MAT FED 6

MATURITÀ SVIZZERA - GIUGNO 2012
Scienze sperimentali – chimica
ESAME DI SCIENZE SPERIMENTALI – PARTE CHIMICA
VALUTAZIONE
(totale: 80 punti)
- Prima parte: scelte multiple (24 punti = 12 domande da 2 punti)
- Seconda parte: domande (32 punti = 4 domande da 8 punti)
- Terza parte: problemi (24 punti = 2 problemi da 12 punti)
INDICAZIONI
- Nelle domande a scelta multipla esiste un‘unica alternativa appropriata: domande
con due o più risposte vengono considerate errate
- Spiegazioni vaghe, incomplete o espresse in un linguaggio inappropriato verranno
penalizzate nella valutazione
- Risultati numerici, senza una traccia dei calcoli svolti, non verranno ritenuti validi
- È richiesto ovunque il corretto uso delle unità di misura e della simbologia chimica
- Nei calcoli stechiometrici usare valori delle masse molari con una sola cifra decimale
PRIMA PARTE: DOMANDE A SCELTA MULTIPLA
Per ogni domanda marcare o inserire l’unica risposta appropriata
1)
La densità dell’aria è di circa 1,2 g/L. Quanto è allora la massa di 1,0 mm3 di aria?
a) 1,2 μg
b) 1,2 g
c) 1,2 ng
d) ………………… (indicare se necessario il valore corretto)
2)
Quale definizione potrebbe essere appropriata per un sapone?
a) È un trigliceride
b) È un acido grasso saturo
c) È un sale sodico di un acido grasso
d) È un derivato del glicerolo
3)
Si fa bollire dell’acqua pura. Che cosa contengono le bollicine che si formano nell’acqua?
a) Ioni O2─ e ioni H+
b) O2 ed H2
c) Singoli atomi di ossigeno ed atomi di idrogeno
d) (Tutte le risposte sono errate)
4)
I costituenti di una soluzione possono essere separati per:
a) filtrazione
b) decantazione
c) (entrambe le risposte sono corrette)
d) (entrambe le risposte sono errate)
5)
Quale tra le seguenti coppie di ioni possiede lo stesso numero di elettroni dell’elio nello strato più
esterno?
a) Li+ / H+
b) K+ / Mg2+
c) Al3+ / Cl─,
d) (tutte le risposte sono errate)
MATURITÀ SVIZZERA - GIUGNO 2012
Scienze sperimentali – chimica
6)
In un processo esotermico, l’energia di attivazione:
a) è maggiore rispetto a quella della reazione inversa
b) è esattamente uguale a quello della reazione inversa
c) aumenta con l’aumentare della temperatura
d) (tutte le risposte sono errate)
7)
In una raffineria, isomeri di idrocarburi ramificati vengono prodotti a partire da isomeri lineari. Quale
affermazione è corretta?
a) Non si tratta di una reazione chimica, ma di un processo fisico
b) Si tratta di una reazione di addizione
c) Si tratta di una reazione di polimerizzazione
d) (tutte le risposte sono errate)
8)
Si consideri l’equilibrio N2 (g) + 3 H2 (g)  2NH3 (g) in un sistema chiuso. Secondo il principio di
Le Châtelier, questo equilibrio può venire spostato verso destra:
a) Aggiungendo ammoniaca
b) Aumentando la pressione
c) (entrambi i sistemi sono inadeguati)
d) (entrambi i sistemi sono appropriati)
9)
Quale soluzione ha un pH di circa 11?
a) 0,1 mol/L KOH
b) 0,1 mol/L NaOH
c) 0,1 mol/L NH3
d) 0,1 mol/L NH4Cl
10)
Considerando solo la geometria, quale delle seguenti molecole è apolare?
a) SCl2
b) H2S
c) NCl3
d) (sono tutte polari)
11)
L’idrolisi completa di un poliestere produce:
a) Aldeidi e chetoni
b) Eteri ed alcoli
c) Degli esteri di massa molecolare più piccola
d) …………………………………… (indicare se necessario)
12)
Le emissioni di quali sostanze contribuiscono agli alti livelli di ozono registrati nei mesi estivi?
a) SO2 e SO3
b) PM10 (polveri fini)
c) CFC (Clorofluorocarburi)
d) (nessuna delle tre risposte è corretta)
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Scienze sperimentali – chimica
SECONDA PARTE: DOMANDE
Domanda 1 (8 Punti)
Il filosofo Luciano di Samosata, nella sua opera Vita di Demonatte, racconta che qualcuno chiese all’antico
pensatore: “Quante mine di fumo si ottengono bruciando 1000 mine di legna? La risposta fu: “ Pesa la
cenere: quanto resta è fumo!”. Si noti che le “mine” erano un’antica unità di misura per esprimere il risultato
di una pesata.
a) Se per “fumo“ Demonatte avesse inteso tutte le sostanze liberate nell’aria dalla combustione, la sua
risposta sarebbe ancora corretta oggi? Motivare chiaramente in base ai principi della chimica moderna!
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b) Sempre dal punto di vista del chimico di oggi, il fumo è un miscuglio omogeneo o eterogeneo? Motivare!
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c) Durante certe giornate invernali le autorità raccomandano di non bruciare legna nel caminetto per evitare
emissioni nocive. Quale tipo di emissione nociva intendono limitare le autorità con queste raccomandazioni?
Motivare brevemente ma in modo esaustivo.
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Scienze sperimentali – chimica
Domanda 2 (8 Punti)
Un ricercatore mette un pezzettino di magnesio metallico in acqua distillata contente l’indicatore fenolftaleina.
Dopo qualche tempo nota che nelle immediate vicinanze del metallo la soluzione è diventata viola, e che è
possibile osservare la formazione di piccolissime bollicine di gas. Il ricercatore ripete l’esperienza con del calcio
metallico: nota che in questo caso lo sviluppo di gas è intenso ed immediato e che tutta la soluzione acquosa
diventa rapidamente viola.
In un’ulteriore serie di esperimenti il ricercatore nota che il gas sviluppato è infiammabile, e che gli stessi
composti del magnesio o del calcio si formano quando un ossido di questi due metalli reagisce con acqua.
a) In base alle informazioni precedenti, si scrivano le reazioni chimiche bilanciate per le reazione tra il
magnesio e l’acqua, rispettivamente tra l’ossido di magnesio e l’acqua.
b) Si giustifichi il viraggio dell’indicatore
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c) Si giustifichi, grazie alla struttura elettronica, la differenza osservata tra la reattività del calcio e del
magnesio in acqua.
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d) Si preveda, sempre tenendo conto della rispettiva struttura elettronica, se il bario metallico possa reagire più
o meno rapidamente del calcio.
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Scienze sperimentali – chimica
Domanda 3 (8 Punti)
È data la seguente formula di struttura semplificata:
COOH
NH2
a) Scrivere la formula molecolare (esempio: C7H14NO3) e calcolare la corretta massa molare (usare l’unità di
misura appropriata!)
b) Si tratta o meno di un amminoacido aromatico? Motivare!
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c) Disegnare la formula semplificata di un isomero della molecola raffigurata che sia un estere.
e) Indicare la geometria dei legami attorno all’unico atomo di azoto della molecola. Motivare brevemente.
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Scienze sperimentali – chimica
Domanda 4 (8 Punti)
Accanto all’emissione radioattiva di tipo alfa e beta-meno, sono noti altri importanti tipi di processi che
coinvolgono nuclidi instabili.
- Nell’emissione di positroni, ampiamente applicata in ambito biomedico, il nucleo di un nuclide instabile
emette un positrone, ovvero una particella di massa uguale a quella di un elettrone ma di carica opposta. Il
processo avviene in quanto all’interno del nucleo un protone si trasforma in un neutrone (che rimane nel
nucleo) ed un positrone (che viene espulso).
- Nella cattura elettronica, rara nei nuclidi naturali ma frequente in quelli artificiali, un elettrone del guscio
interno viene catturato dal nucleo, e nel contempo vengono emesse dei raggi X. Il processo avviene in quanto
all’interno del nucleo un protone, legando l’elettrone, si trasforma in un neutrone.
a) In base alle informazioni riportate in precedenza si prevedano (motivando brevemente) i nuclidi che si
formano nel caso del:
•
cobalto-54 (54Co) (emissione di positroni)
•
vanadio-50 (50V), (cattura elettronica)
b) Se il cobalto-54 effettuasse un processo di cattura elettronica, si formerebbe un nuclide diverso? Motivare!
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c) Se il vanadio-50 emettesse invece positroni, si formerebbe un nuclide diverso? Motivare!
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MATURITÀ SVIZZERA - GIUGNO 2012
Scienze sperimentali – chimica
TERZA PARTE: PROBLEMI
Problema 1 (12 Punti)
La partecipazione dell’azienda elettrica ticinese al finanziamento della costruzione di una centrale termica a
carbone, sfociata in una recente votazione popolare, ha portato alla ribalta il tema dell’inquinamento generato
dalla combustione del carbone. Particolarmente problematiche sono a questo riguardo le emissioni d’anidride
solforosa (SO2). Infatti la SO2 emessa reagisce lentamente con l’ossigeno dell’aria per formare SO3. A sua volta,
SO3 reagisce piuttosto velocemente con l’acqua per formare acido solforico (H2SO4)
a) Scrivere le due equazioni chimiche bilanciate includendo i termini appropriati per lo stato di aggregazione
dei reagenti e dei prodotti (g, l, s, aq)
b) Calcolare la massa di acido solforico prodotta dalla reazione del punto (a) a partire da una mole di SO2 (gli
altri reagenti sono in eccesso).
c) Nelle moderne centrali termiche si effettua il cosiddetto lavaggio dei fumi: le reazioni descritte al punto (a)
vengono effettuate all’interno della centrale termica in presenza di catalizzatori e l’acido solforico risultante
viene raccolto e convenientemente smaltito. Si risponda alle seguenti domande motivando chiaramente:
 Sarebbe possibile usare un enzima? (si tenga conto dell’elevata temperatura dei fumi).
 I calcoli stechiometrici effettuati al punto (b) sono validi anche in questo caso oppure no?
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d) Per smaltire l’acido solforico si consideri la sua neutralizzazione con dell’idrossido di sodio, processo che
genera acqua e solfato di sodio (Na2SO4). Scrivere la corrispondente equazione chimica bilanciata e
calcolare il volume di NaOH 5,0 mol/L necessario a neutralizzare una tonnellata di acido solforico puro.
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Scienze sperimentali – chimica
Problema 2 (12 Punti)
L’anidride solforosa (SO2) viene aggiunta al mosto durante il processo di vinificazione per preservare il vino da
attacchi di muffe e batteri. Importante è anche il ruolo di antiossidante della SO2 che permette una migliore
conservazione del vino nel tempo. Per determinare la quantità di SO2 presente nel vino bianco si può far capo
ad una procedura di titolazione che si basa sulla seguente reazione:
SO2 + I2 + 2H2O → 2I─ + SO42─ + 4H+
Nella buretta viene messa una soluzione bruna di iodio a concentrazione nota: quando la buretta viene aperta, lo
iodio reagisce con la SO2 presente nel campione di vino e si forma lo ione ioduro che è incolore. Quando la
reazione è terminata lo iodio non può più reagire, ed il campione di vino diventa scuro.
a) Dimostrare grazie ai numeri di ossidazione che la reazione scritta sopra è una redox.
b) Calcolare la quantità di iodio (espressa in moli di I2) necessaria per titolare 50 mL di vino con
concentrazione di SO2 di 100 mg/L
c) Per visualizzare meglio la fine della titolazione si aggiunge al campione di vino dell’amido: esso infatti si
lega con lo iodio formando un complesso di un intenso color blu-viola. Questa reazione però non avviene
con la cellulosa: qual è la differenza rilevante tra la struttura delle catene di amido e quelle di cellulosa?
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d) La SO2 ha proprietà antiossidanti: l’ossigeno reagisce con la SO2 invece di ossidare le molte sostanze
organiche che danno al vino il suo caratteristico profumo e sapore. Quale potrebbe essere il principale
prodotto della reazione tra SO2 e l’ossigeno, e quali le proprietà chimiche di questa sostanza? Motivare!
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