Prova di chimica con soluzione

Scuola Galileiana di Studi Superiori – Anno 2012/2013 – Prova di chimica
[I calcoli richiesti sono eseguibili a mente o con carta e penna, senza uso di calcolatrici.
Problema 1 In un litro di soluzione di acido acetico 0,4 M (Ka = 2,7 x 10-5) vengono sciolti 16,4 g di acetato di sodio.
Quale pH avrà la soluzione? (Si considerano trascurabili le variazioni di volumi derivanti dall’aggiunta dell’acetato
di sodio. Inoltre, log 2 = 0,3; log 3= 0,5; log 4 = 0,6; log 5 = 0,7) [Si usino come masse atomiche 1 per l’idrogeno,
12 per il carbonio, 16 per l’ossigeno e 23 per il sodio]
Problema 2 In un recipiente contenente zucchero (saccarosio, zucchero non riducente) viene versato erroneamente
sale da cucina. Per determinare quanto cloruro di sodio sia contenuto nella miscela zucchero/sale, si opera nel modo
seguente:
- si sciolgono in acqua 10,0 g di miscela.
- Si aggiungono a tale soluzione 0,03 mol di nitrato d’argento per far precipitare tutti gli ioni cloruro come argento
cloruro insolubile.
- Si aggiunge infine cloruro di sodio puro fino a che non precipita più argento cloruro (l’argento proviene
dall’argento nitrato in eccesso rimasto in soluzione). Tale operazione richiede l’aggiunta di 1.16 g di cloruro di
sodio puro.
a) Scrivere e bilanciare la reazione tra argento nitrato e cloruro di sodio.
b) Determinare quindi quale percentuale in peso di sale da cucina conteneva la miscela iniziale.
c) Indicare i monosaccaridi che compongono il saccarosio.
[Si usino come masse atomiche 23 per il sodio e 35 per il cloro. Altre masse non servono.]
Problema 3 Bilanciare le seguenti reazioni di ossido-riduzione:
Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + H2O
Al + NaNO3 + NaOH + H2O → NaAl(OH)4 + NH3
Problema 4 Un prodotto commerciale per sgorgare tubi di scarico contiene idrossido di sodio all’8 % in peso.
a) Qual è la molarità dell’idrossido di sodio in quella soluzione, supponendo che sia pari a 1 la densità della
soluzione?
b) Scrivere e bilanciare la reazione acido-base tra idrossido di sodio e acido solforico.
c) Quanti mL di prodotto commerciale occorrono per neutralizzare (reazione stechiometrica) 100 mL di una soluzione
acquosa di acido solforico al 9,8%, ricavata da una batteria di automobile (supponendo pari a 1 anche la densità dei
questa soluzione)?
[Masse atomiche: 1 per l’idrogeno, 16 per l’ossigeno, 23 per il sodio e 32 per lo zolfo]
Problema 5 Un’automobile con motore a scoppio emette per ogni Km percorso 132 g di biossido di carbonio
(anidride carbonica) e 108 g di acqua. Tale automobile sta bruciando metano o benzina? [Si supponga che la benzina
contenga solo esano. Si usino come masse atomiche 1 per l’idrogeno, 12 per il carbonio e 16 per l’ossigeno]
Problema 6 Scrivere la formula di struttura di 4 isomeri costituzionali corrispondenti alla formula bruta C3H6O e
indicare i lori nomi secondo il sistema IUPAC.
Problema 7 a) Delineare gli elementi che consentono di definire “aromatica” una molecola organica. b) Descrivere
brevemente le reazioni tipiche dei composti aromatici.
Problema 8 Durante la distillazione delle vinacce per produrre una grappa vengono raccolti nel condensatore
l’etanolo, ma anche piccole quantità di metanolo.
a) Scrivere la formula di struttura dei due composti e spiegare in che ordine usciranno dalla colonna di distillazione.
b) L’etanolo che viene distillato dalle vinacce proviene dal vino. Con quale processo si è formato tale etanolo e
partendo da quale molecola presente nell’uva?
Problema 9 Un composto di formula bruta C5H10O presenta un
assorbimento IR molto intenso a 1716 cm-1. Il suo spettro 1H
NMR, riportato a fianco, mostra solo due tipi di segnali. Di che
composto si tratta?
1
H NMR in CDCl3
tripletto
quartetto
integrale
4
6
Scuola Galileiana di Studi Superiori – Anno 2012/2013 – Prova di chimica
Soluzioni
Quesito 1)
a) AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3
b) Le moli di NaCl che occorrono per far precipitare lo ione argento in eccesso sono:
nNaCl = mNaCl / MMNaCl = 1,16 g / 58 g mol-1 = 0,02 mol
Questo numero indica anche le moli di AgNO3 rimaste in soluzione dopo la precipitazione di tutto
lo ione cloruro presente nel campione iniziale. Pertanto, le moli di AgNO3 che hanno reagito con lo
ione cloruro contenuto nel campione trattato, e che sono uguali al numero di moli di NaCl contenute
in esso, sono:
nAgNO3 = 0,03 mol - 0,02 mol = 0,01 mol (= moli di NaCl contenuto nel campione)
La massa di NaCl nella miscela iniziale è pertanto:
mNaCl = nNaCl · MMNaCl = 0,01 mol · 58 g mol-1 = 0,58 g
La percentuale ponderale di NaCl nella miscela è:
% NaCl = (0,58 g / 10,0 g) · 100 = 5,8 %
c) Il saccarosio è composto da una molecola di glucosio ed una di fruttosio unite tramite legame
α,β-1,2 glicosidico.
Quesito 2)
a) Ricordando che %NaOH = (mNaOH / mtotale ) · 100 si ricava facilmente che un litro (= 1 Kg perché
la densità è 1) di soluzione contiene 80 g di NaOH. Pertanto:
Conc. di NaOH = nNaOH / V = mNaOH / (MMNaOH · V ) = 80 g / (40 g mol-1 · 1 L) = 2,0 M
b) 2 NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O
c) Convertiamo per comodità la concentrazione di H2SO4 in molarità.
Poiché la densità è pari a 1, allora 100 mL (= 100 g) di soluzione acida contengono 9,8 g di H2SO4.
Pertanto:
Conc. H2SO4 = nH2SO4 / V = mH2SO4 / (MMH2SO4 · V) = [9,8 g / (98 g mol-1 · 0,1 L) 3] = 1,0 M
Dall’equazione bilanciata discende che occorrono due moli di NaOH per reagire con una mole di
H2SO4. Pertanto:
CNaOH · VNaOH = 2(CH2SO4 · VH2SO4)
Da questa correlazione discende che il volume di soluzione di NaOH necessario per far reagire
stechiometricamente i 100 mL di H2SO4 è:
VNaOH = 2(CH2SO4 · VH2SO4) / CNaOH = 2(1,0 mol L-1 · 0,100 L) / 2,0 mol L-1 = 0,1 L (100 mL)
1
Quesito 3)
Bruciando metano (CH4) si producono una molecola di CO2 e due di H2O. Bruciando invece esano
(C6H14), idrocarburo che rappresenta bene i rapporti C/H di una benzina, produciamo 6 molecole di
CO2 e 7 di H2O.
La massa molecolare della CO2 è 44, quella dell’acqua 18. Pertanto, bruciando una mole di metano
produrremo 44 g di CO2 (1 mole) e 36 g di H2O (due moli). Poiché lo stesso rapporto in moli si
ritrova nel problema (132 g di CO2 = 3 moli; 108 g di H2O = 6 moli), l’automobile in questione
brucia metano. Se avesse bruciato benzina, le moli di CO2 prodotte sarebbero state quasi pari a
quelle di H2O.
Quesito 4)
Conc. acetato di sodio = nacetato /V = macetato / (MMacetato · V) = 16,4 g /(82 g mol-1 ·1L) = 0,2 M
Considerando poi che la quantità di acido acetico dissociato sarà trascurabile, trattandosi di acido
debole ed essendo presente la sua base coniugata, possiamo approssimare la concentrazione
dell’acido acetico a 0,4 M.
Applichiamo ora la relazione
pH = pKa + log([base]/[acido]) = 4,57 + log(0,2/0,4) = 4,27
Quesito 5)
3 Ag + 4 HNO3 →
3 AgNO3 + NO + 2 H2O
Quesito 6)
H H
H C C C
H H
O
H
H H
H C C H
H C O
H
H
H C C C O H
H H
H
H O H
H C C C H
H
H
H
H
H
H
C
H C C O H
H
H
H
C
C
H
H C O
H
Quesito 8)
a) Metanolo: CH3-OH
Etanolo: CH3-CH2-OH
Entrambi gli alcoli possiedono un ossidrile (-OH), responsabile dei legami ad idrogeno e quindi
dello stato liquido (nonostante il basso peso molecolare). La differenza sarà quindi data dai diversi
pesi molecolari. Infatti, il metanolo distilla a 64 °C, mentre l’etanolo bolle (distilla) a 78 °C. Per tale
ragione la frazione di testa di una grappa va sempre scartata. Il metanolo infatti è dannoso per la
vista e mortale a dosi elevate. È tristemente noto il “vino al metanolo” del 1986, che ha causato
oltre 20 decessi, ed è incomprensibile anche perché fino a pochi anni fa i liquidi lavavetro per i
parabrezza delle automobili contenessero metanolo.
b) Nel processo di vinificazione (fermentazione) il glucosio dell’uva (C6H12O6) viene convertito dai
lieviti presenti sulla buccia degli acini in due molecole di etanolo (4 C) e due di CO2 (i rimanenti
due C dei 6 del glucosio).
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