1415-PROBLEMES UNITAT 1 DLONS I DET ESTRUCT

Departament de Ciència i Tecnologia
QUÍMICA
UNITAT 1.
2n Batxillerat
DEL MÓN MACROSCÒPIC AL MICROSCÒPIC.
SÒLIDS, LÍQUIDS, GASOS I DISSOLUCIONS.
DETERMINACIÓ ESTRUCTURAL.
Dissolucions
1. Es dissolen 32 g de naftalè sòlid (C10H8) en 368 g de toluè (C7H8) i s’obté
una dissolució de densitat 0,892 g · cm-3.
a) Trobeu la concentració molar de naftalè a la dissolució.
b) Escriviu les reaccions de combustió dels dos components de la dissolució.
c) Trobeu el volum d’oxigen, mesurat en condicions normals, necessari per
cremar completament la dissolució.
Dades:
masses atòmiques: H = 1; C = 12; O = 16.
R = 0,082 atm · L · K-1 · mol-1 = 8,31 J · K-1 · mol-1
2. a) Calculeu quin volum d’una dissolució 1,2 M d’hidròxid de sodi s’ha de
diluir fins a 500 cm3 per obtenir una dissolució de concentració 0,05 M.
b) Expliqueu el procediment i els estris de laboratori que utilitzaríeu per
preparar aquesta dissolució diluïda.
c) Indiqueu si caldria posar cap advertència de perillositat en el flascó de
l’hidròxid de sodi i en cas afirmatiu quina seria.
3. La concentració d’un àcid nítric comercial és del 60% en massa, i la seva
densitat és 1,31 g · cm-3.
a) Calculeu la molaritat de l’àcid nítric comercial.
b) Indiqueu quin volum d’àcid nítric comercial és necessari per preparar 500
cm3 d’àcid nítric 0,2 molar.
c) Expliqueu de quina manera faríeu aquesta preparació al laboratori i quin
material caldria utilitzar.
Dades: masses atòmiques: N = 14; O = 16; H =1.
4. Barregem 50 cm3 d’una solució de NaOH 0,1 M amb 100 cm3 d’una solució
de NaOH 0,4 M. Trobeu la concentració de la dissolució resultant.
5. Disposem de etanol líquid pur i d’una dissolució 1 M de clorur de potassi.
Volem preparar 500 cm3 d’una dissolució aquosa que contingui 0,05 mol · dm -3
de clorur de potassi i 0,5 mol · dm-3 d’etanol.
a) Calculeu els volums de cadascuna de les dissolucions de partida que cal
utilitzar per fer aquesta preparació.
b) Descriviu de manera detallada el procediment de laboratori que cal seguir
per fer la preparació i anomeneu el material que cal emprar.
Dades:
masses atòmiques: H = 1; C = 12; O = 16.
Densitat de l’etanol = 0,789 g · cm-3.
Departament de Ciència i Tecnologia
6. Es vol preparar 1 litre d’una solució 0,1 M en Cu 2+. Si es disposa de sulfat
de coure (II) pentahidratat.
a) Expliqueu detalladament com prepararíeu la solució i el material que
utilitzaríeu.
b) A partir de la solució anterior expliqueu com obtindríeu 100 cm 3 d’una solució
0,025 M en Cu2+ i el material necessari.
Dades: Masses atòmiques: S = 32; Cu = 63,5; O = 16.; H = 1.
7. L’anàlisi de l’aigua d’un riu ens indica la presència de 2 mg de Hg per cada
tona analitzada. Si la normativa internacional permet una presència , com a
màxim, de 0,05 ppm de mercuri, estem dins la normativa mediambiental
internacional?
8. En l’aigua de mar hi ha una proporció de 0,003 g d’àcid ortosilícic per cada
litre d’aigua. Sabries expressar aquesta concentració en molaritat?
Teoria cinèticomolecular dels gasos
9. Segons la teoria cinèticomolecular dels gasos, és possible que dos gasos a
la mateixa temperatura puguin tenir diferent energia cinètica mitjana segons la
seva fórmula molecular?
10. A partir de les dues equacions Ec = 3/2 · k · T i Ec = 1/2 m · v2 dedueix si
les molècules de dos gasos de masses diferents tindran igual velocitat mitjana
a la mateixa temperatura absoluta. Considera, per exemple, el N2 i el CO2.
11. Si la velocitat quadràtica mitjana es pot avaluar a partir de l’equació
v = √(3RT/M),
on R=8,314 J·mol-1·K-1, T és la temperatura absoluta en kelvin i M és la massa
molar en kg·mol-1, calcula la velocitat quadràtica mitjana de les molècules
d’heli, de massa molecular 4 g·mol-1 a 273 K de temperatura.
12. Calcula quantes vegades és més gran la velocitat molecular quadràtica
mitjana d’un gas a 1000 ºC (1273 K) que a 20 ºC (293 K).
13. Quantes vegades és més gran la velocitat molecular quadràtica mitjana de
l’hidrogen que la de l’oxigen a una temperatura determinada? Quina és la
velocitat molecular de l’oxigen a 25 ºC?
Departament de Ciència i Tecnologia
14. Els gasos amoníac i bromur d’hidrogen es difonen en un tub estret, en
sentits oposats, i surten dels punts X i Y en el mateix instant. Quan es
troben, formen bromur d’amoni, NH4Br.
a) Expliqueu raonadament si el bromur d’amoni es formarà en el punt A, B o C
de la figura.
b) L’amoníac gasós té una densitat de 769,6 g m –3 a 1,0 bar i a 273 K.
Calculeu-ne la densitat en aquestes condicions de pressió i temperatura si es
comportés com un gas ideal, i justifiqueu-ne la diferència a partir del model
cinèticomolecular dels gasos.
Dades: Masses atòmiques relatives: H = 1,0; N = 14,0; Br = 79,9
Constant dels gasos ideals: R= 8,31 × 10–2 bar L K–1mol–1
15. Quan es mesura experimentalment el volum que ocupa un mol de gas, en
determinades condicions de pressió i temperatura, s’obtenen les següents
dades:
Volum molar de gasos reals, a 0oC i 1,00·105 Pa
Gas
amoníac
Volum molar (l · mol-1)
22,38
diòxid de carboni
22,55
hidrogen
22,72
oxigen
22,68
a) Quin seria el volum molar d’un gas ideal, a 0oC i 1,00 · 105 Pa? En quines
condicions de pressió i temperatura, el comportament dels gasos reals és molt
semblant al dels gasos ideals? Justifiqueu la resposta a partir de la teoria
cinèticomolecular dels gasos.
b) Perquè creus que l’amoníac es desvia més del comportament ideal que
l’hidrogen?
Dades. R = 8,31 J · K-1 · mol-1
Departament de Ciència i Tecnologia
16. En la diagnosi de malalties respiratòries s’utilitza com a prova la difusió
pulmonar de monòxid de carboni (DLCO), que permet avaluar el procés de
transferència d’oxigen des dels pulmons (alvèols) fins a la unió amb
l’hemoglobina continguda en els glòbuls vermells de la sang.
a) En què consisteix la difusió gasosa? Quina relació hi ha entre la
velocitat de difusió de l’oxigen i la del monòxid de carboni?
b) El volum molar del CO és 22,40 L mol–1 i el del CO2 és 22,26 L mol–1, a 0
°C i 1,0 atm. Determineu el volum molar d’un gas ideal en aquestes
condicions i justifiqueu el possible desviament del comportament ideal dels
dos gasos a partir de la teoria cineticomolecular dels gasos.
Dades: Constant dels gasos ideals: R = 0,082 atm L K–1 mol–1
Masses atòmiques relatives: C = 12,0; O = 16,0
Diagrames de fases
17.
Si tenim gel a -0,5 ºC i hi apliquem un buit inferior a 0,006 atm, què
penses que passarà?
És possible teòricament tenir aigua líquida a una pressió inferior a 0,006 atm?
18. Tant la condensació com la solidificació alliberen calor. Quin procés allibera
més calor? Per què?
19. Si connectem a una bombona de butà un bufador pistola apte per escalfar
industrialment i l’encenem, observarem que l’envàs taronja de la bombona es
glaça per la part de fora. A què és degut aquest efecte?
20. Observa la figura del punt triple de l’aigua.
a) Et sembla que és possible que es mantingui en estat líquid a una pressió de
2,5 mmHg?
b) I a una pressió de 6 mmHg?
Departament de Ciència i Tecnologia
21. En quines condicions ha d’estar l’aigua per què es mantingui en estat líquid
a una temperatura inferior a 0 ºC?
22. Per què el butà que hi ha a l’interior de les bombones es troba
principalment en estat líquid i quan crema està en estat gasós?
23. Observa el diagrama de fases del CO2 i determina:
a) La temperatura a la qual el CO2(s) sublima a la pressió d’1 atm.
b) Fins a quina pressió el CO2(s) sublima
c) El punt triple del CO2.
d) La temperatura i la pressió crítiques del CO2.
e) Si la temperatura de fusió del CO2(s) augmenta o disminueix amb la pressió
externa.
f)Si volem fondre el CO2 sòlid, quina és la pressió mínima necessària perquè
passi a l’estat líquid?
g) A quina temperatura mínima ho farà? (Veure fig 1.12 llibre pg 24)
Determinació estructural
24. La fórmula molecular d’un compost orgànic és C5H10O. Es tracta d’un
compost lineal que pot tenir un doble enllaç C=C o un doble enllaç C=O. A
partir de la figura i taula següent:
Espectre d’absorció a l’infraroig (IR) del compost C5H10O
Departament de Ciència i Tecnologia
Absorcions de diversos grups funcionals a l’infraroig (IR)
Nombre d’ona
Grup funcional
(cm-1)
3400
O-H ó N-H
3100
C–H
(carboni enllaçat a un altre
carboni amb enllaç doble, C=C)
2900
C–H
(carboni enllaçat a un altre
carboni amb enllaç simple, C-C)
1710
1610
C=O
C=C
a) Argumenteu quin dels següents compostos, X, Y o Z, és compatible amb la
fórmula i l’espectre infraroig donat:
Compost X:
Compost Y:
Compost Z:
3-pentanona
àcid pentanoic
2-penten-1-ol
CH3CH2COCH2CH3
CH3CH2CH2CH2COOH
CH3CH2CH=CHCH2OH
b) Expliqueu, breument, en què es basa l’espectroscòpia infraroja. Quina és la
causa dels pics que apareixen en un espectre d’infraroig (IR)?
25. Al laboratori disposem d’un dissolvent líquid incolor, d’olor característica i
amb un punt d’ebullició de 114ºC, que correspon a un compost de fórmula
molecular C2H3Cl3. Per determinar-ne l’estructura, s’enregistra l’espectre de
ressonància magnètica nuclear de protó (RMN) d’aquest compost.
a) En l’eix d’abscisses d’un l’espectre de ressonància magnètica nuclear es
representa el desplaçament químic. Defineix aquest concepte.
b) Expliqueu com es deduiria, a partir de l’espectre de ressonància magnètica
nuclear, si el dissolvent es correspon a l’1,1,2-tricloroetà o a l’1,1,1-tricloroetà.
26. Quan s’analitza la butanona, CH3CH2COCH3, per espectrometria de
masses, s’obtenen els següents valors del quocient massa/càrrega: 72, 57, 43,
42, 29, 27 i 15.
a) Indiqueu, breument, els processos bàsics que tenen lloc quan un compost és
analitzat per espectrometria de masses.
b) Indiqueu a quin ió poden correspondre els pics amb els valors de
massa/càrrega 72 i 43, suposant que la càrrega es la unitat. Aquests dos pics
es veurien si en lloc de la butanona s’hagués analitzat la propanona? Raoneu
les respostes.
Dades. Masses atòmiques relatives: C = 12; O= 16; H=1
Departament de Ciència i Tecnologia
27. Per a determinar l’estructura de les molècules, la química utilitza diferents
tècniques, com ara l’espectroscòpia infraroja, la ressonància magnètica nuclear
o l’espectrometria de masses. En la figura següent, es mostra l’espectre
infraroig (IR) d’una molècula:
Espectre infraroig d’una molècula
a) Indiqueu quina magnitud es representa en cadascun dels eixos d’un
espectre infraroig. Expliqueu breument el procés que experimenta un compost
químic quan és irradiat amb radiació infraroja. [1 punt]
b) Considereu les substàncies químiques següents:
He
CH4 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH
NH2CH2COOH
Indiqueu quin o quins compostos no produeix cap pic en un espectre infraroig i
quin en produeix més. Justifiqueu les respostes.[1 punt]
28. El ciclohexà i l’1-hexè tenen la mateixa fórmula molecular, C6H12. Com
utilitzaries l’espectroscòpia infraroja per diferenciar-los?
29. S’ha enregistrat l’espectre d’IR de diferents compostos orgànics.
Considerant les dades que se’t donen a la taula 1, sabries associar els
compostos als seus espectres?
Departament de Ciència i Tecnologia
Compostos Espectres IR
Propà
2-propanol
Propanona
Departament de Ciència i Tecnologia
Enllaç
Compostos on es troba
C-H
C=C
C=O
C–O
O–H
Alcans, alquens.
Alquens
Aldehids, cetones,àcids, èsters
Alcohols, èters, èsters
Sense enllaç d’hidrogen
Amb enllaç d’hidrogen (alcohols, fenols)
Amb enllaç d’hidrogen (àcids carboxílics)
amines
N-H
Absorció nombre
d’ona (cm-1)
2.840 a 3.095
1.610 a 1.680
1.680 a 1.750
1.000 a 1.300
3.580 a 3.670
3.230 a 3.550
2.500 a 3.000
3.100 a 3.400
30.
La producció de la propanona, CH3COCH3, anomenada habitualment
acetona, és un indicador de creixement econòmic pel gran ús que se’n fa en la
indústria de plàstics, fibres i medicaments, entre altres productes. Per a
comprovar la puresa de l’acetona produïda es poden emprar tècniques com
l’espectrometria de masses o l’espectrofotometria d’infraroig.
En la figura es mostra l’espectre de masses de l’acetona:
a) Indiqueu quina magnitud es representa en l’eix d’abscisses de l’espectre de
masses. Interpreteu la informació de l’espectre indicant a què poden ser deguts
els pics que s’obtenen en els valors 15, 43 i 58.
b) Quines magnituds es representen en els dos eixos d’un espectre infraroig?
Quina informació útil ens proporcionaria l’espectre infraroig d’una mostra
d’acetona per comprovar si està o no impurificada amb 2-propanol?
Dades: Masses atòmiques relatives: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0
Departament de Ciència i Tecnologia
31. Una indústria química ha utilitzat l’espectroscòpia d’infraroig (IR) per a
identificar un compost pur. Experimentalment s’ha obtingut l’espectre
següent: