARA NAZIONALE DI CHIMICA

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GARA NAZIONALE DI CHIMICA

XVI EDIZIONE

5-6 Maggio 2017

CHIETI

PROVA SCRITTA MULTIDISCIPLINARE

Regolamento della Gara Nazionale di Chimica per gli Istituti Tecnici

La gara è costituita da:

una prova scritta multidisciplinare con 100 domande a risposta multipla inerenti i programmi delle materie di indirizzo del terzo e del quarto anno di corso, per un massimo di 75.00 punti;

una prova pratica, per un massimo di 25.00 punti.

Il punteggio massimo realizzabile è di 100.00 punti.

In caso di parità nella graduatoria finale, verrà nominato vincitore il concorrente più giovane (Circ.

n.967 del Febbraio 2007).

PROVA TEORICA 

1) Un campione di acqua minerale contiene:
1080.0 mg/L di HCO3,   330.0 mg/L di  Ca2+,   14.2 mg/L di Mg2+ . Calcolare la durezza temporanea e permanente in gradi francesi (°F).
A) 33.1 —4.5
B) 88,3—0
C) 88.3 – 4.5
D) 33.1—0

SOLUZIONE

si definisce durezza di un’acqua il contenuto di sali di calcio e di magnesio, distinguendoli dagli altri sali in quanto la loro presenza in quantità eccessiva determina notevoli inconvenienti. Infatti per riscaldamento le acque dure danno luogo a intorbidamenti, con conseguente formazione di incrostazioni, particolarmente dannose negli impianti sia domestici sia industriali. Una durezza troppo bassa invece esalta il potere solvente dell’acqua stessa, che può così portare in soluzione metalli pesanti. La durezza si può distinguere in temporanea, permanente e totale.

Durezza temporanea

Il termine durezza temporanea, legato alla presenza di idrogenocarbonati, è spiegato dall’instaurarsi dei seguenti equilibri chimici:

Ca(HCO3)2 (aq) <===> CaCO3 (s) + CO2 (g)+ H2O(aq)

A temperature maggiori di 80 °C tale equilibrio è spostato verso destra, per cui si considera come “temporaneo” il contributo degli idrogenocarbonati alla durezza totale, visto che a seguito dell’ebollizione questo contributo svanisce per la formazione di un solido formato da  carbonati di calcio e magnesio.

Si ottiene sperimentalmente sottraendo alla durezza totale la durezza permanente.

Durezza totale

È data dalla somma della durezza temporanea e di quella permanente.

Determinazione della durezza

Metodo complessometrico

La durezza viene misurata in modo preciso titolando il campione di acqua con una soluzione di acido etilendiamminotetracetico (EDTA) a concentrazione esattamente nota in presenza di neroeriocromoT (NET), un indicatore che forma un complesso di colore rosa con gli ioni di calcio e magnesio.

All’interno di un intervallo di valori di PH ben definito, l’EDTA forma con gli ioni calcio e magnesio un composto complesso molto stabile, più stabile di quello con il nero eriocromo T. Il pH viene portato al valore ottimale di 10 unità per aggiunta di un tampone a base di ammoniaca e si inizia ad aggiungere EDTA al campione. Quando tutti gli ioni di calcio e magnesio risultano complessati dall’EDTA, il nero eriocromo T vira da rosa a blu scuro. Titolando 100 ml di campione d’acqua utilizzando una soluzione 0,01 M di sale bisodico di EDTA è possibile ricavare direttamente la durezza in gradi °f, sapendo che ogni ml di titolante utilizzato corrisponde a 1 °f.

Lo schema delle reazioni è il seguente

Ca2+ + NET → [Ca-NET]2+ (rosa)
[Ca-NET]2+ + EDTA → [Ca-EDTA]2+ + NET (blu scuro)

lo ione magnesio (Mg2+) si comporta allo stesso modo.

Dopo ebollizione si verifica la trasformazione degli idrogenocarbonati

Ca(HCO3)2 → CaCO3(S) + CO2 + H2O

e titolando adesso si ricaverà la durezza permanente.

È possibile discriminare la durezza calcica dalla durezza magnesiaca precipitando il magnesio a pH > 12 e procedendo alla normale titolazione usando come indicatore la muresside .

Sottraendo dalla durezza totale la durezza calcica, si ottiene la durezza magnesiaca.

Questo metodo rappresenta una prova rapida, caratterizzata da modesta precisione rispetto al metodo complessometrico.È una prova che si basa sulla capacità degli ioni Ca2+ e Mg2+ di formare composti poco solubili con saponi alcalini (sali di sodio o di potassio di ACIDI GRASSI) tramite, ad esempio, la reazione

2 C17H33COONa (aq) + Ca2+ → (C17H33COO)2Ca (s) + 2 Na+

Se a un dato volume d’acqua si aggiunge, goccia a goccia, una soluzione di sapone alcalino a titolo noto, e sotto agitazione, quando tutti gli ioni Ca+2 e Mg+2 sono precipitati come saponi insolubili si ottiene la formazione di SCHIUMA Per questa determinazione si usa una bottiglia idrotimetrica opportunamente tarata e una BURETTA graduata direttamente in gradi francesi. La prova viene dapprima eseguita per determinare la durezza totale, quindi su un identico volume d’acqua portata a ebollizione, filtrata e riportata a volume con acqua distillata, per determinare la durezza permanente. La durezza temporanea si ottiene per differenza.

Nel caso del quesito in esame abbiamo i seguenti risultati:

1080.0 mg/L di HCO3,   330.0 mg/L di  Ca2+,   14.2 mg/L di Mg2+

DUREZZA TOTALE = DUREZZA DEL CALCIO  + DUREZZA DEL MAGNESIO 
La massa molare di CaCO3, Ca2 + e Mg2 + è rispettivamente di 100,1 g / mol, 40,1 g / mol 
e 24,3 g / mol.
il rapporto tra le masse molari e':
PMCaCO3 / Ca+2  = 100 / 40,1  = 2,5
PM CaCO3 / Mg+2 = 100 / 24,3 =4,1
la durezza  permanente è calcolata da  
D.P = 2,5 x [Ca+2] + 4,1 x [Mg+2] 
DP= 2,5 x 0,330 + 4,1 x 0,0142 = 0,825 + 0,0582 = 0,8832 g = 883,2 mg
Poichè 1 grado Francese corrisponde a 10 mg di CaCO3 la durezza dell'acqua in esame è
Durezza totale  = 88,3 °f   

durezza temporanea
2 HCO3 : CaCO3 =1,08 :X 
122 : 100 = 1,08 :X   X= 0,883 g 
durezza temporanea = 88,3 °f
durezza totale =88,3 °f 
Durezza permanente =0 °f

risposta corretta B
Calcolare la solubilità di Ca3(PO4)2 (Ks = 1 x 10-25) rispettivamente in sola acqua e in una soluzione contenente
 KCl tale che la forza ionica della soluzione sia 0.1 e che i coefficienti di attività siano: 
fCa+2 = 0,67 e  fPO4-3 = 0.40
A) 3.9x10-6 mol/L   7.8*10-6 mol/L
B) 7.8x10-6 mol/L'  3.9*10-6 mol/L
C) 3.9x10-6  mol/L   7.2*10 6 mo1/L
D) 3.9x10-6 mol/L   5.1*10 6 mol/L
soluzione
 Gli ioni derivanti dalla dissociazione di un soluto sono soggetti all'azione di forze di attrazione o repulsione  per cui 
la parte attiva (attività) delle particelle di soluto è minore della concentrazione analitica.

L’attività è pertanto l’effettiva concentrazione di un soluto in soluzione, cioè il numero  reale di particelle che possono partecipare a determinati fenomeni(reazioni ecc.). Se indichiamo con a l’attività di una particella la cui concentrazione analitica è C allora tra C ed a vi è la seguente relazione:

a = f ∙ C


sappiamo che Kps= [Ca+2]3 x [PO4-3]2  quindi   (3S)3x (2S)2   
4) Se in una soluzione satura di carbonato di calcio (sale poco solubile) è fatta
gorgogliare, a temperatura costante,anidride carbonica:
A) diminuisce la concentrazione dello ione calcio in soluzione;
B) diminuisce la massa del corpo di fondo;
C) aumenta la massa del corpo di fondo
D) diminuisce il prodotto di solubilità del carbonato di calcio

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