ISTITUTO ISTRUZIONE SUPERIORE ELIO VITTORINI

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1 ISTITUTO ISTRUZIONE SUPERIORE ELIO VITTORINI Sez. Geometri Castellamonte Costruzioni Ambiente Territorio Anno scolastico 2013/2014 Materia d insegnamento: CHIMICA CLASSE 1 C C.A.T. PROGRAMMA SVOLTO con quesiti utili per la preparazione alla prova di recupero di settembre Libro di testo:lineamenti di chimica,terza edizione. Autori: G. Valitutti, A. Tifi, A. Gentile. Editore : Zanichelli Cap. 1 Le misure e le grandezze pag. 1 Il Sistema Internazionale di unità di misura 1 2 Grandezze estensive e grandezze intensive 3 3 Energia: la capacità di compiere lavoro e di trasferire calore 9 4 La temperatura e il calore 10 5 Misure precise e misure accurate Che differenza c è tra grandezze intensive e grandezze estensive? 3 2. Qual è la definizione di densità? 6 3. Cosa significa effettuare una misura? 1 4. Cos è la portata di uno strumento? appunti 5. Cos è la sensibilità di uno strumento? appunti 6. E possibile conoscere il valore vero di una grandezza? Quali tipi di errori si possono commettere nell effettuare una misura? Quali cifre di una misura sono significative? 9. Quali sono le regole per determinare il numero di cifre significative con cui si esprime il valore di una misura? Quale regola si applica quando si sommano o si sottraggono valori di misure sperimentali? Quale regola si applica quando si moltiplicano o si dividono valori di misure sperimentali? 16 Cap. 2 Le trasformazioni fisiche 1 Gli stati fisici della materia 23 2 I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei 24 3 Le sostanze pure e i miscugli 25 4 I passaggi di stato 28 5 I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze quali sono le caratteristiche che distinguono gli stati di aggregazione della materia? che cosa accade ad una sostanza riscaldata, durante una sosta termica? quali sono i nomi dei passaggi di stato? le temperature di solidificazione e di fusione di una stessa sostanza sono uguali o diverse? le temperature a cui avvengono i passaggi di stato dipendono dalla quantità di sostanza? la durata delle soste termiche dipende dalla quantità di sostanza? la pressione come influisce sulla temperatura di ebollizione? Che cosa si intende per sistema e ambiente cos è una fase? Quali sono le caratteristiche di un miscuglio eterogeneo?quali sono i metodi efficaci per separare i componenti di un miscuglio eterogeneo? Quali sono le caratteristiche di un miscuglio omogeneo?quali sono i metodi per separare i componenti di un miscuglio omogeneo? Qual è la caratteristica fondamentale delle sostanze che le distingue dai miscugli? Che cos è una soluzione? 25

2 Cap. 3 Le trasformazioni chimiche 1 Dalle trasformazioni fisiche alle trasformazioni chimiche 43 2 Gli elementi e i composti 46 3 La tavola periodica Che cosa si intende per reazione chimica? Qual è la differenza tra elementi e composti? Che cos è il simbolo chimico di un elemento? Come si scrive? Come si legge? 48 Cap. 4 Dalle leggi della chimica alla teoria atomica 1 Verso il concetto di atomo 53 2 La nascita della moderna teoria atomica 54 3 La teoria atomica e le proprietà della materia 57 4 La teoria cinetico molecolare della materia Cosa dice la legge di conservazione della materia? Cosa si intende per rapporto di combinazione di un composto? Cosa dice la legge delle proporzioni definite? Qual è la differenza fondamentale tra miscugli e composti? Quali sono i quattro punti dell ipotesi atomica di Dalton? Spiega la differenza tra elementi e composti utilizzando l ipotesi atomica di Dalton Spiega la reazione di combinazione tra elementi,interpretando a livello microscopico le leggi di Lavoisier e di Proust Cos è una molecola? E uno ione? Cosa rappresentano a livello microscopico simboli e formule? Cosa rappresentano gli indici numerici ai piedi dei simboli chimici nelle formule? 58 Cap. 5 - La quantità chimica: la mole 1 La massa atomica e la massa molecolare 74 2 Contare per moli 76 3 Le formule chimiche 80 Cap. 6 Dalle leggi dei gas al volume molare 8 I gas e il volume molare 103 Cap. 13 Le soluzioni 3 La concentrazione delle soluzioni 234 Per prepararsi sul concetto di mole, studiare alle pagine indicate e svolgere gli esercizi proposti. Massa molare e numero di Avogadro. Lez.a pagina Esercizi a pag. 86 n 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 26, 27, 28, 29, 31. Volume molare. Lez. A pag Esercizi a pag. 111 n 56, 59, 60, 61, 62, 73, 65. Calcoli relativi alle reazioni chimiche. Lez. a pag.252, 253. Esercizi a pag. 258 n 18,19,21,22, 23, 24, 25, 26, 27, 30, 31, 33, 34, 38, 39, 41, Perché è stato necessario stabilire un unità di misura,per la massa degli atomi,diversa dal kilogrammo? Cos è il peso atomico e qual è la sua unità di misura? Cos è il peso molecolare e qual è la sua unità di misura? Cos è il numero di Avogadro? Cos è la massa molare? Cos è il volume molare? Qual è l unità di misura della quantità di sostanza? Come si fa a convertire: a) le moli in numero di particelle e viceversa? b) le moli in grammi e viceversa? c) Le moli di una sostanza gassosa in decimetri cubi e viceversa? 9. Cos è la molarità? 236

3 L A M O L E N particelle N A Gas STP M m V m m g n c mol V L soluzioni S L ESEMPI DI APPLICAZIONE DEL DIAGRAMMA DI CALCOLO 1. In una soluzione acquosa di acido cloridrico (HCl) che ha un volume S = 0,250 L sono contenuti m = 7,2 g di soluto (HCl). Calcolare la quantità di acido cloridrico (n) e quante molecole(n) sono contenute nella soluzione. Calcolare inoltre la molarità della soluzione (c) ed il volume di acido cloridrico gassoso, misurato in condizioni standard (V stp ), che si può sviluppare dalla soluzione. Quantità da calcolare M m (g/mol) n(mol) N(particelle) c(mol/l) V stp (L) formula H + Cl n = m / M m N = n N A c = n / S V stp = n V stp calcolo = 36 n = 7,2/36 = 0,2 N = 0, = =1, risultato Mm = 36 g/mol n = 0,2 mol N = 1, molecole c = 0,2/0,250= = 0,8 c = 0,8 mol/l V stp =0,2 22,4= = 4,48 V stp = 4,48 L Nella tabella V stp significa : Volume del gas misurato a Temperatura e Pressione Standard.

4 2. Il carburo di calcio è un solido che reagisce con acqua formando idrossido di calcio ed acetilene, un gas infiammabile: CaC 2 (s) + 2 H 2 O (l) Ca(OH) 2 (aq) + C 2 H 2 (g) Costruisci le righe teoriche dell equazione chimica e la riga pratica relativa al seguente problema: se si fanno reagire 150 g di carburo di calcio, quale volume di acetilene, misurato in condizioni standard, si ottiene? CaC 2 (s) + 2 H 2 O (l) Ca(OH) 2 (aq) + C 2 H 2 (g) n(mol) m(g) V (L) ,4 PRAT. 150 V stp Nella prima riga teorica sono indicate le moli ( n ) delle sostanze coinvolte nella reazione rappresentata dall equazione chimica : corrispondono ai coefficienti che precedono le formule delle sostanze a cui si riferiscono. Nella seconda riga teorica sono riportate le masse (in grammi) corrispondenti alle moli riportate nella prima riga. Si ricavano applicando la formula m = n M m, in cui M m rappresenta la massa molare di ciascuna sostanza, che si ottiene attraverso la rispettiva formula. M m [CaC 2 ] = = 64 g/mol M m [H 2 O] = = 18 g/mol M m [Ca(OH) 2 ] = (1 + 16) = 74g/mol M m [C 2 H 2 ] = = 26 g/mol Nella terza riga teorica è indicato il volume ( V ) occupato da una mole di acetilene, che è un gas,in condizioni standard, cioè a 0 C e alla pressione atmosferica. In base alla legge di Avogadro, tale volume è uguale per tutti i gas e vale 22,4 L(in condizioni standard). Le altre sostanze della reazione non sono gassose e quindi non si può applicare la legge di Avogadro. Nella quarta riga (pratica) sono riportati, nella colonna corrispondente alla sostanza a cui si riferiscono, il dato ( 150g di CaC 2 ) e l incognita (il volume, da ricavare, di C 2 H 2 ). Essi costituiscono la prima parte di una proporzione, di cui la seconda parte è fornita dai dati teorici corrispondenti e cioè 64g relativi a CaC 2 e 22,4 relativi a C 2 H : V = 64 : 22,4 Risolvendo la proporzione si ottiene : V = (150 22,4 ) / 64 = 52,5 L Problema del reagente limitante 3. Un sassolino di calcare (carbonato di calcio, CaCO 3 ) che pesa m = 25 g viene introdotto in una soluzione di acido cloridrico ( HCl ) avente concentrazione c = 2,2 mol/ L e volume S = 1,2 L. Il calcare si scioglie secondo la reazione : CaCO 3 (s) + 2 HCl (aq) CaCl 2 (aq) + H 2 O (l) + CO 2 (g) Compilare la tabella teorica della reazione ed individuare il reagente limitante. Se il reagente eccedente fosse il calcare, calcolarne la massa eccedente. Se fosse l acido cloridrico, calcolarne la concentrazione al termine della reazione.

5 n(mol) m(g) V (L) PRAT1 CaCO 3 (s) + 2 HCl (aq) CaCl 2 (aq) + H 2 O (l) + CO 2 (g) ,4 25 n PRAT2 m n = c S n = 2,2 1,2 n = 2,64 mol Poiché nel caso di ricerca del reagente limitante i dati forniti sono due, per individuare il reagente limitante occorre creare due righe pratiche. In una ipotizziamo che tutto il calcare si consumi e ricerchiamo il quantitativo di HCl necessario allo scopo. Nell altra, al contrario, ipotizziamo che si consumi l acido cloridrico, calcolando quanto calcare riesce a sciogliere. Poiché il quantitativo di calcare è fornito in grammi, possiamo inserirlo subito nella prima riga pratica. Nella seconda riga pratica il quantitativo incognito di CaCO 3 sarà la massa ( m ). Dell acido cloridrico conosciamo la concentrazione ( c) ed il volume( S ). Quindi, utilizzando il diagramma di calcolo all inizio della pagina precedente possiamo calcolarne il numero di moli, che inseriamo nella seconda riga pratica. Nella prima riga pratica la quantità incognita di HCl sarà il numero di moli ( n ). Proporzione relativa alla prima riga pratica Da cui si ha: n = (25 2 ) / 100 = 0,5 mol. 25 : n = 100 : 2 Proporzione relativa alla seconda riga pratica: m : 2,64 = 100 : 2 Da cui si ricava : m = ( 2,64 100) / 2 = 132 g Dall esame dei risultati si ricava che per sciogliere 25 g di calcare bastavano 0,5 mol di HCl. Poiché nella soluzione di partenza ce n erano 2,64 mol, il calcare si scioglierà tutto, mentre resterà una soluzione più diluita di acido cloridrico n eccedente = n iniziale - n reagito n eccedente = 2,64-0,5 = 2,14 mol La concentrazione residua dell acido sarà c = n / S, sostituendo c = 2,14 / 1,2 = 1,8 mol /L Il risultato della seconda riga pratica dice che con quella soluzione si sarebbe potuto sciogliere fino a 132 g di calcare. Cap. 12 La nomenclatura dei composti 1. La valenza Leggere e scrivere le formule La nomenclatura chimica La nomenclatura tradizionale dei composti binari 210 1) Costruzione di una formula di composto binario, date le valenze degli elementi A m B n A n B m In un composto binario il prodotto del numero di atomi di ciascun elemento per la rispettiva valenza deve essere lo stesso. n (atomi dell elem. A) x m (valenza dell elem. A) = m (atomi dell elem. B) x n (valenza dell elem. B)

6 2) Riconoscere, dalla formula, la famiglia di composti chimici di appartenenza. Me H v idruro metallico Nm H y idruro di non metallo ( H 2 O, NH 3, CH 4 ) H y Nm idracido ( HF, HCl, HBr, HI, H 2 S ) Me 2 O v (Me O v/2 ) ossido basico Nm 2 O v (Nm O v/2 ) anidride ( ossido acido ) Me y Nm v sale binario 3) Attribuire il nome del composto binario in base alle regole tradizionali Me H v idruro di Me Nm H y nome comune H y Nm acido Nm idrico Me y Nm v Nm uro di Me oppure Nm uro Me ico (valenza alta) oppure Nm uro Me oso (valenza bassa) Esempi: AlCl 3 cloruro di alluminio (una sola valenza) FeCl 2 cloruro ferroso (valenza bassa ) FeCl 3 cloruro ferrico (valenza alta) Me 2 O v ossido di Me. Se il metallo possiede due valenze diverse : a) ossido Me oso per la valenza inferiore, b) ossido Me ico per la valenza superiore) Nm 2 O v anidride Nm ica per una sola valenza o per la maggior valenza; anidride Nm osa per la valenza minore Nel caso degli alogeni, le valenze possibili sono quattro, ad esempio per il cloro le anidridi sono: Cl 2 O anidride ipoclorosa Cl 2 O 3 clorosa Cl 2 O 5 clorica Cl 2 O 7 perclorica Ciò vale anche per le anidridi del bromo e dello Jodio. 4) Scrivere l equazione bilanciata della reazione di sintesi di un composto binario. Bilanciare l equazione di una reazione di sintesi di un composto binario a partire dagli elementi è particolarmente semplice :bisogna esaminare il numero di atomi elemento per elemento, prima e dopo la freccia. Se il numero di atomi è lo stesso, l elemento è bilanciato, almeno provvisoriamente. Altrimenti, si trova il minimo comune multiplo dei due numeri : questo è il numero di atomi dell elemento che deve essere lo stesso prima e dopo la freccia. Dividendo il numero trovato per il numero di atomi dell elemento a sinistra della freccia, si ottiene il coefficiente da anteporre alla formula dell elemento in questione. Poi si ripete la stessa operazione col numero di atomi dello stesso elemento nel composto a destra della freccia ed il risultato si mette a coefficiente della stessa formula. Dopo aver eseguito queste operazioni per entrambi gli elementi, si ricontrolla il bilanciamento del primo elemento per vedere se è stato modificato :in questo caso si ripete il bilanciamento del primo elemento. Altrimenti il bilanciamento è concluso. La formula di un elemento è quasi sempre coincidente col simbolo, tranne che nei seguenti casi in cui occorre aggiungere un indice numerico per indicare che l elemento è formato da molecole biatomiche : H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2, Br 2, I 2. La formula di un composto binario si ottiene come indicato al punto 1. Una volta scritte, le formule non si possono cambiare; ma si possono far precedere da coefficienti numerici per bilanciare un equazione chimica.

7 V A L E N Z E nei composti binari senza ossigeno I II III IV V VI VII VIII H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr V A L E N Z E nei composti binari con ossigeno I II III IV V VI VII VIII H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Laboratorio di chimica 1. regole di comportamento e norme di sicurezza. 2. classificazione delle sostanze in base alla classe di rischio. 3. vetreria e strumenti di misura. Grugliasco, 11 / 06 / 2014 Il Docente di Chimica prof. Mario Lo Presti