Chimica by ELI Publishing

QUADERNO OPERATIVO ALGEBRA 1

9788846826305

Loredana Troschel

QUADERNO OPERATIVO ALGEBRA 2 ISBN

9788846826312

Chimica

ISBN

Loredana Troschel

La nuova collana di quaderni operativi per la Scuola Secondaria di II grado è stata progettata per il recupero e il consolidamento delle più importanti discipline scolastiche. • Tutti i volumi presentano una spiegazione teorica sintetica che precede l’ampia batteria di esercizi corredati di soluzioni. • La grafica è brillante e moderna e la trattazione degli argomenti è corrispondente ai programmi svolti durante l’anno scolastico. • Si possono quindi usare in aggiunta ai libri di testo o come compiti per le vacanze estive.

Chimica QUADERNO OPERATIVO GEOMETRIA 1 ISBN

9788846826329

QUADERNO OPERATIVO GEOMETRIA 2 ISBN

9788846826336

QUADERNO OPERATIVO CHIMICA ISBN

9788846828101

Quaderno operativo per il recupero e il consolidamento

www.laspigaedizioni.it

a ig a 0-1 Sp ic 281 La im 468Ch78-88

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Questo volume sprovvisto del talloncino a fianco è da considerarsi campione gratuito fuori commercio.

€ 7,90

Loredana Troschel

Chimica Quaderno operativo per il recupero e il consolidamento

CHIMICA – QUADERNO OPERATIVO di Loredana Troschel

Coordinamento editoriale Beatrice Loreti Redazione Niccolò Terzi Art director Marco Mercatali Responsabile di produzione Francesco Capitano Progetto grafico e impaginazione A.G.I. Bologna Copertina Studio Airone

Stampato in Italia presso Grafiche Flaminia - Foligno 10.83.079.0 Chimica - Quaderno operativo ISBN 978-88-468-2810-1

La casa editrice La Spiga e l’ambiente La casa editrice La Spiga usa carta certificata FSC per tutte le sue pubblicazioni. È un’importante scelta etica, poiché vogliamo investire nel futuro di chi sceglie ed utilizza i nostri libri sia con la qualità dei nostri prodotti sia con l’attenzione all’ambiente che ci circonda. Un piccolo gesto che per noi ha un forte significato simbolico. Il marchio FSC certifica che la carta usata per la realizzazione dei volumi ha una provenienza controllata e che le foreste sono state sottratte alla distruzione e gestite in modo corretto.

Indice Presentazione

Unità 1 La materia e le sue trasformazioni

Unità 2 La struttura dell’atomo

Unità 3 La tavola periodica

Unità 4 I legami

Unità 5 Classificazione dei composti inorganici e nomenclatura

Unità 6 La mole

Unità 7 Solidi e liquidi

Unità 8 I gas

Unità 9 Le soluzioni

Unità 10 Le reazioni

Unità 11 Reazioni chimiche: energia e spontaneità

101

Unità 12 Velocità ed equilibrio

108

Unità 13 Acidi e basi

115

Unità 14 Reazioni di ossidoriduzioni ed elettrochimica

128

Unità 15 La classificazione dei composti organici

137

Soluzioni

141

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Presentazione

Questo volume è rivolto agli studenti della scuola secondaria di secondo grado che svolgono corsi di chimica di base, sia nell’istruzione tecnica sia nell’istruzione liceale, e si propone come un supporto operativo per il ripasso di concetti di Chimica che spesso sono motivo di difficoltà e incertezza per gli studenti. È uno strumento che lo studente può utilizzare in autonomia, o sotto la guida dell’insegnante, per recuperare o consolidare in modo mirato conoscenze e capacità disciplinari.

La nuova normativa sul recupero delle insufficienze e sul recupero dei debiti impone che lo studente che presenta insufficienze svolga un percorso individuale, o assistito a vari livelli, che lo porti a colmare le lacune durante l’anno per evitare problemi in sede di scrutinio finale, oppure durante il periodo estivo quando il problema allo scrutinio finale si è purtroppo verificato. Non sempre le scuole hanno la possibilità di seguire passo passo il lavoro di preparazione dello studente e un quaderno di recupero può venire incontro a queste problematiche, sia nel corso dell’anno, sia nel periodo estivo. Durante l’anno il volume si presta al recupero autonomo «in itinere» delle lacune, affiancando il libro di testo, concentrando in poco spazio le spiegazioni e fornendo molti esercizi per sviluppare le competenze e controllare la preparazione complessiva. A fine anno i temi presenti possono essere assegnati, tutti o in parte, per essere svolti come lavoro estivo, di ripasso o di potenziamento.

Le 15 Unità che compongono il volume coprono i temi più comunemente presenti nei testi di chimica di base e sono di fatto indipendenti, perché possono essere affrontate anche non in maniera sequenziale, grazie alla presenza di precise indicazioni relative a quali sono e dove si trovano nel volume i prerequisiti necessari a seguire ogni Unità. Ogni tema è infatti introdotto da un elenco di prerequisiti (Che cosa devi sapere prima di studiare questa parte), con un chiaro riferimento alla parte del volume in cui ogni prerequisito viene trattato. Segue una spiegazione teorica chiara e sintetica (Sintesi) che serve per rivedere i concetti principali; la Sintesi è suddivisa in punti ognuno con un titolo espresso nella forma di una domanda breve e diretta, per rendere più semplice la consultazione. L’ordine degli argomenti e dei punti delle Unità è stato pensato per consentire una consultazione e un utilizzo semplici e veloci, e per rintracciare con facilità i singoli temi, anche se la sequenza utilizzata non è la stessa del libro di testo in adozione. La spiegazione teorica della Sintesi è affiancata da disegni o da schemi, da esemplificazioni dei concetti (Esempio) e da punti di attenzione (Attenzione) con segnalazione degli errori più frequenti, mirati a evitare che gli studenti cadano nei più comuni «tranelli» o fraintendimenti. Alla fine della Sintesi comincia la parte applicativa. Gli esercizi sono organizzati in due sezioni: nella prima (Domande ed esercizi), una suddivisione per argomento con chiari riferimenti ai punti della Sintesi permette uno svolgimento graduale dei temi dell’Unità; nella seconda, una Autoverifica con domande strutturate a risposta chiusa permette allo studente di mettersi alla prova su tutti i temi dell’Unità. In fondo al libro si trovano le risposte di tutti gli esercizi. Sono presenti numerosi esercizi a risoluzione guidata (Suggerimento) a vari livelli: in alcuni casi viene fornita l’intera risoluzione per punti dell’esercizio, come tabella a due colonne: Che cosa devi fare e Che cosa ottieni; in altri l’aiuto si limita a un suggerimento sulla procedura da adottare o sull’equazione da utilizzare; in altri ancora la soluzione alla fine del volume comprende oltre al risultato dell’esercizio, anche lo svolgimento dei passaggi intermedi.

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La materia e le sue trasformazioni

UNITÁ

Che cosa devi sapere prima di studiare questa parte • utilizzare multipli e sottomultipli delle unità di misura (vedi Scheda 1); • utilizzare la notazione esponenziale (vedi Scheda 2).

Prerequisiti Scheda 1

Utilizzare alcuni multipli e sottomultipli delle unità di misura. Simbolo

Fattore

Multipli (più grandi)

Deci

0,1 (10-1)

Deca

Centi

0,01 (10-2)

Etto

10 (102)

Milli

0,001 (10-3)

Kilo

1000 (103)

Micro

0,000001 (10-6)

Nano

0,000000001 (10-9)

Sottomultipli (più piccoli)

Simbolo

Fattore

Per cambiare l’unità di misura: • individua il fattore di conversione; utilizza la lista seguente e conta le posizioni che separano il punto di partenza da quello di arrivo (non contare il punto di partenza); i passaggi milli/micro e micro/nano valgono 3. Il fattore di conversione è un 1 seguito da tanti zeri quante sono le posizioni contate. Lista dei multipli e sottomultipli 10-8 10-6 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 nano – micro – milli – centi – deci – unità base – deca – etto – kilo SOTTOMULTIPLI

MULTIPLI

Esempi • Il fattore per passare da deci a deca o viceversa è 100; • il fattore per passare da unità base a micro è 1 000 000. • Per passare da una unità di misura più piccola (a sinistra nella lista) a una più grande (a destra) dividi per il fattore di conversione. • Per passare da una unità di misura più grande (a destra nella lista) a una piccola (a sinistra) moltiplica per il fattore di conversione. Esempio Trasformare 1,5 L in mL: a) il fattore di conversione è 1000; b) si passa da una unità più grande a una più piccola, perciò bisogna moltiplicare: 1,5 L $ 1000 = 1500 mL

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unità 1

Prerequisiti Scheda 2 Utilizzare la notazione esponenziale. Per numeri minori di 1: a) riscrivi il numero mettendo la virgola dopo la prima cifra diversa da 0 a sinistra; b) conta i posti di cui hai sostato la virgola: questo è l’esponente negativo di 10. Esempio Riscrivi 0,00132 in notazione esponenziale: a) 1,32; b) i posti sono 3, quindi si ottiene: 1,32 $ 10-3. Per numeri maggiori di 1: a) riscrivi il numero mettendo la virgola dopo la prima cifra a sinistra; b) conta i posti di cui hai spostato la virgola, questo è l’esponente positivo di 10. Esempio Riscrivi 132 in notazione esponenziale: a) 1,32; b) i posti sono 2, si ottiene: 1,32 $ 102.

ATTENZIONE Per digitare sulla calcolatrice un numero in notazione esponenziale occorre: digitare il numero; schiacciare il tasto Exp o EE ; digitare l’esponente di dieci con il segno (se l’esponente è negativo, utilizzare il tasto +/- per cambiare il segno) .

Sintesi 1

Quali grandezze sono importanti in chimica e quali sono le loro unità di misura?

Il Sistema Internazionale di Unità di misura (sigla SI) definisce sette grandezze fondamentali e le loro unità di misura (Tab. 1.1). La temperatura si misura normalmente in cC: per passare dai cC ai K occorre impiegare la relazione: temperatura in K = temperatura in cC + 273 Esempi • 25 cC equivalgono a: 20 cC + 273 = 293 K

Tabella 1.1 Alcune grandezze del SI

Grandezza

Unità di misura

Lunghezza

Metro (m)

Massa

Kilogrammo (kg)

Tempo

Secondo (s)

Temperatura

Kelvin (K)

• 300 K equivalgono a: 300 K - 273 cC = 27 cC

Le grandezze derivate e le loro unità di misura si ricavano dalle grandezze fondamentali. Alcuni esempi di grandezze derivate: • il volume di un corpo, ossia lo spazio che esso occu- Tabella 1.2 Alcune unità del misura del volume e conversione tra di esse pa, è una grandezza derivata e la sua unità di misura SI è il metro cubo (m3), che si ottiene dall’unità di Unità di misura Conversioni misura fondamentale della lunghezza, il metro; altre unità di misura del volume si trovano nella Tab. 1.2; 1 L = 0,001 m3 (10-3 m3) Litro (L) • la densità è il rapporto tra la massa di un corpo e il 1 mL = 0,001 L (10-3 L) Millilitro (mL) suo volume: la sua unità di misura SI è il kg/m3, ma 1 cm3 = 1 mL si preferiscono altre unità di misura come il g/mL o Centimetro cubo (cm3) il kg/L; • l’energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro, è una grandezza derivata e la sua unità di misura SI è il Joule (J), ma è molto usata anche la caloria, che equivale a 4,18 J (1 cal = 4,184 J).

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La materia e le sue trasformazioni 2

Sintesi

Come è fatta la materia? Che cosa sono sostanze, elementi, composti, atomi e molecole?

Le sostanze, o sostanze pure, sono i vari tipi di materia; si può dire anche che una sostanza è un corpo che possiede proprietà caratteristiche, come per esempio una precisa densità, un punto di fusione definito. Gli atomi sono le piccolissime particelle che compongono la materia. Gli elementi sono sostanze costituite da un solo tipo di atomi; esistono in natura circa 100 elementi diversi, cioè circa 100 tipi diversi di atomi. Un elemento è una sostanza pura che non può essere scomposta per ottenere un’altra sostanza pura. I composti sono sostanze costituite da diversi tipi di atomi. Un composto è una sostanza pura che si può scomporre in sostanze pure più semplici, detti elementi. In certi tipi di composti e in alcuni elementi gli atomi sono legati tra di loro in molecole. 3

Che cosa sono i simboli e le formule?

Ogni elemento è individuato da un simbolo, costituito da una lettera maiuscola o da due lettere, una maiuscola a l’altra minuscola. La tavola periodica (vedi la tavola in fondo al volume) è una tabella che riporta i simboli di tutti gli elementi, insieme ad altre informazioni che li riguardano. Ogni composto è rappresentato da una formula, che indica quali elementi sono presenti nel composto e in che proporzione. Anche alcuni elementi sono formati da atomi dello stesso tipo legati tra loro e sono rappresentati da una formula. Esempi • Simboli degli elementi: idrogeno: H; ossigeno: O; oro: Au; rame: Cu. • H2O è la formula dell’acqua e indica che ci sono due atomi di idrogeno per ogni atomo di ossigeno (Fig. 1.1). • O2 è la formula dell’ossigeno e indica che le molecole di ossigeno sono formate da due atomi di ossigeno.

atomo di idrogeno

molecola di acqua

atomo di idrogeno

atomo di ossigeno

Figura 1.1

Che tipi di miscugli ci sono e come si possono separare?

Un miscuglio è un corpo costituito da diverse sostanze. Ci sono due tipi di miscugli: • i miscugli omogenei, o soluzioni, sono formati da più sostanze che non si possono distinguere le une dalle altre perché sono mescolate in modo uniforme; i miscugli omogenei possiedono una composizione uniforme in tutte le loro parti; • i miscugli eterogenei sono miscugli che non presentano un aspetto uniforme, in cui i componenti si possono distinguere tra loro; anche la loro composizione non è uniforme. Esempio Acqua e sale da cucina costituiscono una soluzione; acqua e sabbia costituiscono un miscuglio eterogeneo. I metodi di separazione servono a separare le varie sostanze presenti in un miscuglio.Ci sono vari metodi di separazione, alcuni sono riportati nella Tab. 1.3. Tabella 1.3 Alcuni metodi di separazione-purificazione

Nome

Come funziona

Filtrazione

Si fa passare il miscuglio in un filtro che trattiene le particelle solide (Fig. 1.2)

Centrifugazione

Si utilizza uno strumento (la centrifuga) che fa ruotare velocemente il miscuglio in una provetta modo che le componenti più pesanti si depositino sul fondo

Estrazione

Si unisce al campione un liquido adatto a sciogliere uno dei componenti del miscuglio, che viene così estratto dal miscuglio (Fig. 1.3)

Distillazione

Si usa per i liquidi: si riscalda il miscuglio in modo da trasformare il liquido in vapore, il vapore viene poi raffreddato e si ottiene il liquido puro; se sono presenti due liquidi la separazione avviene sulla base dei diversi punti di ebollizione (Fig. 1.4)

Cromatografia

Nella cromatografia su carta si pone il campione su di una estremità di una striscia di carta e si immerge la stessa estremità in un solvente, in modo che questo salga lungo la striscia; il solvente salendo separa i componenti del campione, perché quelli che si sciolgono meglio percorrono più strada sulla striscia

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unità 1

Sintesi

ﬁltro di carta che trattiene il solido imbuto di vetro

liquido meno denso liquido più denso

miscuglio di un liquido e di un solido

refrigerante pallone di riscaldamento

pallone di raccolta

miscuglio di liquidi

pinza

bunsen

componente liquida del miscuglio

Figura 1.2

Figura 1.3

uscita acqua fredda

entrata acqua fredda

liquido più volatile

Figura 1.4

Quali sono gli stati di aggregazione della materia e che caratteristiche hanno?

Gli stati di aggregazione della materia sono solido, liquido e aeriforme (gas e vapore): • i solidi hanno forma e volume propri (non si possono comprimere); le particelle che li compongono occupano posizioni fisse; • i liquidi hanno un volume proprio (non si possono comprimere) ma assumono la forma del recip iente in cui si trovano; le particelle possono scorrere le une sulle altre; • i gas possono cambiare sia la loro forma sia il loro volume perché si possono comprimere; le particelle sono libere di muoversi e occupano tutto il volume a loro disposizione (Fig. 1.5).

solido non comprimibile

liquido non comprimibile

aeriforme comprimibile

Figura 1.5

ATTENZIONE Lo stato aeriforme comprende gas e vapori: i gas sono «normalmente» aeriformi, come l’aria; i vapori sono ottenuti riscaldando sostanze che si trovano «normalmente» allo stato liquido o solido, come il vapor d’acqua. Per semplicità useremo il termine «gas» per indicare in generale gli aeriformi. 6 • • • • • •

Come si chiamano i passaggi di stato?

La fusione è il passaggio da solido a liquido; la solidificazione è il passaggio da liquido a solido; l’evaporazione è il passaggio da liquido a gas; la condensazione è il passaggio da gas a liquido; la sublimazione è il passaggio da solido a gas; il brinamento è il passaggio da gas a solido.

Fusione, evaporazione, sublimazione avvengono con assorbimento di calore. Solidificazione, condensazione e brinamento avvengono con liberazione di calore (il corpo cede calore all’ambiente durante il passaggio di stato). 7

Che cosa sono i punti di fusione e di ebollizione?

Il punto di fusione di un solido è la temperatura a cui il solido fonde. La temperatura di una sostanza che sta fondendo non cambia finché tutta la sostanza non è passata allo stato liquido. Il punto di ebollizione di un liquido è la temperatura a cui il liquido bolle. Il punto di ebollizione di un liquido dipende dalla pressione (uno stesso liquido bolle a temperature diverse se si cambia la pressione). La temperatura di una sostanza che sta bollendo non cambia finché tutta la sostanza non è passata allo stato di vapore. 8

Che differenza c’è tra trasformazioni fisiche e chimiche?

Le trasformazioni fisiche modificano l’aspetto e le proprietà fisiche delle sostanze, ma non trasformano le sostanza in altre sostanze. Le trasformazioni chimiche, o reazioni chimiche cambiano la natura chi-

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La materia e le sue trasformazioni

Sintesi

mica delle sostanze e danno luogo a sostanze diverse da quelle di partenza; le sostanze di partenza di una reazione chimica si chiamano reagenti e le sostanze finali si chiamano prodotti. Esempio Il passaggio dell’acqua da liquido a vapore è una trasformazione fisica, perché si parte da acqua e alla fine la sostanza è ancora acqua. Quando l’idrogeno e l’ossigeno si combinano per dare acqua, prima della trasformazione ci sono due sostanze (idrogeno e ossigeno, i reagenti) che dopo la reazione non ci sono più e al loro posto c’è una nuova sostanza (acqua, il prodotto).

Che cosa affermano la legge della conservazione della massa, della composizione definita e delle proporzioni multiple?

La legge di conservazione della massa di Lavoisier afferma che in una reazione chimica la massa dei reagenti è esattamente uguale alla massa dei prodotti. Esempio Nella reazione:

A+B"C+D

la somma delle masse di A e di B prima della reazione è uguale alla somma delle masse di C e D che si formano nella reazione. La legge delle proporzioni definite di Proust afferma che in un dato composto c’è sempre lo stesso rapporto tra le masse degli elementi presenti. Esempio L’acqua, H2O, è formata da idrogeno, H, e ossigeno, O, e la massa dell’ossigeno è sempre 8 volte la massa dell’idrogeno (massa ossigeno: massa idrogeno = 8 : 1). La legge delle proporzioni multiple di Dalton afferma che se due elementi formano diversi composti, i rapporti tra le diverse masse di un elemento che si combinano con una stessa quantità del secondo elemento sono dati da numeri interi piccoli. Esempio Il carbonio forma due composti con l’ossigeno (Fig. 1.6): il monossido di carbonio, CO, e il biossido di carbonio, o anidride carbonica CO2; nel monossido di carbonio per ogni grammo di carbonio ci sono 1,33 g di ossigeno; nel biossido di carbonio + + per ogni grammo di carbonio ci sono 2,66 g di carbonio ossigeno ossigeno diossido di carbonio ossigeno. Il rapporto tra le masse di ossigeno che si combinano con 1 g di carbonio è: + 2,66 = 2,00 1,33

carbonio

ossigeno

monossido di carbonio

Figura 1.6

Domande ed esercizi Grandezze ed unità di misura 3 Prerequisiti e punto 1 1

Controlla se sai definire i seguenti termini: grandezze fondamentali, grandezze derivate, volume, densità, energia.

Quali sono le grandezze fondamentali di cui si parla nel punto 1 della Sintesi e quali sono le loro unità di misura SI?

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unità 1

Domande ed esercizi 3

Quali sono le grandezze derivate di cui si parla nel punto 1 della Sintesi e quali sono le loro unità di misura SI?

Effettua le seguenti conversioni tra unità di misura a) 3,400 kg = ............................... g;

b) 1200 mL = .............................................. L; 3

c) 230 mL = .................................. cm ;

d) 1,3 m = ...................................................... nm;

e) 2,25 $ 103 mL = ................... L;

f ) 120 L = ....................................................... m3;

g) 15 cC = ....................................... K:

h) 318 K = ...................................................... cC;

i) 10,0 cal = ................................. J;

l) 50 J = ........................................................... cal.

1,00 L di un liquido ha una massa di 1,12 kg. Qual è la densità del liquido? Esprimi il risultato in kg/L e in g/mL. Suggerimento Per ricavare la densità bisogna dividere la massa di un corpo per il suo volume: 1,12 kg kg g = 1,12 = 1,12 1,00 L L mL

24,8 g di un liquido hanno un volume di 25 mL. Qual è la densità del liquido?

Un liquido ha una densità di 0,975 g/mL. Qual è la massa in grammi di 120 mL del liquido? Suggerimento g massa densità = $ massa = volume $ densità $ 120 mL $ 0,975 = 117 g volume mL

Se un liquido ha una densità di 1,08 g/mL, quanti kg bisogna prelevarne per avere 1,50 L?

Un corpo ha una massa di 0,750 kg e una densità di 1,20 kg/L. Qual è il suo volume in mL?

10 Quanti litri di un liquido hanno una massa di 1250 g, se la densità è 0,980 kg/L? La composizione della materia: sostanze e miscugli, elementi e composti, simboli e formule, atomi e molecole 3 punti 2 3 4 11 Controlla se sai definire i seguenti termini: atomo, sostanza, elemento, composto, molecola, simbolo, formula, miscuglio, miscuglio omogeneo, soluzione, miscuglio eterogeneo, filtrazione, centrifugazione, estrazione, distillazione, cromatografia. 12 Elenca almeno dieci tipi diversi di atomi. 13 Perché un elemento non può essere scomposto in sostanze più semplici, mentre questo si può fare per un composto? 14 Decidi quali delle seguenti sostanze sono formate da atomi e quali da molecole: a) HCl;

b) Fe;

c) H2;

d) NH3;

e) I2;

f ) S.

15 È corretto dire che sia gli elementi, sia i composti possono essere formati da molecole? 16 Individua gli elementi e i composti: N2, H2O, H2SO4, Hg, CH4, H2. 17 Cerca nella tavola periodica i simboli dei seguenti elementi: azoto, sodio, fluoro, ossigeno, carbonio, mercurio, berillio, ferro, rame, iodio.

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La materia e le sue trasformazioni

Domande ed esercizi

18 Associa ad ogni simbolo il nome dell’elemento: K, Mn, S, He, Li, Cl, Br, P, Al, Ca. 19 In quali sostanze più semplici può essere scomposta la sostanza H2SO4? 20 L’acido fosforico è formato da molecole di formula H3PO4. Quali atomi sono presenti in una molecola di acido fosforico? In che quantità è presente ciascuno degli atomi? 21 Inserisci nello schema i seguenti termini: omogenei, sostanze pure, composti, eterogenei, elementi. MATERIA

miscugli

...................................................

(un solo tipo di atomi)

(più tipi di atomi)

(aspetto e composizione uniformi)

eterogenei (aspetto e composizione non uniformi)

22 Distingui i miscugli dalle sostanze pure (o quasi pure): acqua di mare, acqua distillata, sale da cucina, legno, oro, liquido per lavare i piatti. 23 Distingui i miscugli omogenei dai miscugli eterogenei: bibita gassata, tè, granito, aria, fango, vino. 24 Dalla analisi di due campioni prelevati in due punti diversi di un miscuglio liquido di due sostanze A e B, si ricava che il primo campione contiene il 20% di A e l’80% di B, mentre il secondo contiene uguali quantità di A e di B. a) Il miscuglio è omogeneo o eterogeneo? b) Si può dire che il miscuglio di partenza è una soluzione? 25 Descrivi qual è il miglior metodo per separare: a) un miscuglio di carbone e acqua di mare; b) un miscuglio di due liquidi come alcol e acetone. 26 Un liquido dall’aspetto omogeneo viene sottoposto a distillazione: si ottengono due liquidi di aspetto omogeneo, che bollono a due diverse temperature. Scegli tra le seguenti la corretta interpretazione del fenomeno e giustifica la tua scelta: a) il liquido di partenza era un composto puro che si è scomposto negli elementi di cui è formato; b) il liquido di partenza era una soluzione che si è separata nelle due sostanze pure di cui era formata. 27 Come procederesti per separare un miscuglio di sale e sabbia? 28 Associa ad ogni metodo di separazione (primo elenco) la lettera corrispondente al principio su cui si basa (secondo elenco): 1) filtrazione

2) distillazione

3) centrifugazione

4) estrazione

5) cromatografia

a) diversa velocità con cui le sostanze del miscuglio vengono trascinate da un solvente lungo una striscia di carta b) diversa dimensione delle particelle del miscuglio c) diversa densità dei componenti del miscuglio d) diversa solubilità dei componenti del miscuglio in un solvente opportuno e) diverso punto di ebollizione dei componenti del miscuglio

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unità 1

Domande ed esercizi Stati fisici, passaggi di stato e curve di riscaldamento 3 punti 5

29 Controlla se sai definire i seguenti termini: stati di aggregazione, solidi, liquidi, gas, fusione, solidificazione, evaporazione, condensazione, sublimazione, brinamento, punto di fusione, punto di ebollizione. 30 a) In quale dei tre stati di aggregazione le particelle sono più distanti? b) In quale dei tre stati di aggregazione le particelle si muovono di meno? c) Quale dei tre stati di aggregazione presenta volume proprio, ma assume la forma del recipiente? 31 La tabella seguente riassume le caratteristiche dei passaggi di stato. Inserisci i termini che mancano (la prima riga è compilata a titolo di esempio). Nome del passaggio di stato

Passaggio da...

a...

Il calore viene assorbito o ceduto dalla sostanza ?

Fusione

solido

liquido

assorbito

Solidificazione Evaporazione Condensazione Sublimazione Brinamento

32 Se si riscalda una sostanza solida, come il ghiaccio, e si misura la temperatura man mano che si riscalda, si ottiene un grafico come quello riportato in figura. Rispondi alle domande seguenti a proposito del grafico.

Temperatura (°C)

a) Quali parti della curva rappresentano il riscaldamento del ghiaccio, dell’acqua liquida e del vapore? b) Dove si trovano sul grafico il punto di fusione e il punto di ebollizione dell’acqua? c) Quanto valgono T1 e T2 alla T2 pressione atmosferica «normale»? d) Perché a T1 e T2 non cambia la temperatura della sostanza anche se si continua a fornire calore scaldando? T1 e) La forma del grafico cambierebbe se si modificasse la Calore fornito (J) pressione? Trasformazioni fisiche e chimiche 3 punto 8 33 Controlla se sai definire i seguenti termini: trasformazione fisica, trasformazione chimica, reagente, prodotto. 34 Individua le trasformazioni fisiche e quelle chimiche: a) una tavola di legno che viene levigata con la carta vetrata; b) un chiodo che arrugginisce; c) il metano del fornello che brucia; d) le foglioline del tè che con l’acqua danno luogo alla bevanda; e) la panna che viene montata; f ) una mela che marcisce.

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La materia e le sue trasformazioni

Domande ed esercizi

35 Decidi quale di queste trasformazioni è fisica e quale è chimica.

36 Tra i processi responsabili della formazione delle piogge acide ci sono i seguenti: 1) lo zolfo presente nei combustibili si unisce all’ossigeno dell’aria per formare ossidi di zolfo; 2) gli ossidi di zolfo reagendo con l’acqua si trasformano in acido solforico: 3) l’acido solforico si scioglie nell’acqua della pioggia. Quali di queste trasformazioni sono chimiche? Nelle trasformazioni chimiche individua reagenti e prodotti. 37 Il calcare è formato da un composto chimico chiamato carbonato di calcio. Quando il calcare viene trattato con un acido (si può usare anche quello contenuto nell’aceto), si sviluppa un’effervescenza dovuta alla formazione del gas diossido di carbonio, o anidride carbonica. Si tratta di una trasformazione fisica o chimica? Se si tratta di una trasformazione chimica quali sono i reagenti e i prodotti che vengono citati? Le leggi di conservazione della massa, delle proporzioni definite e delle proporzioni multiple 3 punto 9 38 Controlla se sai enunciare le leggi seguenti: legge di Lavoisier di conservazione della massa, legge di Proust delle proporzioni definite, legge di Dalton delle proporzioni multiple. 39 Associa ad ognuna delle seguenti osservazioni la legge corrispondente: a) se un certo campione di diossido di zolfo contiene il 50% di zolfo e il 50% di ossigeno, allora tutti i campioni di diossido di zolfo devono contenere il 50% di zolfo e il 50% di ossigeno; b) il carbonio con l’ossigeno forma due composti: in uno per ogni grammo di carbonio sono presenti 1,33 grammi di ossigeno, nell’altro per ogni grammo di carbonio si hanno 2,66 grammi di ossigeno; c) 1,00 g di carbonio reagisce completamente con 2,66 g di ossigeno e dalla reazione si ottengono 3,66 g di diossido di carbonio. 40 1,0 g di idrogeno reagisce completamente con 35,5 g di cloro per formare cloruro di idrogeno. Quanti grammi di cloruro di idrogeno si formano? Suggerimento Occorre applicare la legge di conservazione della massa: la massa di tutti i reagenti deve essere uguale alla massa di tutti i prodotti. La massa totale dei reagenti è: 1,00 g + 35,5 g = 36,5 g. Questa è anche la massa dei prodotti: in questo caso si ha un solo prodotto e la sua massa è uguale a 36,5 g. 41 1,0 g di metano reagisce completamente con 4,0 g di ossigeno per formare 2,7 g di diossido di carbonio e acqua. Quanta acqua si forma? 42 Nel sale da cucina (cloruro di sodio) c’è il 39% di sodio e il 61% di cloro. Quanti grammi di sodio sono presenti in 50 g di cloruro di sodio? Suggerimento Si può far uso di una proporzione: 39 : 100 = x : 50 $ x = 19,5 g. 43 Nell’acqua ossigenata c’è il 5,9% di H e il 94,1% di O. Quanti grammi di idrogeno ci sono in 250 g di acqua ossigenata? 44 Nell’ammoniaca 4,7 g di azoto si combinano con 1,0 g di idrogeno. Quanti grammi di azoto si combinano con 200 g di idrogeno?

᫏

unità 1

Autoverifica 1

Associa ad ogni termine la sua definizione: Termine

Definizione

a) soluzione

...................

b) miscuglio eterogeneo

...................

c) elemento

...................

d) composto

...................

e) reagente

...................

f ) prodotto

...................

Definizioni: 1) sostanza di partenza in una reazione chimica; 2) porzione di materia formata da più sostanze, di aspetto e composizione uniformi; 3) porzione di materia formata da più sostanze, di aspetto e composizione non uniformi; 4) sostanza che si ottiene da una reazione chimica; 5) sostanza formata da atomi tutti dello stesso tipo; 6) sostanza formata da più tipi di atomi. 2

Lunghezza, temperatura, massa Densità, lunghezza, massa Volume, densità, temperatura Volume, energia, tempo

᫏ 14

Decidi se sono miscugli omogenei o eterogenei: a) acqua e sabbia ........................................................................ ; b) acqua e vino

..............................................................................

;

c) acqua e olio

...............................................................................

;

d) acqua e aceto ........................................................................... . 7

Decidi se sono elementi o composti: a) H2 ........................................................................................ ; b) H2O2 ................................................................................. ; c) Ne ....................................................................................... ; d) Ag ....................................................................................... ; e) AgCl ................................................................................. .

Per ogni riquadro decidi se si tratta di una sostanza pura o di un miscuglio e per le sostanze pure decidi anche se si tratta di un elemento o di un composto.

Qual è la migliore definizione di atomo? A La più piccola particella di un composto che ne mantiene le proprietà B Particella che dà luogo a una sostanza pura se si ripete sempre uguale C Particella che si può scomporre in altri tipi di particelle dando luogo a diversi tipi di elementi D Particella che dà luogo a un elemento se si ripete sempre uguale, mentre dà luogo a composti se si combina con altri atomi

Un campione di materia di aspetto omogeneo può essere: A una sostanza pura o un composto B una sostanza pura o un elemento C una sostanza pura o un miscuglio omogeneo D solo una sostanza pura

Quale gruppo contiene solo grandezze fondamentali? A B C D

Quale di queste caratteristiche contraddistingue una sostanza pura?

A Contiene un solo tipo di atomi B Non si può scomporre in sostanze più semplici C A temperatura e pressione ambiente si trova allo stato liquido D Si rappresenta attraverso un simbolo

La materia e le sue trasformazioni 9

Scrivi di fianco a ogni sostanza i nomi degli elementi presenti e il numero di atomi di ogni elemento presente nella formula.

Autoverifica c) La distillazione del petrolio: ........................................ . d) La produzione di un vaso per rammollimento e formatura del vetro: .................................................. .

KNO3

Na2CO3

NH3

Elementi

Numero di atomi

..................................

........................................................

..................................

.........................................................

..................................

.........................................................

..................................

........................................................

..................................

.........................................................

..................................

.........................................................

..................................

........................................................

..................................

.........................................................

10 I passaggi di stato che avvengono con assorbimento di calore sono: A B C D

fusione, distillazione, sublimazione dissoluzione, evaporazione, brinamento condensazione, dissoluzione, brinamento fusione, evaporazione, sublimazione

11 Quale delle seguenti affermazioni sulla distillazione di una miscela di due liquidi con punto di ebollizione molto diverso è corretta? A Il liquido con più basso punto di ebollizione passa per primo allo stato di vapore e poi viene condensato e recuperato allo stato liquido: si verificano due trasformazioni fisiche B Il liquido con più basso punto di ebollizione passa per primo allo stato di vapore e poi viene condensato e recuperato allo stato liquido: si verificano due trasformazioni chimiche C Il liquido con più alto punto di ebollizione passa per primo allo stato di vapore e poi viene condensato e recuperato allo stato liquido: si verificano due trasformazioni chimiche D Il liquido con più alto punto di ebollizione passa per primo allo stato di vapore e poi viene condensato e recuperato allo stato liquido: si verificano due trasformazioni fisiche 12 Decidi se i processi seguenti sono basati essenzialmente su trasformazioni fisiche o chimiche. a) La digestione del cibo: ....................................................... . b) La cottura di una torta: ..................................................... .

13 Quando si riscalda una pentola di acqua sul fuoco: A la temperatura sale fino a quando l’acqua bolle e poi si arresta anche se si continua a riscaldare finché c’è del liquido nella pentola; B la temperatura sale sempre nello stesso modo fino a quando l’acqua bolle e poi continua a salire ma in modo diverso finché c’è del liquido nella pentola; C la temperatura sale fino a quando si continua a riscaldare; D la temperatura sale fino a quando l’acqua bolle e poi non cambia più perché non è più necessario continuare a riscaldare. 14 Dal riscaldamento del carbonato di calcio si ottengono ossido di calcio e diossido di carbonio. Se si riscaldano 10,0 g di carbonato di calcio fino a reazione completa si ottengono 5,6 g di carbonato di calcio. Quanti grammi di diossido di calcio si formano? A B C D

4,4 15,6 5,0 5,6

15 Quando si riscalda il mercurio, un liquido di colore argenteo, in presenza di aria, si forma una sostanza rossa e la massa della sostanza rossa che si ottiene è maggiore di quella del mercurio di partenza. Come si può spiegare questa osservazione? A Nella reazione si è verificato un aumento della massa, perché la massa del prodotto è maggiore di quella del reagente B Ci deve essere stato un errore nelle pesate, perché la massa del prodotto dovrebbe essere uguale a quella del reagente C Il mercurio ha reagito con l’ossigeno dell’aria e se si fosse pesato anche l’ossigeno si sarebbe ottenuto che la massa totale dei reagenti è uguale alla massa del prodotto D Quando si è raffreddato il prodotto si è verificata anche la condensazione dell’umidità presente e questo ha provocato l’aumento della massa del prodotto

᫏