ESAME DI MATURITÀ. Opzione specifica biologia e chimica. giugno 2012 PARTE DI CHIMICA
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- Ortensia Casagrande
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1 ESAME DI MATURITÀ Opzione specifica biologia e chimica giugno 2012 PARTE DI CHIMICA Cognome: Nome: Gruppo: Numero: Tempo a disposizione: Punteggio parte chimica: Sussidi ammessi: 120 minuti 115 punti disponibili. Nella parte di chimica si raggiunge il voto massimo con 100 punti. Un eventuale superamento dei 100 punti non verrà conteggiato. tavola periodica non annotata, raccolta formule (Formulari e Tavole, Tables numériques o Formeln und Tafeln) calcolatrice tascabile ad alimentazione autonoma, con visore che mostra una sola riga di caratteri alfanumerici Le risposte vanno scritte sui fogli dell esame nei riquadri appositi; se doveste aver bisogno di altro spazio, usate i fogli ufficiali. Ogni blocco o foglio singolo deve portare cognome, nome, gruppo e numero del candidato. Risposte a matita e/o su fogli senza il timbro non verranno considerate. Le risposte alle domande dovranno essere concise, chiare e il linguaggio il più rigoroso possibile. Risposte evasive, poco chiare verranno penalizzate! Risultati numerici, senza una traccia dei calcoli svolti, non verranno ritenuti validi. È richiesto ovunque il corretto uso delle unità di misura e della simbologia chimica. Al termine dell esame, il candidato raccoglie ed ordina i fogli che inserisce nella cartelletta. BUON LAVORO! 1
2 Elettrochimica [22 pti] Negli autoveicoli elettrici può essere utilizzata la batteria ZEBRA (Zero Emission Battery Research Activities) prodotta dalla MES-DEA SA di Stabio, anziché batterie agli ioni di litio. Lo schema di questa batteria è il seguente: L elettrodo del catodo è costituito da NiCl 2 ricoperto da NaAlCl 4. Questa miscela fonde a temperature oltre i 250 C. Il tutto è contenuto in un tubo di ceramica che alla temperatura di 300 C diventa permeabile agli ioni sodio. L anodo è costituito da sodio solido racchiuso in un contenitore metallico. a) Scriva le due semireazioni bilanciate che avvengono all anodo rispettivamente al catodo. Catodo Anodo b) Scriva la reazione spontanea di ossidoriduzione che avviene nella batteria ZEBRA c) La reazione spontanea avviene durante la scarica o la ricarica? Motivi. d) Calcoli la differenza di potenziale standard E della cella. 2
3 e) Sapendo che ad una temperatura di 300 C la batteria genera una differenza di potenziale pari a 2,58 V, calcola il rapporto Q (v. nota sotto). Nota: E = E RT lnq nf Polimeri [24 pti] Qui di seguito è riportata la struttura di un poliestere. La particolarità di questa resina è quella di essere particolarmente rigida. a) Si tratta di un copolimero o omopolimero? Perché? 3
4 b) Per quale motivo la resina ha una struttura particolarmente rigida? Cosa le conferisce la rigidità? Motivi brevemente. c) La formazione del polimero avviene per mezzo di una policondensazione o di una poliaddizione? Motivi brevemente. d) Identifichi e disegni la formula di struttura del/dei possibile/i monomero/i. e) Mostri (o ev. descriva a parole) un meccanismo di reazione plausibile fra due monomeri disegnati sopra che porti alla formazione del dimero. 4
5 Amminoacidi e ph [18 pti] Le forme ioniche dell acido glutammico sono le seguenti: HO O HO + NH 3 O O + pka 2,19 NH 3 pka 4,25 -O pka 9,67 HO -O O A B C D a) Calcoli il valore che corrisponde al ph del punto isoelettrico. Quale forma ionica sarà maggiormente presente in questo punto? O -O O + NH 3 -O O NH 2 -O O b) 100 ml di una soluzione contenente esattamente 0,01 moli di acido glutammico si trova a ph Calcoli la concentrazione delle specie presenti a questo valore di ph, motivando la sua risposta. c) Che ph avrà 100 ml di una soluzione di acido glutammico d acido glutammico in cui [B]=[C]= 0,5M? Motivi brevemente la sua risposta. 5
6 d) Calcoli il ph della soluzione ottenuta aggiungendo 10 ml di NaOH 0,1 M a 100 ml di una soluzione d acido glutammico in cui [B]=[C]= 0,5M. 6
7 Prodotto di solubilità [14 pti] Il prodotto di solubilità dell idrossido di ferro (III) o triidrossido di ferro è pari a 1,0x a) Calcoli la massima quantità in mg di triidrossido di ferro solubile in 100 ml d acqua deionizzata. b) Se alla stessa soluzione aggiungessi 20 ml di HCl 0,100 M, si formerebbe un precipitato? Motivi (calcoli non necessari). c) Calcoli la concentrazione espressa in M degli ioni Fe 3+ dopo l aggiunta dell acido cloridrico (pto b). 7
8 Chiralità [18 pti] Un aldopentoso, (A) reagisce per dare l acido 2,3,4,5-tetraidrossipentanoico, secondo lo schema sottostante: COOH A HO H H OH H OH CH 2 OH aldopentoso 2,3,4,5-tetraidrossipentoico e) Scriva la struttura in proiezione di Fischer dell aldopentoso A f) Indichi il tipo di reazione chimica g) Indichi con un asterisco direttamente nella struttura sopra, tutti i centri chirali dell acido 2,3,4,5-tetraidrossipentanoico e per ognuno di essi indichi la sua configurazione assoluta (R/S) In soluzione acquosa e all equilibrio chimico, l acido 2,3,4,5-tetraidrossipentanoico si trova prevalentemente in forma ciclica, formando un anello furanosidico. La reazione avviene in ambiente acido scaldando la miscela di reazione. h) Disegni la struttura ciclica del prodotto in proiezione di Haworth. Tenga conto della stereochimica. 8
9 Equilibrio [25 pti] 1,0 moli di COCl 2 sono poste in un recipiente chiuso, dove era stato fatto il vuoto. Quando si stabilisce l equilibrio della reazione COCl 2 (g) CO (g) + Cl 2 (g) il grado di dissociazione è 0,65. Calcoli il grado di dissociazione di COCl 2 e la composizione in moli della miscela all equilibrio quando, nelle identiche condizioni di temperatura, 1,0 moli di COCl 2 sono poste nello stesso recipiente che contiene già 1,0 moli di CO e 0,5 moli di Cl 2. 9
10 La resa della reazione sopra è incrementata dall aumento della dimensione del contenitore? Motivi. In che modo il grado di dissociazione è influenzato dall aumento della pressione parziale di cloro? Motivi. In che modo la produzione di cloro è influenzata dall aumento della pressione parziale di CO? Motivi. Se venisse inserito un gas inerte, p.e. dell elio, come cambierebbe la costante d equilibrio? Motivi. 10
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