Esame svizzero di maturità Sessione giugno 2015 ESAME DI MATURITÀ. Opzione specifica biologia e chimica. giugno 2015 PARTE DI CHIMICA

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1 ESAME DI MATURITÀ Opzione specifica biologia e chimica giugno 2015 PARTE DI CHIMICA Cognome: Nome: Gruppo: Numero: Tempo a disposizione: Punteggio parte chimica: Sussidi ammessi: 120 minuti 120 punti disponibili. Nella parte di chimica si raggiunge il voto massimo con 110 punti. Un eventuale superamento dei 110 punti non verrà conteggiato. 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 dovesse aver bisogno di altro spazio, usi i fogli ufficiali. Ogni blocco o foglio singolo deve portare cognome, nome, gruppo e numero del candidato. Risposte a matita e/o su fogli non ufficiali 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, raccolga ed ordini i fogli. BUON LAVORO! 1

2 Equilibrio acido-base [18 pti] Si consideri una soluzione acquosa 0,200 M di H 2 S. a) Calcoli le concentrazioni molari di tutte e 5 le specie chimiche che si trovano nella soluzione 0,200 M di H 2 S. Specifichi sempre l equazione chimica bilanciata della reazione a cui fa riferimento durante i suoi calcoli. 2

3 Equilibrio d ossidoriduzione [17 pti] Si vuole titolare una soluzione contenente entrambi gli ioni Fe 2+ e Fe 3+. Il primo passo è quello di aggiungere una soluzione nota di KMnO 4 in modo che tutti gli ioni Fe 2+ vengano ossidati a Fe 3+. a) Scriva, senza dimenticare di scrivere gli stati d aggregazione, l equazione chimica bilanciata della reazione d ossidazione degli ioni Fe 2+ con KMnO 4 in ambiente acido e calcoli la differenza di potenziale elettrico in condizioni standard. Il secondo passo è aggiungere Zn metallico in modo da convertire tutti gli ioni Fe 3+ in Fe 2+. b) Scriva, senza dimenticare di scrivere gli stati d aggregazione, l equazione chimica bilanciata di questa nuova reazione e calcoli la differenza di potenziale elettrico in condizioni standard. L ultimo passaggio consiste nel titolare la soluzione ottenuta con una soluzione nota di KMnO 4, proprio come nel primo passaggio. 25,0 ml di una soluzione contenente entrambe gli ioni di ferro (Fe 2+ e Fe 3+ ) viene dapprima titolata con 23,0 ml di KMnO 4 0,020 M in acido solforico diluito. Successivamente la soluzione è titolata con zinco metallico. Infine alla soluzione risultante sono aggiunti ancora 40,0 ml di KMnO 4 0,020 M. c) Calcoli la concentrazione molare di Fe 2+ e Fe 3+ nella soluzione di partenza. 3

4 Foto idrolisi e termodinamica [22 pti] Al PSI a Villingen utilizzano una fornace solare alimentata unicamente dalla luce solare per poter raggiungere le condizioni dove si può ottenere l idrolisi spontanea del vapore acqueo. Attraverso una parabola fatta di specchi, i raggi solari vengono concentrati nel fuoco della stessa dove si raggiungono temperature altissime. L idrolisi spontanea dell acqua viene raggiunta accoppiando le seguenti reazioni: Reazione 1: L ossido di zinco viene termicamente scisso in zinco metallico e ossigeno molecolare Reazione 2: Lo zinco metallico viene fatto reagire con il vapore acqueo producendo ossido di zinco e idrogeno a) Scriva, senza dimenticare di scrivere gli stati d aggregazione, le equazioni chimiche bilanciate della reazione 1 (partendo da una mole di ossido di zinco) e della reazione 2 (partendo da una mole di zinco). Reazione 1 Reazione 2 b) Utilizzando il formulario in dotazione, riempia la tabella seguente: H f [kj/mol] H 2(g) H 2 O (g) O 2(g) Zn (s) ZnO (s) S [kj/mol K] c) Calcoli a partire da quale temperatura, espressa in gradi centigradi, la reazione 1 diventa termodinamicamente spontanea. Si assuma che l entalpia di reazione e l entropia di reazioni non varino con la temperatura. 4

5 d) In realtà la temperatura che si raggiunge nel concentratore solare è superiore a quella d ebollizione dello zinco metallico. In considerazione di ciò, la temperatura a partire dalla quale il processo diventa termodinamicamente spontaneo sarà maggiore o inferiore a quella calcolata al punto c)? Motivi esaurientemente la sua scelta. e) Dimostri, con dei calcoli, se la reazione risultante dall unione in un processo ciclico della reazione 1 e della reazione 2 è termodinamicamente spontanea a temperature superiori a 2500 K. 5

6 Prodotto di solubilità [6 pti] La fluorurazione dell acqua di un acquedotto urbano dà luogo a una concentrazione di ioni fluoruro nell acqua potabile pari a circa 5x10-5 M. Se l acqua cittadina è dura, ovvero contiene ioni calcio, nel corso della fluorurazione potrebbe precipitare del difluoruro di calcio. a) Scriva l equazione chimica bilanciata e calcoli la massima concentrazione di ioni calcio che può essere presente in soluzione affinché non si verifichi alcuna precipitazione. Per semplicità non consideri la possibile protonazione degli ioni fluoruro. Equilibrio [25 pti] Conoscendo le costanti d equilibrio delle seguenti reazioni ad una determinata temperatura 49 NO NO + O K = 6,8x10 2( g) ( g) ( g) O + NO NO + O 3( g) ( g) 2( g) 2( g) 1 K = 5,8x10 a) Calcoli la costante d equilibrio della seguente reazione O + O O 2( g) ( g) 3( g)

7 b) La pressione totale iniziale di una miscela equimolare di O 2 e O è 4,0 bar. Qual è la pressione parziale dei reagenti e dei prodotti una volta raggiunto l equilibrio? Per le pressioni parziali all equilibrio dei due reagenti è richiesto un valore numerico; l approssimazione a zero non viene accettata. Dopo che l equilibrio è stato nuovamente raggiunto, si diminuisce la pressione. c) Stabilisca in quale direzione si sposterà l equilibrio dopo questa perturbazione. Motivi in modo conciso, ma esauriente, la sua risposta. 7

8 Dopo che l equilibrio è stato nuovamente raggiunto, si aggiunge dell ossigeno. d) Stabilisca in quale direzione si sposterà l equilibrio dopo questa perturbazione. Motivi in modo conciso, ma esauriente, la sua risposta. Dopo che l equilibrio è stato nuovamente raggiunto, si aggiunge una certa quantità di NO 2(g). e) Stabilisca in quale direzione si sposterà l equilibrio dopo questa perturbazione. Motivi in modo conciso, ma esauriente, la sua scelta. Dopo che l equilibrio è stato nuovamente raggiunto, si aggiunge del gas Argon f) Stabilisca se cambi alla costante d equilibrio K; se cambiasse, la stessa aumenterà o diminuirà? Motivi in modo conciso, ma esauriente, la sua scelta. 8

9 Chimica organica Qui di seguito è rappresentata la struttura della guanosina 5 -monofosfato. [32 pti] O O N NH HO P OH O O N N NH 2 OH OH a) Scriva sui puntini la formula chimica della guanosina 5 -monofosfato b) Identifichi con colori diversi tutti i possibili nucleofili e tutti i possibili elettrofili all interno della struttura rappresentata sopra. c) Identifichi nella struttura rappresentata sopra con un asterisco tutti i centri chirali. d) Il carbonio 4 dell anello del ribosio ha una configurazione assoluta R o S? Metta in ordine di priorità i 4 sostituenti. Configurazione assoluta:.... Priorità 1 sostituente... Priorità 2 sostituente... Priorità 3 sostituente... Priorità 4 sostituente... e) Perché la base azotata si lega sempre al carbonio 1 del ribosio? Motivi esaurientemente la sua risposta. 9

10 f) La guanosina 5 -monofosfato sarà più solubile in un solvente polare o apolare? Motivi esaurientemente la sua scelta. g) Disegni un meccanismo plausibile, o lo spieghi a parole, dell idrolisi acida della guanosina-5 -monofosfato. Disegni anche la struttura, prestando attenzione alla chiralità, dei prodotti che si formeranno. 10

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