Física i Química 3ESO Solucionari

FĂ?SICA I QUĂ?MICA 3 S. Moya - &TQFMU t / 3PDB t . 4PMĂ?

Tema 01 Les solucions Tema 02 Estructura matèria, à tom Tema 03 Taula periòdica, formulació Tema 04 Les reaccions químiques Tema 05 Matèria i electricitat

GUIA D’AULA

3r 001-004_PD_fscaqca_3ESO.indd 1

ESO

21/09/15 06:09

TEMA

TEMA 1

1

LES SOLUCIONS En aquesta unitat, amb què comencem el tercer curs, tractem el concepte de matèria, treballat a 1r d’ESO, i la classifiquem segons que hi hagi o no la possibilitat de separar-la en substàncies més simples. També recordem els principals mètodes de separació de les mescles i aprofundim en les solucions com un exemple de canvi físic de la matèria.

L’alumne té coneixements sobre les solucions a nivell d’experiència quotidiana; sap que molts dels productes que fem servir en el dia a dia són solucions i sap que la temperatura pot fer variar la solubilitat d’una substància en un dissolvent determinat. En aquest sentit, cal impulsar la seva capacitat de fer-se preguntes sobre allò que l’envolta. Es pretén impulsar l’esperit científic de l’alumne atenent al fet que investigar vol dir fer-se preguntes.

L’aspecte fonamental a treballar en aquesta unitat és conèixer algunes de les diferents maneres d’expressar la composició d’una solució: tant per cent en massa, tant per cent en volum i concentració en massa. Aquestes expressions de la concentració són habituals tant al laboratori com en l’ús domèstic o industrial.

Al llarg de la unitat hi ha activitats resoltes guiades i al final trobem activitats de diversos tipus: - Activitats que introdueixen l’alumnat en el treball experimental al laboratori. Per això proposem activitats en què l’alumne aprèn el nom dels diferents materials d’ús més freqüents al laboratori per tal de preparar solucions. S’insisteix en la lectura de l’etiqueta de productes químics i normes de seguretat al laboratori.

- Activitats competencials contextualitzades en què l’alumne ha de mostrar, a més, el seu grau d’interès per diferents qüestions plantejades.

- Activitats en què es treballa transversalment l’àrea de Matemàtiques: el concepte de notació científica i la representació gràfica (corbes de solubilitat).

- Activitats d’experimentació a casa que estimulen l’esperit científic.

Recursos i materials recomanats Bibliografia BABOR, J.A.; IBARZ, J.: Química general moderna. Ed. Marín, 1979.

RUIZ MARTÍNEZ, JESÚS: Profesores de enseñanza secundaria, temario para la preparacion de oposiciones, Física y química, volumen II. Ed. MAD, 2005.

MORALES, JOSE VICENTE I SÁNCHEZ, JOSE ANTONIO: Profesores de enseñanza secundaria, temario para la preparacion de oposiciones, Física y Química, volumen III. Ed. MAD, 2005.

CHANG, RAYMOND: Principios esenciales de Química General. Ed. McGraw-Hill, 2006.

Projecte 3.16: Destreses Bàsiques. Ed. Cruïlla.

29

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 29

21/09/15 06:10

DESENVOLUPAMENT DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

PÃ gines web t IUUQ XXX YUFD DBU DFOUSFT B XFC OBUVT DPNFOTBS IUN t IUUQ XXX YUFD DBU _EOBWBSS NFTDMFT IUN t IUUQ XXX UFYUPTDJFOUJGJDPT DPN t IUUQ XXX FEV DBU BVMBOFU DJFODJB &ODJDMPQÃ’EJB EF MB $JÃ’ODJB

30

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 30

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

Solucions de les activitats La matèria. Classificació

1.1. Classifica les imatges següents segons que representin una substància pura o una mescla: Substàncies pures: or, coure, fructosa.

Mescles: aire, llet, xocolata, petroli, nata.

1.2. Dibuixa esquemàticament i d’acord amb la teoria cinètica com t’imagines que es troben disposades les partícules de: a) Un got d’aigua amb sal L’alumne ha de dibuixar boletes d’aigua envoltades de boletes de sal. b) L’aire d’una habitació L’aire és una barreja de gasos; per tant, l’alumne ha de dibuixar boletes de diferents colors i mides que representen els diferents gasos que formen l’aire. Aquestes boletes estan molt separades i desordenades. c) Una mescla d’oli i aigua L’alumne ha de dibuixar dues fases diferenciades perquè són líquids immiscibles. En la fase inferior, boletes juntes i desordenades que representen l’aigua, i en la fase superior, boletes juntes i desordenades que representen l’oli (boletes més grosses). d) Un got d’aigua destil·lada L’alumne ha de dibuixar les partícules (boletes, totes iguals) juntes i desordenades. e) Una barra d’or L’alumne ha de dibuixarles partícules (boletes, totes iguals) juntes i ordenades.

1.3. Enuncia les diferències i semblances que existeixen entre una substància pura i una mescla. a) Diferències: Una substància pura: - És una sola substància.

- Té unes propietats característiques i constants.

- La seva composició no varia en funció de les condicions físiques en què es troba.

- No es pot separar en substàncies més simples per mitjà de processos físics.

Una mescla: - Està formada per dues o més substàncies.

- Les seves propietats no són constants, ja que depenen del tipus i de la quantitat de cada una de les substàncies mesclades.

- Els seus components es poden separar en altres de més simples per mitjà de processos físics: destillació, filtració, decantació, cromatografia, etc. b) Semblances: Una substància pura i una mescla són matèria i, com a tal, ocupen un lloc en l’espai i les podem trobar en tres estats físics: sòlid, líquid i gas.

31

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 31

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

1.4. A la columna de l’esquerra hi ha mescles i a la columna de la dreta mètodes de separació.

Relaciona cada mescla amb el mètode de separació més adient per obtenir els seus components per separat. Pots consultar el web www.espaibarcanova.cat per obtenir informació sobre aquests mètodes de separació.

Llimadures de ferro i pols de sofre → Imantació Sorra i aigua → Filtració Oli i aigua → Decantació Arrós i farina → Tamisatge

1.5. Els diagrames de separació representen els passos que cal seguir per separar els components d’una mescla. Observa aquest exemple: a) Gasolina i aigua.

AIGUA I GASOLINA Embut de decantació

b) Sal, llimadures de ferro i marbre en pols.

SAL, LLIMADURES DE FERRO I MARBRE EN POLS imantació

Hi afegim aigua i a continuació filtrem

evaporació

32

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 32

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

Transformacions de la matèria. Canvis físics i canvis químics

1.6. Llegeix el text següent i contesta les preguntes que hi ha a continuació: a)

MÈTODE CIENTÍFIC

LLEIS I TEORIES CIENTÍFIQUES

b) Busca informació i explica què són una llei científica i una teoria científica.

Una llei científica és una descripció detallada del fenomen que estudiem a partir d’una recerca científica, formulada de manera que es compleixi sense excepció i, com a conseqüència, es pugui considerar una aportació rellevant a la comprensió del fenomen estudiat. Una llei és vàlida fins que una altra recerca demostra que no es compleix; llavors cal modificar-la. D’aquesta manera la ciència ha anat creixent.

Quan les lleis relacionades entre elles s’organitzen en una agrupació coherent d’idees i principis, tenim una teoria científica. Una teoria científica és el resultat de molts treballs científics. c) Imagina que has de dur a terme una recerca científica. Planteja’t una pregunta senzilla de l’àmbit de la ciència i descriu breument les etapes de la recerca que et portarien a trobar una resposta. Una visita al web www.espaibarcanova.cat pot suggerir-te alguna idea.

Activitat oberta.

33

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 33

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

1.7. En matemàtiques i en ciències moltes vegades ens trobem amb nombres molt grans o molt

petits. Una manera d’evitar treballar amb moltes xifres és utilitzar la notació científica.

Bàsicament, la notació científica consisteix a expressar una quantitat com un nombre decimal multiplicat per una potència de 10.

Un nombre en notació científica s’expressa de la forma a · 10b, on a és un nombre decimal exacte entre 1 i 10 (sense arribar a 10), i b és un nombre enter.

A continuació completa la taula següent: Notació amb totes les xifres 0,000023 54.100 3.950.000 0,00000504

Notació científica 2,3 · 10–5 5,41 · 104 3,95 · 106 5,04 · 10–6 r 2

1.8. La notació científica ens permet operar còmodament amb nombres molt grans o molt petits.

Resol, fent servir la calculadora, les operacions següents i dóna el resultat en notació científica arrodonit a 2 decimals. a) (5,2 · 1015) · (8,7 · 105) = 4,52 · 1021 2,4 · 105 b) = 2,93 · 109 8,2 · 10–5 c) 4,28 · 107 + 1,013 · 108 – 9,5 · 106 = 1,35 · 10 6,3 · 105 · 1,8 · 106 + 6,83 · 1012 d) = 4,92 · 10–6 6,23 · 1023 · 2,6 · 10–6

1.9. Classifica els canvis següents en físics o químics: Canvis químics La corrosió d’un metall per l’oxigen de l’aire.

La fotosíntesi.

La respiració.

La combustió del carbó.

Canvis físics El desplaçament d’un cotxe.

L’evaporació de l’aigua.

La condensació de l’aigua.

La fusió d’un glaçó en una beguda.

Dissoldre cacau en un got de llet i escalfar-la.

Inflar un globus amb heli.

1.10. Obre la nevera de casa teva i observa les substàncies líquides que hi ha a dins. Classifica-les segons que siguin mescles heterogènies o solucions. De quin tipus n’hi ha més? Tingues en compte el criteri de la grandària de les partícules i si són visibles a ull nu. En quins casos has tingut dubtes?

Activitat oberta.

34

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 34

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

Les solucions, un exemple de canvi fĂ­sic

1.11. Observa el teu entorn i posa tres exemples per a cada una de les mescles segßents: Activitat oberta. Per exemple: a) Aliatges: claus (acer), panys (acer), llaunes‌ b) Líquid amb líquids dissolts: alcohol de farmaciola, vinagre, vi‌ c) Líquid amb sòlids dissolts: lleixiu, llet, aigua de l’aixeta‌ d) Líquid amb gasos dissolts: gasosa, desengreixant d’amoníac, salfumant, aigua de l’aixeta‌

1.12. Busca informació i identifica el solut i el dissolvent en les mescles homogènies segßents: a) Gas natural: El component majoritari Ês el metà , en un 96 % (dissolvent). A mÊs, contÊ propà , nitrogen, età i diòxid de carboni (soluts). b) Sèrum fisiològic: El dissolvent Ês l’aigua, i contÊ dissolts majorità riament clorur de sodi, sodi i clorurs. c) Aigua de mar: El dissolvent Ês l’aigua i contÊ sals dissoltes: clorurs, sodi, sulfats, magnesi, calci, potassi‌ d) Aigua de l’aixeta: El dissolvent Ês l’aigua i contÊ dissolts calci, clorurs, fluorurs, sulfats, sodi‌ e) Aire: El component majoritari Ês el nitrogen; per tant, Ês el dissolvent, i contÊ dissolts oxigen, diòxid de carboni, gasos nobles‌ f) Acer: És un aliatge de ferro i carboni que contÊ altres elements. El dissolvent Ês el ferro i el carboni Ês l’element bà sic. Els altres elements li confereixen propietats mecà niques específiques per a la seva utilització en la indústria per construir eines, fulles, suports, etc.

Composició d’una solució

1.13. Observa les etiquetes de les solucions segĂźents, que podem trobar en un laboratori de quĂ­mica. Copia-les al teu quadern i completa els textos amb la informaciĂł que ens donen. a) Solut: alcohol etĂ­lic. Dissolvent: aigua. Significat del pictograma: inflamable.

Percentatge en volum: 99,5 %. Aquesta dada ens indica que hi ha 99,5 l de solut per cada 100 l de soluciĂł. b) Solut: Ă cid clorhĂ­dric. Dissolvent: aigua. Significat del pictograma: corrosiu.

Percentatge en massa: 23 %. Aquesta dada ens indica que hi ha 23 g de solut per cada 100 g de soluciĂł. c) Solut: nitrat de sodi. Dissolvent: aigua.

Percentatge en massa: 36 %. Aquesta dada ens indica que hi ha 36 g de solut per cada 100 g de soluciĂł. %FOTJUBU H DN3. Aquesta dada ens indica que hi ha 1,25 g de soluciĂł per cada centĂ­metre cĂşbic de soluciĂł. d) Solut: nitrat de potassi. Dissolvent: aigua $PODFOUSBDJĂ˜ FO NBTTB H l "RVFTUB EBEB FOT JOEJDB RVF IJ IB H EF TPMVU QFS DBEB MJUSF EF soluciĂł.

35

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 35

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

1.14. Llegeix el text següent, que explica el procés a seguir per preparar una solució.

A continuació respon les preguntes: a) Disposem de provetes de 10 ml , 100 ml , 250 ml i 1l . Quin procediment seguirem si volem mesurar 180 ml d’aigua?

Utilitzar la proveta de 250 ml perquè d’aquesta manera fem únicament una mesura i, per tant, reduïm l’error experimental. b) Justifica el fet que el matràs aforat tingui el coll llarg i estret.

El matràs aforat té un coll llarg i estret per poder ser més exactes en la mesura que volem obtenir, ja que això facilita la maniobra d’anivellament, que consisteix a fer coincidir la part inferior del menisc amb la marca d’anivellament. c) Calcula quants grams de solut hi ha en 100 ml d’una solució de concentració en massa 23 g/l .

23 g solut 0,1 l solució · = 2,3 g de solut 1 l solució d) Calcula quants grams de solut i de dissolvent hi ha en 500 g d’una solució al 10% en massa.

10 g solut 500 g solució · = 50 g solut i, per tant, 500 g solució – 50 g solut = 450 g dissolvent 100 g solució e) Per què fem servir un matràs aforat si preparem una solució d’una concentració en massa determinada i una proveta si la composició s’expressa en percentatge en massa?

Fem servir un matràs aforat si preparem una solució de certa concentració en massa perquè sabem el volum de solució resultant, però no coneixem la quantitat de dissolvent que necessitem per preparar la solució. En canvi, si la composició de la solució s’expressa en percentatge en massa, farem servir una proveta perquè podem determinar perfectament les quantitats de solut i de dissolvent. f) L’acetona o propanona, CH3COCH3, a temperatura ambient es presenta com un líquid incolor amb una olor característica. S’usa molt com a dissolvent de laques i vernissos. Com es prepararien 500 ml de solució d’acetona en aigua al 15% en volum? Suposa que els volums són additius. Fes els càlculs necessaris, indica el material de laboratori i fes una breu descripció dels passos a seguir.

15 l solut 0,5 l solució · = 0,075 l solut = 75 ml acetona i, per tant, 425 ml aigua 100 l solució Material de laboratori: acetona, aigua destil·lada, proveta de 500 ml , proveta de 100 ml , vareta de vidre, vas de precipitats de 1000 ml .

Passos a seguir: Mesurem 75 ml d’acetona en una proveta de 100 ml . A continuació, mesurem 425 ml d’aigua destil·lada en una proveta de 500 ml . Buidem els continguts de les dues provetes al vas de precipitats i els barregem amb una vareta de vidre per homogeneïtzar la solució.

36

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 36

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

1.15. A les imatges segĂźents pots veure les quantitats de solut i dissolvent que es combinen per obtenir una soluciĂł. Observa-les atentament i dedueix la informaciĂł que es demana. a) Massa d’aigua: 375 g Massa de sucre: 25 g Tant per cent en massa de la soluciĂł: 6,25 % b) Volum d’aigua: 200 ml Massa de sal: 15 g $PODFOUSBDJĂ˜ FO NBTTB EF MB TPMVDJĂ˜ H l c) Volum d’aigua: 100 ml Volum d’acetona: 30 ml 5BOU QFS DFOU FO WPMVN EF MB TPMVDJĂ˜

1.16. La imatge ens mostra una ampolleta de 30 ml

d’una solució d’à cid clorhídric al 5 % en volum. Aquestes ampolletes es venen en capses de 10 unitats. L’ús Ês terapèutic, per tractar problemes d’acidesa estomacal, deficient digestió proteica o infeccions digestives. Cal prendre’n 5 gotes amb cada à pat (s’han de barrejar amb el menjar).

Quina quantitat de solut hi haurà en una capsa sencera d’aquestes ampolletes?

La quantitat de solut en una ampolla Ês: 5 l solut 0,03 l solució ¡ = 1,5 ¡ 10–3 l solut 100 l solució Si en una caixa hi ha un total de 10 ampolles, llavors nomÊs cal multiplicar per 10. Tindrem 1,5 ¡ 10–2 l solut; Ês a dir, 15 ml de solut.

1.17. Llegeix el text segĂźent i contesta les preguntes que hi ha a continuaciĂł: a) Indica si les frases segĂźents sĂłn correctes o incorrectes: t -B HMVDPTB Ă?T VO HMĂžDJE J DPN B UBM Ă?T VOB EF MFT QSJODJQBMT GPOUT E FOFSHJB EFM OPTUSF PSHBOJTme. CORRECTA. t -B DPODFOUSBDJĂ˜ EF HMVDPTB FO TBOH BM MMBSH EFM EJB QPU WBSJBS J TFS NĂ?T BMUB BM NBUĂ“ BCBOT E FTNPS[BS J NĂ?T CBJYB EFTQSĂ?T EF GFS VO Ă‹QBU INCORRECTA. t -B JOTVMJOB Ă?T M IPSNPOB DBVTBOU RVF MFT DĂ’Mr MVMFT BCTPSCFJYJO MB HMVDPTB TBOHVĂ“OJB 1FS UBOU TJ M PSHBOJTNF OP QSPEVFJY BRVFTUB IPSNPOB IJ IBVSĂ‹ VO FYDĂ?T EF TVDSF B MB TBOH CORRECTA. t 6O EJBCĂ’UJD T IB E JOKFDUBS JOTVMJOB CORRECTA. t 6O EJBCĂ’UJD UĂ? VOB DPODFOUSBDJĂ˜ EF HMVDPTB B MB TBOH QFS TPUB EFMT OJWFMMT OPSNBMT INCORRECTA. b) Indica el teu grau d’interès per les qĂźestions que es plantegen.

Activitat oberta. c) 6OB QFSTPOB TBOB U� H EF HMVDPTB FO EN3 de solució sanguínia. Calcula la concentració en g/l i en mg/dl . En funció del valor obtingut, justifica si aquesta mesura s’ha fet just BCBOT P EFTQS�T E VO ËQBU

37

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 37

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

-FT DPODFOUSBDJPOT FO H l J FO NH El són: H HMVDPTB g = 1,7 0,5 l solució sanguínia l NH HMVDPTB = NH El 5 dl solució sanguínia $PN RVF FM WBMPS PCUJOHVU ÏT TVQFSJPS B NH El , es tracta d’un valor mesurat just després d’un àpat. d) La solució de glucosa en aigua (sèrum glucosat) s’utilitza per alimentar els malalts quan no poden menjar. En l’etiqueta d’un flascó de sèrum de 750 cm3 T IJ JOEJDB RVF MB DPODFOUSBDJØ ÏT de 55 g/l . Si un malalt necessita prendre 40 g de glucosa cada hora, quin volum d’aquest sèrum se li ha d’injectar en una hora?

1 l sèrum 40 g glucosa · = 0,727 l sèrum = 727,3 ml sèrum cada hora 55 g glucosa

1.18. És obligatori que les etiquetes de l’aigua mineral indiquin la concentració dels diferents

components que tenen dissolts i que aquesta no superi els límits establerts per les autoritats sanitàries. A partir de la taula següent, que correspon a l’etiqueta d’una ampolla de litre i mig, calcula la massa en grams que hi ha de cada component: C (mg/l )

Massa (grams) 21 mg sodi Sodi 21 = 31,5 mg sodi = 0,0315 g sodi 1,5 l solució · 1 l solució 32 mg magnesi Magnesi 32 1,5 l solució · = NH NBHOFTJ = H NBHOFTJ 1 l solució 64 mg potassi Potassi 64 1,5 l solució · = 96 mg potassi = 0,096 g potassi 1 l solució 255 mg bicarbonat Bicarbonats 255 1,5 l solució · = NH CJDBSCPOBU = H CJDBSCPOBU 1 l solució

1.19. El iode és una substància sòlida, de color gris fosc, soluble en alcohol. La solució de iode

i alcohol, de color marró, es coneix amb el nom de tintura de iode i s’utilitza per les seves propietats desinfectants. En un vas de precipitats hem posat 250 g d’alcohol i 2 g de iode que es dissolen completament. a) Calcula la concentració de la solució en percentatge en massa.

2 g iode % en massa = 252 g solució · 100 = 0,79 % b) Quants grams de solució haurem d’agafar per tal que en evaporar l’alcohol quedin 0,5 g de iode sòlid?

252 g solució 0,5 g de iode sòlid · = 63 g solució 2 g iode

38

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 38

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

c) Si agafem 50 g de solució i deixem evaporar l’alcohol, quants grams de iode quedaran?

2 g iode 50 g de solució ¡ 252 g solució = 0,39 g iode

1.20. El sèrum fisiològic Ês una solució al 0,9 % en massa de clorur de sodi. S’utilitza als hospi-

tals per equilibrar els fluids corporals i Ês habitual veure’l en una bossa penjada d’un suport. En molts pacients s’utilitza com a substitut de la sang en determinades situacions i com a mitjà de transmissió de substà ncies a l’interior del cos. a) Si volem preparar una solució de 250 g de sèrum fisiològic del 0,9 % en massa de clorur de sodi, quina massa de sal necessitarem?

0,9 g clorur de sodi 250 g sèrum ¡ = 2,25 g clorur de sodi 100 g sèrum b) Al magatzem on guardem les bosses per al sèrum fisiològic, observem que n’hi ha de tres materials diferents. Justifica quina bossa haurem de triar per guardar la solució salina.

Necessitem una bossa que no alliberi productes tòxics perquè seria perjudicial per als pacients, que sigui insoluble en aigua salada perquè ha de contenir el sèrum –que Ês una solució d’aigua amb sal– i que tampoc no sigui soluble en aigua perquè Ês una solució molt diluïda; prà cticament tot el contingut de la bossa Ês aigua. Per tant, hem de triar la bossa 2.

1.21. Quan ingerim begudes alcohòliques, l’alcohol que contenen arriba fins a la sang. Una concentració excessiva d’alcohol a la sang tÊ efectes nocius en l’organisme. A mÊs, la ingesta d’alcohol Ês una de les principals causes dels accidents de trà nsit.

a) Busca informaciĂł sobre els efectes que produeix l’alcohol en la conducciĂł i descriu breuNFOU FMT USFT FGFDUFT RVF FU DSJEJO NĂ?T M BUFODJĂ˜ Activitat oberta. b) El codi general de circulaciĂł prohibeix conduir quan el test d’alcoholèmia indica una taxa superior a 0,25 mg d’alcohol etĂ­lic per litre d’aire espirat. Si en realitzar aquest test a un conductor es detecta que 100 cm3 d’aire espirat contenen 0,05 mg d’alcohol etĂ­lic, serĂ positiu el test?

0,05 mg alcohol 0,1 l aire espirat = 0,5 mg alcohol etílic per litre espirat Per tant, el test serà positiu. c) Indica en quin grau estàs d’acord o en desacord amb les afirmacions segßents.

Activitat oberta.

39

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 39

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

La solubilitat

1.22. Llegeix el text i contesta les preguntes que hi ha continuació: a) Utilitzant les dades de la taula, representa en un gràfic la quantitat màxima d’oxigen que es pot dissoldre a l’aigua dolça i a l’aigua salada en funció de la temperatura. No oblidis de posar títols als eixos (cal especificar les unitats) i al gràfic. oxigen dissolt en l’aigua 12

ml O2/l dissolució

10

8

Aigua dolça

6

Aigua salada

4

2

0 0

5

10

15

20

25

30

35

Temperatura (°C)

b) Descriu com varia la solubilitat de l’oxigen en aigua, tot utilitzant les dades de la taula, i compara la solubilitat en aigua dolça i en aigua salada.

A mesura que augmenta la temperatura, la solubilitat de l’oxigen en aigua disminueix, tant en aigua dolça com en aigua salada. D’altra banda, a qualsevol temperatura la dissolució d’oxigen en aigua dolça és més fàcil que en aigua salada, perquè els valors de la solubilitat en aigua dolça són superiors. c) Calcula la concentració, en tant per cent en volum, d’una solució saturada d’oxigen en aigua dolça a una temperatura de 30 ºC. A 30 ºC es poden dissoldre 5,57 ml d’oxigen en 1 l de solució.

5,57 cm3 oxigen 1.000 cm3 aigua · 100 = 0,557 % en volum d’oxigen d) La temperatura de l’aigua d’un riu solia ser d’uns 10 ºC, però arran de la contaminació industrial la temperatura va pujar fins als 30 ºC. Tenint en compte les dades de la taula, explica quines conseqüències va tenir per als peixos que vivien al riu aquest dany al medi ambient.

Els peixos necessiten l’oxigen de l’aigua per viure. Observant les dades, veiem que, si augmenta la temperatura de l’aigua del riu, la solubitat de l’oxigen disminueix i, per tant, la quantitat d’oxigen de l’aigua disminueix. Hi ha menys oxigen per la mateixa població de peixos; això afectarà tot l’ecosistema (peixos, plantes, etc.) causant-los fins i tot la mort.

40

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 40

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

1.23. Observa el gràfic i contesta les preguntes que hi ha a continuació: a) Què es representa a l’eix d’abscisses? En quines unitats?

En l’eix d’abscisses s’hi representa la temperatura en ºC. b) Què es representa a l’eix d’ordenades? En quines unitats?

En l’eix d’ordenades s’hi representa la solubilitat en g de solut per 100 g d’aigua. c) Completa una taula com la que pots veure en la columna de la dreta, indicant la quantitat màxima de sal que es pot dissoldre en 100 g d’aigua.

T (°C)

0

30

50

70

100

KNO3

10

40

71

—

—

NaNO3

70

100

—

—

—

KCl

24

40

52

60

K2CrO4

60

61

62

NaCl

35

40

42

46

50

d) 2VJOB ÏT MB TBM RVF UÏ NBKPS TPMVCJMJUBU B $ NaNO3. e) 2VJOB UÏ NFOPS TPMVCJMJUBU B $ NaCl . f) Quina experimenta una menor variació de la seva solubilitat amb la temperatura?

NaCl . g) &O RVJOB WBSJB NÏT MB TPMVCJMJUBU BNC MB UFNQFSBUVSB KNO3. h) Quants grams de nitrat de sodi, NaNO3, es poden dissoldre en un quart de litre d’aigua a 30 ºC? La solubilitat del nitrat de sodi a 30ºC és de 100 g de nitrat de sodi en 100 g d’aigua.

100 g nitrat de sodi 250 ml aigua = 250 g aigua · = 250 g nitrat de sodi 100 g aigua i) 1SFQBSFN VOB TPMVDJØ RVF DPOUÏ H EF DMPSVS EF QPUBTTJ ,$l , dissolts en 100 g d’aigua a 60 °C. Justifica si es tracta o no d’una solució saturada.

La solubilitat del clorur de potassi a 60 ºC és de 50 g de KCl en 100 g d’aigua. Això vol dir que en 100 g d’aigua a 60 ºC podem dissoldre com a màxim 50 g de KCl . Si hi posem 35 g de KCl , la solució no està saturada (encara podríem dissoldre fins a 15 g més). j) Què passarà si es refreda la solució anterior fins a 10 °C? Si la solució anterior es refreda fins a 10°C, la solubilitat és ara de 30 g de KCl en 100 g d’aigua.

Com que la nostra solució conté 35 g de KCl , això vol dir que 30 g estaran dissolts i que 5 g cristallitzaran. k) Calcula la quantitat màxima de solut que es pot dissoldre en cada un dels casos següents: t %JTQPTFN EF H EF ,2CrO4 i 150 g d’aigua a 30 °C. 60 g cromat de potassi 150 g aigua · = 90 g cromat de potassi 100 g aigua

41

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 41

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

90 g Ês la quantitat mà xima de cromat de potassi que podem dissoldre en 150 g d’aigua. Per tant, si en tenim 100 g, nomÊs es dissoldran 90 g i 10 g quedaran sense dissoldre. t 5FOJN H EF /B$l i 50 g d’aigua a 50 °C. A 50 ºC la solubilitat de NaCl Ês de 42 g de NaCl en 100 g d’aigua.

42 g clorur de sodi 50 g aigua ¡ = 21 g clorur de sodi 100 g aigua 21 g Ês la quantitat mà xima de clorur de sodi que podem dissoldre en 50 g d’aigua. Per tant, si en tenim 20 g, es dissoldran tots. t 5FOJN H EF ,/03 i 200 g d’aigua a 0 °C. A 0 ºC la solubilitat del nitrat de potassi Ês de 10 g de KNO3 en 100 g d’aigua.

10 g clorur de sodi 200 g aigua ¡ = 20 g clorur de sodi 100 g aigua 20 g Ês la quantitat mà xima de clorur de sodi que podem dissoldre en 200 g d’aigua. Per tant, si en tenim 5 g, es dissoldran tots.

1.24. Se sap que a 30 ºC es dissolen com a mà xim 14 g d’una substà ncia en 100 g d’aigua. Quina Ês la solubilitat d’aquesta substà ncia a 30 ºC? 14 g de substà ncia per cada 100 g d’aigua.

1.25. Se sap que a 25 ºC es dissolen com a mà xim 28 g d’una substà ncia en 50 g d’aigua. Quina Ês la solubilitat d’aquesta substà ncia a 25 ºC? 56 g de substà ncia per cada 100 g d’aigua.

1.26. La solubilitat del clorur de potassi, KCl , a 40 ºC Ês 38 g de KCl en 100 g d’aigua. Si afegim 40 g de KCl a 100 g d’aigua a aquesta temperatura, quants grams es dissoldran i quants quedaran sense dissoldre?

H EF ,$l estaran dissolts i 2 g quedaran sense dissoldre.

1.27. ACTIVITAT EXPERIMENTAL 1 a) +VTUJGJDB QFS RVÒ �T DPOWFOJFOU RVF FMT QPUT EF SFBDUJVT FTUJHVJO CFO FUJRVFUBUT És convenient que els pots de reactius estiguin ben etiquetats, perquè l’etiqueta ens proporciona informació útil per a la seva manipulació i es minimitza el risc d’accidents. b) Escull tres flascons de productes químics del laboratori i fes una lectura acurada de les etiquetes.

Activitat oberta. c) Quines precaucions creus que cal prendre quan es manipula un lĂ­quid altament inflamable?

Quan es manipula un líquid altament inflamable, s’ha de mantenir lluny de qualsevol font de calor.

42

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 42

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

d) 2VÒ �T VOB TVCTUËODJB UÛYJDB Una substà ncia tòxica Ês una substà ncia que, per inhalació, ingesta o penetració cutà nia, pot causar efectes adversos per a la salut (nà usees, vòmits, mals de cap, pèrdua de coneixement o, en un cas extrem, fins i tot la mort). e) Busca informació i escriu el nom de dues substà ncies comburents.

Activitat oberta. f) Troba tres errades en aquesta etiqueta: Les tres errades sĂłn: t &M OPN EFM QSPEVDUF OJUSBU E BNPOJ OP FT DPSSFTQPO BNC MB GĂ˜SNVMB /B/03. t &M QJDUPHSBNB OP Ă?T FM DPSSFTQPOFOU B VO QSPEVDUF DPNCVSFOU TJOĂ˜ B VO QSPEVDUF FYQMPTJV t -B QSJNFSB EF MFT GSBTFT 4 4BDTFKBS BCBOT EF GFS TFSWJS OP Ă?T DPSSFDUB

1.28. ACTIVITAT EXPERIMENTAL 2 a) &MBCPSB VO JOGPSNF EFM QSPD�T RVF IBT TFHVJU FO DBEB VOB EF MFT EVFT QSFQBSBDJPOT -FT explicacions han d’anar acompanyades dels dibuixos i els cà lculs realitzats.

Activitat oberta. b) Indica quin material utilitzaries per mesurar 3 g de clorur de sodi i 10 ml d’aigua destil¡lada Per mesurar 3 g de NaCl farem servir balança, espà tula i vidre de rellotge o vas de precipitats.

Per mesurar 10 ml d’aigua destil¡lada farem servir una proveta de 10 ml . c) Completa les frases segĂźents: 4J VOB TPMVDJĂ˜ UĂ? VOB DPODFOUSBDJĂ˜ FO NBTTB EF H l vol dir que hi ha 4 g de solut en un litre de soluciĂł.

4J VOB TPMVDJĂ˜ UĂ? VOB EFOTJUBU EF H l WPM EJS RVF IJ IB H EF TPMVDJĂ˜ FO VO MJUSF EF TPMVDJĂ˜

1.29. EXPERIMENTA A CASA Experiment 1. Obtenció de pigments a) Què aconseguim quan tallem els vegetals i els piquem amb el morter?

Les cèl¡lules de les arrels, fulles o flors contenen pigments en el seu interior. Quan tallem els vegetals i els piquem amb el morter, alliberem els pigments de l’interior de les cèl¡lules vegetals. b) - FYUSBDDJĂ˜ EF QJHNFOUT Ă?T VO QSPDĂ?T GĂ“TJD P RVĂ“NJD +VTUJGJDB MB UFWB SFTQPTUB L’extracciĂł de pigments ĂŠs un procĂŠs fĂ­sic perquè no canvia la naturalesa dels pigments; aquests Ăşnicament passen dels vegetals a l’aigua. c) Per què cal que l’aigua que afegim al morter estigui calenta?

Cal que l’aigua que afegim al morter sigui calenta, perquè Ês mÊs fà cil dissoldre els pigments en aigua calenta que en aigua freda.

43

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 43

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

Experiment 2. Líquids miscibles i immiscibles a) En barrejar dues substà ncies líquides, si l’una es dissol en l’altra i aparentment formen un sol líquid diem que són líquids miscibles. Si no es dissolen l’una en l’altra diem que són immiscibles. D’acord amb això i l’experiment que acabes de fer: com són l’alcohol i l’aigua? Com són l’oli i l’aigua? Justifica la resposta.

L’alcohol i l’aigua són miscibles perquè es barrejen perfectament. L’oli i l’aigua són immiscibles perquè no es barregen. b) Dibuixa una gerra o vas alt com el que has utilitzat. Assenyala en el dibuix en quin ordre cal abocar les diferents substà cies de l’experiment per tal que no es barregin entre ells. Justifica la resposta.

Activitat oberta. Per tal que les diferents substà ncies de l’experiment no es barregin entre elles, les abocarem de mÊs densa a menys densa. Així, ho farem en aquest ordre: mel, aigua, oli i alcohol.

1.30. ACTIVITAT DE CLOENDA a) Respon a les preguntes plantejades a la introducció del tema (pà g 9). t 2VJOT UJQVT EF NFTDMFT IJ IB * EF TPMVDJPOT Les mescles poden ser homogènies, si no s’hi poden distingir les diferents substà ncies que la formen a ull nu o amb un microscopi convencional, o heterogènies, si s’hi poden distingir.

Segons l’estat físic en què es troben els seus components, tenim solucions gasoses, líquides o sòlides. Segons la composició, tenim solucions diluïdes, concentrades o saturades. t $PN QPESÓFN EJTUJOHJS BM MBCPSBUPSJ EVFT TVCTUËODJFT EJGFSFOUT QFSÛ BNC VO BTQFDUF NPMU semblant?

Utilitzant alguna de les propietats caracterĂ­stiques de les substĂ ncies. t -FT TPMVDJPOT TĂ˜O TFNQSF USBOTQBSFOUT J JODPMPSFT No. Hi pot haver solucions amb color i que no siguin transparents. t -B UFNQFSBUVSB E FCVMMJDJĂ˜ EF M BJHVB EF M BJYFUB Ă?T MB NBUFJYB RVF MB EF M BJHVB EF NBS No. La concentraciĂł de sals dissoltes influeix en la temperatura d’ebulliciĂł. t 2VĂ’ WPM EJS FM WBMPS Â? RVF GJHVSB FO M FUJRVFUB EF M BMDPIPM EF GBSNBDJPMB Significa 96 % en volum, ĂŠs a dir, que per cada 100 litres de soluciĂł 96 litres sĂłn de solut. t 1FS RVĂ’ DBM QPTBS M BJHVB B FTDBMGBS RVBO FT WPM QSFQBSBS VO UF P VOB JOGVTJĂ˜ Perquè s’extreu millor, ja que augmenta la solubilitat. t $PN T FYUSFV MB TBM EF M BJHVB EF NBS En les salines s’hi fan basses d’evaporaciĂł en les quals el solut que sobrepassa el punt de saturaciĂł es diposita en el fons. b) Coneixies moltes de les respostes abans d’estudiar aquest tema?

Activitat oberta. c) Encara tens algun dubte?

Activitat oberta. d) *OWFTUJHBS �T MB DBQBDJUBU QFS GFS TF OPWFT QSFHVOUFT 1MBOUFKB VOB OPWB QSFHVOUB RVF OP s’hagi formulat en el tema.

Activitat oberta.

44

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 44

21/09/15 06:10

TEMA

TEMA 2

2

L’ESTRUCTURA DE LA MATĂˆRIA. L’ÀTOM En aquesta unitat s’estudia com la matèria estĂ formada per Ă toms, els quals estan constituĂŻts per partĂ­cules subatòmiques: el protĂł, el neutrĂł i l’electrĂł.

Al llarg de la unitat anirem veient alguns aspectes del camĂ­ que ha fet la quĂ­mica fins a arribar al grau de coneixement actual.

Ampliarem el coneixement de l’estructura atòmica estudiant un dels fenòmens que van ajudar a conèixer-la: la radioactivitat.

TambÊ coneixerem dues noves unitats de mesura: el mol, que permet mesurar la quantitat de matèria, i la molaritat, que indica la quantitat de solut dissolta en una solució.

Finalment, es convida l’alumne a investigar tot allò que l’envolta i pot veure, i a fer-se preguntes sobre el que observa, però tambÊ a investigar el que no pot veure a ull nu.

Recursos i materials recomanats Bibliografia BABOR J.A.; IBARZ, J.: QuĂ­mica general moderna. Ed. MarĂ­n, 1979.

MAHAN, BRUCE H.: QuĂ­mica 'POEP &EVDBUJWP *OUFSBNFSJDBOP 4 " CHANG, RAYMOND: Principios esenciales de QuĂ­mica General. Ed. McGraw-Hill, 2006.

Projecte 3.16: Destreses BĂ siques. Ed CruĂŻlla.

JOU, DAVID: Joc d’ombres. Ed. Columna.

DURAN, X.; MART�NEZ, M.D.: La química de cada dia. Barcelona, Pòrtic, 1999.

Pà gines web t IUUQ XXX FEV DBU BVMBOFU DJFODJB (Enciclopèdia de la Ciència 2.0) t IUUQ XXX FEV DBU CBUYJMMFSBU DJFODJFT UBVMB t www.moleday.org t IUUQ DB FOFSHJB OVDMFBS OFU IJTUPSJB@FOFSHJB@OVDMFBS IUNM

45

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 45

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

Solucions de les activitats L’interior de l’à tom

2.1. Justifica si les afirmacions segĂźents sĂłn certes o falses: a) Tal com ens indica el seu nom, els Ă toms sĂłn partĂ­cules indivisibles.

Falsa. L’à tom estĂ format per neutrons, protons i electrons. b) - FMFDUSĂ˜ UĂ? NĂ?T NBTTB RVF FM QSPUĂ˜ Falsa. L’electrĂł tĂŠ una massa unes 200 vegades mĂŠs petita que el protĂł. c) Al voltant del nucli de l’à tom s’hi troben els electrons, de cĂ rrega positiva.

Falsa. Els electrons es troben al voltant del nucli, però tenen cĂ rrega negativa. d) &M OVDMJ DPOUĂ? MB DĂ‹SSFHB QPTJUJWB EF M Ă‹UPN J QSĂ‹DUJDBNFOU UPUB MB TFWB NBTTB Certa. e) -B NBTTB EFM QSPUĂ˜ Ă?T NĂ?T HSBO RVF MB EF M FMFDUSĂ˜ QFSĂ› OP QBT MB DĂ‹SSFHB FMĂ’DUSJDB RVF Ă?T de signe contrari.

Certa.

2.2. Copia la taula segĂźent i completa-la.

Nombre de protons

Nombre de neutrons

Nombre d’electrons

Nom de l’element

SĂ­mbol

6

7

6

carboni

C

14

15

14

silici

Si

16

sofre

S2–

26

30

26

ferro

Fe

2.3. En termes generals, el radi d’un à tom Ês 10.000 vegades mÊs gran que el radi del seu nucli.

Si un à tom es poguÊs engrandir de manera que el radi del seu nucli mesurÊs mig centímetre, quin seria el radi de l’à tom expressat en quilòmetres?

0,5 cm Ă— 10.000 = 5.000 cm = 50 m = 0,05 km

2.4. Ordena les imatges segßents en funció de la mida dels objectes representats i indica quines unitats creus que farien servir els científics per mesurar-ne les dimensions. a) ADN, à ngstroms. b) La Terra, km. c) Cèl¡lules, mm. d) Nucli d’un à tom, à ngstroms. e) Una galà xia, anys llum. f) Fulles, cm.

46

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 46

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

Els objectes, ordenats de mĂŠs petit a mĂŠs gran, serien: d, a, c, f, b, e.

Saber diferenciar el món macroscòpic del microscòpic i definir-los a travÊs d’unitats de mesura.

El nombre atòmic i el nombre mà ssic

2.5. És possible que dos à toms que tinguin el mateix nombre atòmic corresponguin a elements diferents? I si tenen el mateix nombre mà ssic?

No; si tenen el mateix nombre atòmic, corresponen al mateix element.

No existeixen Ă toms diferents amb el mateix nombre mĂ ssic.

2.6. Un à tom de sodi en estat neutre està format per 11 protons, 12 neutrons i 11 electrons. Un à tom de iode per 53 protons, 74 neutrons i 53 electrons. Indica quins són el nombre atòmic i el nombre mà ssic d’aquests dos à toms i representa’ls mitjançant un dibuix.

Sodi: Z = 11, A = 23

Iode: Z = 53, A = 127

p = 11 n = 12

p = 53 n = 74

2.7. Indica el nombre de protons, neutrons i electrons que tÊ l’à tom d’aquests elements: &O FM DBT EFM OÓRVFM 1SPUPOT /FVUSPOT &MFDUSPOT En el cas del cobalt: Protons: 27; Neutrons: 32; Electrons: 27.

2.8. Explica el significat de cadascun dels termes en el sĂ­mbol

X. Determina quin Ês el nombre de protons, neutrons i electrons per a cada una de les espècies químiques segßents: 25 12

Mg

4 2

He

24 12

Mg

Ti

45 22

79 35

Br

A Z

Pt

195 78

Z Ês el nombre atòmic i correspon al nombre de protons.

A ĂŠs el nombre mĂ ssic i correspon al nombre de protons i neutrons que hi ha en el nucli.

25 Mg: Protons: 12; Neutrons: 13; Electrons: 12.

12 4 He: Protons: 2; Neutrons: 2; Electrons: 2.

2 24 Mg: Protons: 12; Neutrons: 12; Electrons: 12.

12 45 Ti: Protons: 22; Neutrons: 23; Electrons: 22.

22 79 Br: Protons: 35; Neutrons: 44; Electrons: 35.

35 195 1U 1SPUPOT /FVUSPOT &MFDUSPOT 7

47

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 47

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

2.9. Classifica les substà ncies segßents segons si s’identifiquen amb un element o amb un compost: Elements: diamant (carboni), plata, mercuri, nitrogen.

Compostos: sal comuna, aigua oxigenada, aigua, guix.

2.10. Quins són els nombres atòmic i mà ssic de l’isòtop heli-4? Justifica el fet que el nombre atòmic permeti deduir el nombre d’electrons presents en un à tom.

A = 4 i, mirant la taula periòdica, veiem que Z = 2. Si l’à tom Ês neutre, el nombre de protons Ês el mateix que el nombre d’electrons.

2.11. L’element ferro tÊ dos isòtops: ferro-54 i ferro-56. Indica quants protons i neutrons hi ha en el nucli d’un à tom de cada isòtop i quants electrons hi ha a l’escorça.

Per al ferro-54: A = 54, Z = 26. Protons = electrons = 26. Neutrons = 54 – 26 = Per al ferro-56: A = 56, Z = 26. Protons = electrons = 26. Neutrons = 56 – 26 = 30.

2.12. Consulta la taula periòdica i escriu el símbol adient per a cada un dels isòtops segßents: a) Z = 11, A = 23 b) Z = 28, A = 64 c) Z = 74, A = 186 d) Z = 80, A = 201

Na Ni W Hg

23 11 64 2 6 74 201 0

2.13. Indica, en cada cas, el tipus d’ió, la cà rrega que tÊ, quants electrons ha guanyat o perdut, i a quin element correspon: a) Ca2+. És un catió, de cà rrega +2, que ha perdut dos electrons. Correspon al calci. b) Br-. És un anió, de cà rrega –1, que ha guanyat un electró. Correspon al brom. c) Mg2+. És un catió, de cà rrega +2, que ha perdut dos electrons. Correspon al magnesi. d) N3–. És un anió, de cà rrega –3, que ha guanyat tres electrons. Correspon al nitrogen. e) Hg+. És un catió, de cà rrega +1, que ha perdut un electró. Correspon al mercuri. f) Pb4+. És un catió, de cà rrega +4, que ha perdut quatre electrons. Correspon al plom.

2.14. La taula mostra algunes característiques d’à toms de cinc espècies diferents: Entre els à toms anteriors, identifica’n: a) Dos que siguin ions.

C i E són ions perquè el nombre de protons no coincideix amb el nombre d’electrons. b) Dos que siguin isòtops del mateix element.

B i D són isòtops del mateix element perquè tenen el mateix nombre de protons però diferent nombre de neutrons.

48

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 48

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

c) Dos que corresponguin a diferents elements.

A i B, A i C, A i D, A i E, B i C, C i D, C i E, D i E són à toms diferents perquè tenen diferent nombre atòmic.

2.15. L’ió Fe

tÊ 23 electrons i 30 neutrons. Quin Ês el seu nombre de protons? Quins són el seu nombre atòmic i nombre mà ssic?

3+

Si tÊ 23 electrons i n’ha perdut tres, el nombre de protons Ês 26. El nombre atòmic Ês 26 i el mà ssic 56 (26 + 30).

2.16. Observa els esquemes segßents. S’hi representen els à toms de dos elements, A i B, elèctricament neutres. Cada línia al voltant del nucli representa un nivell electrònic.

Respon de forma justificada: a) Què indica el símbol B2+? Dibuixa l’à tom B2+ per dins.

Que ha perdut els dos electrons de l’última capa.

b) Quan l’à tom B perd dos electrons, varia el seu nombre mà ssic?

No varia, ja que ni el nombre de protons ni el de neutrons no ha canviat. c) Quin Ă tom ĂŠs mĂŠs estable, B o B2+?

B2+ QFSRVÒ U� M ÞMUJNB DBQB QMFOB BNC FMFDUSPOT d) És correcte dir que en passar de A a A2– ha variat el nombre atòmic? És fals. NomÊs varia el nombre d’electrons.

2.17. Consulta la taula periòdica de la pà gina 82 i indica el nombre de protons i electrons que hi ha en cada un dels ions segßents: Na+, Ca2+, Al 3+, Fe2+, I–, F–, S2–, O2–, N3–, K+, Mg2+, Fe3+, Br–, Mn2+, Cu2+ Na+: 11 protons i 10 electrons.

Ca2+ QSPUPOT J FMFDUSPOT Al 3+: 13 protons i 10 electrons.

Fe2+: 26 protons i 24 electrons.

I–: 53 protons i 54 electrons.

F–: 9 protons i 10 electrons.

S2– QSPUPOT J FMFDUSPOT O2– QSPUPOT J FMFDUSPOT N3–: 7 protons i 10 electrons.

49

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 49

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

K+ QSPUPOT J FMFDUSPOT Mg2+: 12 protons i 10 electrons.

Fe3+: 26 protons i 23 electrons.

Br–: 35 protons i 36 electrons.

Mn2+: 25 protons i 23 electrons.

Cu2+: 29 protons i 27 electrons.

2.18. A la taula segßent indiquem el nombre d’electrons, protons i neutrons dels à toms o ions d’alguns elements. a) Indica quines espècies són neutres, quines estan carregades positivament i quines negativament.

Són neutres: A, F i G. Estan carregades positivament: C i D. Estan carregades negativament: B i E. b) $POTVMUB MB UBVMB QFSJÛEJDB EF MB QËHJOB J FTDSJV FMT TÓNCPMT BEJFOUT QFS B UPUFT FMMFT Símbol

A 10 B 5

B N–3

14 7

C K+1

39 19

D Zn+2

66 30

E

F 11 B 5

Br–1

1 35

G 19 F 9

2.19. Completa la taula: SĂ­mbol

Nre. de protons

Nre. de neutrons

Nre. d’electrons

Nombre atòmic

Nombre mĂ ssic

P

15

16

15

15

31

Al3+

13

14

10

13

27

S2–

16

16

16

32

Mg2+

12

12

10

12

24

52

90

90 3

Sr

2.20. Llegeix el text segßent i respon a les preguntes que hi ha a continuació. a) Defineix isòtop.

Isòtops són à toms d’un mateix element amb diferent nombre de neutrons. b) Escriu els diferents isòtops de carboni i nitrogen que esmenta el text amb el format AZX. Tingues en compte que el nombre atòmic del carboni Ês 6 i el del nitrogen 7.

13 C, 146C, 157N 6 c) A partir del concepte de desintegració radioactiva, justifica la variació que es produeix en la proporció entre carboni 12 i 14 a partir que l’organisme mor.

Quan l’organisme mor, deixa d’incorporar carboni i el carboni-14 que tÊ es desintegra. Segons la relació que hi hagi entre el carboni-14 i el carboni-12, la mostra serà mÊs antiga o menys. d) De quina manera els isòtops ens permeten saber quina mena d’alimentació tenien els nostres avantpassats?

Els isòtops del nitrogen revelen el tipus d’alimentació. La quantitat de nitrogen-15 Ês mÊs elevada en els carnívors que en els herbívors. Per la seva banda, la quantitat de carboni-13 permet saber quines plantes menjava un individu.

50

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 50

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

La massa atòmica

2.21. La taula mostra les característiques dels diferents isòtops del potassi.

Amb aquestes dades: a) Explica breument què vol dir la frase A la natura es poden trobar tres isòtops diferents del potassi.

En la natura el potassi es presenta com una combinació dels isòtops potassi-39, potassi-40 i potassi-41. b) Calcula la massa atòmica relativa del potassi i explica’n el significat.

39,015 ¡ 95 + 39,997 ¡ 1,7 + 40,152 ¡ 3,3 Ar = = 39,07 100 La massa atòmica relativa del potassi indica quantes vegades la massa d’un à tom de potassi Ês mÊs gran que la massa de la dotzena part de l’à tom de carboni-12.

2.22. El magnesi va ser descobert per Joseph Black el 1755. Es tracta d’un metall amb un punt de fusió de 650 ºC. El seu símbol químic Ês Mg i el seu nombre atòmic 12. És el setè element en abundà ncia a l’escorça terrestre i el tercer element mÊs abundant dissolt en l’aigua de mar. TÊ dos isòtops majoritaris: magnesi-24 i magnesi-25. El mÊs abundant Ês el de massa 24, amb una abundà ncia relativa del 78,6 %. Troba la massa atòmica del magnesi.

Ar =

r + 25 ¡ 21,4 = 24,21 100

2.23. Quina ĂŠs la massa molecular de la cafeĂŻna (C H

N4O2)? I la de la glucosa (C6H12O6)?

Masses atòmiques relatives: Ar(C) = 12; Ar(H) = 1; Ar(N) = 14; Ar(O) = 16.

8

10

Per a la cafeïna: Mr(C H10N4O2) = r + 10 ¡ 1 + 4 ¡ 14 + 2 ¡ 16 = 194 Per a la glucosa: Mr(C6H12O6) = 6 ¡ 12 + 12 ¡ 1 + 6 ¡ 16 =

2.24. Quina Ês la massa molar de l’aigua? I la de la sacarosa (C Masses atòmiques relatives: Ar(C) = 12; Ar(H) = 1; Ar(O) = 16.

H22O11)?

12

Calculem la massa molecular de l’aigua: Mr(H2O) = 2 ¡ 1 + 1 ¡ 16 = Per tant, la massa molar de l’aigua Ês M(H2O) = H NPM Calculem la massa molecular de la sacarosa: Mr(C12H22O11) = 12 ¡ 12 + 22 ¡ 1 + 11 ¡ 16 = 342 Per tant, la massa molar de la sacarosa Ês M(C12H22O11) = H NPM

51

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 51

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

Empaquetant la matèria. El mol

2.25. Quants àtoms de ferro hi ha en 3,5 mols d’àtoms de ferro?

3,5 mols Fe

6,02 · 1023 àtoms Fe = 2,1 · 1024 àtoms Fe 1 mol Fe

2.26. Quants àtoms de platí hi ha en un gram d’aquest metall?

1 g Pt

1 mol Pt = 0,005 mol Pt 195 g Pt

2.27. Quantes molècules de butà (C H 4

3 mols butà

) hi ha en 3 mols de l’esmentat compost?

10

6,02 · 1023 molècules metà = r 24 molècules de butà 1 mol Fe

2.28. Quants mols tenim en 200 g d’alumini? I en 60 g de fòsfor?

200 g Al

1 mol Al = 7,4 mol Al 27 g Al

60 g P

1 mol P = 1,935 mol P 31 g P

2.29. Disposem de 0,2 mols de diòxid de carboni (CO ) i 0,2 mols d’aigua. Quina massa és la 2

més gran?

44 g CO2 H )2O = H $02 0,2 mols H2O = 3,6 g H2O 1 mol H2O 1 mol CO2 Per tant, la massa més gran és la del diòxid de carboni.

0,2 mols CO2

2.30. Quants mols de molècules d’aigua hi ha en un got que conté 180 g d’aigua?

H )2O

1 mol H2O 6,02 · 1023 molècules · = 6,02 × 1022 molècules H2O H )2O 1 mol H2O

2.31. Llegeix el text següent: A continuació calcula: a) La massa de 0,1 mol de sacarina.

H TBDBSJOB 0,1 mol sacarina = TBDBSJOB 1 mol sacarina b) El nombre de molècules que hi ha en 1 g de sacarina.

1 mol sacarina 6,02 x 1023 molècules 1 g sacarina · = Y 21 molècules sacarina H TBDBSJOB 1 mol sacarina

52

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 52

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

2.32. El diòxid de sofre (SO ) és el contaminant més característic del medi urbà i el causant de 2

processos com la pluja àcida i l’smog o boirum. Calcula el nombre de molècules que hi ha en 2 g de diòxid de sofre.

2 g SO2

1 mol SO2 6,02 · 1023 molècules · = × 1022 molècules SO2 1 mol SO2 64 g SO2

2.33. El sodi és un element químic de símbol Na i nombre atòmic 11. És un metall alcalí tou, de color platejat, molt abundant en la natura, que es troba a la sal marina i al mineral halita. És molt reactiu, crema amb flama groga, s’oxida amb l’aire i reacciona violentament amb l’aigua. Calcula el nombre d’àtoms de sodi que hi ha en: a) 20 g de sodi.

1 mol Na 6,02 x 1023 àtoms Na 20 g H2O · = 5,23 · 1023 àtoms Na 23 g Na 1 mol Na b) 1,5 mols de sodi.

6,02 · 1023 àtoms Na 1,5 mols Na = 9,03 · 1023 àtoms Na 1 mol Na

2.34. Copia la taula i completa-la: Nom

Fórmula

Massa Molecular

Massa (g)

Nre. mols

Aigua

H2O

100

5,55

Àcid clorhídric

HCl

36,5

109,5

3

Glucosa

C6H12O6

300

1,67

Acetilè

C2H2

26

390

15

2.35. Els estudiants dels Estats Units celebren el dia del mol (Mole Day) el 23 d’octubre. Llegeix aquest text per comprendre la importància que es dóna al mol als Estats Units i respon les qüestions. a) Quin animal hi ha representat al dibuix? Per què et sembla que hi ha un dibuix d’aquest animal en un text referent al mol?

L’animal que surt en el dibuix és un talp. Perquè en anglès mole també significa ‘talp’. b) Quin dia s’ha triat per celebrar el dia del mol? A quina hora? Per què s’ha fet aquesta tria?

El 23 d’octubre des de les 6.02 a.m. fins a les 6.02 p.m. Per fer-lo coincidir amb el nombre d’Avogadro, 6,02 · 1023. c) Quines raons dóna el text pel fet que als Estats Units i altres indrets del món se celebri el dia del mol?

Per donar a conèixer la química. Aquell dia es fan activitats relacionades amb la química.

53

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 53

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

2.36. L’amoníac (NH ) s’utilitza a la llar com a producte de neteja perquè és desengreixant. La 3

seva olor, però, és una mica desagradable. Calcula la molaritat d’una solució que conté 3,4 g d’amoníac en 200 ml de solució.

3,4 g NH3

1 mol NH3 1 mol · =1 =1M 0,2 l 17 g NH3 l

2.37. La glucosa (C H

O6) és el component orgànic més abundant en la natura en forma lliure o combinada. Les seves solucions són emprades en pastisseria i medicina. Si dissolem 25 g de glucosa en 250 ml de solució, quina és la molaritat de la solució obtinguda?

6

25 g glucosa

12

1 mol glucosa 1 mol · = 0,55 = 0,55 M H HMVDPTB 0,25 l l

2.38. L’hidròxid de sodi (NaOH), també conegut amb el nom de sosa càustica, és una substància corrosiva que pot produir greus cremades. Es dissol en aigua i produeix un gran alliberament de calor. Té importants aplicacions industrials en la fabricació de sabó, paper, tints o productes tèxtils.

També és un component destacat en netejadors per a desguassos i forns. Calcula la molaritat d’una solució que conté 8 g d’hidròxid de sodi en 250 cm3 de solució.

H /B0)

1 mol NaOH 1 mol · = = .

H /B0) 0,25 l l

La radioactivitat

2.39. Llegeix el text següent i respon les preguntes que hi ha a continuació. A partir de les vostres respostes, organitzeu un debat a classe entorn del tema «Energia nuclear: sí o no?». a) Creus que els científics són culpables, en part, de la creació i detonació de la bomba nuclear?

Activitat oberta. b) Per què creus que és necessària la recerca en física nuclear?

Activitat oberta. Una raó és perquè la física nuclear podria donar lloc a una nova manera d’obtenir energia neta, a través de la fusió nuclear. c) Hauria d’estar prohibida la fabricació d’armes nuclears? Com es podria controlar?

Activitat oberta. Els alumnes podrien argumentar que sí que hauria d’estar prohibida o que els organismes internacionals i les Nacions Unides haurien de tenir els mecanismes per controlar-ne la fabricació.

54

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 54

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

2.40. Llegeix aquest text sobre una de les aplicacions dels ultrasons i respon les preguntes que hi ha a continuació. a) Investiga sobre l’ús de l’ecografia en medicina i assenyala quines de les informacions següents pot proporcionar una ecografia. Respon Sí o No. Determinar malformacions del fetus. SI Determinar si té la síndrome de Down. NO Determinar el color dels ulls. NO Veure si hi ha més d’un fetus. SI Determinar el sexe. SI Determinar el grup sanguini. NO b) També es poden obtenir imatges del fetus utilitzant els raigs X, tot i que a les dones embarassades se’ls recomana d’evitar aquest tipus de radiació. Per què creus que les dones embarassades han d’evitar les exposicions als raigs X? Perquè aquestes radiacions poden causar danys als teixits i l’embrió humà té una alta sensibilitat a aquest tipus de radiacions. c) Fes una recerca i explica quines són les diferències entre els ultrasons i els raigs X. Compara també aquestes dues classes de radiacions amb les que s’emeten en la radioactivitat.

La diferència fonamental és que tots dos són produïts per fonts d’energia diferents. Els raigs X són ones electromagnètiques i els ultrasons són ones mecàniques. Per la seva banda, la radioactivitat procedeix de reaccions nuclears.

2.41. ACTIVITAT EXPERIMENTAL 1 1. Al laboratori hi trobareu tot un seguit d’estris fabricats amb vidre. Observeu-los atentament. Per a cada un d’ells, anoteu-ne el nom i feu-ne un dibuix.

El nom dels diversos instruments volumètrics que es veuen en la imatge i la utilitat que tenen són aquests: a) Proveta. Utilitat: Mesura de líquids. b) Vas de precipitats. Utilitat: Preparació de dissolucions. c) Matràs aforat. Utilitat: Preparació de dissolucions d’un volum determinat (el mateix del matràs). d) Pipeta aforada. Utilitat: Mesura de líquids de volum determinat. e) Pipeta graduada. Utilitat: Mesura de líquids. f) Bureta graduada. Utilitat: Mesura de líquids. g) Tub d’assaig. Utilitat: Per contenir líquids o fer reaccions a petita escala. h) Matràs d’Erlenmeyer. Utilitat: Preparació de dissolucions.

Resposta a les qüestions a) Totes les peces de material que es veuen en les fotografies ens permeten mesurar volums de líquids (són material volumètric) excepte una. Digues quina és i justifica la resposta.

El tub d’assaig. Aquest instrument no té cap unitat de mesura i és emprat per realitzar reaccions químiques a petita escala.

55

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 55

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

b) Ordena les peces de material volumètric de les fotografies de major a menor precisió. N’hi ha dues, que hauràs situat en els darrers llocs, que nomÊs ens ofereixen una indicació orientativa del volum. Esmenta quines són.

Bureta graduada, pipeta graduada, pipeta aforada, matràs aforat, proveta, vas de precipitats i matràs d’Erlenmeyer.

El vas de precipitats i l’erlenmeyer nomÊs ens ofereixen una indicació orientativa del volum. c) Justifica quin material de laboratori utilitzaries per: t .FTVSBS MB EFOTJUBU E VO PCKFDUF TÛMJE t 'JMUSBS VO QSFDJQJUBU t 5SBOTWBTBS MÓRVJE E VO WBT EF QSFDJQJUBUT B VO BMUSF SFDJQJFOU t 1FS NFTVSBS MB EFOTJUBU E VO PCKFDUF TÛMJE VUJMJU[FN MB QSPWFUB RVF FOT QFSNFU EF WFVSF MB EJGFSÒOcia de volum. t 1FS üMUSBS VO QSFDJQJUBU VUJMJU[FN M FSMFONFZFS P FM WBT EF QSFDJQJUBUT QFSRVÒ OP FOT DBM VOB NFTVra del líquid. t 1FS USBOTWBTBS MÓRVJE E VO WBT EF QSFDJQJUBUT B VO BMUSF SFDJQJFOU OPSNBMNFOU VUJMJU[FN MB QJQFUB graduada, tot i que dependrà de la quantitat de líquid. d) Observa atentament el dibuix del costat i explica breument què representa.

Representa la forma correcta de fer la lectura del volum mesurat.

2.42. ACTIVITAT EXPERIMENTAL 2 Per realitzar aquesta activitat, l’alumne haurà de seguir les indicacions del professor o professora pel que fa als usos del material no volumètric present al laboratori que s’utilitzarà aquest curs a les prà ctiques de Química.

2.43. EXPERIMENTA A CASA a) Quin procÊs tÊ lloc en aquesta experiència? Quines substà ncies hi intervenen?

Una combustió. Àcid cítric, oxigen, diòxid de carboni, aigua i residus de carbó. b) Creus que en comptes de suc de llimona podríem fer servir suc de taronja? I de poma?

El de taronja sí, perquè tambÊ contÊ à cid cítric.

56

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 56

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

2.44. ACTIVITAT DE CLOENDA. a) Respon a les preguntes plantejades a la introducciĂł del tema (pĂ g. 43). t 4Ă˜O JOEJWJTJCMFT FMT Ă‹UPNT No, ja que estan formats per partĂ­cules subatòmiques. t $PN J RVBO FT WBO GPSNBS Amb la creaciĂł de l’univers, fa milions d’anys. t 1FS RVĂ’ TFOUJN B EJS RVF FM DMPS J FM GMVPS TĂ˜O FMFNFOUT NPMU QFSJMMPTPT TJ FM DMPS FM GFN TFSWJS B MFT piscines i el fluor ĂŠs present a la pasta de dents?

El clor ĂŠs un gas de color verdĂłs molt tòxic que pot causar problemes respiratoris. El fluor ĂŠs un gas corrosiu de color groc pĂ l¡lid que pot causar greus cremades en contacte amb la pell. A la piscina no hi ha molècules de clor (Cl 2) sinĂł ions clorur (Cl -), i a la pasta de dents hi ha ions F-, no molècules de fluor (F2). t 4J FMT Ă‹UPNT TĂ˜O UBO QFUJUT DPN QPEFO FMT RVĂ“NJDT NFTVSBS OF MB NBTTB A travĂŠs del mol, la unitat que permet passar del mĂłn microscòpic al mĂłn macroscòpic. t 2VĂ’ Ă?T VO JTĂ›UPQ SBEJPBDUJV Un isòtop d’un element que emet radioactivitat. t 5PUFT MFT SBEJBDJPOT TĂ˜O QFSJMMPTFT No. Les radiacions poden ser beneficioses. t 2VĂ’ Ă?T MB SBEJPUFSĂ‹QJB Una tècnica mèdica que consisteix en l’aplicaciĂł de radiaciĂł gamma per a la destrucciĂł de teixits cancerosos. t 1FS RVĂ’ TĂ˜O JNQPSUBOUT FMT SFTJEVT RVF QSPEVFJY VOB DFOUSBM OVDMFBS Perquè aquests residus sĂłn radioactius, amb una vida mitjana llarga, i la seva eliminaciĂł ĂŠs complicada. b) Coneixies moltes respostes abans d’estudiar el tema? Encara tens algun dubte?

Activitat oberta. c) Investigar Ês la capacitat per fer-se noves preguntes. Planteja una nova pregunta que no s’hagi formulat en el tema.

Activitat oberta.

57

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 57

21/09/15 06:10

TEMA

TEMA 3

3

LA TAULA PERIÒDICA. FORMULACIÓ INORGÀNICA En aquesta unitat, s’aprofundeix en el coneixement de la taula periòdica dels elements. DesprÊs de revisar com els científics, al llarg del temps, van buscar un mètode racional per poder ordenar els elements coneguts i poder predir les seves propietats, l’alumne estudia quins criteris es van fer servir per arribar a l’elaboració de la taula periòdica moderna. TambÊ se li fa veure la necessitat de trobar una representació universal de les substà ncies químiques, de manera que tots els químics puguin entendre’s independentment de quina sigui la llengua que parlin o l’alfabet amb el qual escriguin.

Es posa èmfasi en la importà ncia que tÊ el rigor i el mètode per poder prosperar en el coneixement de les ciències.

Treballarem bà sicament dos aspectes. En primer lloc la descripció de la taula periòdica i la seva utilitat. L’alumne, a travÊs del coneixement que tÊ de la posició d’un determinat element en la taula periòdica, ha de ser capaç de poder predir algunes de les seves propietats. Així, prendrà consciència de la importà ncia dels models científics com a eina per predir determinats comportaments. L’altre aspecte que treballarem Ês la introducció a la nomenclatura de compostos inorgà nics senzills.

Aquest segon aspecte requereix, per part de l’alumne, ordre i rigor en el seu treball.

Treballarem diferents activitats que permetran familiaritzar-nos amb la taula periòdica i amb la formulació dels compostos inorgà nics senzills. Proposem, a mÊs a mÊs, una sèrie d’activitats experimentals que poden ajudar a consolidar els coneixements adquirits i a apropar la química a les activitats quotidianes. TambÊ mostrem a l’alumnat com, de la ciència, en pot sortir art i fins i tot poesia.

Finalment convidem l’alumne a reflexionar sobre l’ús que fem dels recursos naturals i les mesures que podem prendre per protegir el nostre entorn.

Recursos i materials recomanats Bibliografia BABOR J.A., IBARZ J.: QuĂ­mica general moderna. Ed. MarĂ­n, 1979.

MAHAN, BRUCE H.: QuĂ­mica 'POEP &EVDBUJWP *OUFSBNFSJDBOP 4 " CHANG, RAYMOND: Principios esenciales de QuĂ­mica General. Ed. McGraw-Hill, 2006.

Projecte 3.16: Destreses BĂ siques. Ed. CruĂŻlla.

JOU, DAVID: Joc d’ombres. Ed. Columna.

59

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 59

21/09/15 06:10

DESENVOLUPAMENT DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

Pà gines web t IUUQ XXX FEV DBU BVMBOFU DJFODJB (Enciclopèdia de la Ciència 2.0) t IUUQ XXX QUBCMF DPN MBOH DB t IUUQ XXX FEV DBU CBUYJMMFSBU DJFODJFT UBVMB t IUUQ XXX BOHFM RVJ VC FT NBOT %PDVNFOUT 5FYUPT 5BCMB QFSJPEJDB (BSDJB #BOVT QEG t IUUQT FYQFSJNFOUPTDBTFSPT XJLJTQBDFT DPN 3FBDDJPOFT EF TVMGVSPT

60

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 60

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

Solucions de les activitats Història de la taula periòdica

3.1. DÜbereiner va observar una certa relació entre la massa atòmica relativa dels elements i les seves propietats. Va agrupar els elements de tres en tres i va anomenar cada agrupació tríada. A continuació tens dues d’aquestes tríades amb una de les propietats que va estudiar, la densitat. a) Comprova que la massa atòmica del brom Ês aproximadament la mitjana aritmètica de les masses del clor i del iode i que el mateix passa amb la densitat.

Massa atòmica del Br: 79,90.

Massa atòmica calculada com a mitjana aritmètica de les masses del Cl i el l: (35,45 + = %FOTJUBU EFM #S H DN3.

Densitat calculada com a mitjana aritmètica de les densitats del Cl i el l: (0,032 + = H DN3 b) Basant-te en aquest fet, calcula quina seria la densitat de l’estronci.

Densitat de l’estronci: (3,594 + = H DN3.

3.2. Newlands va enunciar la llei de les octaves, segons la qual, en ordenar els elements químics per ordre creixent de la massa atòmica relativa s’observa que cada vuit elements les seves propietats es repeteixen, de la mateixa manera que en una octava musical. Observa com es disposen els elements en una octava: a) Segons aquest criteri i observant la taula anterior, quin serà l’element que tindrà propietats semblants a les del carboni?

Serà el silici. b) La llei de les octaves de Newlands es deixa de complir desprÊs del clor. Observant la taula periòdica actual, podries esbrinar quina Ês la raó?

La raó Ês l’aparició a la taula periòdica dels metalls de transició.

3.3. La taula periòdica, font d’inspiració artística Visita el web www.espaibarcanova.cat i constata que von Antropoff va tenir molta cura en pintar la seva taula periòdica de diferents colors, amb un resultat artísticament molt ben aconseguit.

Observa, a mĂŠs a mĂŠs, que no va situar els elements Th, Pa, U a banda, formant part dels actĂ­nids, sinĂł que els va situar en el lloc que actualment ocupen el Rf, Db i Sg respectivament. DĂłna una explicaciĂł raonada a aquest fet.

Quan Antropoff va elaborar la seva taula periòdica, els actínids no eren coneguts ni tampoc els elements a partir del nombre atòmic 104. El lloc que els pertocava era l’ocupat pels elements Rf, Db i Sg.

61

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 61

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

3.4. Mendeleiev va elaborar la seva taula periòdica ordenant els elements per ordre creixent de les masses atòmiques relatives. Va haver de canviar l’ordre d’alguns elements perquè les propietats es poguessin predir. Observa la taula periòdica actual i troba un parell d’aquests elements.

Per exemple, el Co i el Ni, o el Te i el I.

3.5. Consulta el web www.espaibarcanova.cat, on trobaràs una taula periòdica interactiva, i contesta les preguntes següents: a) Quins elements es troben a l’estat líquid a 273 K? En estat líquid: el Hg i el Br. b) Quins elements es troben a l’estat gasós a 273 K? En estat gasós: H, N, O, F, Cl , He, Ne, Ar, Kr, Xe i Rn. c) Escriu el nom i el símbol de cinc elements sòlids a 273 K. Per exemple, Fe: ferro, Ca: calci, Au: or, Ag: plata, Na: sodi.

Descripció de la taula periòdica moderna

3.6. La taula periòdica, font d’inspiració poètica L’estudi de la taula periòdica ha permès predir propietats d’elements encara no descoberts. Ha estat un ajut per al progrés científic, però de la mateixa manera ha estat font d’inspiració poètica.

El científic i poeta David Jou ha estudiat la taula periòdica des d’un punt de vista diferent del que és habitual. Llegeix atentament el poema i contesta les preguntes que hi ha a continuació. a) En general, els elements gasosos estan formats per dos àtoms (són molècules diatòmiques) però els gasos nobles son monoatòmics. Busca en quina part del poema es posa de manifest aquesta propietat.

En la primera estrofa, quan diu que els gasos nobles «refusen combinar-se». b) Esmenta alguns gasos de l’atmosfera que estiguin formats per elements situats al sisè pis d’aquest hipotètic edifici que és la taula periòdica.

Nitrogen i oxigen. c) A què es refereix el poeta quan diu «Al darrer sòtan predomina l’artifici: els àtoms són molt breus, un joc d’enginy que dura el temps de guanyar un nom i que es desfà»?

Molts d’aquests elements són sintètics i tenen una vida mitjana molt breu. d) Algunes propietats dels elements es repeteixen regularment. On estan situats a la taula periòdica aquells elements les propietats dels quals són similars?

Estan situats en un mateix grup, en una mateixa columna.

62

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 62

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

3.7. Consulta la taula periòdica i construeix una taula on facis constar les principals característiques dels elements químics segßents: C, Br, Xe, P, S, Cs, Al . Segueix el model: Element

Z

PerĂ­ode

Grup

Electrons de valència

Nombre de capes o nivells

Na

11

3

1

1

3

C

6

2

14

4

2

Br

35

4

17

7

4

Xe

54

5

5

P

15

3

15

5

3

S

16

3

16

6

3

Cs

55

6

1

1

6

Al

13

3

13

3

3

3.8. Consulta la taula periòdica i fes servir el model de capes per representar els à toms de bor, oxigen i sodi.

Bor: Z = 5

Oxigen: Z =

Sodi: Z = 11

3.9. Sense consultar la taula periòdica digues raonadament a quin grup i a quin període estan situats els elements de nombre atòmics 10, 12 i 17. A continuació mira la taula periòdica i comprova si havies encertat. Quants nivells energètics ocupen els electrons en cada un d’aquests à toms? Quants electrons hi ha en l’últim nivell energètic? t ; = O QFSÓPEF Ò HSVQ &M S OJWFMM U� FMFDUSPOT J FM O OJWFMM FMFDUSPOT t ; = S QFSÓPEF O HSVQ &M S OJWFMM U� FMFDUSPOT FM O OJWFMM FMFDUSPOT J FM S OJWFMM electrons. t ; = S QFSÓPEF Ò HSVQ &M S OJWFMM U� FMFDUSPOT FM O OJWFMM FMFDUSPOT J FM S OJWFMM electrons.

63

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 63

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ€CTIQUES

3.10. Un à tom A tÊ 3 nivells energètics i 7 electrons a l’últim d’ells, mentre que un à tom B tÊ 4 nivells energètics i 1 electró a l’últim nivell. Justifica: a) A quin període i a quin grup pertanyen A i B. A pertany al 3r període i al grup 17, mentre que B pertany al 4t període i al grup 1. b) El nombre atòmic de A i de B. El nombre atòmic d’A Ês Z = 17 i el de B Ês Z = 19. c) El nombre d’oxidació mÊs probable de A i de B. El nombre d’oxidació mÊs probable d’A serà –1 i el de B +1.

3.11. Les imatges segßents són representacions d’à toms. Observa-les amb atenció i indica, per a cada un d’ells: el nombre atòmic, el període, el grup i el nom de l’element.

Raona com has trobat: a) El nombre atòmic.

A tÊ Z = 19, B tÊ Z = J $ tÊ Z = &M OPNCSF BUÛNJD DPJODJEFJY BNC FM OPNCSF EF QSPUPOT (i d’electrons) d’un à tom. b) El període.

A pertany al 4t període, B al 3r període i C al 2n període. El període coincideix amb el nombre de nivells energètics amb electrons que tÊ l’à tom. c) El grup. " �T EFM HSVQ # EFM HSVQ J $ EFM HSVQ &M HSVQ FTUË SFMBDJPOBU BNC FM OPNCSF E FMFDUSPOT RVF hi ha a l’últim nivell energètic. Si hi ha 1 electró, Ês en el grup 1; si n’hi ha 2 , Ês al grup 2; si n’hi ha 3, Ês al grup 13; si n’hi ha 4, Ês al grup 14‌).

Els noms dels elements sĂłn aquests: potassi, argĂł i oxigen.

L’enllaç químic

3.12. Copia les frases segßents completant els espais buits: a) Els gasos nobles tenen ‌ electrons en l’últim nivell energètic, excepte ‌ que nomÊs en tÊ 2. Això els dóna una gran estabilitat, no formen compostos i per aquest motiu són gasos ‌ Els gasos nobles tenen 8 electrons en l’últim nivell energètic, excepte l’heli, que nomÊs en tÊ 2. Això els dóna una gran estabilitat, no formen compostos i per aquest motiu són gasos monoatòmics. b) Els à toms s’uneixen mitjançant forces d’enllaç, que són forces d’origen ‌ Els à toms s’uneixen mitjançant forces d’enllaç, que són forces d’origen elèctric. c) Els diferents tipus d’enllaç es poden relacionar amb les ‌ de les substà ncies.

Els diferents tipus d’enllaç es poden relacionar amb les propietats de les substà ncies. d) Quan els electrons es comparteixen l’enllaç pot ser ‌ o ‌ i si es guanyen o es perden electrons l’enllaç Ês ‌ Quan els electrons es comparteixen, l’enllaç pot ser covalent o metà l¡lic i si es guanyen o es perden electrons, l’enllaç Ês iònic.

64

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 64

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

3.13. Llegeix el text atentament i contesta les qüestions: a) Explica per què els metalls són bons conductors de la calor i l’electricitat.

Perquè un cos sigui bon conductor de la calor i l’electricitat ha de tenir càrregues elèctriques lliures.

El núvol electrònic dels metalls fa que aquests siguin bons conductors de la calor i l’electricitat. b) Els fils elèctrics són de coure. Digues dos motius pels quals s’ha triat aquest material per fabricar-los.

Els metalls són dúctils, es poden convertir fàcilment en fils i són bons conductors de l’electricitat; per això el coure és un material adequat per fabricar els fils elèctrics. c) En els treballs d’orfebreria, algunes figures es recobreixen d’una fina làmina d’or. Quina propietat dels metalls permet fer làmines finíssimes?

La mal·leabilitat. d) Alguns ocells tenen petits cristalls de magnetita (un òxid de ferro) al cervell. Aquests cristalls podrien ser utilitzats com a brúixola per orientar-se. Explica de forma raonada quan creus que els podríem fer servir.

Quan els ocells emigren, poden fer servir aquestes petites brúixoles per orientar-se. e) Els aliatges són barreges de metalls. Per què es consideren unes solucions sòlides?

Els aliatges són materials homogenis. Per això són considerats com a solucions sòlides.

Formulació inorgànica

3.14. Explica què significa que el potassi tingui nombre d’oxidació +1 i que el fluor el tingui igual a –1.

&M QPUBTTJ QFSE GËDJMNFOU VO FMFDUSØ QFS BERVJSJS M FTUSVDUVSB FTUBCMF EF FMFDUSPOT FO M últim nivell i el fluor capta fàcilment un electró pel mateix motiu.

3.15. Per què el nombre d’oxidació dels gasos nobles és zero? &MT HBTPT OPCMFT KB UFOFO FMFDUSPOT FO M últim nivell energètic (excepte l’heli, que en té 2 en l’últim nivell: el nivell n = 1).

65

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 65

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

3.16. Algunes propietats dels elements segueixen la pauta de la taula periòdica, això vol dir que el seu valor depèn de la posició que ocupa l’element a la taula periòdica. El radi d’un àtom, així com l’electronegativitat, són propietats periòdiques. Observa atentament aquesta taula periòdica, on els valors dels radis atòmics estan expressats en àngstroms (1 àngstrom = 10–10 m) i respon les qüestions. a) Construeix una taula i escriu-hi el valor del radi atòmic, expressat en diferents unitats, dels elements químics següents: Zn, He, Cs, Se i I. Segueix el model.

Element

Radi atòmic (Å)

Radi atòmic (mm)

Radi atòmic (cm)

Zn

1,530

1,530 · 10–7

1,530 · 10–

He

0,490

4,90 · 10–

4,90 · 10–9

Cs

3,340

3,340 · 10–7

3,340 · 10–

Se

1,220

1,220 · 10–7

1,220 · 10–

I

1,320

1,320 · 10–7

1,320 · 10–

b) Creus que el valor del radi atòmic del sofre podria ser d’1,3 Å? Raona la teva resposta.

El radi atòmic augmenta a mesura que l’àtom té més nivells electrònics. Així, el sofre hauria de tenir un radi menor que el seleni (1,220 àngstroms). El valor 1,3 àngstroms no podria ser. c) Quin valor aproximat podria tenir el radi atòmic del magnesi?

Podria tenir un valor al voltant de 2 àngstroms, entre el beril·li (1,400 Å) i el calci (2,230 Å). d) Ordena, en ordre creixent del seu radi atòmic, els elements següents: K, As, Kr, Ca, Ga. Què tenen en comú aquests elements? Quina conclusió pots extreure sobre el radi atòmic i el període de la taula periòdica? radi Kr < radi As < radi Ga < radi Ca < radi K. A mesura que avancem en un període, el radi atòmic disminueix. e) Ordena, en ordre decreixent del seu radi atòmic, els elements següents: Cs, K, Li, Rb, Na. Què tenen en comú aquests elements? Quina conclusió pots extreure sobre el radi atòmic i el grup de la taula periòdica? radi Cs> radi Rb> radi K> radi Na> radi Li. A mesura que baixem en un període, el radi atòmic augmenta.

3.17. Escriu la fórmula dels òxids següents: a) òxid de liti b) òxid de coure (II) c) òxid d’alumini d) triòxid de diclor e) monòxid de carboni

Li2O CuO Al 2O3 Cl 2O3 CO

f) òxid de ferro (III) g) diòxid de sofre h) òxid de beril·li i) òxid de zinc j) òxid de plata

Fe2O3 SO2 BeO ZnO Ag2O

66

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 66

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

3.18. Escriu el nom dels òxids següents: a) K2O b) Cl 2O c) N2O3 d) Ni2O3 e) BaO

òxid de potassi monòxid de diclor triòxid de dinitrogen òxid de níquel (III) òxid de bari

f) Cu2O g) Br2O5 h) PbO2 i) SO j) MgO

òxid de coure (I) pentaòxid de dibrom òxid de plom (IV) monòxid de sofre òxid de magnesi

3.19. Escriu la fórmula dels compostos de l’hidrogen següents: a) hidrur de sodi b) metà c) sulfur d’hidrogen d) hidrur de calci e) àcid clorhídric

NaH CH4 H2S (g) CaH2 HCl (aq)

f) àcid sulfhídric g) amoníac h) hidrur de ferro (II) i) àcid iodhídric j) hidrur de cobalt (III)

H2S (aq) NH3 FeH2 HI (aq) CoH3

3.20. Escriu el nom dels compostos de l’hidrogen següents: a) SiH4 b) LiH c) HCl (g) d) PH3 e) CuH

silà hidrur de liti clorur d’hidrogen fosfina hidrur de coure (I)

f) BaH2 g) NH3 h) HBr (aq) i) MgH2 j) FeH2

hidrur de bari amoníac àcid bromhídric hidrur de magnesi hidrur de ferro (II)

3.21. Formula les sals binàries següents: a) clorur de sodi b) sulfur de calci c) bromur de ferro (III) d) iodur de magnesi e) fluorur de liti

NaCl CaS FeBr3 MgI2 LiF

f) clorur de níquel (II) g) bromur de beril·li h) sulfur de calci i) iodur de plata j) sulfur de plom (II)

NiCl 2 BeBr2 CaS AgI PbS

3.22. Anomena les sals següents: a) PbS2 b) KCl c) Ni2S3 d) FeS e) MgI2

sulfur de plom (IV) clorur de potassi sulfur de níquel (III) sulfur de ferro (II) iodur de magnesi

f) NaI g) ZnS h) CuI2 i) AgCl j) KBr

iodur de sodi sulfur de zinc iodur de coure (II) clorur de plata bromur de potassi

67

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 67

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

3.23. Formula els hidròxids següents: a) hidròxid de sodi b) hidròxid d’alumini c) hidròxid de cobalt (III) d) hidròxid de zinc e) hidròxid de plata

NaOH Al (OH)3 Co(OH)3 Zn(OH)2 AgOH

f) hidròxid de bari g) hidròxid de magnesi h) hidròxid de ferro (II) i) hidròxid de calci j) hidròxid de liti

Ba(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)2 Ca(OH)2 LiOH

3.24. Anomena els hidròxids següents: a) KOH b) Be(OH)2 c) Pt(OH)4 d) Pb(OH)2 e) Sn(OH)4

hidròxid de potassi hidròxid de beril·li hidròxid de platí (IV) hidròxid de plom (II) hidròxid d’estany (IV)

f) Fe(OH)3 g) Pt(OH)2 h) CuOH i) Co(OH)2

hidròxid de ferro (III) hidròxid de platí (II) hidròxid de coure (I) hidròxid de cobalt (II)

3.25. Escriu la fórmula de les substàncies següents, entre les quals apareixen barrejats els diferents compostos que has estudiat. a) clorur de plata b) sulfur de beril·li c) triiodur de nitrogen d) hidrur de calci e) bromur d’hidrogen

AgCl BeS NI3 CaH2 HBr (g)

f) metà g) òxid de níquel (II) h) pentaclorur de fòsfor i) àcid clorhídric j) hidròxid de níquel (III)

CH4 NiO PCl 5 HCl (aq) Ni(OH)3

3.26. Anomena les fórmules següents, que corresponen a diversos tipus de compostos. a) Br2O7 b) NH3 c) AgOH d) NaI e) MgH2

heptaòxid de dibrom amoníac hidròxid de plata iodur de sodi hidrur de magnesi

f) CCl4 g) H2S (aq) h) Au2O i) Zn(OH)2 j) HBr (g)

tetraclorur de carboni àcid sulfhídric òxid d’or (I) hidròxid de zinc bromur d’hidrogen

68

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 68

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

3.27. Quan lâ&#x20AC;&#x2122;amonĂ­ac es dissol en aigua pot donar quantitats significatives dâ&#x20AC;&#x2122;un catiĂł anomenat amoni, de fĂłrmula NH4+. Aquest catiĂł i les seves sals sĂłn conegudes des de lâ&#x20AC;&#x2122;antiguitat. Llegeix el text segĂźent i contesta les preguntes del final de la lectura: a) Quina et sembla que pot ser la fĂłrmula dâ&#x20AC;&#x2122;una de les sals amòniques anomenada clorur dâ&#x20AC;&#x2122;amoni?

I dâ&#x20AC;&#x2122;una altra anomenada sulfur dâ&#x20AC;&#x2122;amoni?

NH4Cl ; (NH4)2S b) Existeixen tambĂŠ hidròxids formats a partir del catiĂł amoni. Quina ĂŠs la fĂłrmula de lâ&#x20AC;&#x2122;hidròxid dâ&#x20AC;&#x2122;amoni?

NH4OH c) El catiĂł amoni ĂŠs tòxic. En els mamĂ­fers es converteix en urea perquè es pugui emmagatzemar millor. Fes servir, com en el text, lâ&#x20AC;&#x2122;origen etimològic de la paraula i dedueix on es pot trobar la urea en els mamĂ­fers.

En lâ&#x20AC;&#x2122;orina

3.28. Ja saps de cursos anteriors que les menes sĂłn les formacions rocoses que contenen minerals valuosos, suficientment concentrats per justificar la seva explotaciĂł i fĂ cilment extraĂŻbles.

Molts metalls sâ&#x20AC;&#x2122;obtenen de sulfurs que estan presents en alguns minerals. AquĂ­ tens alguns exemples. a) Per cada un dels minerals, indica la fĂłrmula del compost i el metall que seâ&#x20AC;&#x2122;n pot extreure.

Nom del mineral

argentita

cinabri

galena

wurtzita

Sulfur que contĂŠ

Sulfur de plata

Sulfur de mercuri (II)

Sulfur de plom (II)

Sulfur de zinc

FĂłrmula

Ag2S

HgS

PbS

ZnS

Metall que seâ&#x20AC;&#x2122;n pot extreure

Plata

Mercuri

Plom

Zinc

b) En quina mesura estĂ s dâ&#x20AC;&#x2122;acord amb les afirmacions segĂźents? Puntua-les aplicant-hi aquest barem: 1. No hi estic gens dâ&#x20AC;&#x2122;acord. 2. No hi estic gaire dâ&#x20AC;&#x2122;acord. 3. No sĂŠ si hi estic dâ&#x20AC;&#x2122;acord. 4. Hi estic bastant dâ&#x20AC;&#x2122;acord. 5. Hi estic molt dâ&#x20AC;&#x2122;acord t &MT HSBOT EFTDPCSJNFOUT DJFOUĂ&#x201C;GJDT TĂ&#x2DC;O NĂ&#x2019;SJU Ă&#x17E;OJDBNFOU J FYDMVTJWBNFOU EFM TFV EFTDPCSJEPS t &MT TĂ&#x201C;NCPMT J GĂ&#x2DC;SNVMFT RVĂ&#x201C;NJRVFT GBDJMJUFO MB DPNVOJDBDJĂ&#x2DC; FOUSF DJFOUĂ&#x201C;GJDT Activitat oberta. c) Indica si creus que ĂŠs possible respondre aquestes preguntes mitjançant coneixements cientĂ­fics. t -FT QSPQJFUBUT E VO OPV FMFNFOU FT QPEFO DPOĂ&#x2019;JYFS BCBOT EF EFTDPCSJS MP t 4Ă&#x201C; -B TFWB QPTJDJĂ&#x2DC; B MB UBVMB QFSJĂ&#x203A;EJDB QFSNFU QSFWFVSF BMHVOFT EF MFT QSPQJFUBUT E VO FMFNFOU t 6OB GĂ&#x2DC;SNVMB RVĂ&#x201C;NJDB QPU TFS MB SFQSFTFOUBDJĂ&#x2DC; EF EJGFSFOUT DPNQPTUPT RVĂ&#x201C;NJDT t 6OB GĂ&#x2DC;SNVMB RVĂ&#x201C;NJDB SFQSFTFOUB VO TPM DPNQPTU RVĂ&#x201C;NJD

69

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 69

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

3.29. ACTIVITAT EXPERIMENTAL a) Descriu les diferents propietats del diòxid de carboni (color, olor, densitat, combustibilitat) que hem pogut observar en les experiències anteriors. Justifica de quina manera les hem pogut comprovar.

El diòxid de carboni ĂŠs incolor, inodor, mĂŠs dens que lâ&#x20AC;&#x2122;aire (no sâ&#x20AC;&#x2122;enlaira) i no ĂŠs inflamable (el llumĂ­ sâ&#x20AC;&#x2122;apaga). b) Calcula la quantitat de mols i el nombre de molècules de CO2 que hem retingut dins el globus.

Calcula tambĂŠ el nombre dâ&#x20AC;&#x2122;Ă toms dâ&#x20AC;&#x2122;O i de C. Activitat oberta. A partir de la massa de CO2 obtingut, calculem els valors segĂźents: g de CO2 obtinguts â&#x2020;&#x2019; mol CO2 â&#x2020;&#x2019; molècules CO2 molècules CO2 â&#x2020;&#x2019; Ă toms oxigen molècules CO2 â&#x2020;&#x2019; Ă toms hidrogen c) Busca informaciĂł sobre lâ&#x20AC;&#x2122;efecte hivernacle. Explica en què consisteix i quin ĂŠs el paper que hi exerceix el CO2. Fes una llista dâ&#x20AC;&#x2122;altres gasos que hi participin. Valora la possibilitat de lâ&#x20AC;&#x2122;existència de vida en el planeta si no hi haguĂŠs tot aquest conjunt de gasos a lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera.

Una part de la radiaciĂł solar que arriba a la Terra ĂŠs absorbida per lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera, una altra part ĂŠs reflectida per la superfĂ­cie terrestre i una altra part â&#x20AC;&#x201C;la mĂŠs importantâ&#x20AC;&#x201C; ĂŠs absorbida pel planeta, cosa que fa que sâ&#x20AC;&#x2122;escalfi i part de la calor remeti en forma de radiaciĂł. Una part dâ&#x20AC;&#x2122;aquesta radiaciĂł sâ&#x20AC;&#x2122;escapa a lâ&#x20AC;&#x2122;espai, però una altra part ĂŠs absorbida de nou per lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera. Aquest efecte, anomenat efecte hivernacle perquè ĂŠs semblant al que tĂŠ lloc en aquestes instal¡lacions, fa que la superfĂ­cie de la Terra sâ&#x20AC;&#x2122;escalfi. La presència de CO2 en lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera potencia aquest efecte, com tambĂŠ ho fa la presència de gasos clorofluorocarbonats (CFC) i dâ&#x20AC;&#x2122;ozĂł. Un excĂŠs dâ&#x20AC;&#x2122;aquests gasos a lâ&#x20AC;&#x2122;atmofera ĂŠs perjudicial perquè augmenta lâ&#x20AC;&#x2122;efecte hivernacle i fa que la superfĂ­cie de la Terra sâ&#x20AC;&#x2122;escalfi per sobre dels valors acceptables, cosa que pot tenir uns efectes desastrosos. Però lâ&#x20AC;&#x2122;efecte hivernacle en si mateix ĂŠs positiu perquè permet que hi hagi vida a la Terra. Si no existissin aquests gasos a lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera, no es produiria lâ&#x20AC;&#x2122;efecte hivernacle i la temperatura a la superfĂ­cie de la Terra seria molt menor, dâ&#x20AC;&#x2122;uns 20 °C sota zero, impossibilitant lâ&#x20AC;&#x2122;existència de vida en el planeta.

3.30. ACTIVITAT COOPERATIVA Per grups, observeu el grĂ fic i contesteu les preguntes segĂźents: t 2VBOUFT UPOFT per capita de diòxid de carboni es van emetre durant lâ&#x20AC;&#x2122;any 1990 en els paĂŻsos integrants de lâ&#x20AC;&#x2122;annex I del protocol de Kyoto (paĂŻsos industrialitzats)? t 6OB NJDB NĂ?T EF UPOFT t 4FHPOT FMT BDPSET QSFTPT RVBOUFT UPOFT EF $02 EF NJUKBOB T IBVSJFO EF SFEVJS FOUSF FMT BOZT i 2012? t &M EFM HBTPT FNFTPT FM Ă?T B EJS r = 0,52 tones de CO2 per capita.

70

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 70

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

3.31. EXPERIMENTA A CASA a) Escriu la fĂłrmula quĂ­mica del sulfur de plata i la del sulfur dâ&#x20AC;&#x2122;alumini.

Ag2S i Al 2S3 b) Per què creus que sâ&#x20AC;&#x2122;ha dâ&#x20AC;&#x2122;escalfar lâ&#x20AC;&#x2122;aigua?

La reacció química que tÊ lloc Ês mÊs rà pida a temperatures altes. c) Explica raonadament per què aquest canvi Ês un canvi químic.

El canvi que es produeix ĂŠs un canvi quĂ­mic perquè hi ha una modificaciĂł de la matèria. Hi ha una reordenaciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;Ă toms. El procĂŠs o canvi sâ&#x20AC;&#x2122;anomena reacciĂł quĂ­mica.

3.32. ACTIVITAT DE CLOENDA a) Respon a les preguntes plantejades a la introducciĂł del tema (pĂ g. 79) t $PN PSEFOBSJFT FMT Ă&#x2039;UPNT DPOFHVUT Els podrĂ­em ordenar per ordre creixent de nombre atòmic. t $SFVT RVF Ă?T QPTTJCMF QSFWFVSF QSPQJFUBUT E FMFNFOUT FODBSB EFTDPOFHVUT SĂ­. A partir de la posiciĂł prevista a la taula periòdica. t 2VBOUT FMFNFOUT FT DPOFJYFO FO M BDUVBMJUBU "M WPMUBOU EF t &T QPEFO PCUFOJS FMFNFOUT BSUJGJDJBMNFOU SĂ­. De fet, els que tenen nombres atòmics molt alts sĂłn sintètics. Tal com diu el poeta David Jou, ÂŤAl darrer sòtan predomina lâ&#x20AC;&#x2122;artifici: els Ă toms sĂłn molt breusâ&#x20AC;ŚÂť. t $PN FT QPEFO VOJS FMT EJGFSFOUT Ă&#x2039;UPNT QFS GPSNBS DPNQPTUPT Mitjançant forces dâ&#x20AC;&#x2122;enllaç, que sĂłn dâ&#x20AC;&#x2122;origen elèctric. t 5PUFT MFT VOJPOT FOUSF Ă&#x2039;UPNT TĂ&#x2DC;O JHVBMT No. Hi ha diferents tipus dâ&#x20AC;&#x2122;unions i, per tant, diferents tipus dâ&#x20AC;&#x2122;enllaç, segons que es guanyin o es perdin electrons (enllaç iònic) o bĂŠ segons que es comparteixin (enllaços covalent i metĂ l¡lic). t {&YJTUFJY VO MMFOHVBUHF VOJWFSTBM RVF QFSNFU RVF FMT DJFOUĂ&#x201C;GJDT EF UPU FM NĂ&#x2DC;O SFQSFTFOUJO EF MB NBteixa manera elements i compostos?

SĂ­. Les fĂłrmules quĂ­miques sĂłn universals. b) Coneixies moltes respostes abans dâ&#x20AC;&#x2122;estudiar aquest tema? Encara tens algun dubte?

Activitat oberta. c) Saber formular significa trobar la fórmula de compostos químics que no has vist abans o anomenarlos. Sabries escriure les fórmules de tres òxids de metalls que no hagin sortit a la unitat i anomenar-los?

Activitat oberta. Per exemple: òxid de sodi (Na2O), òxid dâ&#x20AC;&#x2122;estronci (SrO) i òxid de nĂ­quel (III) (Ni2O3).

71

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 71

21/09/15 06:10

UNITAT

UNITAT 4

4

LES REACCIONS QUÍMIQUES En aquesta unitat es treballa amb profunditat el concepte de canvi químic introduït en la unitat 1.

L’alumne aprendrà a relacionar els canvis químics amb situacions que es produeixen contínuament en el seu entorn, ja sigui directament en la natura o a través de la indústria. També aprendrà a reconèixer fenòmens que es poden observar i que ens ajuden a saber quan es produeixen aquests canvis.

Per interpretar microscòpicament el concepte de canvi químic, aquest es relaciona amb el model de l’àtom i l’enllaç químic, i amb el trencament i la formació de nous enllaços entre àtoms. D’aquesta manera es fa veure a l’alumne que qualsevol canvi químic comporta necessàriament una transformació energètica associada als enllaços químics. Així, l’alumne pot prendre consciència de la importància de prendre precaucions quan té lloc una reacció química. A l’hora d’explicar aquesta unitat s’apliquen els símbols i les fórmules introduïts en la unitat 3; aquests serviran per representar els canvis químics d’una manera còmoda i pràctica en forma d’equacions químiques. S’introdueix la necessitat d’utilitzar un procés d’igualació de les equacions químiques com un mètode ràpid per comprovar que es conserva la quantitat de cada un dels àtoms que intervenen en el canvi químic, d’acord amb el principi de conservació de la massa.

S’aprèn a classificar alguns canvis químics segons el tipus de transformació que es produeix. A partir del reconeixement d’alguns reactius o productes concrets, es pretén que s’identifiquin alguns canvis químics importants i comuns en el dia a dia. Es presenten diferents factors que poden influir en la cinètica d’una reacció química per tal que es puguin plantejar possibles formes de modificar la velocitat de reacció.

S’aprofundeix en l’ús del llenguatge químic per poder fer càlculs estequiomètrics senzills; així, es pretén impulsar la capacitat per utilitzar alguns procediments matemàtics presentats en unitats anteriors, com l’ús de factors de conversió o els càlculs de concentració de solucions.

Al llarg de la unitat hi ha activitats resoltes per familiaritzar-se amb els procediments fonamentals de cara a treballar amb les equacions químiques i al final es plantegen activitats de diversos tipus: - Activitats competencials contextualitzades relacionades amb els conceptes estudiats, en què l’alumne ha de mostrar el seu grau d’interès per diferents qüestions plantejades.

- Activitats en què es treballa transversalment l’àrea de Matemàtiques, com aquelles en les quals fem servir factors de conversió –procediment imprescindible de càlcul en química– o calculem una superfície de contacte.

- Activitats d’experimentació que permeten d’observar al laboratori alguns canvis químics i relacionar les observacions amb els conceptes estudiats, com també experiments senzills que es poden fer a casa emprant productes d’ús domèstic i que ajuden a relacionar els canvis químics amb el nostre entorn proper.

73

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 73

21/09/15 06:10

DESENVOLUPAMENT DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

Recursos i materials recomanats Bibliografia BABOR, J.A.; IBARZ, J.: QuĂ­mica general moderna. Ed. MarĂ­n, 1979.

MARTĂ?NEZ RUIZ, JESĂ&#x161;S: Profesores de enseĂąanza secundaria, temario para la preparacion de oposiciones, FĂ­sica y quĂ­mica, volumen II. Ed. MAD, 2005.

MORALES, JOSE VICENTE I SĂ NCHEZ, JOSE ANTONIO: Profesores de enseĂąanza secundaria, temario para la preparacion de oposiciones, FĂ­sica y QuĂ­mica, volumen III. Ed. MAD, 2005.

CHANG, RAYMOND: Principios esenciales de QuĂ­mica General. Ed. McGraw-Hill, 2006.

Projecte 3.16: Destreses BĂ siques. Ed. CruĂŻlla.

PĂ gines web t IUUQ XXX UFYUPTDJFOUJGJDPT DPN t IUUQ XXX FEV DBU BVMBOFU DJFODJB &ODJDMPQĂ&#x2019;EJB EF MB $JĂ&#x2019;ODJB

t IUUQT UW VQD FEV DPOUJOHVUT SFBDDJPOT RVJNJRVFT t IUUQ XXX FEVDBQMVT PSH QMBZ "KVTUF EF SFBDDJPOFT IUNM t IUUQT XXX ZPVUVCF DPN XBUDI W U& BBSDL t IUUQT XXX ZPVUVCF DPN XBUDI W 5DT Z921:Z t IUUQ GJTJDBZRVJNJDBFOGMBTI FT TXG RVJNJDB FTUFRVJPNFUSJB DBMDVMPT TXG t IUUQ XXX DFJQ EJQVUBDJP DPN *%*0." MJTUFO 5JN BOE .PCZ BDJECBTFT TXG

74

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 74

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

Solucions de les activitats Canvis quĂ­mics o reaccions quĂ­miques

4.1. Llegeix el text segßent i respon a les qßestions que hi ha a continuació: a) Per què creus que hi ha molt pocs metalls que es trobin a la natura en forma lliure? De quina forma els trobem en els minerals?

Els metalls poden reaccionar fĂ cilment amb els Ă toms dâ&#x20AC;&#x2122;oxigen de lâ&#x20AC;&#x2122;aire que els envolta, o de lâ&#x20AC;&#x2122;aigua. No tots els metalls reaccionen a la mateixa velocitat.

La majoria de metalls es troben en els minerals, combinats amb altres Ă toms formant compostos. Per exemple, combinats amb lâ&#x20AC;&#x2122;oxigen, formant òxids, com en el cas de la bauxita (Al2O3). TambĂŠ es poden combinar amb altres Ă toms, com el sofre, formant sulfurs, o el clor, formant clorurs. b) 2VĂ&#x2019; WPM EJS RVF VO PCKFDUF Ă?T DSPNBU P OJRVFMBU 2VJOB GVODJĂ&#x2DC; UĂ? BRVFTU QSPDĂ?T Vol dir que un metall com el ferro, que podria ser atacat fĂ cilment pels agents atmosfèrics, es cobreix amb una capa dâ&#x20AC;&#x2122;un altre metall com el crom o el nĂ­quel, que ĂŠs mĂŠs resistent a la corrosiĂł. La funciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;aquest recobriment ĂŠs protegir el metall per evitar-ne la corrosiĂł. c) Per què et sembla que el ferro i lâ&#x20AC;&#x2122;acer estan sent substituĂŻts per lâ&#x20AC;&#x2122;alumini en moltes de les seves aplicacions?

Perquè lâ&#x20AC;&#x2122;alumini ĂŠs capaç de formar una capa fina dâ&#x20AC;&#x2122;òxid, que ĂŠs impermeable i que impedeix que el metall es continuĂŻ alterant. d) "OPNFOB RVBUSF NBOFSFT EF GFS RVF FM GFSSP TJHVJ NĂ?T SFTJTUFOU B MB DPSSPTJĂ&#x2DC; Recobrint el ferro amb una capa protectora, que pot ser de pintura, vernĂ­s o esmalt. TambĂŠ es pot recobrir el ferro amb un altre metall com el crom (mitjançant lâ&#x20AC;&#x2122;electròlisi) o amb una planxa de zinc.

4.2. Llegeix el text i respon a les qĂźestions que trobarĂ s a la pĂ gina segĂźent: a) 0SEFOB MFT EJGFSFOUT FUBQFT EFM QSPDĂ?T E PCUFODJĂ&#x2DC; EFMT NFUBMMT 1. extracciĂł del mineral 2. concentraciĂł del mineral 3. reducciĂł del mineral 4. afinament del metall 5. obtenciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;aliatges b) $PNQBSB FM QSPDĂ?T EF MB SFEVDDJĂ&#x2DC; RVĂ&#x201C;NJDB BNC M FMĂ&#x2019;DUSJDB J EJHVFT FO RVĂ&#x2019; FT EJGFSFODJFO En la reducciĂł quĂ­mica el metall sâ&#x20AC;&#x2122;obtĂŠ afegint productes quĂ­mics que fan que es produeixin reaccions quĂ­miques el producte de les quals ĂŠs el metall. Aquest procĂŠs requereix molta energia i pot generar gasos contaminants.

En la reducció elèctrica es fa passar corrent elèctric per una solució que contingui ions del metall.

Aleshores el metall es diposita en un dels elèctrodes: el cà tode. Aquest procÊs Ês molt car.

75

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 75

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

La representació de les reaccions químiques

4.3. Donat el següent canvi químic: 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g) a) Ordena les imatges que representen quatre moments de la reacció: L’ordre de les imatges és: 2 - 4 - 1 - 3. b) %FTDSJV CSFVNFOU DPN UÏ MMPD MB USBOTGPSNBDJØ EF MFT QBSUÓDVMFT QFS QBTTBS EF SFBDUJVT B productes. Utilitza els conceptes d’àtom i molècula.

En els reactius tenim molècules d’hidrogen i d’oxigen que han de trencar els seus enllaços perquè els àtoms d’oxigen i d’hidrogen es puguin unir per formar la molècula d’aigua, que és el producte de la reacció.

4.4. Observa les imatges següents i descriu cada etapa del procés de transformació dels reactius en productes: t *OJDJBMNFOU UFOJN VOB QMBDB NFUËMrMJDB MMJTB GPSNBEB QFS ËUPNT EF NBHOFTJ VOJUT J VOB TPMVDJØ d’àcid clorhídric on hi ha els ions H+ i Cl – separats i lliures. t 2VBO EPT JPOT )+ s’acosten a un àtom de Mg, aquest se separa del metall i forma l’ió Mg2+. Els dos ions H+ formen la molècula de H2. t &MT JPOT .H2+ que es van formant van quedant lliures dins la solució, barrejats amb els ions Cl –.

Les molècules d’hidrogen gas, H2, s’aniran alliberant. t $PN B DPOTFRàÒODJB OPTBMUSFT QPEFN PCTFSWBS RVF BM WPMUBOU EFM NFUBMM FT GPSNFO CPNCPMMFT que es van desprenent i que la placa de metall es va desgastant a poc a poc.

4.5. Observa les imatges següents i digues quina diferència creus que hi ha entre les indicacions (aq) i (l). Quina expressió creus que hauria de portar entre parèntesis la sal binària si aquesta no fos soluble en aigua?

La indicació (aq) que acompanya la sal NaCl (aq) assenyala que la substància es troba en solució i els seus ions Na+ i Cl – es troben disgregats entremig de les molècules d’aigua. La indicació (l) que acompanya la molècula d’aigua H2O (l) indica que les molècules d’aigua que es formen com a resultat de la reacció estan en estat líquid.

Si la reacció donés com a resultat una sal binària que fos insoluble, aquesta formaria un precipitat i en l’equació, al costat de la sal, s’hi hauria de posar la indicació (s) per donar a entendre que s’ha format un sòlid.

4.6. Relaciona les descripcions de les transformacions següents amb l’equació química corresponent: 1-e; 2-c; 3-b; 4-a; 5-d

76

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 76

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

4.7. Cal tenir en compte alguns aclariments pel que fa a la nomenclatura de les equacions quí-

miques per comptar el nombre d’àtoms de cada element. Vigila especialment quan les fórmules inclouen parèntesis: s’apliquen criteris semblants als del llenguatge algebraic que utilitzes a matemàtiques quan resols equacions.

Si davant d’una fórmula no hi ha cap coeficient estequiomètric és com si hi hagués un 1, i el mateix passa amb els subíndexs. Quan un parèntesi porta subíndex, aquest afecta tot el que hi ha dins els parèntesis.

A continuació comprova quines de les reaccions següents estan ben igualades i quines no: a) 2 HCl (aq) + Zn (s) → ZnCl 2 (aq) + 2 H2 (g) nre. àtoms H nre. àtoms Cl nre. àtoms Zn

REACTIUS 2 2 1

PRODUCTES 4 2 1

No està ben igualada pels àtoms d’hidrogen. b) H2SO4 (aq) + 2 NaOH (aq) → Na2SO4 (aq) + 2 H2O (l) nre. àtoms H nre. àtoms S nre. àtoms O nre. àtoms Na

REACTIUS 4 1 6 2

PRODUCTES 4 1 6 2

Sí que està ben igualada. c) AgNO3 (aq) + NaCl (aq) → NaNO3 (aq) + AgCl (s) nre. àtoms Ag nre. àtoms N nre. àtoms O nre. àtoms Na nre. àtoms Cl

REACTIUS 1 1 3 1 1

PRODUCTES 1 1 3 1 1

Sí que està ben igualada. d) Ba(NO3)2 (aq) + Na2SO4 (aq) → BaSO4 (s) + NaNO3 (aq) nre. àtoms Ba nre. àtoms N nre. àtoms O nre. àtoms Na nre. àtoms S

REACTIUS 1 2 10 2 1

PRODUCTES 1 1 7 1 1

No està ben igualada.

77

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 77

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

4.8. Iguala les reaccions químiques següents: a) Cu (s) + AgNO3 (aq) → Ag (s) + Cu(NO3)2 (aq) Cu (s) + 2 AgNO3 (aq) → 2 Ag (s) + Cu(NO3)2 (aq) b) HNO3 (aq) + ,0) BR → ,/03 (aq) + H2O (l) HNO3 (aq) + KOH (aq) → KNO3 (aq) + H2O (l) c) Ca(OH)2 (s) + HCl (aq) → CaCl 2 (s) + H2O (l) Ca(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) → CaCl 2 (s) + 2 H2O (l) d) MnO2 (s) + HCl (aq) → MnCl 2 (s) + H2O (l) + Cl 2 (g) MnO2 (s) + 4 HCl (aq) → MnCl 2 (s) + 2 H2O (l) + Cl 2 (g) e) N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g) N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) f) Fe (s) + H2SO4 (aq) → FeSO4 (aq) + H2 (g) Fe (s) + H2SO4 (aq) → FeSO4 (aq) + H2 (g) g) Cl 2 (g) + H2 (g) → HCl (g) Cl 2 (g) + H2 (g) → 2 HCl (g) h) C4H8 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g) C4H (g) + 6 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 4 H2O (g) i) C5H12 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g) C5H12 (g) + 8 O2 (g) → 5 CO2 (g) + 6 H2O (g) j) CaO (s) + NaOH (aq) → Na2O (aq) + Ca(OH)2 (aq) CaO (s) + 2 NaOH (aq) → Na2O (aq) + Ca(OH)2 (aq)

4.9. Escriu i iguala aquestes reaccions químiques: a) àcid clorhídric + oxigen → clor + aigua 4 HCl (aq) + O2 (g) → 2Cl 2 (g) + 2H2O (l) b) potassi + aigua → hidròxid de potassi + hidrogen 2K (s) + 2H2O (l) → 2KOH (aq) + H2 (g) c) magnesi + oxigen → òxid de magnesi 2Mg (s) + O2 (g) → 2MgO (s) d) hidrogen + oxigen → aigua 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) e) àcid bromhídric + hidròxid de potassi → bromur de potassi + aigua HBr (aq) + KOH (aq) → KBr (aq) + H2O (l) f) zinc + àcid clorhídric → clorur de zinc + hidrogen Zn (s) + 2HCl (aq) → ZnCl 2 (aq) + H2 (g)

78

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 78

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

4.10. El clor Ês un gas tòxic de color groc-verdós format per molècules diatòmiques (Cl

). Ă&#x2030;s unes 2,5 vegades mĂŠs pesant que lâ&#x20AC;&#x2122;aire i tĂŠ una olor desagradable. Quan reacciona amb el bromur de potassi, KBr, sâ&#x20AC;&#x2122;obtĂŠ clorur de potassi, KCl , i brom, Br2.

2

a) Quins sĂłn els reactius i quins els productes dâ&#x20AC;&#x2122;aquesta reacciĂł?

Els reactius sĂłn el gas clor, Cl 2, i el bromur de potassi, KBr, i els productes sĂłn el clorur de potassi, KCl , i el brom, Br2. b) Escriu lâ&#x20AC;&#x2122;equaciĂł quĂ­mica dâ&#x20AC;&#x2122;aquesta reacciĂł sense oblidar-te dâ&#x20AC;&#x2122;igualar-la.

Cl 2 (g) + 2KBr (aq) â&#x2020;&#x2019; 2KCl (aq) + Br2 (g)

4.11. El gas metĂ , CH , ĂŠs incolor i no gaire soluble en aigua en la seva fase lĂ­quida. A la natura 4

es produeix com a producte final de la descomposiciĂł anaeròbica de la matèria orgĂ nica. Constitueix fins al 97 % del gas natural. A les mines de carbĂł se lâ&#x20AC;&#x2122;anomena grisĂş i ĂŠs molt perillĂłs, ja que ĂŠs fĂ cilment inflamable i explosiu. Quan el gas metĂ es crema en presència dâ&#x20AC;&#x2122;oxigen (O2) es forma diòxid de carboni (CO2) i aigua. a) Busca informaciĂł sobre quines sĂłn les altres substĂ ncies quĂ­miques que constitueixen el gas natural.

El seu principal component ĂŠs el metĂ (CH4), per bĂŠ que contĂŠ tambĂŠ altres hidrocarburs lleugers com lâ&#x20AC;&#x2122;etĂ (C2H6), el propĂ (C3H ,) el butĂ (C4H10) o el pentĂ (C5H12) en una proporciĂł molt menor. La seva composiciĂł quĂ­mica varia sensiblement segons la seva procedència geogrĂ fica i geològica, i acostuma a anar associada a altres substĂ ncies com el diòxid de carboni (CO2), el nitrogen (N2) o, mĂŠs rarament, lâ&#x20AC;&#x2122;heli (He). b) Quins sĂłn els reactius i quins els productes de la reacciĂł de combustiĂł del metĂ ?

Els reactius sĂłn els gas metĂ (CH4) i el gas oxigen (O2) i els productes sĂłn el diòxid de carboni (CO2) i lâ&#x20AC;&#x2122;aigua (H2O). c) Escriu lâ&#x20AC;&#x2122;equaciĂł quĂ­mica dâ&#x20AC;&#x2122;aquesta reacciĂł sense oblidar-te dâ&#x20AC;&#x2122;igualar-la.

CH4 (g) + 2O2 (g) â&#x2020;&#x2019; 2H2O (aq) + CO2 (g) La conservaciĂł de la massa

4.12. Observa les imatges i respon a les qĂźestions: a) $SFVT RVF TFSĂ&#x2039; JHVBM MB NBTTB E VO USPOD BCBOT J EFTQSĂ?T EF DSFNBS TF No, la massa disminueix. b) Tenint en compte la llei de conservaciĂł de la massa, com ho explicaries?

Perquè els Ă toms de carboni de la fusta es combinen amb els dâ&#x20AC;&#x2122;oxigen per formar el diòxid de carboni i, com que aquest gas es desprèn, la massa disminueix.

4.13. Donada la reacciĂł: 2 H

(g) + O2 (g) â&#x2020;&#x2019; 2 H2O (g). Digues quines de les relacions segĂźents et sembla que sĂłn correctes tenint en compte la llei de conservaciĂł de la massa: 2

NomĂŠs la tercera relaciĂł compleix el principi de conservaciĂł de la massa i la suma de la massa dels reactius ĂŠs igual a la massa del producte (40 g + 320 g = 360 g).

79

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 79

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

4.14. Hem afegit a 100 g de carbonat de calci (CaCO ) una quantitat de 73 g dâ&#x20AC;&#x2122;Ă cid clorhĂ­dric.

3

Sâ&#x20AC;&#x2122;han format 111 g de clorur de calci, 18 g dâ&#x20AC;&#x2122;aigua i una certa quantitat de diòxid de carboni. Tenint en compte la llei de Lavoisier, troba quina quantitat sâ&#x20AC;&#x2122;ha desprès dâ&#x20AC;&#x2122;aquest gas.

Tenint en compte que la massa total dels reactius ĂŠs de 173 g, si sumem els grams que sâ&#x20AC;&#x2122;han obtingut entre el clorur de calci i lâ&#x20AC;&#x2122;aigua: 111 + = 129 g, restem i veiem que sâ&#x20AC;&#x2122;han format 173 â&#x20AC;&#x201C; 129 = 44 g de diòxid de carboni.

Reaccions quĂ­miques i energia

4.15. Observa les imatges i respon a les qĂźestions: a) Creus que ha tingut lloc un canvi fĂ­sic o quĂ­mic?

Tal com vam veure en el tema 1, es pot considerar un canvi fĂ­sic, ja que nomĂŠs sâ&#x20AC;&#x2122;ha produĂŻt la disgregaciĂł dels ions que formen el nitrat dâ&#x20AC;&#x2122;amoni grĂ cies a les molècules dâ&#x20AC;&#x2122;aigua. Aquest ĂŠs un canvi endotèrmic. b) Com justificaries el descens de temperatura que sâ&#x20AC;&#x2122;ha produĂŻt?

Perquè es produeixi el canvi ĂŠs necessari que sâ&#x20AC;&#x2122;absorbeixi calor del medi. c) Per què creus que no sâ&#x20AC;&#x2122;ha congelat la soluciĂł de dins del vas de precipitats?

Perquè el punt de fusiĂł de la soluciĂł ĂŠs mĂŠs baix que el de lâ&#x20AC;&#x2122;aigua destil¡lada. d) Creus que sâ&#x20AC;&#x2122;ha congelat lâ&#x20AC;&#x2122;aigua que hi havia a la cĂ psula? Per què?

SĂ­, ja que la temperatura ha baixat per sota del seu punt de fusiĂł. Per aquest motiu la cĂ psula queda enganxada al vas de precipitats.

4.16. En la combustiĂł dâ&#x20AC;&#x2122;un mol de propĂ (C H ) a 25 ÂşC sâ&#x20AC;&#x2122;alliberen 2.219 kJ dâ&#x20AC;&#x2122;energia en forma de calor:

3

8

a) &TDSJV J JHVBMB M FRVBDJĂ&#x2DC; RVĂ&#x201C;NJDB EFM QSPDĂ?T C3 H (g) + 5O2 (g) â&#x2020;&#x2019; 3CO2 (g) + 4H2O (g) b) Calcula la quantitat de calor que sâ&#x20AC;&#x2122;allibera si es formen 0,5 mol de diòxid de carboni tenint en compte els coeficients estequiomètrics.

1 mol C3H 2219 kJ 0,5 mol CO2 ¡ ¡ = L+ 1 mol C3H 3 mol CO2 c) El butĂ i el propĂ pertanyen tots dos als hidrocarburs alifĂ tics amb enllaços simples de carboni, coneguts com alcans. SĂłn gasos incolors i inodors a temperatura ambient. Observa i compara les propietats dâ&#x20AC;&#x2122;aquests dos gasos. Per què creus que a les zones de muntanya sâ&#x20AC;&#x2122;utiMJU[B NĂ?T FM QSPQĂ&#x2039; RVF FM CVUĂ&#x2039; Perquè el propĂ tĂŠ un punt dâ&#x20AC;&#x2122;ebulliciĂł mĂŠs baix i aguanta mĂŠs bĂŠ les baixes temperatures.

80

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 80

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

4.17. La respiració i la fermentació són dues reaccions químiques que duen a terme els éssers vius per obtenir energia. Busca informació sobre aquests dos processos i respon: a) 2VJOT ÏTTFST WJVT SFBMJU[FO MB SFTQJSBDJØ J RVJOT MB GFSNFOUBDJØ Poden realitzar la respiració els organismes autòtrofs i els heteròtrofs. Poden realitzar la fermentació bacteris, fongs i llevats, però també algunes cèl·lules animals com les nostres cèl·lules musculars.. b) 2VJO UJQVT EF SFBDDJØ ÏT MB SFTQJSBDJØ 2VJOT TØO FMT SFBDUJVT J RVJOT FMT QSPEVDUFT És una reacció exotèrmica, ja que desprèn energia. Els reactius són la matèria orgànica (glucosa) i l’oxigen; els productes són el diòxid de carboni i l’aigua. c) En absència de quin element es produeix la fermentació? Quins són els productes de la reacció?

La fermentació es produeix en absència d’oxigen. Els productes poden ser l’etanol i el diòxid de carboni o bé l’àcid làctic i l’aigua, depenent del tipus de fermentació. d) Quins tipus de fermentació podem diferenciar?

Podem diferenciar principalment entre la fermentació alcohòlica, que té lloc en els llevats (produeix etanol), i la làctica, que té lloc en alguns bacteris i fongs i en els animals (produeix àcid làctic). e) 2VJOT BMJNFOUT DPOFJYFT RVF T PCUJOHVJO HSËDJFT BM QSPDÏT EF MB GFSNFOUBDJØ Pa, iogurt, formatge, vi, cervesa…

Tipus de reaccions químiques

4.18. Indica de quin tipus són les reaccions següents: REACCIÓ

TIPUS

2HCl (aq) + Mg (s) → MgCl 2 (aq) + H2 (g)

Reacció d’un metall amb un àcid

5 O (g) → N2O5 (g) 2 2 C2H6O (l) + 3O2 (g) → 2CO2 (g) + 3H2O (g) N2 (g) +

Ba(NO3)2 (aq) + Na2SO4 (aq) → BaSO4 (s) + 2NaNO3 (aq)

Síntesi Combustió Precipitació

2H2O (l) → O2 (g) + 2H2 (g)

Descomposició

2HCl (aq) + Ca(OH)2 (s) → CaCl 2 (s) + 2H2O (l)

Neutralització

4.19. Observa la imatge següent i respon: a) 2VJO UJQVT EF SFBDDJØ IJ UÏ MMPD Reacció d’un metall amb un àcid. b) 2VJOB TVCTUËODJB RVF JOUFSWÏ FO MB SFBDDJØ OP TVSU SFQSFTFOUBEB La sal que es forma, el clorur d’alumini, Al Cl 3.

81

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 81

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

c) Escriu i iguala la reacciĂł.

6HCl (aq) + 2Al (s) â&#x2020;&#x2019; 2Al Cl 3 (aq) + 3H2 (g) Velocitat de reacciĂł

4.20. Llegeix el text segĂźent i respon a les qĂźestions que es proposen: a) Quina serĂ la seva superfĂ­cie total? Ă&#x20AC;rea dâ&#x20AC;&#x2122;una cara = 3 ¡ 3 = 9 cm2 Ă&#x20AC;rea de les 6 cares = 9 ¡ 6 = 54 cm2 b) 4J EJWJEJN DBEB BSFTUB FO USFT QBSUT PCUJOESFN DVCT NĂ?T QFUJUT E DN E BSFTUB 2VBOUT DVCT sâ&#x20AC;&#x2122;obtenen en total?

27 cubs petits. c) Quina serĂ ara la superfĂ­cie total? Ă&#x20AC;rea dâ&#x20AC;&#x2122;un cub petit = 6 cm2 Ă&#x20AC;rea total dels cubs petits = 6 ¡ 27 = 162 cm2 d) Quantes vegades ha quedat augmentada la superfĂ­cie?

162 : 54 = 3 vegades e) Suposem que el cub reaccioni amb una velocitat que depèn tan sols de la seva superfície.

Si el cub del dibuix, amb 3 cm dâ&#x20AC;&#x2122;aresta, tarda 1 hora a reaccionar, quanta estona tardarĂ a reaccionar totalment quan estigui dividit en cubs dâ&#x20AC;&#x2122;1 cm dâ&#x20AC;&#x2122;aresta?

Si suposem que la superfĂ­cie i la velocitat sĂłn proporcionals, aleshores la superfĂ­cie i el temps tenen una relaciĂł inversament proporcional, de manera que, si la superfĂ­cie augmenta, el temps es redueix: SuperfĂ­cie (cm2) 54 54 Ă&#x2014; 3 = 162

Temps 1 h = 60 min I = 20 min

Si sâ&#x20AC;&#x2122;augmenta la superfĂ­cie 3 vegades, el temps es redueix 3 vegades.

TrigarĂ 20 min a reaccionar quan estigui dividit.

4.21. Llegeix el text segĂźent i respon a les qĂźestions. a) Digues si sĂłn certes o falses les afirmacions segĂźents: t 5PUT FMT HBTPT RVF FT EFTQSFOFO EF MB DPNCVTUJĂ&#x2DC; EF MB HBTPMJOB RVF UĂ? MMPD FO FM NPUPS EFMT vehicles sĂłn contaminants. Falsa t &MT DBUBMJU[BEPST IBO E BOBS TJUVBUT FOUSF FM NPUPS J FM UVC E FTDBQBNFOU Certa t " EJOT EFM DBUBMJU[BEPS FT GPSNFO OPVT Ă&#x2039;UPNT Falsa t &M DBUBMJU[BEPS QFSNFU SFEVJS FMT FGFDUFT EFMT WFIJDMFT FO FM DBOWJ DMJNĂ&#x2039;UJD Falsa t &M QMPN Ă?T VO EFMT HBTPT RVF T FMJNJOFO HSĂ&#x2039;DJFT BMT DBUBMJU[BEPST Falsa t &MT DBUBMJU[BEPST QFSNFUFO SFEVJS DPNQMFUBNFOU UPUT FMT HBTPT OPDJVT QSPEVĂ&#x2022;UT QFM NPUPS Falsa t " EJOT EFM NPUPS MB HBTPMJOB J M BJSF TFNQSF SFBDDJPOFO BNC VOB QSPQPSDJĂ&#x2DC; FTUFRVJPNĂ&#x2019;USJDB Falsa

82

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 82

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

b) Per quin motiu les parets del catalitzador no són llises?

Per augmentar la superfície de contacte i fer que la reacció sigui més ràpida. c) Quines substàncies creus que han de poder detectar els sistemes de control de gasos emesos pels vehicles.

Les substàncies perjudicials com el monòxid de carboni, els hidrocarburs perillosos i els òxids de nitrogen. d) 'FT VO NBQB DPODFQUVBM RVF SFDVMMJ MB JOGPSNBDJØ NÏT JNQPSUBOU TPCSF FMT DBUBMJU[BEPST dels vehicles.

Activitat oberta. e) Indica, per a cada una de les frases següents, la teva valoració.

Activitat oberta.

Càlculs estequiomètrics

4.22. Un dels productes de neteja que s’utilitzen a les llars és el salfumant. És una solució d’àcid

clorhídric i aigua i s’utilitza com a desincrustant per eliminar residus de calç. A part d’aquestes aplicacions domèstiques, en té d’altres com a reactiu per sintetitzar matèries primeres d’interès industrial. Per exemple, la següent reacció és utilitzada per obtenir clorur de manganès (II) i clor gas.

MnO2 (s) + HCl (aq) → MnCl 2 (s) + H2O (l) + Cl 2 (g) a) Iguala la reacció.

MnO2 (s) + 4 HCl (aq) → MnCl 2 (s) + 2H2O (l) + Cl 2 (g) b) Quants mols d’àcid clorhídric necessitarem per obtenir 100 g de clorur de manganès (II)?

1 mol MnCl 2 4 mol HCl 100 g MnCl 2 · · = 3,17 mol HCl 126 g MnCl 2 1 mol MnCl 2 c) Quants litres d’aigua obtindrem si reaccionen 130,5 g de MnO2? Tingues en compte que la EFOTJUBU EF M BJHVB ÏT H DN3.

1 mol MnO2 2 mol H2O H )2O 1 cm3 H2O 130,5 g MnO2 · · · · · 1 mol MnO2 1 mol H2O 1 g H 2O H .O02 1 l H2O · = 0,054 l H2O 1.000 cm3 H2O

4.23. El sofre és un no-metall conegut des de l’antiguitat. Els xinesos ja el van utilitzar al segle XII per fabricar pólvora barrejant nitrat de potassi, carbó i sofre. A l’edat mitjana els alquimistes coneixien la possibilitat de barrejar-lo amb el mercuri, però va ser Lavoisier al segle XVIII qui va convèncer la comunitat científica que el sofre no era un compost, sinó un element.

Es fan reaccionar 4 g de sofre amb ferro per obtenir sulfur de ferro (II). a) Escriu i iguala l’equació química.

S + Fe → FeS b) Calcula el nombre de mols de sulfur de ferro (II) obtinguts.

1 mol S 1 mol FeS 4gS· · = 0,125 mol FeS 32 g S 1 mol S

83

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 83

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

c) Calcula la massa de ferro necessària perquè es doni aquesta reacció de manera que tan sols quedi sulfur de ferro (II).

1 mol S 1 mol Fe 56 g Fe 4gS· · · = 7 g Fe 32 g S 1 mol S 1 mol Fe

4.24. Actualment és molt fàcil fer una fotografia. Segurament n’hauràs fet moltes utilitzant un

telèfon mòbil o una càmera digital. Alguns professionals, però, utilitzen la «tècnica tradicional», basada en la impressió d’una pel·lícula sensible a la llum.

Aquest fenomen òptic ja era conegut en l’antiguitat i Arquimedes ja el va descriure detalladament.

Amb el transcurs dels anys la tècnica fotogràfica va anar millorant. Al començament del segle XIX es va observar que tant el nitrat de plata (AgNO3) com el clorur de plata eren sensibles a la llum.

El primer negatiu és d’aquesta època i consistia en un full de paper impregnat de nitrat de plata.

Encara avui en dia s’utilitza el nitrat de plata per fabricar negatius per fotografia no digital.

El nitrat de plata és un compost molt reactiu. Pot reaccionar amb el clorur de sodi segons la reacció: AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3 a) Quants grams de nitrat de sodi (NaNO3) obtindrem si inicialment hem fet reaccionar 34 g de nitrat de plata (AgNO3)?

1 mol AgNO3 1 mol NaNO3 H /B/03 34 g AgNO3 · · · = 17 g NaNO3 170 g AgNO3 1 mol AgNO3 1 mol NaNO3 b) Si hem fet reaccionar 2 mols de clorur de sodi, quants grams de clorur de plata obtindrem?

1 mol AgCl 143,5 g AgCl 2 mol de NaCl · · = H "H$l 1 mol NaCl 1 mol AgCl

4.25. Les reaccions dels compostos orgànics amb l’oxigen s’anomenen combustions i sempre desprenen energia.

El benzè (C6H6) és un compost orgànic, líquid a temperatura ambient, de densitat 0,88 g/cm3. En la combustió del benzè s’obté diòxid de carboni i aigua en forma de vapor. a) Escriu i iguala l’equació química.

15 C6H6 (l) + O2 (g) → 3H2O (g) + 6CO2 (g) 2 b) Quants grams d’aigua s’obtenen en reaccionar 2 mols de benzè?

3 mol H2O H )2O 2 mol C6H6 · · = H )2O 1 mol C6H6 1 mol H2O c) Quin volum de benzè es necessita per obtenir 10 g de CO2?

1 mol CO2 1 mol C6H6 H $6H6 1 cm3 C6H6 10 g CO2 · · · · = 3,36 cm3 C6H6 44 g CO2 6 mol CO2 1 mol C6H6 H $6H6

84

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 84

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

4.26. El manganès i els seus derivats són coneguts des de la mÊs remota antiguitat. Així, el MnO

2

sâ&#x20AC;&#x2122;ha trobat en pintures rupestres, a les quals aporta un color negre caracterĂ­stic, i sâ&#x20AC;&#x2122;ha utilitzat sovint al llarg de la història. Els egipcis i els romans utilitzaven compostos de manganès per decolorar el vidre o bĂŠ per donar-li color. AixĂ­ mateix, sâ&#x20AC;&#x2122;ha trobat manganès en les menes de ferro utilitzades pels espartans, i es pensa que tal vegada lâ&#x20AC;&#x2122;especial duresa dels seus acers sigui a causa dâ&#x20AC;&#x2122;això.

El MnO2 es pot utilitzar com a reactiu de moltes reaccions quĂ­miques. Pot reaccionar amb lâ&#x20AC;&#x2122;HCl segons la reacciĂł: MnO2 (s) + HCl (aq) â&#x2020;&#x2019; MnCl 2 (s) + H2O (l) + Cl 2 (g) a) Quants grams de MnO2 haurem de posar inicialment perquè reaccionin amb 100 cm3 dâ&#x20AC;&#x2122;una soluciĂł de HCl 0,2 M? Igualem la reacciĂł: MnO2 (s) + 4 HCl (aq) â&#x2020;&#x2019; MnCl 2 (s) + 2H2O (l) + Cl 2 (g) 1 l soluciĂł 0,2 mol HCl 1 mol MnO2 H .O02 100 cm3 soluciĂł ¡ ¡ ¡ ¡ = 0,435 g MnO2 3 1.000 cm soluciĂł 1 l soluciĂł 4 mol HCl 1 mol MnO2 b) Quin volum de soluciĂł de HCl 0,2 M es necessitarĂ per reaccionar amb 100 g de MnO2?

1 mol MnO2 4 mol HCl 1 l solució 100 g MnO2 ¡ ¡ ¡ = 23 l solució H .O02 1 mol MnO2 0,2 mol HCl

4.27. Lâ&#x20AC;&#x2122;hidròxid de calci, tambĂŠ conegut com a calç morta o calç apagada, ĂŠs un compost iònic format per cations calci, Ca2+, i anions hidroxil, OHâ&#x20AC;&#x201C;. Es presenta en forma de pols blanca. La seva estructura cristal¡lina ĂŠs hexagonal.

Les segĂźents sĂłn reaccions habituals en què participa lâ&#x20AC;&#x2122;hidròxid de calci. t 2VBO M IJESĂ&#x203A;YJE EF DBMDJ T FTDBMGB QFS TPCSF EFMT ÂĄ$ FT EFTDPNQPO FO Ă&#x203A;YJE EF DBMDJ J BJHVB t - IJESĂ&#x203A;YJE EF DBMDJ EJTTPMU FO BJHVB BDUVB DPN VOB CBTF GPSUB Ă?T B EJS SFBDDJPOB BNC Ă&#x2039;DJET QFS donar la corresponent sal mĂŠs aigua. Ă&#x2030;s molt poc tòxic. t - IJESĂ&#x203A;YJE EF DBMDJ T PCUĂ? B QBSUJS EF MB SFBDDJĂ&#x2DC; EF M Ă&#x203A;YJE EF DBMDJ BNC BJHVB RVF Ă?T MB SFBDDJĂ&#x2DC; inversa de la descomposiciĂł tèrmica. Ă&#x2030;s una reacciĂł molt exotèrmica. t &O DPOUBDUF BNC M BJSF M IJESĂ&#x203A;YJE EF DBMDJ BCTPSCFJY EJĂ&#x203A;YJE EF DBSCPOJ J FT USBOTGPSNB FO DBSCPnat de calci. Ă&#x2030;s una reacciĂł que permet identificar el diòxid de carboni.

Respon a les qĂźestions: a) Quin dels processos anteriors descriu la reacciĂł segĂźent?

Ca(OH)2 (aq) + HCl (aq) â&#x2020;&#x2019; CaCl 2 (s) + H2O (l) Correspon al segon canvi, que ĂŠs una neutralitzaciĂł. b) Calcula la massa de Ca(OH)2 que es necessita per reaccionar amb 200 ml dâ&#x20AC;&#x2122;una soluciĂł de HCl 0,5 M segons la reacciĂł anterior.

Igualem la reacciĂł: Ca(OH)2 (aq) + 2 HCl (aq) â&#x2020;&#x2019; CaCl 2 (s) + 2 H2O (l) 0,5 mol HCl 1 mol Ca(OH)2 74 g Ca(OH)2 2 l soluciĂł ¡ ¡ ¡ = 37 g Ca(OH)2 1 l soluciĂł 2 mol HCl 1 mol Ca(OH)2 c) 2VJO WPMVN E BJHVB T PCUJOESĂ&#x2039; TJ MB EFOTJUBU EF M BJHVB Ă?T H DN3?

0,5 mol HCl 2 mol H2O H )2O 1 cm3 H2O 0,2 l solució ¡ ¡ ¡ ¡ = DN3 H2O 1 l solució 2 mol HCl 1 mol H2O 1 g H 2O

85

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 85

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

4.28. ACTIVITAT EXPERIMENTAL a) Iguala les equacions químiques de les reaccions realitzades: t "H/03 + HCl → AgCl + HNO3 AgNO3 (aq) + HCl (aq) → AgCl (s) + HNO3 (aq) t "H/03 + ,2CrO4 → Ag2CrO4 + ,/03 2 AgNO3 (aq) + K2CrO4 (aq) → Ag2CrO4 (s) + 2KNO3 (aq) t .H + O2 → MgO 2 Mg (g) + O2 (g) → 2 MgO (s) t /)4Cl + NaNO2 → NH4NO2 + NaCl NH4Cl (aq) + NaNO2 (aq) → NH4NO2 (aq) + NaCl (aq) t ;O + CuSO4 → Cu + ZnSO4 Zn (s) + CuSO4 (aq) → ZnSO4 (aq) + Cu (s) b) Justifica els canvis que has observat.

En la primera reacció es forma un precipitat blanc que és el AgCl .

En la segona reacció es forma un precipitat groc que és el KNO3.

En la tercera reacció es desprèn molta energia en forma de llum i calor.

En la quarta reacció les parets del tub es refreden per la calor que s’ha absorbit del medi.

En l’última reacció es forma un precipitat negre, que correspon al coure. c) En quines d’aquestes reaccions es forma un precipitat?

Es forma precipitat en les reaccions A, B i E. d) Quines reaccions són clarament exotèrmiques? Quines són clarament endotèrmiques?

Les reaccions C i E són exotèrmiques i la D és endotèrmica.

4.29. EXPERIMENTA A CASA Experiment 1: Comprovació de la llei de conservació de la massa a) Completa l’equació química de la reacció que s’ha produït indicant l’estat físic de les substàncies. Comprova que estigui igualada.

CH3COOH + NaHCO3 → CH3COONa + CO2 + H2O CH3COOH (aq) + NaHCO3 (s) → CH3COONa (aq) + CO2 (s) + H2O (l) b) 2VJO HBT FT USPCB EJOT FM HMPCVT EFTQSÏT EF MB SFBDDJØ El diòxid de carboni. c) 4 IB DPOTFSWBU MB NBTTB EFTQSÏT EF MB SFBDDJØ Sí.

Experiment 2: La moneda que canvia de color a) 2VJOB GVODJØ UÏ M BJHVB PYJHFOBEB FO BRVFTU FYQFSJNFOU Serveix per atacar el coure i oxidar-lo a ió coure (II), Cu2+. b) 2VÒ DSFVT RVF QBTTBSJB TJ OP IJ QPTÏTTJN FM WJOBHSF Que el medi no seria prou àcid perquè es produís la reacció.

86

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 86

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

c) " RVĂ&#x2019; Ă?T EFHVU FM DBOWJ EF DPMPS RVF FT WB PCTFSWBOU FO MB TPMVDJĂ&#x2DC; El color blavĂłs es deu a lâ&#x20AC;&#x2122;iĂł coure (II) que es forma primer i el color vermellĂłs final es deu a lâ&#x20AC;&#x2122;iĂł ferro (III) que es forma desprĂŠs.

4.30. ACTIVITAT DE CLOENDA a) Respon a les preguntes plantejades a la introducciĂł del tema (pĂ g. 111). t $PN QPEFN SFDPOĂ&#x2019;JYFS TJ T IB QSPEVĂ&#x2022;U VO DBOWJ RVĂ&#x201C;NJD Alguns canvis quĂ­mics van acompanyats de fenòmens que podem observar: un canvi de color de les substĂ ncies que es formen, un canvi de temperatura, la formaciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;un precipitat o lâ&#x20AC;&#x2122;apariciĂł de bombolles. t 1FS RVĂ&#x2019; QPEFO TFS OFDFTTBSJT FMT DBOWJT RVĂ&#x201C;NJDT QFS OPTBMUSFT Els canvis quĂ­mics poden ser necessaris per obtenir energia o per sintetitzar nous productes. t 2VĂ&#x2019; DSFVT RVF FMT QBTTB BMT Ă&#x2039;UPNT RVBO UĂ? MMPD VO DBOWJ RVĂ&#x201C;NJD Quan tĂŠ lloc un canvi quĂ­mic, els Ă toms es reorganitzen dâ&#x20AC;&#x2122;una manera diferent. t 2VĂ&#x2019; Ă?T OFDFTTBSJ QFSRVĂ&#x2019; FT QSPEVFJYJ VO DBOWJ RVĂ&#x201C;NJD Perquè es produeixi un canvi quĂ­mic, cal posar en contacte les substĂ ncies que han de reaccionar.

Algunes reaccions sĂłn espontĂ nies; en dâ&#x20AC;&#x2122;altres, en canvi, cal aportar energia per trencar els enllaços que mantenen unides les molècules. t $PN T JOUFSQSFUFO FMT TĂ&#x201C;NCPMT RVF VUJMJU[FN FO VOB FRVBDJĂ&#x2DC; RVĂ&#x201C;NJDB Els sĂ­mbols que apareixen en una reacciĂł quĂ­mica representen les fĂłrmules quĂ­miques de les substĂ ncies que hi participen com a reactius i productes i la proporciĂł en què es combinen. t 1FS RVĂ&#x2019; DBM JHVBMBS VOB FRVBDJĂ&#x2DC; RVĂ&#x201C;NJDB Cal igualar una equaciĂł quĂ­mica per tal que sigui correcta. Altrament, no ens indicaria la proporciĂł correcta en què es combinen les substĂ ncies. t 2VJOT UJQVT EF DBOWJT RVĂ&#x201C;NJDT IJ IB Els principals tipus de reaccions quĂ­miques que estudiem en aquest tema sĂłn aquestes: de sĂ­ntesi, de descomposiciĂł, de combustiĂł, la reacciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;un metall amb un Ă cid, la neutralitzaciĂł i la precipitaciĂł. t 2VJOB SFMBDJĂ&#x2DC; IJ IB FOUSF FMT DBOWJT RVĂ&#x201C;NJDT J M FOFSHJB En tots els canvis quĂ­mics es produeix un intercanvi dâ&#x20AC;&#x2122;energia. Les reaccions exotèrmiques desprenen o alliberen energia en forma de calor i les reaccions endotèrmiques absorbeixen energia en forma de calor. t 2VJOT GBDUPST QPEFO GFS RVF VO DBOWJ RVĂ&#x201C;NJD FT QSPEVFJYJ NĂ?T P NFOZT SĂ&#x2039;QJE Els factors que modifiquen la velocitat dâ&#x20AC;&#x2122;una reacciĂł sĂłn aquests: la superfĂ­cie de contacte dels reactius, la seva dissoluciĂł, la seva concentraciĂł, la temperatura, la pressiĂł i els catalitzadors. b) Coneixies moltes de les respostes abans dâ&#x20AC;&#x2122;estudiar aquest tema?

Activitat oberta. c) Encara tens algun dubte?

Activitat oberta. d) *OWFTUJHBS Ă?T MB DBQBDJUBU QFS GFS TF OPWFT QSFHVOUFT 1MBOUFKB VOB OPWB QSFHVOUB RVF OP sâ&#x20AC;&#x2122;hagi formulat en el tema.

Activitat oberta.

87

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 87

21/09/15 06:10

UNITAT

UNITAT 5

5

MATĂ&#x2C6;RIA I ELECTRICITAT En aquesta unitat treballem la relaciĂł que hi ha entre matèria i electricitat. El coneixement de la composiciĂł de la matèria que lâ&#x20AC;&#x2122;alumne ja tĂŠ li servirĂ per deduir de quina manera es poden obtenir cossos amb cĂ rrega elèctrica.

Per poder aprofitar les propietats elèctriques de la matèria cal tenir un corrent elèctric. En aquesta unitat treballarem les caracterĂ­stiques dâ&#x20AC;&#x2122;un circuit elèctric: intensitat, voltatge, resistència, potènciaâ&#x20AC;Ś Aquest coneixement permetrĂ a lâ&#x20AC;&#x2122;alumne controlar les magnituds adequades per tal que un circuit elèctric funcioni òptimament. Ă&#x2030;s important prendre consciència que un tipus dâ&#x20AC;&#x2122;energia es pot convertir en un altre, però que lâ&#x20AC;&#x2122;energia mai no es crea ni es destrueix. Lâ&#x20AC;&#x2122;alumne comprovarĂ com lâ&#x20AC;&#x2122;energia quĂ­mica es pot convertir en elèctrica i al revĂŠs.

Per poder aconseguir aquests objectius recorrerem sovint a lâ&#x20AC;&#x2122;Ă rea de MatemĂ tiques. Lâ&#x20AC;&#x2122;alumne ha de treballar amb comoditat amb les corresponents fĂłrmules fĂ­siques, essent curĂłs a lâ&#x20AC;&#x2122;hora dâ&#x20AC;&#x2122;utilitzar les unitats adequades i fent els canvis dâ&#x20AC;&#x2122;unitats necessaris. Ha de comprendre que les reaccions dâ&#x20AC;&#x2122;oxidaciĂł-reducciĂł poden ser un mètode per obtenir un corrent elèctric i que el corrent elèctric pot provocar aquest tipus de reaccions. Ă&#x2030;s tambĂŠ molt important la part prĂ ctica. Lâ&#x20AC;&#x2122;alumne ha dâ&#x20AC;&#x2122;aprendre a manipular els diferents components dâ&#x20AC;&#x2122;un circuit elèctric i els instruments fĂ­sics per determinar les seves caracterĂ­stiques.

Finalment aplicarem els conceptes estudiats a situacions de la vida quotidiana, com ara lâ&#x20AC;&#x2122;anĂ lisi dâ&#x20AC;&#x2122;un rebut de la llum, veurem quines conseqßències tenen per al nostre entorn lâ&#x20AC;&#x2122;obtenciĂł i el consum dâ&#x20AC;&#x2122;electricitat i recordarem als nostres alumnes la importĂ ncia de fer un Ăşs racional del consum de qualsevol tipus dâ&#x20AC;&#x2122;energia.

Recursos i materials recomanats Bibliografia TIPLER, PAUL A.: FĂ­sica. Ed. RevertĂŠ, 1994.

Enciclopedia Multimedia: La Aventura de la Ciencia. &E 1MBOFUB %F"HPTUJOJ HANN, J.: Els amants de la ciència. &EJUPSJBM #MVNF #BSDFMPOB ARDLEY, NEIL: La electricidad. Mis libros de ciencia. Ed. EMEKà , Barcelona 1991.

Els llamps. DetecciĂł i seguiment de tempestes. Meteocat 2004. Generalitat de Catalunya.

PĂ gines web t IUUQ XXX YUFD DBU _SKPTB GMBTI FMFDUSJDJUBU TXG t IUUQ XXX YBSYBUJD DPN XQ DPOUFOU VQMPBET &MFDUSJDJUBU U &40 QE t IUUQ BQMJFOTF YUFD DBU BSD TJUFT EFGBVMU GJMFT .$@ SEBU[FU@ @TVQ QEG t IUUQ YO HOVTDVMUVSB ECC FV &MFDUSJDJUBU @MFMFDUSJDJUBU IUNM t IUUQ XXX FEV DBU BVMBOFU DJFODJB &ODJDMPQĂ&#x2019;EJB EF MB $JĂ&#x2019;ODJB

EN REVISIĂ&#x201C; EDITORIAL 027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 89

89

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

Solucions de les activitats Propietats elèctriques de la matèria

5.1. Respon a les preguntes segĂźents: a) 2VĂ&#x2019; Ă?T MB DĂ&#x2039;SSFHB FMĂ&#x2019;DUSJDB La cĂ rrega elèctrica ĂŠs una propietat dels cossos que els permet dâ&#x20AC;&#x2122;interactuar amb altres cossos carregats, de manera que entre ells sâ&#x20AC;&#x2122;estableixen forces elèctriques. b) Quins sĂłn els tipus de cĂ rrega elèctrica?

Un Ă tom pot perdre o guanyar electrons. Si guanya electrons, adquireix cĂ rrega elèctrica negativa i, si en perd, positiva. c) 2VJOB Ă?T MB VOJUBU EF DĂ&#x2039;SSFHB FMĂ&#x2019;DUSJDB EFM 4JTUFNB *OUFSOBDJPOBM E 6OJUBUT El coulomb (C). d) A la cĂ rrega de quants electrons equival aquesta unitat de cĂ rrega?

Equival a la cà rrega de 6,24 ¡ 10 electrons. e) Explica les tres formes de carregar elèctricament un cos.

Els cossos es poden carregar elèctricament de tres formes: - Per fregament. Les forces de fricció són suficients per arrencar els electrons mÊs externs de determinats à toms.

- Per inducciĂł. Un cos amb cĂ rrega elèctrica pot fer que les cĂ rregues dâ&#x20AC;&#x2122;un cos neutre es redistribueixin a causa de la repulsiĂł que provoquen les cĂ rregues del cos carregat.

- Per contacte. Un cos es pot carregar simplement tocant-lo amb un altre prèviament carregat. Tots dos queden amb el mateix tipus de cà rrega.

5.2. Justifica si les segĂźents afirmacions sĂłn certes o falses: a) 6O DPT Ă?T OFVUSF QFSRVĂ&#x2019; MFT QBSUĂ&#x201C;DVMFT RVF FM GPSNFO OP UFOFO DĂ&#x2039;SSFHB FMĂ&#x2019;DUSJDB Fals. Les cĂ rregues positives dels protons sĂłn contrarestades per les negatives dels electrons. b) 6O DPT BNC DĂ&#x2039;SSFHB QPTJUJWB FTUĂ&#x2039; GPSNBU QFS NĂ?T QSPUPOT RVF FMFDUSPOT Cert. Si un cos tĂŠ cĂ rrega positiva, vol dir que ha perdut electrons i, per tant, tĂŠ mĂŠs protons que electrons. c) 6O DPT UĂ? DĂ&#x2039;SSFHB QPTJUJWB QFSRVĂ&#x2019; IB HVBOZBU QSPUPOT Fals. Ha perdut electrons. d) 6O DPT BNC DĂ&#x2039;SSFHB OFHBUJWB FTUĂ&#x2039; GPSNBU QFS NĂ?T QSPUPOT RVF FMFDUSPOT Fals. Un cos amb cĂ rrega negativa ha guanyat electrons. TĂŠ mĂŠs electrons que protons.

5.3. Llegeix aquest text sobre els llamps i respon a les preguntes que hi ha a la pĂ gina segĂźent. a) $PN FT GPSNFO MFT DĂ&#x2039;SSFHVFT EJOT FM OĂ&#x17E;WPM En un nĂşvol hi ha cristalls de gel que xoquen entre ells i es prenen electrons. Dâ&#x20AC;&#x2122;aquesta manera alguns cristalls de gel es carreguen positivament i dâ&#x20AC;&#x2122;altres negativament. Els cristalls positius ascendeixen i van a les zones perifèriques dels nĂşvols i els negatius a les parts inferior i central.

90

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 90

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

b) Quin fenomen fa que s’acumulin càrregues positives al terra?

La inducció electrostàtica. c) Indica el teu grau d’interès per les qüestions que es plantegen.

Activitat oberta.

5.4. El físic i enginyer Charles Coulomb va experimentar amb petits cossos electritzats que va

anomenar càrregues. Coulomb va concloure que la força amb què dues càrregues s’atreuen o es repel·leixen depèn directament del valor de les càrregues i és inversament proporcional al quadrat de la distància que les separa.

Completa les frases següents: t $PN NÏT HSBO ÏT FM WBMPS EF MFT DËSSFHVFT més gran serà la seva força d’atracció o repulsió. t $PN NÏT HSBO TJHVJ MB EJTUËODJB RVF MFT TFQBSB més petita serà la seva força d’atracció o repulsió.

Reaccions químiques i electricitat

5.5. Visualitza el vídeo sobre l’electròlisi de l’aigua al web www.espaibarcanova.cat i contesta les següents qüestions: a) Quin avantatge proporciona utilitzar l’hidrogen com a combustible?

La combustió de l’hidrogen produeix vapor d’aigua, que no és contaminant. b) Quins perills pot tenir la utilització de l’hidrogen?

L’hidrogen és un gas que pot produir detonacions i incendis. c) De quina manera et sembla que es podria obtenir hidrogen per poder-lo utilitzar com a combustible?

Fent l’electròlisi de l’aigua.

5.6. Completa les frases següents: a) 2VBO FT GB QBTTBS VO DPSSFOU FMÒDUSJD QFS VOB DFMrMB FMFDUSPMÓUJDB RVF DPOUÏ BJHVB FT QSPEVFJY un fenomen que anomenem electròlisi. b) La molècula d’aigua es descompon i obtenim gas hidrogen i gas oxigen. c) El volum d’hidrogen PCUJOHVU ÏT FM EPCMF RVF FM E oxigen. d) "JYÛ EFNPTUSB RVF MB GØSNVMB EF M BJHVB ÏT H2O.

5.7. Llegeix el text següent que fa referència a l’accident del zepelí Hindenburg i contesta les preguntes: a) Per què creus que es va utilitzar el gas hidrogen per omplir els dipòsits que permetrien enlairar-se al zepelí?

L’hidrogen és un gas menys dens que l’aire. b) Creus que s’hauria pogut utilitzar algun altre gas amb els mateixos avantatges i sense aquests inconvenients?

L’heli és també menys dens i no presenta ni la inflamabilitat ni el poder detonant de l’hidrogen.

91

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 91

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

c) La causa de lâ&#x20AC;&#x2122;accident del Hindenburg va ser la gran quantitat dâ&#x20AC;&#x2122;energia que es va produir RVBO WBO SFBDDJPOBS FM HBT IJESPHFO J M PYJHFO "RVFTUB SFBDDJĂ&#x2DC; Ă?T MB JOWFSTB EF M FMFDUSĂ&#x203A;MJTJ EF lâ&#x20AC;&#x2122;aigua i, com a conseqßència, en lâ&#x20AC;&#x2122;electròlisi de lâ&#x20AC;&#x2122;aigua es necessita energia. Qui proporciona aquesta energia?

El corrent elèctric.

Corrent elèctric

5.8. Llegeix el text i respon a les qĂźestions: a) Digues si les afirmacions segĂźents sĂłn certes o falses: t 5PUFT MFT TVCTUĂ&#x2039;ODJFT JOGMBNBCMFT UFOFO FMT NBUFJY SJTD EF HFOFSBS DĂ&#x2039;SSFHVFT FMFDUSPTUĂ&#x2039;UJques.

Fals. Els lĂ­quids inflamables dâ&#x20AC;&#x2122;estructura no polar presenten un risc de generar cĂ rregues elèctriques superiors. t /PNĂ?T FT QPEFO GPSNBS DĂ&#x2039;SSFHVFT FMFDUSPTUĂ&#x2039;UJRVFT RVBO FT QPTFO FO DPOUBDUF TVQFSGĂ&#x201C;DJFT sòlides.

Fals. Ă&#x2030;s un fenomen associat a lâ&#x20AC;&#x2122;estructura atòmica de la matèria i no a lâ&#x20AC;&#x2122;estat sòlid. t $BM QSFOESF NFTVSFT EF DPOUSPM RVBO FT EFTDBSSFHVFO DBNJPOT DJTUFSOB RVF DPOUFOFO TVCTtĂ ncies inflamables.

Cert. t -B GPSNBDJĂ&#x2DC; EF DĂ&#x2039;SSFHVFT FMFDUSPTUĂ&#x2039;UJRVFT QPU HFOFSBS M BQBSJDJĂ&#x2DC; E VOB HVTQJSB Cert. t -B WFMPDJUBU BNC RVĂ&#x2019; T PNQMFO FMT SFDJQJFOUT QPU JOGMVJS FO MB GPSNBDJĂ&#x2DC; EF HVTQJSFT Cert. t 4FNQSF RVF MFT DĂ&#x2039;SSFHVFT FMFDUSPTUĂ&#x2039;UJRVFT GPSNFO VOB HVTQJSB FT QPU QSPEVJS VO JODFOEJ Fals. El perill dâ&#x20AC;&#x2122;inflamaciĂł existeix quan la guspira ĂŠs generada per una diferència de potencial superior a 1000 V. b) Observa el dibuix i explica per quin motiu creus que no es recomana utilitzar aquests tipus dâ&#x20AC;&#x2122;aixetes amb lĂ­quids inflamables.

Si omplim els recipients deixant caure els lĂ­quids per gravetat, com indica la figura, es generen mĂŠs cĂ rregues elèctriques. c) Anomena alguna substĂ ncia que creguis que ha dâ&#x20AC;&#x2122;anar sempre ben etiquetada i amb pictogrames de perillositat.

LĂ­quids inflamables com els hidrocarburs. d) Indica el teu grau dâ&#x20AC;&#x2122;interès per les qĂźestions que es plantegen.

Activitat oberta.

5.9. El corrent continu el produeixen les piles, les bateries i les dinamos. El corrent altern ĂŠs

produĂŻt pels alternadors. En el corrent continu les cĂ rregues circulen sempre en el mateix sentit i en el corrent altern el sentit de circulaciĂł de les cĂ rregues va canviant constantment. Explica raonadament quin tipus de corrent hem dâ&#x20AC;&#x2122;utilitzar per fer lâ&#x20AC;&#x2122;electròlisi de lâ&#x20AC;&#x2122;aigua.

Ha de ser corrent continu perquè la polaritat dels elèctrodes sigui sempre la mateixa.

92

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 92

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

Circuit elèctric

5.10. En un circuit elèctric podem trobar associats mĂŠs dâ&#x20AC;&#x2122;un generador. Les piles sĂłn els genera-

dors mĂŠs utilitzats per fer associacions. Si unim el pol positiu dâ&#x20AC;&#x2122;una pila amb el negatiu de lâ&#x20AC;&#x2122;altra direm que les piles estan connectades en sèrie i la tensiĂł del circuit serĂ la suma de les tensions de cada pila. Si associem en paral¡lel diverses piles unint els pols del mateix signe, el voltatge que proporcionen ĂŠs el mateix que el dâ&#x20AC;&#x2122;una pila sola.

La bateria dels cotxes consisteix en lâ&#x20AC;&#x2122;associaciĂł en sèrie de 6 generadors que proporcionen la mateixa tensiĂł. Si la bateria ĂŠs de 12 V, quina ĂŠs la tensiĂł de cada generador?

12 V = 2V 6

5.11. Llegeix el text segĂźent, que explica com podem interpretar el valor dâ&#x20AC;&#x2122;una resistència comercial.

A partir del codi de colors, determina el valor dâ&#x20AC;&#x2122;aquesta resistència i el seu interval de tolerĂ ncia.

45 mΊ ¹ 10%

5.12. Llegeix el text segĂźent per saber quins sĂłn els factors que determinen la resistència dâ&#x20AC;&#x2122;un

conductor.

A partir de les dades anteriors, calcula la resistència dâ&#x20AC;&#x2122;un conductor de coure de 3 metres de longitud que tĂŠ una secciĂł transversal de 5 mm2.

3 r o Ί ¡ m

3m = r â&#x20AC;&#x201C;2 Ί 5¡10â&#x20AC;&#x201C;6 m2

Magnituds elèctriques

5.13. La intensitat de corrent elèctric que circula per un circuit Ês una magnitud que indica la

quantitat de cĂ rrega elèctrica que travessa la secciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;un conductor per unitat de temps. Aquesta magnitud es pot calcular amb lâ&#x20AC;&#x2122;expressiĂł matemĂ tica: Q I= t on: Q = cĂ rrega elèctrica (C); t = temps (s) La unitat dâ&#x20AC;&#x2122;intensitat de corrent en el SI ĂŠs lâ&#x20AC;&#x2122;ampere, que equival al pas dâ&#x20AC;&#x2122;una cĂ rrega dâ&#x20AC;&#x2122;un coulomb per segon o, el que ĂŠs el mateix, al pas de 6,24 ¡ 1018 electrons per segon per una determinada secciĂł del circuit.

A partir de la informaciĂł donada calcula: a) La intensitat del corrent que circula per un conductor si hi passa una cĂ rrega de 0,05 C en 2Â minuts.

Q 0,05 C *

= 0,000417 A t 120 s b) La quantitat de cĂ rrega elèctrica expressada en coulombs i el nombre dâ&#x20AC;&#x2122;electrons que cirDVMFO QFS VO DPOEVDUPS FO VO TFHPO TJ MB JOUFOTJUBU EFM DPSSFOU RVF IJ DJSDVMB Ă?T EF " 2 * r U " r T $ r 19 electrons.

93

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 93

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

5.14. Mira la grĂ fica i completa les frases: a) La intensitat i el voltatge sĂłn dues magnituds directament proporcionals. b) El pendent de la grĂ fica correspon a lâ&#x20AC;&#x2122;invers de la resistència. c) Quan el voltatge val 6 V, la intensitat del corrent val 0,0075 A. d) 2VBO MB JOUFOTJUBU WBM " FM WPMUBUHF Ă?T EF 12 V. e) &M WBMPS EF MB SFTJTUĂ&#x2019;ODJB Ă?T EF Ί.

5.15. Aplicant la llei dâ&#x20AC;&#x2122;Ohm, troba: a) 2VJOB SFTJTUĂ&#x2019;ODJB UĂ? VO FMFDUSPEPNĂ&#x2019;TUJD DPOOFDUBU B MB YBSYB EF 7 TJ TBQT RVF IJ DJSDVMB una intensitat de corrent de 0,5 A. V 220 V 3

= 440 Ί I 0,5 A b) El voltatge dâ&#x20AC;&#x2122;una pila si sabem que quan es connecta una bombeta que ofereix una resistència de 600 Ί hi circula una intensitat de corrent de 15 mA. 7 3 r * Ăť r r â&#x20AC;&#x201C;3 " 7 c) La intensitat que circula per una resistència de 560 kΊ connectada a una bateria de 12 V. V 12 V *

= 2,14 ¡ 10â&#x20AC;&#x201C;5 A R 560 ¡ 103 Ί

5.16. Quin valor tenen les resistències dels segßents circuits si sabem que per tots dos circula una intensitat de 15 mA? Primer circuit V 9V 3

= 600 Ί I 15 ¡ 10â&#x20AC;&#x201C;3 A Segon circuit V 220 V 3

= 14666,7 Ί I 15 ¡ 10â&#x20AC;&#x201C;3 A

5.17. Observa els esquemes.

A continuació, digues si les característiques segßents corresponen a una connexió en sèrie o a una connexió en paral¡lel: a) &M WPMUBUHF FOUSF FMT FYUSFNT EF DBEB VO EFMT FMFNFOUT DPOOFDUBUT �T FM NBUFJY J �T JHVBM BM proporcionat pel generador.

En paral¡lel. b) -B JOUFOTJUBU EFM DPSSFOU Ă?T MB NBUFJYB FO UPUT FMT DPNQPOFOUT P QBSUT EFM DJSDVJU En sèrie. c) -B TVNB EF MFT CBJYBEFT EF UFOTJĂ&#x2DC; P WPMUBUHF RVF FT QSPEVFJY FO DBEB QBSU EFM DJSDVJU Ă?T igual al voltatge total proporcionat pel generador.

94

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 94

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

En sèrie. d) La intensitat total del corrent es reparteix proporcionalment en cada una de les branques del circuit en funció de la seva resistència.

En paral¡lel. e) -B SFTJTUĂ&#x2019;ODJB UPUBM Ă?T JHVBM B MB TVNB EF MFT SFTJTUĂ&#x2019;ODJFT JOEJWJEVBMT En sèrie. f) -B SFTJTUĂ&#x2019;ODJB UPUBM EFM DJSDVJU Ă?T NĂ?T QFUJUB RVF RVBMTFWPM EF MFT SFTJTUĂ&#x2019;ODJFT RVF T IJ DPOnecten.

En paral¡lel.

5.18. Observa el grà fic i respon a les qßestions que et proposem a continuació. a) Quina magnitud elèctrica es representa en el grà fic?

Lâ&#x20AC;&#x2122;energia consumida en un any per diversos aparells (i el seu cost en euros). b) Amb quina unitat sâ&#x20AC;&#x2122;expressa aquesta magnitud? &O FM HSĂ&#x2039;GJD T FYQSFTTB FO L8I BOZ c) +VTUJGJDB RVJO BQBSFMM DSFVT RVF UĂ? VOB QPUĂ&#x2019;ODJB NĂ?T FMFWBEB Un jacuzzi. d) 4J VOB FTUVGB FMĂ&#x2019;DUSJDB EF 8 FT GB GVODJPOBS EVSBOU USFT NFTPT B M BOZ J T FODĂ?O IPSFT al dia, calcula quin serĂ el seu consum en kWh. Comprova si el resultat obtingut estĂ dâ&#x20AC;&#x2122;acord amb les dades del grĂ fic.

Lâ&#x20AC;&#x2122;estufa funciona durant un temps t = 3 ¡ 30 ¡ 4 = 300 hores. $POTVN 1 r U = 2 kW¡ 360 hores = 720 kWh

5.19. Al costat del comptador dâ&#x20AC;&#x2122;energia elèctrica que trobem a les cases hi ha un interruptor

que sâ&#x20AC;&#x2122;encarrega de limitar la intensitat mĂ xima contractada amb la companyia. Si la intensitat exigida pels aparells connectats supera aquesta intensitat, lâ&#x20AC;&#x2122;interruptor saltarĂ , deixarĂ de passar corrent i no funcionarĂ cap dels aparells.

Si sabem que en una instal¡lació la potència total que es consumeix Ês igual a la suma de la potència de tots els aparells que funcionen simultà niament, comprova si podran funcionar tots els aparells segßents a la vegada en un habitatge que suporta una intensitat mà xima de 15 A amb un voltatge de 220 V: La suma de la potència de tots els aparells que funcionen simultà niament Ês aquesta: P = + + 100 + 1.050 + 550 = 3.325 W La potència mà xima que permet la instal¡lació Ês aquesta: P = V ¡ I = 220 ¡ 15 = 3.330 W Per tant, podrien funcionar si no connectem cap altre aparell.

95

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 95

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

5.20. Observa aquesta imatge dâ&#x20AC;&#x2122;un comptador elèctric i identifica-hi tres de les magnituds elèctriques que has estudiat. Escriu-les tot seguit indicant el valor de la magnitud amb les unitats corresponents.

Magnitud Intensitat Voltatge Potència Freqßència

Valor de la magnitud 0,5 â&#x20AC;&#x201C; 200 A 120 V L8 J 8 60 Hz

Consum dâ&#x20AC;&#x2122;energia elèctrica

5.21. Consulta la informaciĂł sobre la factura de la llum que trobarĂ s al web www.espaibarcanova.cat.

Demana als pares un rebut de lâ&#x20AC;&#x2122;electricitat. Observaâ&#x20AC;&#x2122;l i indica quins valors corresponen als conceptes segĂźents: a) Potència contractada. b) Import corresponent a la potència contractada. c) Consum elèctric. d) Preu del kWh. e) Coeficient de lâ&#x20AC;&#x2122;impost sobre lâ&#x20AC;&#x2122;energia. f) Import corresponent al lloguer de lâ&#x20AC;&#x2122;aparell. g) Tant per cent dâ&#x20AC;&#x2122;IVA aplicat. h) Import total a pagar. i) Mes en què es produeix un consum mĂ xim segons lâ&#x20AC;&#x2122;historial de consum.

Activitat oberta.

5.22. Llegeix el text segĂźent sobre lâ&#x20AC;&#x2122;Ăşs de lâ&#x20AC;&#x2122;electricitat.

Fes una valoraciĂł dels teus hĂ bits en relaciĂł a lâ&#x20AC;&#x2122;Ăşs de lâ&#x20AC;&#x2122;electricitat. Per a això, indica amb quina freqßència fas les segĂźents accions: t "QBHBS FMT MMVNT RVF OP VUJMJU[FN t 'FS TFSWJS MMVNT EF CBJY DPOTVN t 0CSJS MB OFWFSB OPNĂ?T RVBO DBM t 0NQMJS CĂ? MB SFOUBEPSB J FM SFOUBQMBUT t &OHFHBS MB DBMFGBDDJĂ&#x2DC; OPNĂ?T RVBO DBM J NBOUFOJS MB B UFNQFSBUVSFT NPEFSBEFT t &OHFHBS M BJSF DPOEJDJPOBU OPNĂ?T RVBO DBM J NBOUFOJS MP B UFNQFSBUVSFT NPEFSBEFT t "QBHBS FMT BQBSFMMT FMĂ&#x2019;DUSJDT RVBO OP FMT VUJMJU[FN J OP EFJYBS MPT FO FTQFSB P stand by. t 7BMPSBS M FUJRVFUB RVF JOEJDB M FGJDJĂ&#x2019;ODJB FOFSHĂ&#x2019;UJDB B M IPSB EF DPNQSBS VO FMFDUSPEPNĂ&#x2019;TUJD t 3FDJDMBS MFT QJMFT P CBUFSJFT FTHPUBEFT t 3FDJDMBS FMT BQBSFMMT RVF KB OP GVODJPOFO Activitat oberta.

96

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 96

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

5.23. ACTIVITAT EXPERIMENTAL 1 Experiment 1. El pèndol elèctric a) Què li ha passat a la vareta d’ebonita quan l’has fregat amb la llana?

La vareta d’ebonita s’ha electritzat per fregament. b) Què li ha passat al pèndol quan li has acostat la vareta?

El pèndol s’ha electritzat per inducció. c) Fes un dibuix del pèndol i la vareta on es posi de manifest el moviment de càrregues elèctriques entre els dos cossos.

Activitat gràfica.

L’alumne haurà de fer un dibuix on es vegi que la bola del pèndol és atreta per la vareta. Sobre la vareta representarà un cert nombre de càrregues negatives. La bola tindrà una càrrega neta zero, per la qual cosa l’alumne dibuixarà el mateix nombre de càrregues positives i negatives, però les positives estaran més a prop de la vareta mentre que les negatives estaran més lluny.

Experiment 2. El regle a) Què li ha passat al regle quan l’has fregat amb els texans?

El regle s’ha electritzat per fregament. b) Què ha passat quan l’has apropat als paperets?

Els paperets s’han electritzat per inducció. c) Fes un dibuix del regle i dels paperets on es posi de manifest el moviment de càrregues elèctriques entre els cossos.

Activitat gràfica.

L’alumne haurà de fer un dibuix on es vegi que els paperets són atrets pel regle. Sobre el regle representarà un cert nombre de càrregues negatives. Els paperets tindran una càrrega neta zero, per la qual cosa l’alumne dibuixarà el mateix nombre de càrregues positives i negatives, però les positives estaran més a prop del regle mentre que les negatives estaran més lluny.

Experiment 3. El globus i el jersei a) Què li ha passat al globus quan l’has fregat amb el jersei?

El globus s’ha electritzat per fregament. b) Què ha passat quan has deixat d’aguantar el globus?

El globus ha quedat enganxat al jersei. El jersei i el globus han quedat electritzats amb càrregues de diferent signe. c) Fes un dibuix del jesei i del globus on es posi de manifest el moviment de càrregues elèctriques entre els dos cossos.

Activitat gràfica.

L’alumne haurà de fer un dibuix on es vegi que el globus és atret pel jersei. Sobre el jersei hi representarà un cert nombre de càrregues negatives i sobre el globus un cert nombre de càrregues positives. A més, en les zones en què el globus i el jersei gairebé es toquen, la concentració de càrregues és més gran.

97

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 97

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

Experiment 4. El globus i els cabells a) Què li ha passat al globus quan lâ&#x20AC;&#x2122;has fregat amb els cabells?

El globus sâ&#x20AC;&#x2122;ha electritzat per fregament. b) Què ha passat quan has separat uns centĂ­metres el globus del cap?

El globus atreu els cabells. Els cabells i el globus han quedat electritzats amb cà rregues de diferent signe. c) Fes un dibuix del globus i dels cabells on es posi de manifest el moviment de cà rregues elèctriques entre els cossos.

Activitat grĂ fica.

Lâ&#x20AC;&#x2122;alumne haurĂ de fer un dibuix on es vegi que els cabells sĂłn atrets pel globus. Sobre els cabells hi representarĂ un cert nombre de cĂ rregues negatives i sobre el globus un cert nombre de cĂ rregues positives. A mĂŠs, en les zones en què el globus i els cabells gairebĂŠ es toquen, la concentraciĂł de cĂ rregues ĂŠs mĂŠs gran.

Experiment 5. El globus i el rajolĂ­ dâ&#x20AC;&#x2122;aigua a) Què li ha passat al globus quan lâ&#x20AC;&#x2122;has fregat amb el tros de llana?

El globus sâ&#x20AC;&#x2122;ha electritzat per fregament. b) Què ha passat quan lâ&#x20AC;&#x2122;has acostat al rajolĂ­ dâ&#x20AC;&#x2122;aigua?

El rajolĂ­ dâ&#x20AC;&#x2122;aigua sâ&#x20AC;&#x2122;ha desviat, atret per la cĂ rrega elèctrica del globus. Això demostra que lâ&#x20AC;&#x2122;aigua ĂŠs polar. c) Fes un dibuix del rajolĂ­ dâ&#x20AC;&#x2122;aigua i del globus on es posi de manifest el moviment de cĂ rregues elèctriques entre els cossos.

Activitat grĂ fica.

Lâ&#x20AC;&#x2122;alumne haurĂ de fer un dibuix on es vegi que el rajolĂ­ dâ&#x20AC;&#x2122;aigua es desvia de la vertical atret pel globus.

Sobre el globus hi representarĂ un cert nombre de cĂ rregues positives. El rajolĂ­ dâ&#x20AC;&#x2122;aigua tindrĂ una cĂ rrega neta zero, per la qual cosa lâ&#x20AC;&#x2122;alumne hi dibuixarĂ el mateix nombre de cĂ rregues positives i negatives, però les negatives estaran mĂŠs a prop del globus mentre que les positives estaran mĂŠs lluny.

Conclusions: a) Justifica si les afirmacions segĂźents sĂłn correctes o incorrectes: t 2VBO FT GSFHVFO EPT DPTTPT VO BSSFODB QSPUPOT B M BMUSF EF NBOFSB RVF MB DĂ&#x2039;SSFHB QPTJUJWB RVF BERVJSFJY VO E FMMT Ă?T JHVBM B MB OFHBUJWB EF M BMUSF Fals. Un cos arrenca electrons a lâ&#x20AC;&#x2122;altre, no protons. t 2VBO FT GSFHVFO EPT DPTTPT VO BSSFODB FMFDUSPOT B M BMUSF EF NBOFSB RVF MB DĂ&#x2039;SSFHB OFHBUJWB RVF BERVJSFJY VO E FMMT Ă?T JHVBM B MB QPTJUJWB EF M BMUSF Cert. t 2VBO FT GSFHVFO EPT DPTTPT MB DĂ&#x2039;SSFHB OFHBUJWB RVF BERVJSFJY VO Ă?T NĂ?T HSBO RVF MB QPTJUJWB que adquireix lâ&#x20AC;&#x2122;altre, ja que els electrons tenen menys massa que els protons.

Fals. La cĂ rrega negativa que adquireix un dâ&#x20AC;&#x2122;ells ĂŠs igual a la positiva de lâ&#x20AC;&#x2122;altre. b) En què consisteix lâ&#x20AC;&#x2122;electritzaciĂł per inducciĂł? En quins experiments sâ&#x20AC;&#x2122;ha posat de manifest?

El cos amb cĂ rrega elèctrica adquirida per fregament pot fer que les cĂ rregues de lâ&#x20AC;&#x2122;altre cos, que ĂŠs neutre, es redistribueixin a causa de la repulsiĂł que provoquen les cĂ rregues del cos carregat. Això ha passat amb els trossets de paper i amb el pèndol.

98

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 98

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDĂ&#x20AC;CTIQUES

c) En què consisteix lâ&#x20AC;&#x2122;electritzaciĂł per fregament? En quins experiments sâ&#x20AC;&#x2122;ha posat de manifest?

Les forces de fricciĂł han estat suficients per arrencar els electrons mĂŠs externs dâ&#x20AC;&#x2122;un cos. Això ha passat quan hem fregat la vareta dâ&#x20AC;&#x2122;ebonita, el regle o el globus. d) En què consisteix lâ&#x20AC;&#x2122;electritzaciĂł per contacte? En quins experiments sâ&#x20AC;&#x2122;ha posat de manifest?

Si un cos carregat es posa en contacte amb un altre de neutre (sense cĂ rrega elèctrica), tots dos queden carregats amb cĂ rrega del mateix signe. En cap dâ&#x20AC;&#x2122;aquests experiments no sâ&#x20AC;&#x2122;ha produĂŻt electritzaciĂł per contacte.

5.24. ACTIVITAT EXPERIMENTAL 2 a) Consulta en què consisteix lâ&#x20AC;&#x2122;electròlisi en la pĂ gina 159 i fes-ne un resum.

Activitat oberta. b) Justifica quin gas sâ&#x20AC;&#x2122;ha desprès a cada elèctrode.

En el cĂ tode (elèctrode â&#x20AC;&#x201C;) sâ&#x20AC;&#x2122;ha desprès H2 (hi han anat els cations H+) i en lâ&#x20AC;&#x2122;Ă node (elèctrode +) sâ&#x20AC;&#x2122;ha desprès O2 (hi han anat els anions O2â&#x20AC;&#x201C;). c) Creus que sâ&#x20AC;&#x2122;ha desprès la mateixa quantitat de gas en els dos tubs?

No. En el tub de lâ&#x20AC;&#x2122;hidrogen sâ&#x20AC;&#x2122;ha desprès un volum de gas que ĂŠs el doble del que sâ&#x20AC;&#x2122;ha desprès en el tub de lâ&#x20AC;&#x2122;oxigen. d) 1FS RVJO NPUJV IFN BGFHJU Ă&#x2039;DJE TVMGĂ&#x17E;SJD Per augmentar la conductivitat de lâ&#x20AC;&#x2122;aigua. Lâ&#x20AC;&#x2122;aigua pura no ĂŠs gens conductora. e) 6UJMJU[BOU FM RVF IBT BQSĂ&#x2019;T KVTUJGJDB TJ M BJHVB Ă?T VO FMFNFOU P VO DPNQPTU Lâ&#x20AC;&#x2122;aigua ĂŠs un compost, ja que estĂ format per Ă toms dâ&#x20AC;&#x2122;hidrogen i dâ&#x20AC;&#x2122;oxigen.

5.25. ACTIVITAT EXPERIMENTAL 3 a) Què li ha passat a la clau?

Ha quedat recoberta de coure. b) En aquesta experiència has pogut convertir el Cu2+ en coure metĂ l¡lic. Ă&#x2030;s un dels molts exemples de lâ&#x20AC;&#x2122;electròlisi de la sal dâ&#x20AC;&#x2122;un metall. Què ha fet possible que es produĂ­s aquesta reacciĂł?

Lâ&#x20AC;&#x2122;energia elèctrica. c) Imagina que tens una cadena de plata (o dâ&#x20AC;&#x2122;algun altre metall) que amb el temps ha perdut FM DPMPS QMBUFKBU 1PESJFT JEFBS VO QSPDFEJNFOU QFS BDPOTFHVJS RVF MB DBEFOB SFDVQFSĂ?T M BTpecte de plata?

Fent una experiència similar. El procediment pot consistir a posar, en una soluciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;una sal de plata, una lĂ mina de plata connectada al pol positiu dâ&#x20AC;&#x2122;una pila i la cadena que volem argentar connectada al pol negatiu. d) Idea un procediment per obtenir un metall dâ&#x20AC;&#x2122;una gran puresa.

El mineral metĂ l¡lic es dissol en Ă cid i sâ&#x20AC;&#x2122;obtĂŠ, per electròlisi, el metall pur en el cĂ tode.

99

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 99

21/09/15 06:10

SOLUCIONARI DE LES UNITATS DIDÀCTIQUES

5.26. EXPERIMENTA A CASA a) -B DËSSFHB EF DBEB VOB EF MFT UJSFT UÏ TJHOF JHVBM P EJGFSFOU Queden carregades amb càrregues de diferent signe. b) Les tires s’atreuen, ajuntant-se, o es repel·leixen, separant-se?

S’atreuen ajuntant-se.

5.27. ACTIVITAT DE CLOENDA a) Respon a les preguntes plantejades a la introducció del tema (pàg. 153). t 5PUB MB NBUÒSJB RVF FOT FOWPMUB QPU NBOJGFTUBS QSPQJFUBUT FMÒDUSJRVFT Tota la matèria està formada per càrregues elèctriques; per tant, pot manifestar propietats elèctriques. t 2VJOFT QBSUÓDVMFT TVCBUÛNJRVFT FTUBO SFMBDJPOBEFT BNC MFT QSPQJFUBUT FMÒDUSJRVFT EF MB NBUÒSJB Els protons i els electrons. t $PN FT QPU DBSSFHBS FMÒDUSJDBNFOU VO DPT RVF JOJDJBMNFOU ÏT OFVUSF * DPN FT QPU EFTDBSSFHBS posteriorment perquè torni a ser neutre?

Es pot carregar per fricció, per inducció o per contacte. Tocant-lo amb les mans es descarregarà. t 2VJOB SFMBDJØ IJ IB FOUSF M FMFDUSJDJUBU J MFT SFBDDJPOT RVÓNJRVFT L’energia elèctrica pot provocar reaccions químiques, com, per exemple, en l’electròlisi. t 2VJOFT NBHOJUVET DBM DPOUSPMBS QFSRVÒ GVODJPOJ DPSSFDUBNFOU VO DJSDVJU FMÒDUSJD La resistència, el voltatge i la intensitat. t 2VJOFT DPOTFRàÒODJFT UÏ QFS BM OPTUSF FOUPSO M PCUFODJØ J FM DPOTVN EF M FMFDUSJDJUBU El procés d’obtenció de l’energia elèctrica a partir d’un altre tipus d’energia pot resultar contaminant per al medi ambient. Per tant, no hem de malbaratar l’energia consumida; el consum d’electricitat ha de ser raonable. b) Coneixies moltes de les respostes abans d’estudiar aquest tema?

Activitat oberta. c) Encara tens algun dubte?

Activitat oberta. d) Investigar és la capacitat per fer-se noves preguntes. Planteja una nova pregunta que no s’hagi formulat en el tema.

Activitat oberta.

100

027-100_PD_fscaqca_3ESO.indd 100

21/09/15 06:10