ESAME DI MATURITÀ Opzione specifica biologia e chimica gennaio 2014 PARTE DI CHIMICA Cognome:.......... Nome:.......... Gruppo:.......... Numero:.......... Tempo a disposizione: Punteggio parte chimica: Sussidi ammessi: 120 minuti 122 punti disponibili. Nella parte di chimica si raggiunge il voto massimo con 110 punti. Un eventuale superamento dei 110 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 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 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, raccolga ed ordini i fogli. BUON LAVORO! 1
Calorimetria [10 pti] Un impresa AB sviluppa un nuovo prodotti a base di cereali per fare concorrenza a un altro prodotto presente sul mercato, definito Marca Y. Per confrontare il tenore energetico dei due prodotti si bruciano dei campioni di 1.00 g di ciascun cereale in un calorimetro di capacità termica 600 J( C) -1. La combustione dei cereali Marca Y ha causato un aumento di temperatura da 300.2 K a 309.0 K; mentre quella dei cereali AB un aumento da 298.0 K a 306.5 K. a) Calcoli il calore prodotto dalla combustione di ciascuno dei due campioni. Marca Y Marca AB b) Una porzione di cereali ammonta a 40.0 g. Quale informazione scriverebbe sull etichetta di ogni prodotto per indicare il valore calorico espresso in kj e in calorie nutrizionali (cal)? Calcoli necessari. Marca Y Marca AB 2
La cella a concentrazione [34 pti] Si costruisce una cella elettrochimica con due elettrodi al cromo: uno immerso in 400 ml di una soluzione di CrCl 3 0,0010 M e l altro immerso in 400 ml di una soluzione 1,0 M di CrCl 3. a) Completi lo schema seguente riferito alla cella elettrochimica sopra descritta inserendo nei riquadri vuoti quanto richiesto. il senso in cui si muovono gli elettroni la concentrazione degli ioni cromo Ossidazione/riduzione Reazione chimica b) Determini il potenziale della cella elettrochimica a 25 C e a 50 C. Calcoli necessari. c) Che ruolo svolge il ponte salino? Motivi esaurientemente la sua risposta. 3
d) Come cambieranno nel tempo le concentrazioni degli ioni cromo nelle due semicelle? Il sistema raggiungerà un equilibrio? Se sì, che valori avranno le concentrazioni degli ioni cromo nelle due semicelle? Motivi esaurientemente le sue risposte. e) Completi la tabella inserendo +, - o = e motivi la sua scelta spiegando in che modo ciascuno dei cambiamenti proposti modificherebbe il potenziale elettrico della cella elettrochimica. Ogni cambiamento viene messo in atto partendo sempre dalla cella nelle condizioni iniziali. Cambiamento Variazione potenziale elettrico +, - o = Motivazione Aggiunta di 100 ml di acqua distillata nel compartimento anodico Aumento della massa dell elettrodo di cromo nel compartimento anodico. Aggiunta di 100 ml di NaOH(aq) 1,0 M nel compartimento catodico. 1 1 Cr(OH) 3 è un composto considerabile insolubile in acqua. 4
f) Calcoli esattamente il potenziale elettrico della cella per l ultimo cambiamento proposto nella tabella al punto e). Consideri una temperatura di 25 C. 5
L acido ossalico [26 pti] Questa è la struttura dell acido ossalico O HO OH O a) Sapendo che pka 1 = 1.23 e pka 2 = 4.19 scriva le equazioni chimiche di tutti gli equilibri relativi all acido ossalico in soluzione acquosa. b) L acido ossalico può essere considerato un acido forte? Motivi esaurientemente la sua risposta. c) Suggerisca quale/i indicatore/i consiglierebbe per effettuare la titolazione di una soluzione di acido ossalico in modo da riuscire a rilevare tutti i punti d equivalenza. Motivi esaurientemente la sua risposta. 6
d) Calcoli la concentrazione molare di una soluzione di acido ossalico preparata sciogliendo 0.484 g di acido ossalico in 100.0 ml di acqua distillata. e) Calcoli ora il ph della soluzione al punto d). Consideri nulli gli effetti dell acqua sul ph della soluzione. f) 25,0 ml di questa soluzione madre vengono titolati con una soluzione di NaOH (aq) 0.300 M. Calcoli il ph della soluzione dopo l aggiunta di 20.0 ml di titolante. 7
g) Completi la tabella seguente inserendo la struttura semplificata della/e specie più abbondanti (senza considerare il solvente) nei punti indicati nella curva di titolazione generica dell acido ossalico. Per ogni sua risposta, motivi brevemente ma esaurientemente la sua scelta. Punto Specie più abbondante/i Motivazione A B C D 8
Prodotto di solubilità [12 pti] Consideri i seguenti equilibri: ZnS Zn + S 2 + 2 ( s ) ( aq) ( aq) S + H O HS + OH 2 ( aq) 2 ( l ) ( aq) ( aq) HS + H O H S + OH ( aq) 2 (l ) 2 ( aq) ( aq) K = 1.2x10 PS,ZnS ( s ) pka = 11.96 HS ( aq ) pka = 7.04 H S 2 ( aq ) 23 a) Formuli l equazione chimica relativa all equilibrio complessivo e determini la costante di equilibrio corrispondente, dapprima dal punto di vista algebrico poi numerico. b) Utilizzando i dati da lei calcolati sopra, calcoli la solubilità di ZnS in una soluzione satura di H 2 S (H 2 S (aq) 0,1 M) a ph = 8.0. 9
L aspirina [18 pti] Il principio attivo dell aspirina è l acido acetilsalicilico. Questo può essere facilmente sintetizzato in laboratorio partendo dall acido salicilico e dall anidride acetica. a) Evidenzi sulle seguenti strutture, con colori diversi, i siti elettrofili e quelli nucleofili presenti nelle molecole dei reagenti: Anidride acetica acido salicilico b) Disegni, in forma semplificata, la struttura dell acido acetilsalicilico. c) Evidenzi e nomini tutti i gruppi funzionali nella struttura dell acido acetilsalicilico da lei disegnata. d) Perché solitamente alla miscela iniziale di anidride acetica e acido acetilsalicilico vengono aggiunte alcune gocce di acido solforico concentrato? Motivi in modo esauriente, utilizzando i termini appropriati. e) A quale classe appartiene questo tipo di reazione? f) Quale altro prodotto si forma da questa reazione? 10
Equilibrio [22 pti] Il carbammato di ammonio, solido di formula NH 4 (NH 2 CO 2 ), si decompone in ammoniaca gassosa e biossido di carbonio. Scriva la reazione bilanciata riferita alla reazione scritta sopra precisando gli stati d aggregazione delle sostanze coinvolte. Esprima la legge dell azione di massa per la costante d equilibrio K riferita alla reazione di decomposizione del carbammato d ammonio. In un pallone da 250 ml, posto preventivamente sotto vuoto e alla temperatura di 25 C, si inseriscono 25g di carbammato d ammonio, raggiunto l equilibrio si misurano 17.4 mg di biossido di carbonio. A partire da questi dati calcoli il valore della costante d equilibrio K alla temperatura di 25 C. L equilibrio sarà spostato verso i reagenti o verso i prodotti? Motivi la sua scelta. 11
Risponda e motivi le sue scelte Consideri lo stato di equilibrio che si raggiunge in un contenitore chiuso a seguito della decomposizione del carbammato di ammonio in ammoniaca e biossido di carbonio. Come varia: la quantità di ammoniaca, se si aggiungesse del biossido di carbonio? la quantità di carbammato d ammonio, se si allontanasse l ammoniaca? la costante K, se si raddoppiasse il volume del recipiente? la costante K, se si aumentasse la temperatura? la quantità di biossido di carbonio, se si triplicasse il volume del recipiente? 12
ESAME DI MATURITÀ Opzione specifica biologia e chimica gennaio 2014 UCORRELAZIONI Cognome:.......... Nome:.......... Gruppo:.......... Numero:.......... Tempo a disposizione: 60 minuti Punteggio correlazioni: 60 punti. Sussidi ammessi: 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 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 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, raccolga ed ordini i fogli. BUON LAVORO! 1
Sostanze odorose e olfatto La percezione odorosa dipende anche dall anatomia e dalle proprietà della sostanza. Infatti, alcune sostanze presentano odori caratteristici, p.e. il benzene ha un odore molto particolare; mentre altre non presentano nessun odore (p.e. il cloruro di sodio). L immagine 1 riporta una sezione anatomica della testa. a) Identifichi 5 strutture che hanno relazione con le percezioni sensoriali. Le indichi, in modo chiaro e inserisca il nome nello spazio qui sotto. [2] a) b) c) d) e) b) Disegni una membrana cellulare e indichi i suoi componenti molecolari. [3] 1 Immagine presa da: http://www.planet-schule.de 2
c) Identifichi almeno due proprietà comuni a tutte le sostanze odorose. Per ogni proprietà da lei scelta motivi brevemente, ma in modo esauriente, i suoi ragionamenti. [8] Proprietà 1 Proprietà 2 Le cellule olfattive (v. immagine a fianco) hanno la capacità di trasmetterci sensazioni dall ambiente esterno; si prolungano all esterno, per mezzo di 10-20 ciglia sottili immerse nella mucosa. d) Perché le cellule olfattive hanno ciglia numerose e sottili, piuttosto che un solo grosso e robusto filamento? [4] L uomo riesce a riconoscere solamente 10 000 odori differenti. e) In che modo avviene il riconoscimento da parte delle cellule olfattive? [3] 3
Qui di seguito sono riportate le strutture chimiche di due sostanze odorose e i loro odore caratteristico. O O Sostanza A: odore fruttato intenso Sostanza B: odore erbaceo.... f) Sotto ogni formula di struttura scriva la formula molecolare della sostanza. [1] g) Come classificherebbe, dal punto di vista dei gruppi funzionali, queste due sostanze? [1] h) Le due sostanze avranno proprietà fisiche diverse? Motivi la sua risposta. [2] i) Le sostanze sopra, hanno centri stereogeni? Se sì, li indichi direttamente nelle strutture sopra con un asterisco. [1] j) Come vengono definite, dal punto di vista stereochimico, le due sostanze sopra? [1] k) Se ha identificato centri stereogeni (domanda i), per ognuno ne indichi la configurazione assoluta (R/S), assegnando ad ogni sostituente la priorità (i: sostituente con la massima priorità iv: sostituente con la minima priorità. Se non ha identificato nessun centro stereogeno, spieghi le motivazioni per cui nelle strutture sopra non vi sono centri stereogeni. [4] l) Scriva le reazioni per la sintesi in laboratorio delle due sostanze, partendo dall acido pentanoico. Non dimentichi di segnalare eventuali catalizzatori. [3] Reazione sintesi sostanza A Reazione sintesi sostanza B 4
m) Indichi il nome delle reazioni da lei appena scritte alla domanda l). [1] n) Disegni un meccanismo plausibile che spieghi la sintesi della sostanza A. Non dimentichi di riportare con delle frecce tutti gli spostamenti di elettroni. Se non dovesse essere in grado di disegnare il meccanismo correttamente, lo spieghi a parole, utilizzando un linguaggio rigoroso. [8] o) Indichi, in modo preciso, nel disegno di una delle cellule olfattive qui accanto: corpo cellulare, nucleo, assone, terminazione dendritica. [2] p) Indichi nel disegno (in modo preciso): la direzione della propagazione del segnale percepito da una delle cellule olfattive del disegno. Motivi brevemente. [4] Motivazione 5
q) Spieghi come facciamo a capire se un odore è nocivo, utile (ai fini biologici) o piacevole? Spieghi il processo di elaborazione dell informazione. [6] r) In che modo gli ioni, indicati nell immagine, sono implicati nella percezione dello stimolo odoroso da parte delle cellule olfattive? [6] 6