Chimica (PDF, 143 kB, 15.08.2014)
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Esame svizzero di maturità Cognome e nome: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Locarno, giugno 2014 Numero: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ________________________________________________________________________________ Materia fondamentale: Scienze sperimentali: CHIMICA Tempo a disposizione: 80 minuti Materiale ausiliario autorizzato: CRM, CRP, CRC, Formulari e tavole (trad. CMSI), Ed. G d'Encre CRM, CRP, CRC, Formulaires et tables, Editions du Tricorne DMK/DPK, Formeln und Tafeln, Orell Füssli Verlag La tavola periodica degli elementi è allegata Calcolatrice non programmabile Indicazioni: Tutte le risposte sono da riportare direttamente sui fogli delle domande. Ciò che risulta illeggibile non viene corretto e di conseguenza non valutato. Il punteggio massimo è indicato per ogni domanda. Nei calcoli bisogna mostrare l’impostazione algebrica e dare il risultato con la dovuta precisione (numero adeguato di cifre significative). Risposte incomplete o imprecise comportano una riduzione dei punti assegnati. Se è richiesta la formula di struttura completa devono comparire tutti gli elettroni di valenza degli atomi coinvolti. Le equazioni chimiche devono presentare le formule chimiche delle sostanze coinvolte (ev. le formule condensate), devono essere bilanciate e se possibile presentare accanto alle formule lo stato delle sostanze. Punteggio massimo: 108 pti. su 120 ________________________________________________________________________________ Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ PARTE PRIMA: Domande a scelta multipla 20 pti. Indica con una crocetta l’unica risposta corretta. a. Classifica i materiali seguenti come sostanza semplice (SS), sostanza composta (SC), miscuglio omogeneo (MO) o miscuglio eterogeneo (ME): SS SC MO ME benzina anidride carbonica diossigeno acqua piombo latte fumo di sigaretta soluzione fisiologica glucosio b. Quale delle seguenti affermazioni, riferita all’aria pura, non è vera? □ □ □ □ è una sostanza gassosa è un miscuglio gassoso è un sistema monofasico è una soluzione c. Mescolando acqua e olio si ottiene: □ □ □ □ una soluzione un miscuglio omogeneo un’emulsione una sospensione d. Una sostanza composta è: □ □ □ □ costituita soltanto da due sostanze semplici separabile nei suoi componenti mediante trasformazioni fisiche un miscuglio omogeneo di due o più elementi una sostanza con proprietà caratteristiche 2 Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ e. Il rapporto ponderale di combinazione fra zolfo e ossigeno nel triossido di zolfo (anidride solforica) è 2.0 ÷ 3.0. Quando 3,0 kg di il zolfo bruciano, formando il triossido di zolfo qual è la massa di ossigeno che si combina con lo zolfo? □ □ □ □ 3.0 kg 4.5 kg 5.0 kg 9.0 kg f. L’unità di massa atomica (u): □ □ □ □ corrisponde all’isotopo del carbonio 12C corrisponde alla dodicesima parte della massa di un isotopo del carbonio è molto più piccola della massa di un elettrone corrisponde a 9,109 ·10-31 kg g. Quanti atomi sono contenuti in una entità elementare del composto Ca 3 (PO 4 ) 2 ? □ □ □ □ 3 atomi di calcio, 1 atomo di fosforo e 4 atomi di ossigeno 3 atomi di calcio, 4 atomo di fosforo e 12 atomi di ossigeno 3 atomi di calcio, 1 atomo di fosforo e 8 atomi di ossigeno 3 atomi di calcio, 2 atomo di fosforo e 8 atomi di ossigeno h. Gli atomi degli elementi del gruppo VII tendono a: □ □ □ □ acquistare protoni formando cationi con carica +1 acquistare elettroni formando anioni con carica -1 cedere protoni formando anioni con carica -1 cedere elettroni formando cationi con carica +1 i. Quale sarebbe il valore della pressione atmosferica rispetto al valore reale se l’atmosfera terrestre fosse composta esclusivamente da CO 2 ? □ □ □ □ uguale maggiore minore non lo si può stabilire 3 Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ j. Quale delle seguenti sostanze si scioglie in acqua formando legami idrogeno? □ □ □ □ didrogeno H 2 alcol etilico CH 3 CH 2 OH n-esano C 6 H 14 cloruro di calcio CaCl 2 k. Lo zolfo presenta il maggiore stato di ossidazione nel seguente composto: □ □ □ □ esafluoruro di zolfo (SF 6 ) acido triossosolforico (H 2 SO 3 ) solfuro di idrogeno o acido solfidrico (H 2 S) zolfo ortorombico o zolfo-α (S 8 ) l. Scegli tra i valori seguenti la massa atomica corretta di □ □ □ □ 25 Mg 25 g/mol 12 u 24,995 u 24.305 u m. Quale tra le seguenti sostanze può andare incontro ad una reazione di addizione con Cl 2 : □ □ □ □ C 2 H6 CH 3 CH 2 OH CH 3 OCH 3 CH 2 Cl 2 n. Quale dei seguenti processi è endotermico? □ □ □ □ 2 Na (s) + Cl 2 (g) H 2 O (g) H 2 O (l) Cl 2 (g) 2 Cl (g) 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 NaCl (s) 2 H 2 O (l) 4 Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ PARTE SECONDA: Esercizi Esercizio 1 18 pti. Le piogge acide sono una delle preoccupanti conseguenze dell'inquinamento atmosferico, in quanto responsabili di danni ambientali, quali l’acidificazione di laghi e corsi d’acqua e suoli, e il danneggiamento della vegetazione, così come di danni ai materiali da costruzione, manufatti, edifici statue e sculture. a. Fornisci una spiegazione degli effetti dannosi: ▪ sulla vegetazione ▪ sui materiali di costruzione Normalmente, in assenza di evidente inquinamento atmosferico, il pH della pioggia assume valori compresi fra 5 e 6,5, una pioggia viene definita acida quando il suo pH è inferiore a 5. Responsabili di questo fenomeno sono principalmente gli ossidi di zolfo che derivano dall’uso di combustibili fossili che contengono come impurità composti dello zolfo, e gli ossidi di azoto prodotti nei motori a combustione interna (motore a scoppio). Questi ossidi reagendo con l’acqua portano alla formazione di acidi, ad esempio: ▪ il triossido di zolfo porta alla formazione di acido tetraossosolforico H 2 SO 4 ; ▪ il diossido di azoto porta alla formazione di una miscela di acido diossonitrico HNO 2 e acido triossonitrico HNO 3 b. Scrivi le due reazioni complete e bilanciate. ▪ ▪ In assenza di inquinanti la pioggia assume valori definiti “normali” che sono compresi fra 5 e 6,5. c. Come valuti tali valori di pH? Fornisci una spiegazione esauriente di questo fatto. 5 Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ Il liming è un procedimento chimico con cui, tramite l'apporto di minerali costituiti da sali di calcio o magnesio si neutralizza l'acidità del suolo. A questo scopo vengono usati: rocce marnose o calcaree ricche di carbonato di calcio (calcite) CaCO 3 o dolomite MgCa(CO 3 ) 2 ; rocce gessose ricche di solfato di calcio CaSO 4 diidrato; calce viva o ossido di calcio CaO; calce spenta o calce idrata Ca(OH) 2 d. Per una sostanza scelta a piacimento tra quelle indicate, spiega chiaramente a parole il fenomeno della neutralizzazione e illustralo con una o più equazioni chimiche. Esercizio 2 22 pti. a. Considera un singolo ione calcio Ca2+ avente numero di massa A = 40. ▪ Determina il numero di protoni, neutroni elettroni e nucleoni che contiene protoni elettroni neutroni nucleoni ▪ Stabilisci qual è la sua carica nucleare ▪ Stabilisci qual è l’atomo che contiene lo stesso numero di elettroni ▪ Qual è l’anione con carica 2- che contiene lo stesso numero di elettroni 6 Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ b. Scrivi tutte le formule chimiche e calcola le masse molecolari delle differenti molecole di acido cloridrico HCl che si possono ottenere dai seguenti isotopi: 1 M a = 1.0078 u 2 M a = 2.0141 u H H 35 M a = 34,9689 u 37 M a = 36,9659 u Cl Cl c. Considera le due sostanze seguenti: cloruro di zolfo SCl 2 cloruro di stronzio SrCl 2 ▪ Quale delle due è solida in condizioni standard ▪ Quale delle due conduce l’elettricità allo stato fuso ▪ Quale delle due si decompone per riscaldamento d. Stabilisci quali sono gli ioni presenti nelle seguenti sostanze: Sostanza anione Ossido di potassio K 2 O Cloruro di indio Idrossido di bario Solfuro di calcio Solfato di sodio InCl 3 Ba(OH) 2 CaS Na 2 SO 4 7 catione Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ Esercizio 3 30 pti. L'aspartame è un edulcorante artificiale risultante dalla condensazione di due amminoacidi, l'acido aspartico e la fenilalanina, e con l'estremità carbossilica della fenilalanina è esterificata con il metanolo. a. Sulla formula di struttura identifica (cerchia e identificalo con la lettera a) il legame peptidico (chimicamente chiamato anche legame ammidico) che unisce i due amminoacidi. b. Sempre sulla formula di struttura identifica (cerchia e identificalo con la lettera b) il legame estere. c. Identifica gli altri gruppi funzionali presenti, elencali nel riquadro sottostante specificandone il loro nome e il nome della classe di sostanze organiche che caratterizzano. d. In considerazione delle caratteristiche strutturali della sostanza, e dei possibili legami intermolecolari, spiega esaurientemente la buona solubilità in acqua dell’aspartame. 8 Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ e. Disegna le formule di struttura semplificata e completa (come da esempio) dei due amminoacidi derivanti dall’idrolisi dell’aspartame. Sostanza formule di struttura semplificata completa Acido aspartico Fenilalanina Esempio: Vitamina K3 La sicurezza per la salute dell'aspartame è stata oggetto di aspre polemiche. Si ipotizza una tossicità dell'aspartame dovuta alla liberazione per idrolisi che nell'organismo del metanolo una sostanza nota per avere effetti tossici, e in particolare perché causa cecità (tra l’altro l’idrolisi digestiva libera anche gli amminoacidi acido aspartico e fenilalanina). Nel 2007 una pubblicazione medica sull'argomento ha concluso che l'assunzione di aspartame come dolcificante è priva di pericoli ai livelli attuali di consumo, essendo minime le quantità di metanolo in gioco. f. La quantità giornaliera di aspartame ammissibile per un uomo di 70 kg è di 2,8 g , che corrispondono a 156 compresse (1 compressa ne contiene 18 mg). Calcola la quantità chimica di aspartame contenuto in una compressa dolcificante e quantità chimica e massa del metanolo liberato per idrolisi totale dell’aspartame contenuto in una compressa. Calcolo della quantità chimica di aspartame: 9 Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ Calcolo della quantità chimica di metanolo prodotto: Calcolo della massa di metanolo prodotto: Esercizio 4 15 pti. Il succo gastrico può essere considerato una soluzione acquosa prodotta dalla mucosa interna dello stomaco contenente l’enzima digestivo pepsina e acido cloridrico (HCl). Mediamente in un adulto la quantità di succo gastrico presente nello stomaco a digiuno è di circa 0,5 litri e la concentrazione di ioni idronio H 3 O+ è pari a 3·10-2 M. a. Scrivi l’equazione della ionizzazione dell’acido cloridrico (protolisi) in acqua. b. Con i dati indicati calcola il valore del pH del succo gastrico. Tra i diversi prodotti che possono essere utilizzati clinicamente per contrastare l’iperacidità gastrica con la neutralizzazione dell’acido cloridrico vi è l’idrossido di alluminio Al(OH) 3 . c. Scrivi l’equazione bilanciata di tale reazione di neutralizzazione. d. Calcola la massa di Al(OH) 3 richiesta per la neutralizzazione completa dei 0,5 L di succo gastrico. 10 Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ e. L’enzima digestivo pepsina ha la funzione di catalizzare la reazione di idrolisi delle proteine. Spiega esaurientemente il significato dei termini catalisi e idrolisi Catalisi: Idrolisi: Esercizio 5 15 pti. In un crogiolo vengono mescolati CuO, ossido di rame (II), e limatura di ferro in eccesso e riscaldati sulla fiamma del bruciatore Bunsen, fino ad incandescenza. A reazione conclusa, lasciata raffreddare la massa, si distinguono i colori rosso-arancio del rame e nero-azzurro di FeO, l’ossido di ferro (II). Per separare il rame dall’ossido di ferro (II) e dal ferro in eccesso, la miscela ottenuta con la reazione viene trattata in un becher con una soluzione di acido cloridrico diluito. La soluzione si colora di verde-azzurro e il rame si raccoglie sul fondo del becher e può essere lavato e essiccato. a. Cosa sta a indicare il (II) dopo il nome dell’ossido di rame e dell’ossido di ferro utilizzato? b. Spiega chiaramente perché la reazione che si verifica in questa esperienza è di ossidoriduzione, precisando esattamente la specie chimica che si ossida e che si riduce. c. Scrivi l’equazione di reazione bilanciata. 11 Esame svizzero di maturità Locarno, giugno 2014 Materia fondamentale: Scienze sperimentali Chimica ________________________________________________________________________________ d. Perché per separare il rame dall’ossido di ferro (II) e dal ferro in eccesso si usa una soluzione di acido cloridrico? e. Il colore verde della soluzione del becher a che cosa è dovuto? 12
