Mc GH Quimica 2 Batx SOLu PDF

Preview

Summary

Solucionari de química de segon de batxillerat versio (catala)...

Description

SO LU C IO N A RI QUÍMICA

2 Autors Pere Castells i Esqué Núria Riba i Soldevila Francesc Andreu i Mateu Revisor tècnic Teo Prat Camós

BARCELONA - MADRID - BOGOTÀ - BUENOS AIRES - CARACAS - GUATEMALA MÈXIC - NOVA YORK - PANAMÀ - SAN JUAN - SANTIAGO - SÃO PAULO AUCKLAND - HAMBURG - LONDRES - MILÀ - MONT-REAL - NOVA DELHI - PARÍS SAN FRANCISCO - SYDNEY - SINGAPUR - SAINT LOUIS - TÒQUIO - TORONTO

Química 2 · Batxillerat · Solucionari No és permesa la reproducció total o parcial d’aquest llibre, ni el seu tractament electrònic, ni la transmissió de cap forma o per qualsevol mitjà, ja sigui electrònic, mecànic, per fotocòpia, per registre o d’altres mitjans, sense el permís previ i per escrit dels titulars del Copyright. Dirigeixi’s a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos) si necessita fotocopiar o escanejar fragments d’aquesta obra (www.conlicencia.com). Drets reservats

© 2013, respecte a la segona edició en català per:

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.L. Edificio Valrealty, 1a planta Basauri, 17 28023 Aravaca (Madrid) ISBN: 0009418008 Editor del projecte: Conrad Agustí Edició: Núria Egido Disseny de coberta: Quin Team! Disseny d’interiors: McGraw-Hill Il.lustracions: Albert Badia, Ventall, SCP Composició: Baber IMPRÈS A ESPANYA - PRINTED IN SPAIN

ÍNDEX

Unitat 1. Classificació de la matèria. Les substàncies pures

3

Unitat 7. Equilibris iònics heterogenis Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

79

10

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

87

12

Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

89

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

Unitat 8. Reaccions de transferència d’electrons

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

91

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

93

Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

96

Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

97

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 2. Termodinàmica química

Unitat 3. Cinètica química Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

Unitat 9. Aplicacions de les reaccions redox Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

99

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Unitat 4. Equilibri químic Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Unitat 10. Propietats periòdiques dels elements Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Unitat 5. Reaccions de transferència de protons

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

58

Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

60

Unitat 6. De la hidròlisi a la neutralització

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Unitat 11. Quantificació de l’energia. Anàlisi espectroscòpica. Enllaç químic Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

Activitats finals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

77

Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

4

01

SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE L’ALUMNE

j Unitat 1. Classificació de la matèria. Les substàncies pures Activitats

5. Informa’t sobre què són els cromats i niquelats de l’acer. El crom i el níquel que estan en solució en forma d’ió crom(III), Cr31, i d’ió níquel(II), Ni21, es dipositen en el càtode (que generalment és l’acer) com a crom i níquel metàl.lics, respectivament. La reacció al càtode és: Cr31 1 3 e2  Cr

1. Esbrina quines diferències hi ha en les varietats al.lotròpiques del fòsfor blanc i el fòsfor roig. El fòsfor blanc té un aspecte semblant a la cera. Fon a 44,1 °C i es pot encendre espontàniament a 30 °C. És molt verinós, per aquest motiu cal guardar-lo dins de l’aigua. Fa agrupacions de quatre àtoms, P4, i forma tetraedres semblants al carboni. Malgrat que cristal.litza en el sistema cúbic, també ho pot fer en el sistema hexagonal. Lentament es transforma en la varietat roja, que realment és violeta. El fòsfor roig és bàsicament amorf, però pot cristal.litzar en diversos sistemes. És més estable que el fòsfor blanc i poc verinós. No fon i sublima a pressió atmosfèrica. Sota pressió també existeix el fòsfor negre. El fòsfor blanc s’agafa com a referència, malgrat que és menys estable. 2. El sofre té al.lotropia. Cerca’n les varietats. El sofre sòlid es pot trobar en forma ròmbica i monoclínica. El sofre líquid es pot trobar en tres varietats a, b i g: el sofre a, format per molècules de 8 àtoms de sofre (S8) que es combinen en forma d’anell; el sofre b i el sofre g, en què el nombre d’àtoms és indeterminat. Totes són varietats al.lotròpiques. 3. Cerca informació d’altres aplicacions industrials de l’electròlisi. Algunes aplicacions de l’electròlisi són: NaCl, se separa la sal en els seus components: clor i sodi. forma hidrogen en el càtode i oxigen en l’ànode. grau de puresa del magnesi i l’alumini mitjançant l’electròlisi. platí, el pal.ladi, l’iridi, etc. o crom metàl.lics damunt l’acer. pintar les capes de fons d’automòbils (emprimació). La pintura carregada positivament (electrodeposició catòdica) es neutralitza elèctricament i es diposita damunt el metall que fa de càtode. 4. Esbrina per què van acidular l’aigua Nicholson i Carlisle. Si no haguessin afegit àcid a l’aigua, aquesta, en ser pura i ionitzar-se molt poc, no seria conductora. L’àcid incorpora protons i genera ions que la fan conductora.

Ni21 1 2 e2  Ni 6. Esmenta un parell d’exemples d’aliments liofilitzats. La liofilització és un procés que consisteix a congelar l’aliment i introduir-lo en una cambra de buit per tal que se’n separi l’aigua per sublimació. S’empra fonamentalment en la indústria alimentària i farmacèutica. És una tècnica cara i lenta, i solament s’utilitza per obtenir productes d’alta qualitat, ja que no altera les propietats nutritives i organolèptiques de l’aliment tractat. En són exemples el cafè soluble i la llet en pols. Els alpinistes porten part del menjar liofilitzat al campament base. 7. Com obtindries llet concentrada (amb menys aigua) al laboratori sense que es malmetés? Introduïm la llet en un baló i hi fem el buit, tot seguit hi apliquem una mica de calor, poca, i observem com la llet comença a bullir. És convenient afegir sucre i una mica de cera a la llet. D’aquesta manera, s’aconsegueix que la llet bulli a uns 30 °C. Si es treballa bé s’obté una llet concentrada de molt bona qualitat. Com que ha bullit a 30 °C, la llet no s’ha malmès en absolut i els seus principis actius resten intactes. 8. Investiga per què: a) S’eixuga la roba mullada tant si fa vent com si fa calor. Les molècules d’aire, en topar amb les molècules d’aigua líquida de la roba mullada, els donen prou energia cinètica perquè passin a l’estat vapor. La humitat de l’aire influeix molt en aquest mecanisme; si el corrent d’aire està carregat d’humitat (és a dir, l’aire està molt carregat de molècules d’aigua), la roba triga més a eixugar-se. b) L’aigua dels càntirs i sellons de material porós es manté fresca si es col.loquen en un lloc on hi hagi corrent d’aire, sempre que es tracti d’aire sec. A les terres de ponent es fabriquen uns càntirs negres anomenats sellons. Perquè els càntirs facin l’aigua fresca cal que «suïn», és a dir, que siguin porosos i l’aigua líquida en traspassi les parets lentament. El corrent d’aire evapora l’aigua de la superfície exterior del càntir. Com que, per evaporar-se, l’aigua ha de consumir calor (la calor latent d’evaporació), la pren del càntir, que d’aquesta manera es refreda. Els càntirs no porosos, com els vitrificats per a decoració, no refreden l’aigua. 9. Sabent que el cotó té moltíssims grups OH en les seves molècules i que el niló no en té cap, esbrina per què costa molt més eixugar el cotó mullat que el niló. L’aigua està formada per grups hidroxil, els quals tenen afinitat natural pels grups hidroxil del cotó, que en té una gran

QUÍMICA 2

quantitat, i s’hi adhereixen formant enllaços per pont d’hidrogen. Per aquest motiu costa tant d’eixugar el cotó en comparació amb el niló, en què no es formen enllaços per pont d’hidrogen. Per eixugar el cotó cal més energia que per eixugar el niló, ja que se n’ha d’aportar més per trencar els enllaços per pont d’hidrogen. 10. Si tenim gel a 20,5 ºC i hi apliquem un buit inferior a 0,00603 atm (4,58 mmHg), què penses que passarà? El gel passarà a estat gasós, és a dir, sublimarà.

01

5

14. L’ozó és un contaminant important de l’aire que respirem. Quantitats molt petites són suficients perquè sigui el responsable de molts processos de degradació per oxidació de biopolímers. Què volem dir quan parlem de parts per bilió d’ozó en una atmosfera contaminada? Explica-ho amb detall. Per exemple, tres parts d’ozó per bilió en una atmosfera contaminada significa que hi ha tres molècules d’ozó en un bilió de molècules totals, és a dir, 3 molècules en 1012 molècules totals, és a dir, 3 ppb. És una quantitat ínfima, però es pot quantificar i detectar.

3 1 2 11. A partir de les dues equacions Ec 5 — ? k ? T i Ec 5 — m v2 15. Els mol.luscs, entre altra fauna marina, són especialment 2 2 sensibles a la presència del mercuri. Les cloïsses, escopidedueix si les molècules de dos gasos de masses diferents nyes, navalles, musclos i ostres no es desenvolupen només tindran igual velocitat mitjana a la mateixa temperatura que hi hagi 1 mg de mercuri per 100 t d’aigua. Com expresabsoluta. Considera, per exemple, el N2 i el CO2. saries adequadament aquesta concentració de mercuri? Dades: massa del nitrogen 5 28 uma; massa del diòxid de Per exemple, expressem la concentració de 3 mil.ligrams de carboni 5 44 uma. mercuri en 3 centenars de tones d’aigua: Cal escriure de manera correcta l’equació cinètica: 3 mg 5 3 ? 1026 kg 5 3 ? 1029 tones 1 Ec 5 — m v 2 i cal insistir que la velocitat és la mitjana de la 3 ? 1029 tones Hg —————————— 5 10211 5 10 ? 10212 2 3 ? 102 tones aigua velocitat quadràtica de totes les molècules. Si la temperatura absoluta és la mateixa, també ho serà l’energia cinètica. La Això equival a 10 ppb. massa molecular del N2 és inferior a la del CO2, i per tant, si l’energia cinètica no varia, cal que la velocitat augmenti. 12. a) Calcula la calor que cal aplicar, a pressió atmosfèrica, a 3 kg de plom a 327 °C per fondre’l completament. El plom està a la temperatura en què comença a fondre, ja que 327 °C 5 600 K (vegeu la taula 1.2). Per tant: Qf 5 m ? lf Qf 5 3 kg ? 23 kJ?kg21 5 69 kJ Hem d’aplicar 69 kJ per fondre completament el plom. b) Calcula la calor que cal aplicar a 2 L de mercuri a 360 °C per vaporitzar-lo. El mercuri està a la temperatura en què comença a bullir, ja que 360 °C 5 633 K (vegeu taula 1.3). Per tant:

Activitats finals 1. Classifica els materials següents com a elements, mescles, substàncies pures o compostos: argent

calç

guix

alcohol

tinta

cautxú natural

llautó

benzina

estany

bronze

cristall de quars

sucre

sabó

aspirina

sal

pintura

detergent

diamant

gènia.

2 L ? 13,6 kg?L21 5 27,2 kg Qv 5 m ? lv Qv 5 27,2 kg ? 284,6

kJ?kg21

5 7 741,12 kJ

Hem d’aplicar 7 741,12 kJ per vaporitzar completament el mercuri.

pura i homogènia. (L’alcohol comercial de farmàcia conté un 4 % d’aigua, però no ho considerem.)

13. Les calderes són generadors de vapor industrials que poden tenir aigua a temperatures de 200 °C en estat líquid. Com és possible?

són mescles de compostos. La calç i el guix contenen també silicats i carbonats. De vegades és possible observar amb una lupa els diferents integrants (per tant, poden ser mescles homogènies o heterogènies). El sucre pur s’anomena sacarosa; el sucre comercial és una mescla homogènia que conté sacarosa i altres compostos. La sal comercial és una mescla homogènia que conté, principalment, clorur de sodi amb una mica de iode, fluorurs i sulfats de diferents metalls.

A les altes pressions en què es treballa industrialment (més de 50 ? 105 kPa) l’aigua pot estar a 200 °C en fase líquida.

ments, additius); (tensioactius, aclaridor òptic, blavet, càrre-

Dades: densitat del mercuri: 13,6 kg/L.

6

01

SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE L’ALUMNE

ga...). No és gens difícil observar alguns dels diferents ingredients.

Perquè l’aigua romangui en estat líquid a una temperatura inferior a 0 °C ha d’estar sotmesa a una pressió alta.

homogènia: dissolució aquosa anomenada làtex, constituïda, principalment, pel polímer d’isoprè i un petit percentatge de proteïnes, sucres, àcids grassos i reïnes.

7. Com es pot aconseguir que un filferro ben prim, del qual pengen uns pesos grans, travessi una barra de glaç industrial gruixuda sense que la barra es trenqui? Explica per què. (Vegeu la figura 1.11.)

ductes efervescents i organolèptics. sòlida). Aliatge entre dos metalls: coure-zinc (llautó) i coureestany (bronze). burs mitjans. corresponents a àcids grassos, juntament amb colorants, amides escumants, perfums, etc.). 2. Quin procés fa possible que el fet de ventar-se refresqui la cara? Quan ens ventem, circula aire a certa velocitat (vent) damunt la pell humida de suor. Com que les molècules líquides de suor passen a estat gasós i per fer-ho els cal energia, l’agafen en forma de calor de la mateixa suor líquida, la qual es refreda. 3. Tant la condensació com la solidificació alliberen calor. Quin procés allibera més calor? Per què? En la condensació passem d’estat gasós a estat líquid; és a dir, passem d’un estat absolutament desordenat i molt energètic a un altre de relativament ordenat i molt menys energètic. En la solidificació passem d’un estat líquid una mica ordenat i de certa energia a un altre estat, més ordenat i menys energètic. Per tant, la condensació allibera molta més energia. 4. 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?

La zona on el filferro, que és molt prim, està en contacte amb el glaç està sotmesa a una pressió molt alta, la qual cosa fa que l’aigua romangui líquida malgrat que està lleugerament per sota dels 0 °C (vegeu el diagrama del punt triple de l’aigua). Quan la pressió del filferro deixa d’actuar, l’aigua torna a solidificar a causa de la fredor ambiental i de la manca de pressió. Per tant, es pot aconseguir que el filferro talli el gel sense que es trenqui la barra de glaç. 8. Com extrauries l’aigua del suc d’una taronja sense haver-la d’esprémer ni trinxar? Per extraure el suc d’una taronja sense malmetre-la, es pot fer servir la liofilització, que consisteix a abaixar la temperatura i la pressió alhora fins a assolir unes condicions en què l’aigua sòlida sublima a vapor sense trencar les parets cel.lulars dels teixits vegetals de la taronja. 9. 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? El butà de l’interior de les bombones està sotmès a una alta pressió i en aquestes condicions el butà és líquid. En sortir de la bombona, el butà està a pressió atmosfèrica, molt més baixa, i en aquestes condicions el butà és gasós.

No és possible que l’aigua es mantingui en estat líquid a una pressió de 2,5 mmHg, ja que perquè estigui en estat líquid ha d’estar a una pressió superior a 4,58 mmHg. Per sota 10. Si connectem a una bombona de butà un bufador pistola apte per escalfar industrialment i l’encenem, observarem d’aquesta pressió és absolutament impossible trobar aigua que l’envàs taronja de la bombona es glaça per la part de líquida, sempre sublima. fora. A què és degut aquest efecte? b) I a una pressió de 6 mmHg? Un bufador industrial consumeix molt butà en poca estona. La bombona perd ràpidament butà liquat i a molta pressió. Quan el A 6 mmHg és possible trobar aigua líquida en un estret marbutà passa en grans quantitats a estat gasós, necessita molta ge de temperatures proper als 0 °C. calor latent de vaporització, que pren de les parets de la bombona i de la mateixa massa líquida, la qual baixa de temperatu5. És possible teòricament tenir aigua líquida a una pressió ra i es glaça per fora. inferior a 0,00603 atm (4,58 mmHg)? No, només pot estar en la fase gasosa o sòlida.

11. El CO2 sublima a temperatura ambient. Quan el CO2 sòlid sublima a 760 mmHg (pressió atmosfèrica), manté una temperatura de 195 K (278 °C). El seu punt triple es troba 6. En quines condicions ha d’estar l’aigua perquè es mantina 5,11 atm i a 256,4 °C. gui en estat líquid a una temperatura inferior a 0 °C?

01

QUÍMICA 2

7

15. Calcula la quantitat de calor necessària per dur 3 kg d’aigua líquida a 80 °C fins a vapor d’aigua sobreescalfat a 110 °C a pressió atmosfèrica.

p (mmHg)

Dades: Ce (aigua líquida) 5 4,18 kJ?kg21?K21; Ce (vapor aigua) 5 1,92 kJ?kg21?K21; lv 5 2 252,1 kJ?kg21

líquid

Q 5 m ? Ce ? DT Qv 5 m ? lv gas

sòlid

Calor necessària per escalfar l’aigua de 80 °C a 100 °C: Q1 5 3 kg ? 4,18 kJ/(kg?°C) ? (100 2 80)°C 5 250,8 kJ

3 880

punt triple

Calor necessària per vaporitzar l’aigu...