Problemi a risposta aperta dati alla selezione della rappresentativa italiana per le olimpiadi 1998

Problemi a risposta aperta dati alla prova di selezione della rappresentativa italiana da allenare per per le Olimpiadi 1998. I problemi sono stati tratti da quelli proposti per le Olimpiadi di Melbourne o formulati in accordo con essi.

1. Indicare le configurazioni elettroniche e gli ordini di legame nello stato fondamentale per le molecole:

a. Li₂
b. Be₂
c. C₂

Indicare anche quale molecola ha distanza di legame minore e la più alta energia di legame.

R: 1,0,2. C2

2. Il rame cristallizza in una struttura con cella di lato a = 361 pm e quattro atomi in una cella elementare. Indicare la densità del rame.
R: 8,97 g cm^-3

3.Il solfato di nickel NiSO₄ ha una struttura cristallina con costanti reticolari a = 634 pm, b = 784 pm e c = 516 pm: Tenendo conto che la densità è pari a 3,9 g cm^-3, determinare il numero di unità formula in una cella elementare.
R: d = 3,9 g cm^-3

4. Una sostanza organica X ha dato all’analisi elementare il seguente risultato : C, 40,02; H, 6,75%. Essa non contiene né N né S ed è presumuibile pensare che la restante frazione percentuale sia costituita da ossigeno.

a) calcolare la formula empirica

b) X è un liquido a temperatura ambiente. Quando X (10 mL; d = 1,044 g mL^-1) viene diluita con cicloesano fino ad un volume di 500 mL, si ottiene una soluzione avente densità pari a 0,777 g mL^-1 e punto di congelamento pari a +2,02 °C. Tenendo conto che il cicloesano congela a 6,60 °C e ha K_f = 20,0 °C kg mol^-1, calcolare il peso molecolare e la formula di X.

c) X è anche miscibile con acqua. Diluendo un volume determinato di X (50 mL) con acqua, fino a 500 mL, si ottiene una soluzione avente d = 1,005 g mL^-1 e punto di congelamento pari a -3,54 °C. Tenendo conto che K_f (H₂O) = 1,86 °C kg mol^-1, calcolare il peso molecolare apparente di X.

d) Una soluzione acquosa di X (25 mL della soluzione preparata in c) è titolata con una soluzione acquosa di NaOH (1,247 M) e il punto finale, determinato con il piaccametro, si ottiene dopo aggiunta di 33,60 mL di NaOH. La soluzione titolata (volume finale di 58,50 mL e d = 1,003 g mL^-1) congela a -2,78 °C. Indicare la struttura del composto che si forma nella titolazione: (Na+)_i Y^i-

e) Indicare la formula di struttura del composto X. Commenta ogni apparente discreopanza tra le tue risposte b), c) e d).

Risposte
a) CH2O; b) C₄H₈O₄; c) massa molare di X = 60,9 g cm^-1; d) C₂H₃O₂^-Na⁺; e) l’acido acetico è dimero in cicloesano.

5. L’acidità di un campione di acqua può essere influenzata dall’assorbimento di vari gas e in particolare di CO₂.

a. scrivere un gruppo di tre reazioni che spieghino l’effetto della CO₂ sull’acidità dell’acqua.

b. ordina le seguenti miscele di gas in ordine crescente di tendenza a sciogliere CO₂ in acqua. (Tieni conto che le percentuali sono in moli):

i. 90% Ar, 10% CO₂
ii. 80% Ar, 10% CO₂, 10% NH₃
iii. 80% Ar, 10% CO₂, 10% Cl₂

Scrivere le reazioni che avvengono in acqua esposta al contatto con queste miscele gassose.

c. ordina le seguenti soluzioni acquose in senso crescenet di abilità a sciogliere CO₂. Immagina che, prima di esporle a CO₂ al 10% in Ar esse siano state fatte equilibrare con aria.

i. acqua distillata
ii. 1M HCl
iii. 1M CH₃COONa

d. Immagina un’atmosfera contenente 350 ppm di CO2 (in volume) e, supponendo che si sia verificata un’equilibrazione tra CO₂ gassosa ed acquosa, calcola il pH di una goccia di pioggia a pressione atmosferica. Le costanti utili al calcolo, riferite a 25 °C, sono: K_H (CO₂) = 3,39 x 10-2 mol L^-1 atm-1, K_b (HCO₃^-) = 2,24 x 10^-8 , K_b(CO₃^2-) = 2,14 x 10^-4.

e. calcolare il pH di una bottiglia di acqua carbonatata [P(CO₂)_(g) = 1 atm)].

f. un campione di pioggia ( 100 mL) è titolato con NaOH (1,00 x 10^-4 M) in acqua distillata non carbonatata in condizioni sperimentali che impediscono ulteriore variazione di assorbimento di gas. Traccia la curva di tale titolazione. Il grafico deve indicare il valore di pH atteso all’inizio della titolazione e dopo l’aggiunta di 21,2 mL di NaOH.

R: a) CO_2(g) + H₂O_(l) = CO_2(aq)

CO_2(aq) + H₂O_(l) = HCO₃^-_(aq)+ H₃O_(aq)⁺

HCO₃^-_(aq)+ H₃O_(aq)⁺= CO₃^2-_(aq)+ H₃O_(aq)⁺

b. ii> i > iii
c. iii> i > ii
d. pH = 5,64
e. pH = 3,91

f.

6. Uno studente ha ricevuto un kit di sei isomeri C₄H₈ tutti gassosi a temperatura ambiente e contenuti in altrettante bombolette. Sfortunatamente durante il trasporto le etichette si sono staccate dalle bombolette dei comoposti. In base alle seguenti osservazioni attribuisci a ciascuna bomboletta la corretta etichetta.

1. A, B, C e D decolorano il bromo rapidamente anche al buio mentre E ed F no.

2. i prodotti della reazione di B e C con Br₂ sono stereoisomeri

3. A, B e C danno lo stesso composto per reazione con H₂ in presenza di Pd.

4. E ha punto di ebollizione maggiore di F

5. C ha punto di ebollizione maggiore di B

R: 1-butene, cis-2-butene, trans-2-butene, metilpropene, ciclobutano e metilciclopropano.

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