ESAME DI SCIENZE SPERIMENTALI PARTE CHIMICA

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1 ESAME DI SCIENZE SPERIMENTALI PARTE CHIMICA VALUTAZIONE - Prima parte: scelte multiple (24 punti = 12 domande da 2 punti) (totale: 80 punti) - Seconda parte: domande (32 punti = 4 domande da 8 punti) - Terza parte: problemi (24 punti = 2 problemi da 12 punti) INDICAZIONI - Nelle domande a scelta multipla esiste un unica alternativa appropriata: domande con due o più risposte vengono considerate errate - Spiegazioni vaghe, incomplete o espresse in un linguaggio inappropriato verranno penalizzate nella valutazione - 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 - Nei calcoli stechiometrici usare valori delle masse molari con una sola cifra decimale PRIMA PARTE: DOMANDE A SCELTA MULTIPLA Per ogni domanda marcare o inserire l unica risposta appropriata 1) La densità dell aria è di circa 1,2 g/l. Quanto è allora la massa di 1,0 mm 3 di aria? a) 1,2 μg b) 1,2 g c) 1,2 ng d) (indicare se necessario il valore corretto) 2) Quale definizione potrebbe essere appropriata per un sapone? a) È un trigliceride b) È un acido grasso saturo c) È un sale sodico di un acido grasso d) È un derivato del glicerolo 3) Si fa bollire dell acqua pura. Che cosa contengono le bollicine che si formano nell acqua? a) Ioni O 2 e ioni H + b) O 2 ed H 2 c) Singoli atomi di ossigeno ed atomi di idrogeno d) (Tutte le risposte sono errate) 4) I costituenti di una soluzione possono essere separati per: a) filtrazione b) decantazione c) (entrambe le risposte sono corrette) d) (entrambe le risposte sono errate) 5) Quale tra le seguenti coppie di ioni possiede lo stesso numero di elettroni dell elio nello strato più esterno? a) Li + / H + b) K + / Mg 2+ c) Al 3+ / Cl, d) (tutte le risposte sono errate)

2 6) In un processo esotermico, l energia di attivazione: a) è maggiore rispetto a quella della reazione inversa b) è esattamente uguale a quello della reazione inversa c) aumenta con l aumentare della temperatura d) (tutte le risposte sono errate) 7) In una raffineria, isomeri di idrocarburi ramificati vengono prodotti a partire da isomeri lineari. Quale affermazione è corretta? a) Non si tratta di una reazione chimica, ma di un processo fisico b) Si tratta di una reazione di addizione c) Si tratta di una reazione di polimerizzazione d) (tutte le risposte sono errate) 8) Si consideri l equilibrio N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2NH 3 (g) in un sistema chiuso. Secondo il principio di Le Châtelier, questo equilibrio può venire spostato verso destra: a) Aggiungendo ammoniaca b) Aumentando la pressione c) (entrambi i sistemi sono inadeguati) d) (entrambi i sistemi sono appropriati) 9) Quale soluzione ha un ph di circa 11? a) 0,1 mol/l KOH b) 0,1 mol/l NaOH c) 0,1 mol/l NH 3 d) 0,1 mol/l NH 4 Cl 10) Considerando solo la geometria, quale delle seguenti molecole è apolare? a) SCl 2 b) H 2 S c) NCl 3 d) (sono tutte polari) 11) L idrolisi completa di un poliestere produce: a) Aldeidi e chetoni b) Eteri ed alcoli c) Degli esteri di massa molecolare più piccola d) (indicare se necessario) 12) Le emissioni di quali sostanze contribuiscono agli alti livelli di ozono registrati nei mesi estivi? a) SO 2 e SO 3 b) PM10 (polveri fini) c) CFC (Clorofluorocarburi) d) (nessuna delle tre risposte è corretta)

3 SECONDA PARTE: DOMANDE Domanda 1 (8 Punti) Il filosofo Luciano di Samosata, nella sua opera Vita di Demonatte, racconta che qualcuno chiese all antico pensatore: Quante mine di fumo si ottengono bruciando 1000 mine di legna? La risposta fu: Pesa la cenere: quanto resta è fumo!. Si noti che le mine erano un antica unità di misura per esprimere il risultato di una pesata. a) Se per fumo Demonatte avesse inteso tutte le sostanze liberate nell aria dalla combustione, la sua risposta sarebbe ancora corretta oggi? Motivare chiaramente in base ai principi della chimica moderna! b) Sempre dal punto di vista del chimico di oggi, il fumo è un miscuglio omogeneo o eterogeneo? Motivare!.. c) Durante certe giornate invernali le autorità raccomandano di non bruciare legna nel caminetto per evitare emissioni nocive. Quale tipo di emissione nociva intendono limitare le autorità con queste raccomandazioni? Motivare brevemente ma in modo esaustivo.

4 Domanda 2 (8 Punti) Un ricercatore mette un pezzettino di magnesio metallico in acqua distillata contente l indicatore fenolftaleina. Dopo qualche tempo nota che nelle immediate vicinanze del metallo la soluzione è diventata viola, e che è possibile osservare la formazione di piccolissime bollicine di gas. Il ricercatore ripete l esperienza con del calcio metallico: nota che in questo caso lo sviluppo di gas è intenso ed immediato e che tutta la soluzione acquosa diventa rapidamente viola. In un ulteriore serie di esperimenti il ricercatore nota che il gas sviluppato è infiammabile, e che gli stessi composti del magnesio o del calcio si formano quando un ossido di questi due metalli reagisce con acqua. a) In base alle informazioni precedenti, si scrivano le reazioni chimiche bilanciate per le reazione tra il magnesio e l acqua, rispettivamente tra l ossido di magnesio e l acqua. b) Si giustifichi il viraggio dell indicatore c) Si giustifichi, grazie alla struttura elettronica, la differenza osservata tra la reattività del calcio e del magnesio in acqua. d) Si preveda, sempre tenendo conto della rispettiva struttura elettronica, se il bario metallico possa reagire più o meno rapidamente del calcio.

5 Domanda 3 (8 Punti) È data la seguente formula di struttura semplificata: COOH NH 2 a) Scrivere la formula molecolare (esempio: C 7 H 14 NO 3 ) e calcolare la corretta massa molare (usare l unità di misura appropriata!) b) Si tratta o meno di un amminoacido aromatico? Motivare! c) Disegnare la formula semplificata di un isomero della molecola raffigurata che sia un estere. e) Indicare la geometria dei legami attorno all unico atomo di azoto della molecola. Motivare brevemente.

6 Domanda 4 (8 Punti) Accanto all emissione radioattiva di tipo alfa e beta-meno, sono noti altri importanti tipi di processi che coinvolgono nuclidi instabili. - Nell emissione di positroni, ampiamente applicata in ambito biomedico, il nucleo di un nuclide instabile emette un positrone, ovvero una particella di massa uguale a quella di un elettrone ma di carica opposta. Il processo avviene in quanto all interno del nucleo un protone si trasforma in un neutrone (che rimane nel nucleo) ed un positrone (che viene espulso). - Nella cattura elettronica, rara nei nuclidi naturali ma frequente in quelli artificiali, un elettrone del guscio interno viene catturato dal nucleo, e nel contempo vengono emesse dei raggi X. Il processo avviene in quanto all interno del nucleo un protone, legando l elettrone, si trasforma in un neutrone. a) In base alle informazioni riportate in precedenza si prevedano (motivando brevemente) i nuclidi che si formano nel caso del: cobalto-54 ( 54 Co) (emissione di positroni) vanadio-50 ( 50 V), (cattura elettronica) b) Se il cobalto-54 effettuasse un processo di cattura elettronica, si formerebbe un nuclide diverso? Motivare! c) Se il vanadio-50 emettesse invece positroni, si formerebbe un nuclide diverso? Motivare!

7 TERZA PARTE: PROBLEMI Problema 1 (12 Punti) La partecipazione dell azienda elettrica ticinese al finanziamento della costruzione di una centrale termica a carbone, sfociata in una recente votazione popolare, ha portato alla ribalta il tema dell inquinamento generato dalla combustione del carbone. Particolarmente problematiche sono a questo riguardo le emissioni d anidride solforosa (SO 2 ). Infatti la SO 2 emessa reagisce lentamente con l ossigeno dell aria per formare SO 3. A sua volta, SO 3 reagisce piuttosto velocemente con l acqua per formare acido solforico (H 2 SO 4 ) a) Scrivere le due equazioni chimiche bilanciate includendo i termini appropriati per lo stato di aggregazione dei reagenti e dei prodotti (g, l, s, aq) b) Calcolare la massa di acido solforico prodotta dalla reazione del punto (a) a partire da una mole di SO 2 (gli altri reagenti sono in eccesso). c) Nelle moderne centrali termiche si effettua il cosiddetto lavaggio dei fumi: le reazioni descritte al punto (a) vengono effettuate all interno della centrale termica in presenza di catalizzatori e l acido solforico risultante viene raccolto e convenientemente smaltito. Si risponda alle seguenti domande motivando chiaramente: Sarebbe possibile usare un enzima? (si tenga conto dell elevata temperatura dei fumi). I calcoli stechiometrici effettuati al punto (b) sono validi anche in questo caso oppure no? d) Per smaltire l acido solforico si consideri la sua neutralizzazione con dell idrossido di sodio, processo che genera acqua e solfato di sodio (Na 2 SO 4 ). Scrivere la corrispondente equazione chimica bilanciata e calcolare il volume di NaOH 5,0 mol/l necessario a neutralizzare una tonnellata di acido solforico puro.

8 Problema 2 (12 Punti) L anidride solforosa (SO 2 ) viene aggiunta al mosto durante il processo di vinificazione per preservare il vino da attacchi di muffe e batteri. Importante è anche il ruolo di antiossidante della SO 2 che permette una migliore conservazione del vino nel tempo. Per determinare la quantità di SO 2 presente nel vino bianco si può far capo ad una procedura di titolazione che si basa sulla seguente reazione: SO 2 + I 2 + 2H 2 O 2I + SO H + Nella buretta viene messa una soluzione bruna di iodio a concentrazione nota: quando la buretta viene aperta, lo iodio reagisce con la SO 2 presente nel campione di vino e si forma lo ione ioduro che è incolore. Quando la reazione è terminata lo iodio non può più reagire, ed il campione di vino diventa scuro. a) Dimostrare grazie ai numeri di ossidazione che la reazione scritta sopra è una redox. b) Calcolare la quantità di iodio (espressa in moli di I 2 ) necessaria per titolare 50 ml di vino con concentrazione di SO 2 di 100 mg/l c) Per visualizzare meglio la fine della titolazione si aggiunge al campione di vino dell amido: esso infatti si lega con lo iodio formando un complesso di un intenso color blu-viola. Questa reazione però non avviene con la cellulosa: qual è la differenza rilevante tra la struttura delle catene di amido e quelle di cellulosa? d) La SO 2 ha proprietà antiossidanti: l ossigeno reagisce con la SO 2 invece di ossidare le molte sostanze organiche che danno al vino il suo caratteristico profumo e sapore. Quale potrebbe essere il principale prodotto della reazione tra SO 2 e l ossigeno, e quali le proprietà chimiche di questa sostanza? Motivare!