Quesiti e problemi. 6 Indica l affermazione corretta. 7 Qual è la differenza tra un sistema omogeneo e un

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1 ESERCIZI Quesiti e problemi SUL LIBRO DA PAG 44 A PAG 48 Capitolo 2 Le trasformazioni fisiche della materia 1 Gli stati fisici della materia 1 Costruisci una tabella che riassuma le caratteristiche degli stati fisici della materia, con esempi per ciascuno di essi. Non dimenticare che le sostanze che scegli possono essere in diversi stati fisici a seconda delle condizioni di temperatura e pressione in cui si trovano, per cui indica anche valori possibili di queste due grandezze. Stato solido: forma e volume definiti. Stato liquido: forma del recipiente e volume definito. Stato aeriforme: forma e volume del recipiente. In tutti gli stati, si considera costante la massa. 2 Completa la tabella con i dati delle temperature di fusione e di ebollizione delle seguenti sostanze. Per trovare questi dati puoi utilizzare varie fonti (delle quali devi valutare l attendibilità): enciclopedie, manuali tecnici, libri di testo, siti Internet. Sostanza t f ( C) t eb ( C) Fonte bibliografica ammoniaca acido solforico glicerina benzene 5,5 80,5 3 L alcol etilico fonde a 156 K e bolle a 351 K. Qual è il suo stato fisico alla temperatura di 20 C? 20 C corrispondono a 253,15 K, temperatura superiore a quella di fusione 4 Alla pressione di 1 atm, l acqua fonde a 0 C e bolle a 100 C. Calcola le temperature di fusione e di ebollizione dell acqua, espresse in kelvin. T f = 273 K T eb = 373 K Calcola poi la differenza fra T eb e T f (intervallo di liquidità), in gradi Celsius e in kelvin, e confronta i valori ottenuti. t eb t f = 100 C 0 C = 100 C T eb T f = 373 K 273 K = 100 K 5 Una massa di 100 g di azoto gassoso è contenuta in un recipiente di volume pari a 1 L. Il recipiente viene collegato, mediante un tubo, a un secondo contenitore di volume 2 L. Quali saranno il volume finale occupato dal gas e la sua massa? V finale = 3 L massa = 100 g 2 I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei 6 Indica l affermazione corretta. a) Si definisce fase una porzione di materia chimicamente distinguibile e delimitata che ha proprietà intensive uniformi. b) Si definisce fase una porzione di materia fisicamente distinguibile e delimitata che ha proprietà intensive uniformi. c) Si definisce fase una porzione di materia fisicamente distinguibile e delimitata che ha proprietà estensive uniformi. d) Si definisce fase una porzione di materia fisicamente distinguibile perché si trova in uno stato fisico diverso dal resto del materiale. 7 Qual è la differenza tra un sistema omogeneo e un sistema eterogeneo? Rispondi in cinque righe. Un sistema omogeneo è costituito da una sola fase, con proprietà intensive uniformi. Un sistema eterogeneo si compone di due o più fasi, ognuna delle quali ha proprietà intensive caratteristiche. 8 Qual è la differenza tra fase e stato fisico? Rispondi in cinque righe. La fase è una porzione di materia... (p. 23). Due o più fasi diverse possono appartenere allo stesso stato fisico (olio e acqua). 3 Le sostanze pure e i miscugli 9 Un miscuglio eterogeneo in cui un gas è disperso in un liquido si chiama: a) fumo b) gel c) emulsione d) schiuma 10 Indica, dopo una discussione con i tuoi compagni, quali sono sostanze pure e quali miscugli. a) acqua di mare b) olio di semi c) sabbia d) oro e) ossigeno f) bronzo Sostanza pura oro ossigeno Miscuglio acqua di mare olio di semi sabbia bronzo 11 Riporta almeno quattro esempi di miscugli omogenei e quattro di miscugli eterogenei, giustifican- do le tue scelte. 1

2 Capitolo 2 Le trasformazioni fisiche della materia 12 Completa la seguente tabella indicando se i sistemi indicati sono omogenei o eterogenei. In en- trambi i casi cerca informazioni sui costituenti presenti. Sistema latte monile in oro dentifricio zucchero da tavola Omogeneo/ eterogeneo eterogeneo omogeneo omogeneo/ eterogeneo a seconda del tipo omogeneo Componenti 4 La concentrazione delle soluzioni 13 Completa la seguente tabella. Concentrazione Quantità soluto Quantità soluzione 10 g/l 10 g 1 L 10% m/m 10 g 100 g 10% m/v 10 g 10 ml 20% V/V 10 ml 50 ml 10 ppm 10 ml 10 6 ml 14 Nell acqua di un acquario da 60 L sono disciolti 480 mg di ossigeno. Qual è la concentrazione dell ossigeno disciolto? 8 mg/l 15 Calcola la massa di acido solforico contenuta in 700 g di soluzione al 40% m/m. 280 g 16 Si sono disciolti 20 g di soluto in 500 g di soluzione, la cui densità è 1,20 g/ml. Calcola la concentrazione percentuale m/v della soluzione. 4,8% 17 Vero o falso? a) Una soluzione che contiene 3 g di sale in 100 ml è meno concentrata di una contenente 30 g di sale in 1 L. b) Una soluzione contenente 10 g di soluto in 100 g di acqua ha concentrazione 10% m/m. c) Un grado alcolico corrisponde a 1 g di alcol in 100 ml di vino. d) In 500 ml di aceto al 6% m/v sono contenuti 30 g di acido acetico. 18 La massa di un campione di silicio è 1,5 kg e contiene impurezze di arsenico pari a 3,0 ppm in massa. Quanti milligrammi di arsenico ci sono nel campione? 4,5 mg 19 Quanti grammi di acido solforico sono contenuti in 3,50 L di una soluzione al 25,0% m/v? 875 g ESERCIZI g di calcio cloruro sono sciolti in 1000 g di acqua. Calcola la composizione percentuale in massa della soluzione. 17,4% 21 Nel 2009 è stato misurato un contenuto di diossido di carbonio nell atmosfera terrestre di circa 386 ppm in volume. Quanti litri di diossido di carbonio sono presenti nell aria di una stanza le cui dimensioni sono 3,00 m 4,00 m 2,70 m? 12,5 L 22 Un cocktail alcolico ha un volume di 200 ml e contiene un quarto di Martini Dry che ha un contenuto di alcol etilico pari a 18. Determina il volume di alcol presente nel cocktail e la sua gradazione alcolica. 9 ml alcol; 4,5 23 Quale fra le seguenti soluzioni è la più concentrata? a) 2 g di soluto disciolti in 50 ml di soluzione la cui densità è 1 mg/ml b) soluzione di zucchero al 3% m/m c) soluzione contenente 300 ppm in massa di soluto d) 0,3 g di soluto disciolti in 9,7 g di solvente 24 In quanti grammi di solvente sono disciolti 30 g di soluto se la concentrazione della soluzione è del 15% m/m? a) 200 b) 170 c) 230 d) La solubilità e le soluzioni sature 25 Che cosa significa che la solubilità del sale da cucina a 20 C è di 360 g/l? 1 L di soluzione satura contiene 360 g di sale disciolto 26 Per aumentare la solubilità dell ossigeno nell acqua, quale fra le seguenti azioni sceglieresti? a) innalzare la temperatura dell acqua b) diminuire la pressione dell ossigeno c) diminuire la temperatura dell acqua e la pressione dell ossigeno d) diminuire la temperatura dell acqua e innalzare la pressione dell ossigeno 27 Definisci l espressione corpo di fondo. Il corpo di fondo è il soluto in eccesso presente in una soluzione satura. 28 Quali sono le differenze tra le solubilità di un solido e di un gas? La solubilità di quasi tutti i solidi aumenta se la temperatura aumenta, quella dei gas aumenta se la temperatura diminuisce e la pressione aumenta. 29 Per far diminuire la solubilità in acqua del nitrato di potassio, quale fra le seguenti azioni sceglieresti? a) innalzare la temperatura dell acqua b) diminuire la quantità di acqua c) aumentare il volume della soluzione d) diminuire la temperatura della soluzione 2

3 ESERCIZI 30 Se a una data temperatura parte del soluto rimane indisciolto significa che la soluzione è a) concentrata b) satura c) diluita d) insatura 31 Considera il grafico della figura A 25 C, qual è la minima quantità di clorato di potassio che occorre disciogliere in 100 g di acqua al fine di ottenere una soluzione satura? 10 g 32 Considera il grafico di figura Una soluzione è stata preparata aggiungendo 40 g di cloruro di potassio a 100 g di acqua. La soluzione a 20 C è satura o insatura? Che cosa accade se si riscalda la soluzione sino a 50 C? satura; scompare il corpo di fondo 33 Considera il grafico della figura A 20 C si uniscono 50 g di carbonato di sodio e 100 g di acqua. Alla soluzione così ottenuta si aggiungono altri 30 g dello stesso soluto. Si formerà un corpo di fondo? Perché? no; perché la sua solubilità a 20 C è superiore a 80 g/100 g di acqua 34 Considera il grafico della figura Che cosa accade se si raffredda fino a 10 C una soluzione costituita da 90 g di carbonato di sodio in 100 g di acqua? Spiega in termini quantitativi ciò che si osserverebbe. Quasi 10 g di soluto precipitano e si separano dalla soluzione; gli altri 80 g circa restano disciolti. 6 I passaggi di stato 35 Quali criteri puoi applicare per distinguere una sostanza pura da un miscuglio? Una sostanza pura può essere distinta da un miscuglio sulla base delle sue caratteristiche macroscopiche e /o microscopiche, considerando il numero delle fasi del sistema. Va detto però, che una stessa sostanza pura può presentarsi in fasi diverse (acqua e ghiaccio). A pagina 33, la curva di riscaldamento di una sostanza pura, confrontata con quella di un miscuglio, fornisce il criterio principale di distinzione. 36 A parità di massa, il volume di gran parte dei solidi è maggiore o minore di quello dei corrispon- denti liquidi? Il volume dei solidi è generalmente minore di quello dei liquidi, a differenza dell acqua (da intendersi a parità di massa). 37 Il passaggio di stato di un solido ad aeriforme è denominato: a) evaporazione b) condensazione c) brinamento d) sublimazione Capitolo 2 Le trasformazioni fisiche della materia 38 Come è definita la temperatura a cui coesistono la fase solida e la fase liquida? a) temperatura di ebollizione b) temperatura di fusione c) temperatura di evaporazione d) temperatura di condensazione 39 Completa la seguente tabella indicando lo stato fisico delle sostanze A, B e C a temperatura ambiente (t = 20 C; p = 1 atm). Sostanza t f ( C) t eb ( C) Stato fisico A solido B 7 59 liquido C aeriforme 40 C è differenza fra punto di fusione e punto di solidificazione di una sostanza pura? No. Per una stessa sostanza pura: punto di fusione = punto di solidificazione (a pressione costante). 41 Quale delle seguenti curve corrisponde alla condensazione e alla solidificazione dei vapori di alcol puro? a) b) c) d) 42 Vero o falso? a) Nel processo di fusione, durante la sosta termica della curva di riscaldamento è presente ancora la fase solida. b) La lunghezza della sosta termica dipende dalla quantità di solido che deve fondere. c) Durante l ebollizione, la tensione di vapore è inferiore alla pressione atmosferica. d) 3

4 Capitolo 2 Le trasformazioni fisiche della materia 43 Indica l affermazione corretta. a) Ogni sostanza pura ha una curva di riscaldamento con temperature di fusione e di ebollizione caratteristiche. b) Un miscuglio di sostanze diverse presenta la temperatura di solidificazione uguale a quella della sostanza con punto di solidificazione più basso. c) Le curve di riscaldamento sono caratterizzate da valori sempre uguali indipendentemente dalla pressione alla quale si verificano i passaggi di stato. d) I miscugli di sostanze diverse non sono soggetti a passaggi di stato. 44 Completa la seguente tabella, indicando il passaggio di stato che avviene. Processo Caratteristiche Passaggio di stato riscaldare il ferro solido raffreddare il vapore acqueo raffreddare l acqua liquida riscaldare l acetone da 25 C a 1600 C T f = 1808 K a 1 atm e da 120 C a 25 C a 1 atm e da 300 K a 255 K da 25 C a 70 C; T eb = 329,4 K fusione condensazione solidificazione ebollizione 5 I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze 45 Indica il tipo di miscuglio e ipotizza la tecnica da utilizzare per separare dal miscuglio il componente indicato. Componente e miscuglio Tipo di miscuglio Tecnica (o tecniche) di separazione coloranti da una bibita omogeneo cromatografia oppure estrazione polvere dall aria eterogeneo filtrazione acqua dall acqua marina omogeneo distillazione 46 Su quale principio si basa la tecnica di separazione dei miscugli eterogenei per centrifugazione? a) la diversa temperatura di ebollizione dei componenti del miscuglio b) la diversa densità dei componenti del miscuglio c) la diversa solubilità dei componenti del miscuglio d) l affinità di un componente del miscuglio ESERCIZI 47 Vero o falso? a) La cromatografia è una tecnica di separazione per miscugli eterogenei. b) La distillazione è una tecnica di separazione che comporta dei passaggi di stato. c) È possibile separare gli elementi che costituiscono un composto utilizzando una tecnica di separazione tra quelle descritte. d) I miscugli eterogenei tra solidi e gas possono essere separati tramite filtrazione. e) Una sostanza pura sottoposta a cromatografia su strato sottile produce una sola macchia. 48 Come puoi ottenere un campione puro di ferro da un miscuglio eterogeneo di limatura di ferro e di polvere di zolfo? Separando la limatura di ferro con una calamita. 49 In che modo potresti separare, da un miscuglio di due polveri, solfato di bario (un solido insolubile in acqua) e cloruro di sodio (il sale da cucina)? Se si aggiunge acqua NaCl va in soluzione. A questo punto, i componenti del miscuglio possono essere separati per filtrazione. 50 Immagina di dover distillare un miscuglio composto per il 50% di acqua e per il 50% di un liquido sconosciuto che bolle a 55 C. Le prime gocce di distillato sono più ricche di acqua o del liquido sconosciuto? Sono più ricche del liquido sconosciuto. 51 Alcuni campioni di sostanze raccolti per un analisi ambientale vengono sottoposti a cromatografia. Si ottiene il seguente cromatogramma. fronte di avanzamento della fase mobile linea d inizio A B C D E Quali campioni sono sostanze pure? B, C, E Quali campioni sono costituiti da miscugli di componenti diversi? A, D Quali campioni sono uguali fra loro? C, E Quali campioni hanno in comune almeno un componente? A e D; C, D ed E 4

5 ESERCIZI Capitolo 2 Le trasformazioni fisiche della materia Review 1 L analisi cromatografica di un alimento di colore verde evidenzia la presenza di coloranti. Si vuole valutare se i coloranti sono quelli consentiti dalla legge. Utilizza i dati forniti dai due cromatogrammi per risolvere il problema. cromatogramma dell alimento 5 La curva di riscaldamento disegnata sotto individua diverse zone, caratterizzate da variazioni di temperatura oppure da temperatura costante. Descrivi in dettaglio la curva. Rispondi in quindici righe. D E cromatogramma di riferimento dei coloranti consentiti dalla legge I coloranti sono consentiti dalla legge. 2 Nel brano seguente barra i termini in neretto che ritieni errati. Dal momento in cui il vapore inizia a formarsi questo esercita una pressione osmotica/pressione di vapore. Finché questo valore è inferiore/ superiore alla pressione atmosferica, il vapore non si forma/si forma sulla superficie del liquido. Quando tale valore uguaglia/supera la pressione atmosferica le bolle di vapore si formano sulla superficie del liquido/in tutto il liquido. t 2 A t 1 B C 6 Un miscuglio è composto da acqua, sabbia, olio, pigmenti fotosintetici. Quali metodologie puoi utilizzare per separare ciascun componente di tale miscuglio? Rispondi in cinque righe. La sabbia può essere separata per filtrazione. Acqua e olio si separano per decantazione o centrifugazione. Per separare i pigmenti fotosintetici si usa la cromatografia. 7 Quale delle seguenti curve di riscaldamento corrisponde all acquavite (acqua e alcol al 40%)? 3 Supponi di avere davanti a te un miscuglio di acqua e olio extravergine di oliva. In che modo puoi separare i due liquidi senza modificare le proprietà organolettiche dell olio? Per decantazione o per centrifugazione. a) b) 4 Collega i passaggi di stato indicati con i termini che li contraddistinguono. a) solido - liquido 1) fusione b) gassoso - solido 2) sublimazione c) liquido - gassoso 3) solidificazione d) aeriforme - liquido 4) evaporazione e) liquido - solido 5) brinamento f) solido - gassoso 6) condensazione a) - 1; b) - 5; c) - 4; d) - 6; e) - 3; f) - 2 c) d) 8 Il salgemma è un minerale costituito da un miscuglio di cloruro di sodio (sale da cucina), sabbia e altre impurità. In che modo si può separare il sale dal resto del miscuglio? aggiunta di acqua, filtrazione, distillazione a) 5

6 Capitolo 2 Le trasformazioni fisiche della materia 9 Uno sciroppo contiene il 18,0% m/m di zucchero e ha densità 1,07 g/ml. Quanti grammi di zucchero sono contenuti in 500 ml di soluzione? 96,3 g Qual è la concentrazione % m/v dello sciroppo? 19,3% 10 Scaldando leggermente una soluzione acquosa di ammoniaca si percepisce un odore intenso e pungente; una soluzione molto calda di sale non emana invece nessun odore. Spiega la differenza di comportamento delle due soluzioni. L'ammoniaca è un soluto gassoso mentre il sale è solido; se aumenta la temperatura la solubilità del sale aumenta ma quella del gas diminuisce; l'eccesso di soluto gassoso si libera nell'ambiente Define homogeneous mixtures and give some examples. Why is the boiling point an useful property for the identification of chemical substances? Il punto di ebollizione è una proprietà caratteristica di ciascuna sostanza. 13 ESERCIZI Describe your breakfast: how many pure substances were on the table? How many mixtures? Which kind of mixtures? 14 La caffeina fonde alla temperatura di 178 C ed è solubile nel cloroformio, che a sua volta è insolubile in acqua. La temperatura di ebollizione del cloroformio è 62 C. Spiega quali tecniche si potrebbero utilizzare per separare la caffeina dal caffè e ottenere caffeina pura. Si estrae la caffeina con cloroformio e si porta la miscela a 62 C, in modo da raggiungere la temperatura di ebollizione del cloroformio, che diviene vapore. 15 La concentrazione di ioni rame in un acqua potabile non può essere superiore a 1,0 mg/l. Stabilisci se l acqua di un campione contenente 2,3 mg di ioni rame in 1500 ml è o non è potabile e motiva la scelta. no; la concentrazione è 1,53 mg/l Sapendo che la densità del campione di acqua è 1,01 g/ml, a quanto ammonta la concentrazione degli ioni rame se la si esprime in ppm in massa? 1,51 ppm 16 Considera il grafico di figura 2.12 e completa la seguente tabella. Soluto g soluto in 100 g di acqua Soluzione satura Soluzione insatura g corpo di fondo 30 solfato di cerio 10 sì no 0 40 cloruro di potassio 40 sì no 0 50 nitrato di potassio 90 sì no ioduro di potassio 90 no sì 0 70 cloruro di ammonio 80 sì no 19 DICTIONARY example: esempio mixture: miscuglio online.zanichelli.it/esploriamolachimica INVESTIGARE INSIEME unknown: useful: incognito utile 6