SantillanaSolucionsQuumica1

El Solucionari de Química per a 1r de Batxilleratés una obra col·lectiva, concebuda, dissenyadai creada al departament d’Edicions Educativesde Grup Promotor / Santillana,dirigit per Enric Juan Redali M. Àngels Andrés Casamiquela.

En la realització han intervingut:

Núria Boixaderas SáezMaria Jesús Ibar RoyNúria Lladó SerraMaría del Carmen Vidal Fernández

EDICIÓDavid Sánchez Gómez

DIRECCIÓ DEL PROJECTERocío Pichardo Gómez

Química 1BATXILLERAT

Biblioteca del professoratSOLUCIONARI

Grup PromotorSantillana

945335p001a004.qxd 30/12/08 15:59 Página 1

2

Presentació

El nostre llibre de química per Batxillerat respon al plantejament de presentar un projecte didàctic centrat en l’adquisició dels conceptes necessaris perquè els alumnes puguin conèixer i desenvolupar,d’una manera pràctica, les diferents activitats i problemes que es presenten en el llibre de l’alumne.

945335p001a004.qxd 30/12/08 15:59 Página 2

3

Índex

PRESENTACIÓ

Unitat 1 La teoria atomicomolecular de la matèria 5-48

Unitat 2 Els estats de la matèria 49-80

Unitat 3 Les solucions 81-126

Unitat 4 Els àtoms 127-148

Unitat 5 La taula periòdica dels elements 149-168

Unitat 6 L’enllaç químic 169-196

Unitat 7 La reacció química 197-242

Unitat 8 La química orgànica 243-270

Unitat 9 Reaccions químiques d’interès industrial i mediambiental 271-286

945335p001a004.qxd 30/12/08 15:59 Página 3

En els llibres de text de química els exercicis i les qüestions són unapart fonamental del contingut del llibre. En el nostre material, les ac-tivitats apareixen agrupades en dues seccions:

• En cada apartat de la part teòrica.• Al final de cada unitat.En aquest llibre, que forma part dels recursos per al professorat, s’hiinclouen per a cada unitat del llibre els següents elements:

• La Programació per a l’aula (objectius, continguts, criteris d’ava-luació, competències…).

• La Resolució de tots els exercicis del llibre de l’alumne.

A més d’aquest llibre, al professor té com a material de suport laGuia amb recursos didàctics fotocopiables per a cada unitat: pro-blemes resolts, fitxes amb aplicacions, curiositats i anècdotes, bancde dades i experiències.

5

La teoriaatomicomolecularde la matèria

1

Aquesta unitat se centra en el coneixement de la Química.Independentment de la manera com es presenti, els/les alumnesaprendran a aïllar les substàncies pures.

També és important que l’alumnat assumeixi el rigor que ha desustentar el treball científic. I per aconseguir-ho, només cal seguir els passos que van permetre establir la primera teoria científica sobre la constitució de la matèria.

PRESENTACIÓ

4

Introducció

1110

SOLUCIONARI

1 La teoria atomicomolecular de la matèria

En general, el volum dels cossos augmenta quan s’incrementa

la temperatura. Explica si la densitat dels cossos sol augmentar

o bé disminuir quan la temperatura s’incrementa.

La densitat d’un cos representa la seva massa per unitat de volum. Quanla temperatura augmenta, sol augmentar també el volum dels cossos,però la seva massa es manté invariable. En conseqüència, en augmentarla temperatura dels cossos, en general, en disminueix la densitat.

Expressa en unitats del SI la densitat de les substàncies que es recullen

a la taula següent:

2.

1. Tenim una bola de plom i una altra d’alumini de 3 cm de diàmetre.

Quina és la seva massa? Explica, a partir d’aquest resultat, per què

la gent prefereix les bicicletes d’alumini que les d’altres materials.

Dada: volum de l’esfera → .

Com que coneixem el volum de l’esfera de 3 cm de radi, podem determinar-ne la massa tant si és plom com si és alumini. Per fer-ho necessitem la dada de la densitat que hi ha al problema 2.

→ m = d ⋅ V ;

V

Per tant:

•

•

L’alumini és un dels metalls més lleugers. Té una massa molt més petita que una bola de plom del mateix volum.

Col·loquem dos gots de vidre, exactament iguals, als platets d’una

balança. A un hi aboquem 100 ml d’oli. Quin ha de ser el diàmetre

de la bola de plom que introduirem dins l’altre vas perquè la balança

estigui equilibrada?

Perquè la balança estigui equilibrada els dos gots han de tenir la mateixa massa. Com que coneixem la dada de la densitat, podemcalcular la massa de 100 mL d’oli i després determinar el volum (que ens permetrà conèixer el diàmetre) d’un bola de plom que tinguila mateixa massa.

;

→ → →

→

V r rV

= = =⋅

=

⋅

4

3

3

4

3

43 3 3π

π π7,75 cm

1,23 cm

2 1,2

3

33 cm de diàmetre= 2 46,

→ →Vm

dplom

plom3

388 g

11,35g

cm

7,75 cm= = =

DensitatMassa

Volum0,88

g

mL100 mL 88 goli= = ⋅ =; m

5.

malumini 3

3

332,7

kg

dm

dm

1cm113,1cm 0,31k= ⋅ =

−10 3

gg

mplom 3311,35

g

cm113,1cm 1.283,7 g 1,28 kg= ⋅ = =

= = =4

3

4

333 3π πr cm 113,1cm3 3

DensitatMassa

Volum=

V r=4

3

3π

4.

Es tracta d’expressar la densitat en kg/m3:

•

•

•

•

•

L’aigua presenta un comportament anòmal respecte a la majoria dels

líquids. La seva dilatació fa que, entre 0 i 4 °C, el seu volum disminueixi

quan la temperatura augmenta. Explica, a partir d’aquest fet, per què

l’aigua es troba en estat líquid per sota de la capa de glaç de l’Antàrtida.

Entre 0 i 4 ºC l’aigua té una densitat més gran que el gel. Per això el gel sura a l’aigua i crea una capa aïllant que permet que l’aigua es mantingui líquida en una capa inferior.

3.

dalumini 3

3 3

3 32,7

kg

dm

10 dm

1m2.700

kg

m= ⋅ =

dplom 3

6 3

311,35

g

cm

10 cm

1m

kg

1 g= ⋅ = ⋅

−1011 35 10

33,

kkg

m3

doli

6

3 30,88

g

mL

10 mL

1m

kg

1 g880

kg

m= ⋅ ⋅ =

−10 3

daire

3

3

3

31,3

g

L

10 L

1m

10 kg

1 g

kg

m= ⋅ ⋅ =

−

1 3,

daigua

3

3 3

kg

L

10 L

1m

kg

m= ⋅ =1 103

Substància Densitat (a 25 °C i 1 atm)

Aigua 1 kg/L

Aire 1,3 g/L

Oli 0,88 g/mL

Plom 11,35 g/cm3

Alumini 2.700 kg/dm3

76

PROGRAMACIÓ DE L’AULA

1 La teoria atomicomolecularde la matèria

• La matèria i les seves propietats.• Formes de presentar-se la matèria. Substàncies pures i mescles.

Elements i compostos. Mescles homogènies i mescles heterogènies.• Tècniques experimentals per separar els components d’una mescla.• Lleis ponderals de la matèria (llei de Lavoisier, llei de Proust,

llei de Dalton).• Interpretació de les lleis ponderals. Teoria atòmica de Dalton.• Lleis volumètriques de la matèria (llei de Gay-Lussac).• Interpretació de les lleis volumètriques. Hipòtesi d’Avogadro.• Teoria atomicomolecular.• El mol com a unitat de mesura.• Fórmula empírica i fórmula molecular. Obtenció a partir

de la composició centesimal de les substàncies.• Anomenar i formular elements i compostos químics.• Saber escollir el material de laboratori adequat per a un assaig.

CONTINGUTS

• Competència en indagació i experimentació.

Implica la capacitat de portar a terme les investigacions necessàriesper tal de determinar les tècniques més adients per a la separacióde mescles.

• Competència en la comprensió.

Implica l’ús de la formulació i la nomenclatura química peranomenar les substàncies simples i els compostos que formen part de la matèria.

• Competència en la capacitat d’actuar sobre el món físic.

Implica apropiar-se dels conceptes, models i principis fonamentalsde la química. En aquesta unitat es treballen els conceptes demescla i els diferents mètodes per separar-ne els components. Això permet comprendre i valorar situacions relacionades amb aspectes tecnològics i ambientals de la química: generació de residus, síntesi de nous productes, etc.

COMPETÈNCIES ESPECÍFIQUES DE LA UNITAT

• Competència comunicativa.

Aprendre el llenguatge que permet anomenar i formular lessubstàncies químiques per tal de descriure i explicar les propietats i l’estructura de les substàncies i els fenòmens químics.

• Competència en recerca.

Aquesta unitat aporta les bases de les principals tècniques de separació fonamentals en una indústria o laboratori químic.Contribueix en la capacitat de realització de treballs experimentals,com també en les capacitats pròpies de la recerca; ensenya comconstruir models explicatius dels fenòmens, fer prediccions a partirde models, argumentar la validesa d’explicacions a la llum de lesevidències experimentals i reconèixer les limitacions.

• Competència en gestió i tractament de la informació

i competència digital.

Implica la capacitat d’escriure correctament la formulació i lanomenclatura per tal d’accedir a les fonts bibliogràfiques i elsrecursos que hi ha a la xarxa.

CONTRIBUCIÓ A LES COMPETÈNCIES GENERALS DEL BATXILLERAT

• Diferenciar entre substància pura i mescla.• Distingir entre mescles homogènies i mescles heterogènies.• Conèixer els procediments físics que permeten separar

els components d’una mescla.• Tenir coneixement de les experiències que van permetre establir les

lleis que regeixen les combinacions de les substàncies expressadesen massa (lleis ponderals).

• Entendre la teoria atòmica de Dalton com una conseqüència de les lleis ponderals.

• Conèixer les lleis que regeixen les combinacions de les substànciesgasoses expressades en unitats de volum (lleis volumètriques).

• Interpretar els resultats de les lleis volumètriques mitjançant la hipòtesi d’Avogadro.

• Explicar la composició de la matèria sobre la base de la teoriaatomicomolecular.

• Manejar amb desimboltura el mol com a unitat de mesura de la quantitat de substància.

• Obtenir la fórmula d’un compost a partir de dades analítiques(composició centesimal).

• Entendre la importància i el significat de la formulació i la nomenclatura química.

• Conèixer i utilitzar les regles generals per a la formulació, com també les diverses formes de nomenclatura.

OBJECTIUS

945335p001a004.qxd 30/12/08 15:59 Página 4

5

La teoriaatomicomolecularde la matèria

1

Aquesta unitat se centra en el coneixement de la Química.Independentment de la manera com es presenti, els/les alumnesaprendran a aïllar les substàncies pures.

També és important que l’alumnat assumeixi el rigor que ha desustentar el treball científic. I per aconseguir-ho, només cal seguir els passos que van permetre establir la primera teoria científica sobre la constitució de la matèria.

PRESENTACIÓ

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 5

6

1 La teoria atomicomolecularde la matèria

• La matèria i les seves propietats.• Formes de presentar-se la matèria. Substàncies pures i mescles.

Elements i compostos. Mescles homogènies i mescles heterogènies.• Tècniques experimentals per separar els components d’una mescla.• Lleis ponderals de la matèria (llei de Lavoisier, llei de Proust,

llei de Dalton).• Interpretació de les lleis ponderals. Teoria atòmica de Dalton.• Lleis volumètriques de la matèria (llei de Gay-Lussac).• Interpretació de les lleis volumètriques. Hipòtesi d’Avogadro.• Teoria atomicomolecular.• El mol com a unitat de mesura.• Fórmula empírica i fórmula molecular. Obtenció a partir

de la composició centesimal de les substàncies.• Anomenar i formular elements i compostos químics.• Saber escollir el material de laboratori adequat per a un assaig.

CONTINGUTS

• Diferenciar entre substància pura i mescla.• Distingir entre mescles homogènies i mescles heterogènies.• Conèixer els procediments físics que permeten separar

els components d’una mescla.• Tenir coneixement de les experiències que van permetre establir les

lleis que regeixen les combinacions de les substàncies expressadesen massa (lleis ponderals).

• Entendre la teoria atòmica de Dalton com una conseqüència de les lleis ponderals.

• Conèixer les lleis que regeixen les combinacions de les substànciesgasoses expressades en unitats de volum (lleis volumètriques).

• Interpretar els resultats de les lleis volumètriques mitjançant la hipòtesi d’Avogadro.

• Explicar la composició de la matèria sobre la base de la teoriaatomicomolecular.

• Manejar amb desimboltura el mol com a unitat de mesura de la quantitat de substància.

• Obtenir la fórmula d’un compost a partir de dades analítiques(composició centesimal).

• Entendre la importància i el significat de la formulació i la nomenclatura química.

• Conèixer i utilitzar les regles generals per a la formulació, com també les diverses formes de nomenclatura.

OBJECTIUS

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 6

7


• Competència en indagació i experimentació. Implica la capacitat de portar a terme les investigacions necessàriesper tal de determinar les tècniques més adients per a la separacióde mescles.

• Competència en la comprensió. Implica l’ús de la formulació i la nomenclatura química peranomenar les substàncies simples i els compostos que formen part de la matèria.

• Competència en la capacitat d’actuar sobre el món físic.Implica apropiar-se dels conceptes, models i principis fonamentalsde la química. En aquesta unitat es treballen els conceptes demescla i els diferents mètodes per separar-ne els components. Això permet comprendre i valorar situacions relacionades amb aspectes tecnològics i ambientals de la química: generació de residus, síntesi de nous productes, etc.


• Competència comunicativa. Aprendre el llenguatge que permet anomenar i formular lessubstàncies químiques per tal de descriure i explicar les propietats i l’estructura de les substàncies i els fenòmens químics.

• Competència en recerca. Aquesta unitat aporta les bases de les principals tècniques de separació fonamentals en una indústria o laboratori químic.Contribueix en la capacitat de realització de treballs experimentals,com també en les capacitats pròpies de la recerca; ensenya comconstruir models explicatius dels fenòmens, fer prediccions a partirde models, argumentar la validesa d’explicacions a la llum de lesevidències experimentals i reconèixer les limitacions.

• Competència en gestió i tractament de la informació i competència digital. Implica la capacitat d’escriure correctament la formulació i lanomenclatura per tal d’accedir a les fonts bibliogràfiques i elsrecursos que hi ha a la xarxa.


945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 7

8

1 La teoria atomicomolecular de la matèria

• La recerca d’informació i la lectura comprensiva de textos impliquenconnexió amb les llengües.

• Els mètodes de separació de mescles són d’interès en els processosd’obtenció de determinants elements a partir de minerals, així,doncs, la connexió amb les ciències de la Terra és evident.

• La nomenclatura i la formulació química fan servir un llenguatgeespecífic que també s’utilitza en altres matèries, com la biologia i les ciències de la Terra.

CONNEXIONS AMB ALTRES MATÈRIES DE BATXILLERAT

1. Reconèixer si una mostra material és una substància pura (element o compost) o una mescla (homogènia o heterogènia).

2. Conèixer les tècniques de separació de mescles més habituals del laboratori.

3. Establir el procediment experimental adequat per separar els components d’una mescla.

4. Definir i interpretar les lleis ponderals.

5. Conèixer la teoria atòmica de Dalton i interpretar, sobre aquesta base, la composicióde la matèria.

6. Definir i interpretar les lleis volumètriques.

7. Conèixer la teoria atomicomolecular i interpretar la fórmula de molècules senzilles.

8.Determinar la quantitat d’una substància en mols i relacionar-la amb el nombre de partícules dels elements que n’integren la fórmula.

9. Obtenir la composició centesimal d’un compost.

10.Trobar la fórmula empírica i la fórmula molecular d’un compost a partir de dadesanalítiques.

11.Utilitzar les normes de la IUPAC per anomenar i formular substàncies inorgàniquescomunes.

CRITERIS D’AVALUACIÓ

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 8

945335 _ 0005-0048.qxd 14/1/09 11:52 Página 9

10

1 La teoria atomicomolecular

En general, el volum dels cossos augmenta quan s’incrementa la temperatura. Explica si la densitat dels cossos sol augmentar o bé disminuir quan la temperatura s’incrementa.

La densitat d’un cos representa la seva massa per unitat de volum. Quanla temperatura augmenta, sol augmentar també el volum dels cossos,però la seva massa es manté invariable. En conseqüència, en augmentarla temperatura dels cossos, en general, en disminueix la densitat.

Expressa en unitats del SI la densitat de les substàncies que es recullena la taula següent:

2.

1.

Es tracta d’expressar la densitat en kg/m3:

•

•

•

•

•

L’aigua presenta un comportament anòmal respecte a la majoria delslíquids. La seva dilatació fa que, entre 0 i 4 °C, el seu volum disminueixiquan la temperatura augmenta. Explica, a partir d’aquest fet, per quèl’aigua es troba en estat líquid per sota de la capa de glaç de l’Antàrtida.

Entre 0 i 4 ºC l’aigua té una densitat més gran que el gel. Per això el gel sura a l’aigua i crea una capa aïllant que permet que l’aigua es mantingui líquida en una capa inferior.

3.

dalumini 3

3 3

3 32,7

kg

dm

10 dm

1m2.700

kg

m= ⋅ =

dplom 3

6 3

311,35

g

cm

10 cm

1m

kg

1 g= ⋅ = ⋅

−1011 35 10

33,

kkg

m3

doli

6

3 30,88

g

mL

10 mL

1m

kg

1 g880

kg

m= ⋅ ⋅ =

−10 3

daire

3

3

3

31,3

g

L

10 L

1m

10 kg

1 g

kg

m= ⋅ ⋅ =

−

1 3,

daigua

3

3 3

kg

L

10 L

1m

kg

m= ⋅ =1 103

Substància Densitat (a 25 °C i 1 atm)

Aigua 1 kg/L

Aire 1,3 g/L

Oli 0,88 g/mL

Plom 11,35 g/cm3

Alumini 2.700 kg/dm3

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 10

11

SOLUCIONARI

de la matèria

Tenim una bola de plom i una altra d’alumini de 3 cm de diàmetre.Quina és la seva massa? Explica, a partir d’aquest resultat, per què la gent prefereix les bicicletes d’alumini que les d’altres materials.

Dada: volum de l’esfera → .

Com que coneixem el volum de l’esfera de 3 cm de radi, podem determinar-ne la massa tant si és plom com si és alumini. Per fer-ho necessitem la dada de la densitat que hi ha al problema 2.

→ m = d ⋅ V ;

V

Per tant:

•

•

L’alumini és un dels metalls més lleugers. Té una massa molt més petita que una bola de plom del mateix volum.

Col·loquem dos gots de vidre, exactament iguals, als platets d’unabalança. A un hi aboquem 100 ml d’oli. Quin ha de ser el diàmetre de la bola de plom que introduirem dins l’altre vas perquè la balançaestigui equilibrada?

Perquè la balança estigui equilibrada els dos gots han de tenir la mateixa massa. Com que coneixem la dada de la densitat, podemcalcular la massa de 100 mL d’oli i després determinar el volum (que ens permetrà conèixer el diàmetre) d’un bola de plom que tinguila mateixa massa.

;

→ → →

→

V r rV

= = =⋅

=

⋅

4

3

3

4

3

43 3 3π

π π7,75 cm

1,23 cm

2 1,2

3

33 cm de diàmetre= 2 46,

→ →Vm

dplom

plom3

388 g

11,35g

cm

7,75 cm= = =

DensitatMassa

Volum0,88

g

mL100 mL 88 goli= = ⋅ =; m

5.

malumini 3

3

332,7

kg

dm

dm

1cm113,1cm 0,31k= ⋅ =

−10 3

gg

mplom 3311,35

g

cm113,1cm 1.283,7 g 1,28 kg= ⋅ = =

= = =4

3

4

333 3π πr cm 113,1cm3 3

DensitatMassa

Volum=

V r=43

3π

4.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 11

12


Classifica els materials següents segons siguin un sistema heterogeni o un sistema homogeni:

a) Plàstic d) Granit

b) Vidre e) Formigó

c) Acer

Els materials homogenis són el plàstic, el vidre i l’acer.Els materials heterogenis són el granit i el formigó.

Com definiries un sistema homogeni? Digues quines d’aquestessubstàncies són mescles homogènies:

a) Aigua amb sal c) Sopa de verdures

b) Cafè d) Fang

Un sistema homogeni és aquell en què no en podem distingir elscomponents mitjançant procediments òptics convencionals, té unamateixa distribució de les seves partícules i qualsevol dels seus puntsté la mateixa composició i les maitexes propietats.Són mescles homogènies l’aigua amb sal i el cafè.La sopa de verdures i el fang són sistemes heterogenis.

Com definiries un sistema heterogeni? Digues quines d’aquestessubstàncies són mescles heterogènies:

a) Sal i sucre d) Gasolina

b) Sal i sofre e) Galeta de xocolata

c) Llet

Un sistema heterogeni és aquell en què sí que podem distingir-ne els components mitjançant procediments òptics convencionals. La distribució de les partícules no és igual en totes les parts i, per tant, la composició i les propietats varien d’un punt a un altre. Són mescles heterogènies: la mescla de sal i sucre, la mescla de sal i sofre, la galeta de xocolata.La llet i la gasolina són mescles homogènies.

Digues quines de les substàncies següents són una mescla o unasubstància pura:

a) Aigua destil·lada d) Aigua de mar

b) Aire e) Llet

c) Llautó f ) Diòxid de carboni

9.

8.

7.

6.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 12

13

SOLUCIONARI

a) Aigua destil·lada substància purab) Aire mesclac) Llautó mesclad) Aigua de mar mesclae) Llet mesclaf ) Diòxid de carboni substància pura

Classifica cada substància com a element, compost o mescla.

a) Cafè d) Pintura

b) Or e) Pasta de dents

c) Aigua oxigenada

a) Cafè mescla d) Pintura mesclab) Or element e) Pasta de dents mesclac) Aigua oxigenada compost

Posa un exemple de compost i explica com s’ha format a partir dels seuselements.

L’amoníac NH3 és un compost i està format a partir dels seuselements nitrogen N2 i hidrogen H2 .La síntesi d’amoníac a partir dels seus elements es realitza a baixestemperatures i altes pressions amb la presència de catalitzadors.

Compara aquests conceptes:12.

11.

10.

de la matèria

Diferències Semblances

Element i compost

Mescla i dissolució

Diferències

Element - Està format per un sol tipus d’àtom.- No es pot descompondre amb components més simples.

Compost- Està format per àtoms de tipus diferents- Es pot descompondre en substàncies simples mitjançant

procediments químics.

Semblances

Element - Són substàncies pures.- La seva composició és invariable amb les condicions físiques.- Tenen propietats constants i característiques.- Es representen amb una fórmula química.- No es poden separar en substàncies més simples per mitjà

de procediments físics.Compost

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 13

14


En les seves experiències, Lavoisier va explicar l’augment de pes queexperimentaven els metalls quan s’escalfaven dient que es combinavenamb algun dels components de l’aire. Dissenya un experiment que etpermeti donar una explicació científica al fet que quan es crema un trosde fusta se n’obtenen cendres que pesen molt menys que la fusta original.

Si fem la combustió en un recipient tancat, les fustes cremaran enreaccionar amb algun component de l’aire que hi estigui en contacte.A més de les cendres, s’hi produiran gasos que es mantindran en el recipient, ja que està tancat. Si pesem el recipient abans i desprésde la combustió, podrem comprovar que la massa no varia, cosa queindica que es compleix la llei de Lavoisier.

Fem un intent de reproduir l’experiència de Lavoisier. Introduïm, primer,6,3 g de coure dins un recipient i el tanquem hermèticament; després, el pesem i comprovem que conté 10 g d’aire. En escalfar-lo, comprovemque el metall s’ha transformat en 8 g d’òxid de coure. Quant pesarà l’aireque hi ha al tub?

La massa del sistema s’ha de conservar:

Massa del coure + massa de l’aire de la reacció = massa de l’òxid + massa de l’aire després de la reacció

6,3 g + 10 g = 8 g + massa aire després → massa aire després = 8,3 g

Una mostra de sal de cuina analitzada es composa de 4,6 g de sodi i 7,1 g de clor.

a) Quina és, llavors, la massa de la mostra?

b) Quina quantitat de clor i quina de sodi hi haurà en una mostra de 23 g de sal?

15.

14.

13.

Diferències

Mescla heterogènia

- Podem distingir els seus components per procediments òptics.- La composició i les propietats varien d’un punt a un altre.

Mescla homogènia o dissolució

- No podem distingir els seus components per procediments òptics.- La composició i les propietats no varien d’un punt a un altre.

Semblances

Mescla heterogènia - Són combinacions de diverses substàncies pures.

- Per procediments físics es poden separar els seus components.- Les seves propietats són variables amb la seva composició.

Mescla homogènia o dissolució

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 14

15

SOLUCIONARI

a) Massa mostra = massa sodi + massa clor = 4,6 g + 7,1 g = 11,7 g

b) En qualsevol mostra de sal, el clor i el sodi mantenen la proporcióque s’indica a l’enunciat:

Comprova que la suma coincideix amb la massa de la mostra de sal.

En un laboratori han estat analitzades tres mostres de clor i de coure, i els resultat han estat els següents:

Determina si les mostres A, B i C pertanyen al mateix compost.

Si pertany al mateix compost, la proporció en què es combinaran el coure i el clor serà la mateixa:

Les mostres A i B pertanyen al mateix compost.

A la taula inferior es recullen els resultats d’una sèrie d’experiències enles quals es fa reaccionar brom i calci per formar bromur de calci. Copiala taula i efectua els càlculs que calgui per tal de completar el contingutde les caselles buides.

17.

16.

23 g de sal7,1 g de clor

11,7 g de sal14 g de clor⋅ =

23 g de sal4,6 g de sodi

11,7 g de sal9 g de sodi⋅ =

de la matèria

Mostra Massa de coure (g) Massa de clor (g)

A 6,3 3,5

B 1,3 0,7

C 3,2 2,7

Mostra Massa de coure (g) Massa de clor (g) Massa de coure/massa de clor

A 6,3 3,5 1,80

B 1,3 0,7 1,86

C 3,2 2,7 1,18

Experiència Calci (g) Brom (g)Bromur

de calci (g)Calci quesobra (g)

Brom quesobra (g)

A 0,4 1,6 2 0 0

B 1,5 0,8

C 1,2 6 1,5

D 5 1,3 0

E 4,2 0 0

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 15

16


• L’experiència A ens permet conèixer en quina proporció es

combinen els dos elements, ja que no en sobra cap.

• A l’experiència B determinem el reactiu limitant. Per les

dades de l’experiència A segurament és el brom. Calculem

la quantitat de bromur de calci que s’obté i la de calci que sobra:

• A l’experiència C, la quantitat de bromur de calci ens permet

conèixer la quantitat que reacciona de cada element:

• Per diferència obtenim la quantitat de calci que reacciona:

6 g de bromur de calci − 4,8 g de brom =

= 1,2 g de calci que reaccionen

• A l’experiència D, la quantitat de brom que reacciona ens permet

conèixer la quantitat de bromur de calci que s’obté:


6,25 g de bromur de calci − 5 g de brom =


• A l’experiència E, la quantitat de bromur de calci ens permet

conèixer la quantitat que reacciona de cada element. Com que

no en sobra cap, aquesta serà la quantitat inicial de cada element:


4,2 g de bromur de calci − 3,36 g de brom =


4,2 g de bromur de calci1,6 g de brom

2 g de bromur de c⋅

aalci3,36 g de brom=

5 g de brom2 g de bromur de calci

1,6 g de brom6,25 g d⋅ = ee bromur de calci

6 g de bromur de calci1,6 g de brom

2 g de bromur de cal⋅

cci4,8 g de brom=

0,8 g de brom2 g de bromur de calci

1,6 g de brom1 g de⋅ = bbromur de calci

0,8 g de brom0,4 g de calci

1,6 g de brom0,2 g de calc⋅ = ii

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 16

17

SOLUCIONARI

El C es combina amb el O per formar dos compostos diferents, A i B. Al compost A, 3 g de C es combinen amb 4 g de O, i al compost B, 3 g de C amb 8 g de O. Raona les següents frases:

a) 3 g de C no es poden combinar exactament amb 3 g de O.

b) 9 g de C es combinen exactament amb 12 g de O per formar el compost B.

c) 18 g de C es combinen exactament amb 12 g de O per formar el compost A.

d) 24 g de O es combinen exactament amb 9 g de C per formar el compost B.

e) Si la fórmula de B és CO2, quina és la fórmula de A? Argumenta la resposta.

a) No, perquè no manté la proporció del compost A ni del B.

b) No, perquè és la proporció corresponent al compost A:

c) No, perquè no és la proporció del compost A:

18 g de C

12 g de O1,5=

9 g de C

12 g de O0,75=

18.

de la matèria

Experiència Calci (g) Brom (g)Bromur

de calci (g)Calci quesobra (g)

Brom quesobra (g)

A 0,4 1,6 2 0 0

B 1,5 0,8 11,5 – 0,2 =

= 1,30

C 1,24,8 + 1,5 =

= 6,36 0 1,5

D1,25 + 1,3 =

= 2,555 6,25 1,3 0

E 0,84 3,36 4,2 0 0

Compost Massa C (g) Massa O (g) Massa C / massa O

A 3 4 0,75

B 3 8 0,375

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 17

18


d) Sí, perquè és la proporció del compost B:

e) CO. Perquè la mateixa quantitat de C es combina amb el doble de O tant a B com a A.

El monòxid de dinitrogen (N2O) és un gas que s’utilitza con a anestèsicdental. Es pot obtenir al laboratori per mitjà de la reacció entre el nitrogen i l’oxigen. Copia la taula a la teva llibreta i completa-la omplint-ne els buits. Tingues en compte que, en tots els casos, els gasosque reaccionen i els que s’obtenen estan en les mateixes condicions de pressió i de temperatura.

• L’experiència A ens indica la proporció en la qual participen tots els gasos del procés, ja que no sobra cap dels reactius. El volum de N2O (3 L) que s’obté és el mateix que el de N2 (3 L) quereacciona i el doble que el de O2 (1,5 L) que reacciona.

• A l’experiència B no sobra cap dels reactius. Amb les proporcionsque es deriven de l’experiència A calculem el volum dels altres dos participants:

• El volum de N2 és el mateix que el de N2O.

• A l’experiència C només poden reaccionar 3 L de N2. El resultat de l’experiència A ens permet calcular les altres quantitats.

• A l’experiència D la quantitat de N2O que s’obté indica la quantitatde N2 que reacciona; la diferència amb la quantitat que hi ha indicala quantitat de N2 que sobra. Com que no sobra gens de O2, laquantitat que hi ha inicialment és la que reacciona, un volum que és la meitat que el de N2O que s’obté.

5 L de O3L de N O

1,5 L de O10 L de N O2

2

2

2⋅ =

19.

9

24

g de C

g de O0,375=

ExperiènciaNitrogen

(L)Oxigen (L)

Monòxid de dinitrogen

(L)

Nitrogenque sobra

(L)

Oxigenque sobra

(L)

A 3 1,5 3 0 0

B 5 0 0

C 3 3

D 3 2 0

E 2,4 1 1

F 1,7 1,5 0

G 6 3

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 18

19

SOLUCIONARI

• A l’experiència E la quantitat de N2O que s’obté permet conèixer els volums de N2 i de O2 que reaccionen. Si sumen la quantitat de cadascun d’ells que sobra tindrem la quantitat inicial.

• A l’experiència F s’indica que no sobra O2. Per tant, la quantitat inicial és la mateixa que la que reacciona. Això ens permet calcularla quantitat de N2O que s’obté i la de N2 que reacciona. Com quesobren 1,5 L de N2, els sumarem a la quantitat que reacciona perconèixer la quantitat inicial de N2.

• A l’experiència G la quantitat de N2O que s’obté permet conèixer els volums de N2 i O2 que reaccionen. Suposem que no sobra gens de O2.Per tant, la quantitat inicial és la mateixa que la que reacciona. Això enspermet calcular la quantitat de N2O que s’obté i la de N2 que reacciona.Per diferència podrem conèixer la quantitat de N2 que sobra.

Estudia els resultats de les reaccions entre gasos que es comenten enaquesta unitat i analitza si és possible enunciar una «llei de la conservaciódel volum» anàloga a la «llei de la conservació de la matèria».

No es pot enunciar una llei de conservació del volum en les reaccions químiques. Només s’hi conserva la massa. Es pot citar com a exemple la reacció de formació de l’amoníac a partir del nitrogen i l’hidrogen.

Tenim una mostra de 4 g de sofre. Quants mols de sofre hi ha? Quantsàtoms? Dada: massa atòmica del sofre = 32 u.

Quants grams de radi hi ha en mil bilions d’àtoms d’aquest element? I si els àtoms fossin de silici? Dades: massa atòmica del radi = 226 u;massa atòmica del silici = 28,1 u.

Dins un recipient tenim 5.1018 àtoms d’un element que pesa 0,543 mg.Quina és la massa atòmica d’aquest element? De quin element es tracta?

Es tracta del zinc.

0 543 10

5 10

6 022 103

18

23, ,⋅

⋅⋅

⋅=

− g

àtoms

àtoms

1mol665,4

g

mol

23.

10 106 022 10

3 12

23⋅ ⋅

⋅àtoms de Si

28,1 g de Si

àtoms d, ee Sig de Si= ⋅ −4 67 10 8,

10 106 022 10

3 12

23⋅ ⋅

⋅àtoms de Ra

226 g de Ra

àtoms de, RRag de Ra= ⋅ −3 75 10 7,

22.

→ 0,125 mol de Sàtoms de S

1 mol de S⋅

⋅=

6 022 107 53

23,, ⋅⋅ 1022 àtoms de S

M S 32g

mol4 g de S

1mol de S

32 g de S0,125 mol de S( ) = ⋅ =→ →→

21.

20.

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 19

20


Determina la composició centesimal del butà (C4H10).

Determina la composició centesimal del nitrat de calci Ca(NO3)2.

Alguns compostos iònics cristal·litzen amb un nombre determinat de molècules d’aigua. Aquests compostos reben el nom d’hidrats, i la seva fórmula ens indica la proporció d’aigua que contenen. Per exemple, el sulfat de coure pentahidrat té la fórmula CuSO4 · 5 H2O.Calcula el percentatge d’aigua d’aquesta substància.

El clorur amònic (NH4Cl) i el nitrat d’amoni (NH4NO3) es fan servir com a adobs. Calcula el percentatge de nitrogen de cada compost. Quin és mésric en nitrogen?

El nitrat d’amoni és més ric en nitrogen.

→ 14100

⋅⋅ =

2 g de N

80 g35% de N

M NH NO 80g

mol4 3( ) = + ⋅ + + ⋅ =14 4 1 14 3 16 →

→ 14 g de N

53,5 g26,2% de N⋅ =100

M NH Cl 53,5g

mol4( ) = + ⋅ + =14 4 1 35 5, →

27.

→ 5100

⋅⋅ =

18 g de H O

249,5 g36,1% de H O2

2

M CuSO 5 H O 249,54 2⋅( ) = + + ⋅ + ⋅ ⋅ + =63 5 32 4 16 5 2 1 16, ( )gg

mol→

26.

M Ca(NO ) 164,1g

mol40,1 g

3 2( ) = + ⋅ + ⋅ =40 1 2 14 6 16, →

→ dde Ca

164,1 g24,4% de Ca ;

14 g de N

164,1 g

⋅ =

⋅⋅

100

21000

6100

=

⋅⋅ =

17,1% de N ;

16 g de O

164,1 g58,5% de O

25.

M C H 58g

mol12 g de C

58 g de C

4 10( ) = ⋅ + ⋅ =

⋅⋅

4 12 10 1

4

→

→ 1100 82 8

10100 17 2

=

⋅⋅ =

, %

, %

de C

1 g de H

58 gde H

→

→

24.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 20

21

SOLUCIONARI

A la natura hi ha minerals d’òxid de ferro (Fe2O3), com l’hematites, i de sulfur de ferro (FeS), com la pirrotina. Suposant que els dosminerals fossin igual d’abundants, determina quin és el més adequat per obtenir el metall ferro.

L’hematites conté més ferro.

Escriu el nom dels següents elements:

a) Na d) C

b) K e) He

c) Be f) Ba

a) sodi d) carboni

b) potassi e) heli

c) beril·li f ) bari

Escriu el símbol dels següents elements:

a) Sofre d) Calci

b) Cobalt e) Alumini

c) Liti f) Crom

a) S d) Ca

b) Co e) Al

c) Li f ) Cr

Indica la fórmula empírica dels següents elements:

a) Al2 O6 c) N2O4

b) C4H10 d) C10 O6

a) Al O3 c) NO2

b) C2H5 d) C5 O3

31.

30.

29.

→ 55,8 g de Fe

87,8 g63,5% de Fe⋅ =100

M FeS 87,8g

mol( ) = + =55 8 32, →

→ 2100

⋅⋅ =

55,8 g de Fe

159,6 g69,9% de Fe

M Fe O 159,6g

mol2 3( ) = ⋅ + ⋅ =2 55 8 3 16, →

28.

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 21

22


Un element A forma ions negatius A–. A quin possible grup de la taulaperiòdica pertany?

Si l’element A forma ions negatius vol dir que té tendència a captarelectrons i serà electronegatiu, es trobarà a la dreta de la taulaperiòdica al grup 17, anomenat Halògens.

Anomena els compostos següents mitjançant la nomenclaturasistemàtica: NO2, Cl2O5, CO, H2S, SF6, ClF3, N2O4, BrCl5, SO3, Cl2O3.

NO2, diòxid de nitrogen

Cl2O5, pentaòxid de diclor

CO, monòxid de carboni

H2S, sulfur d’hidrogen

SF6, hexafluorur de sofre

ClF3, trifluorur de clor

N2O4, tetraòxid de dinitrogen

BrCl5, pentaclorur de brom

SO3, triòxid de sofre

Cl2O3, triòxid de diclor

Formula els compostos següents: triclorur de fòsfor, pentafluorur de clor,triòxid de sofre, diclorur de sofre, heptaòxid de diclor, tribromur de iode,tetraclorur de carboni, pentaòxid de difòsfor.

triclorur de fòsfor, PCl3pentafluorur de clor, ClF5

triòxid de sofre, SO3

diclorur de sofre, SCl2heptaòxid de diclor, Cl2O7

tribromur de iode, IBr3

tetraclorur de carboni, CCl4pentaòxid de difòsfor, P2O5

Anomena els compostos següents mitjançant la nomenclaturasistemàtica i la de Stock: Cr2O3, CuO, Al2O3, Na, Br, CaCl2, FeS, Fe2S3,AgBr, MnCl2, CrBr3, Na2 i CaI2.

Nomenclatura sistemàtica

Cr2O3, triòxid de dicrom

Cu O, monòxid de coure

Al2O3, triòxid de dialumini

35.

34.

33.

32.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 22

23

SOLUCIONARI

Na Br, bromur de sodi

CaCl2, diclorur de calci

FeS, sulfur de ferro

Fe2S3, trisulfur de diferro

AgBr, bromur de plata

MnCl2, diclorur de manganès

Cr Br3, tribromur de crom

Na2S, sulfur de disodi

Ca I2, diiodur de calci

Nomenclatura de StockCr2O3, òxid de crom (III)Cu O, òxid de coure (II)Al2O3, òxid d’aluminiNa Br, bromur de sodiCaCl2, clorur de calciFeS, sulfur de ferro (II)Fe2S3, sulfur de ferro (III)AgBr, bromur de plataMnCl2, clorur de manganès (II)Cr Br3, bromur de crom (III)Na2S, sulfur de sodiCa I2, iodur de calci

Formula els compostos següents: bromur de liti, bromur de calci, sulfurde coure (II), bromur de ferro (II), iodur de potassi, clorur de sodi, clorurde rubidi, bromur de zinc, bromur de coure (II), iodur de sodi, iodur decoure (I) i sulfur de plom (IV).

bromur de liti, LiBrbromur de calci, CaBr2

sulfur de coure (II), CuSbromur de ferro (II), FeBr2

iodur de potassi, KIclorur de sodi, NaClclorur de rubidi, RbClbromur de zinc, ZnBr2

bromur de coure (I), CuBriodur de sodi, NaIiodur de coure (II), CuI2sulfur de plom (IV), PbS2

36.

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 23

24


Formula els següents compostos:

a) peròxid de plata

b) peròxid de sodi

c) peròxid de coure

d) peròxid de bari

a) Ag2O2

b) Na2O2

c) CuO2

d) BaO2


a) hidròxid de calci

b) hidròxid de ferro (III)

c) hidròxid d’amoni

d) cianur de potassi

e) cianur de sodi

f) hidròxid de plata

a) Ca(OH)2

b) Fe(OH)3

c) NH4OH

d) KCN

e) NaCN

f ) AgOH

Anomena els següents compostos:

a) Mn(OH)2

b) AgOH

c) Ba(CN)2

d) Ni(OH)3

a) hidròxid de manganès (II)

b) hidròxid de plata

c) cianur de bari

d) hidròxid de niquel (III)

Corregeix les fórmules incorrectes i anomena-les:

BeOH, KOH, Au(OH)2, BaOH, SrOH, CdOH, CuOH, AlOH

40.

39.

38.

37.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 24

25

SOLUCIONARI

BeOH (incorrecte) → Be(OH)2, hidròxid de beril·li

KOH (correcte) → hidròxid de potassi

Au(OH)2 (incorrecte) → Au(OH)3, hidròxid d’or (III)

→ AuOH, hidròxid d’or (I)

BaOH (incorrecte) → Ba(OH)2, hidròxid de bari

SrOH (incorrecte) → Sr(OH)2, hidròxid d’estronci

CdOH (incorrecte) → Cd(OH)2, hidròxid de cadmi

CuOH (correcte) → hidròxid de coure (I)

AlOH (incorrecte) → Al(OH)3, hidròxid d’alumini

Escriu el nom dels següents oxoàcids:

HIO3, H2SeO5, H2SO4, HClO4, H2S2O3, H3PO3, H4SiO4, H2MnO4, H2S2O8, H2CO3.

HIO3, àcid iòdic

H2SeO5, àcid peroxomonoselènic

H2SO4, àcid sulfúric

HClO4, àcid perclòric

H2S2O3, àcid tiosulfúric

H3PO3, àcid fosforós

H4SiO4, àcid silícic

H2MnO4, àcid mangànic

H2S2O8, àcid peroxodisulfúric

H2CO3, àcid carbònic

Formula els següents oxoàcids: àcid carbònic, àcid peroxofosfòric, àcidhipobromós, àcid silícic, àcid fosforós, àcid perclòric, àcid disulfurós,àcid dicròmic, àcid peroxodisulfúric i àcid tiosulfúric

àcid carbònic, H2CO3

àcid peroxofosfòric, H3PO5

àcid hipobromós, HBrO

àcid silícic, H4SiO4

àcid fosforós, H3PO3

àcid perclòric, HClO4

àcid disulfurós, H2S2O5

àcid dicròmic, H2Cr2O7

àcid peroxodisulfúric, H2S2O8

àcid tiosulfúric, H2S2O3

42.

41.

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 25

26


Anomena les sals següents:

Cr2(SO4)3, MgCO3, AgNO3, Ni3(PO4)2, NaIO4, Zn(NO3)2, Li2SO4, CuSO4,FeCO3, Ba(NO3)2.

Cr2(SO4)3, sulfat de crom (III)

MgCO3, carbonat de magnesi

AgNO3, nitrat de plata

Ni3(PO4)2, fosfat de níquel (II)

NaIO4, periodat de sodi

Zn(NO3)2, nitrat de zinc

Li2SO4, sulfat de liti

CuSO4, sulfat de coure (II)

FeCO3, carbonat de ferro (II)

Ba(NO3)2, nitrat de bari

Formula les sals següents: carbonat de sodi, iodat de mercuri (I), fosfatde calci, nitrit de cesi, hipobromit de magnesi, clorat de ferro (III),cromat de plata, sulfat de plom (IV) i sulfat de cadmi.

carbonat de sodi, Na2CO3

iodat de mercuri (I), HgIO3

fosfat de calci, Ca3(PO4)2

nitrit de cesi, CsNO2

hipobromit de magnesi, Mg(BrO)2

clorat de ferro (III), Fe(ClO3)3

cromat de plata, Ag2CrO4

sulfat de plom (IV), Pb(SO4)2

sulfat de cadmi, CdSO4

Formula i anomena respectivament les sals àcides següents:

hidrogensulfit de potassi, hidrogenfosfat de bari, hidrogencarbonat de liti.

Ca(HSO4)2, Fe(HSO4)3, KH2PO4, CsHCO3, NaHSO4

hidrogensulfit de potassi, KHSO3

hidrogenfosfat de bari, BaHPO4

hidrogencarbonat de liti, LiHCO3

Ca(HSO4)2, hidrogen sulfat de calci

Fe(HSO4)3, hidrogen sulfat de ferro (III)

KH2PO4, dihidrogen fosfat de potassi

CsHCO3, hidrogen carbonat de cesi

NaHSO4, hidrogen sulfat de sodi

45.

44.

43.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 26

27

SOLUCIONARI

de la matèria

Formula i anomena respectivament les sals hidratades següents:

sulfat de coure (II) pentahidrat, nitrat de níquel (III) hexahidrat, nitrat de mercuri (II) monohidrat, sulfat de níquel (III) hexahidrat,CdSO4 · 7H2O, Co(NO3)2 · 6H2O, ZnSO4 · 6H2O, BaCl2 · 3H2O.

sulfat de coure (II) pentahidrat, CuSO4 · 5H2O

nitrat de níquel (III) hexahidrat, Ni(NO3)3 · 6H2O

nitrat de mercuri (II) monohidrat, Hg(NO3)2 · H2O

sulfat de níquel (III) hexahidrat, Ni2(SO4)3 · 6H2O

CdSO4 · 7H2O, sulfat de cadmi heptahidrat

Co(NO3)2 · 6H2O, nitrat de cobalt (II) hexahidrat

ZnSO4 · 6H2O, sulfat de zinc hexahidrat

BaCl2 · 3H2O, clorur de bari trihidrat

Formula i anomena respectivament les sals dobles següents:

hidrogenfosfat (doble) d’amoni i liti, silicat (doble) de cadmi i níquel(II), sulfat (doble) de coure(I) i potassi, CaNaPO4, KMgF3, CaBrCl.

hidrogenfosfat (doble) d’amoni i liti, LiNH4 HPO4

silicat (doble) de cadmi i níquel (II), CdNiSiO4

sulfat (doble) de coure (I) i potassi, CuKSO4

CaNaPO4, fosfat (doble) de calci i sodi

KMgF3, fluorur (doble) de beril·li i potassi

CaBrCl, bromur clorur de calci

Dels fets que s’esmenten tot seguit, quins els estudia la física i quins la química?

a) La força que es necessita per trencar un tros de marbre en fragmentspetits.

b) L’estructura cristal·lina del marbre.

c) Fins a quina temperatura es pot escalfar el marbre sense fondre’s?

d) La capacitat del marbre per conduir l’electricitat.

e) El comportament del marbre davant l’atac d’un àcid.

f ) Fins a quina temperatura es pot escalfar el marbre abans no esdescompongui?

g) Com es forma el marbre a la natura?

Seran estudiats per la química tots els fets que impliquin un coneixement de l’estructura de la matèria o canvis que afecten la naturalesa de les substàncies: b, e, f i g.Seran estudiats per la física els canvis que no afecten la naturalesa de les substàncies: a, c i d.

48.

47.

46.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 27

28


Copia aquesta taula a la teva llibreta i omple-la.

En un pot que contenia encenalls de ferro, algú hi ha posat una barrejade sorra i sal. Indica quin procediment faries servir per separar-los i teniren un pot els encenalls, en l’altre la sorra i en un altre la sal.

Si passem un imant per la mescla, podem separar-ne els encenalls de ferro.

Si afegim aigua a la resta, dissoldrem la sal. Filtrant-la per gravetatpodem separar-ne la sorra.

Si n’evaporem l’aigua, podem recuperar la sal.

Relaciona aquestes frases amb la llei o hipòtesi a la qual corresponen:

1. La matèria no es crea ni es destrueix.2. Els elements A i B es combinen, a vegades, en una proporció

i d’altres, en una de diferent.3. En una reacció química es transforma la matèria.4. Si 2,53 g de A es combinen amb 1,32 g de B per formar un compost,

2,13 g de A no es poden combinar amb 0,66 g de B.5. La massa dels productes d’una reacció coincideix amb la massa dels

seus reactius.6. A i B es combinen sempre en la mateixa proporció.7. En les mateixes condicions de pressió i de temperatura, un recipient

que tingui el doble de volum que l’altre també tindrà el doble de molècules que l’altre.

51.

50.

49.

Substànciapura

Element CompostMescla

homogèniaMescla

heterogènia

Aire

Aigua del mar

Llet

Acer

Infusió

Butà

Fusta

Substànciapura

Element CompostMescla

homogèniaMescla

heterogènia

Aire XAigua del mar XLlet XAcer XInfusió XButà XFusta X

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 28

29

SOLUCIONARI

8. La matèria es conserva.

9. Un litre d’un gas A no es combina mai amb 1,3792 L d’un altre gas que es trobi en les seves mateixes condicions de pressió i de temperatura.

10. Si A i B donen lloc a dos compostos diferents, pot ser que en un cas escombinin 1,57 g de A amb 2 g de B i, en l’altre, 3,14 g de A amb 2 g de B.

a) Llei de proporcions múltiples.

b) Hipòtesi d’Avogadro.

c) Llei de les proporcions definides.

d) Llei de la conservació de la massa.

e) Llei dels volums de combinació.

a) Llei de proporcions múltiples, 2, 10.

b) Hipòtesi d’Avogadro, 7.

c) Llei de les proporcions definides, 4, 6.

d) Llei de la conservació de la massa, 1, 3, 5, 8.

e) Llei dels volums de combinació, 9.

Repassa els postulats de la teoria atomicomolecular. Marca amb vermellels que es deriven de les lleis ponderals i amb blau els que sónconseqüència de les lleis volumètriques.

1. Tota la matèria està formada per àtoms molt petits que són partículesindivisibles i indestructibles. (Avui sabem que els àtoms no són realmentindivisibles ni indestructibles.)

2. Tots els àtoms d’un element són exactament iguals en massa i en la restade propietats, i diferents dels àtoms de qualsevol altre element.

3. Totes les substàncies, simples i compostes, estan formades per molèculesque resulten de la unió d’àtoms del mateix element o d’elements diferents.

4. Totes les molècules d’una mateixa substàncies són iguals entre si i diferents a les de qualsevol altra substància.

5. Les molècules de les substàncies simples estan formades per àtoms delmateix element. Si la molècula està formada per un sol àtom, s’identificaamb l’àtom (per exemple, el He); si està formada per més d’un àtom,s’indica amb el símbol de l’element i un nombre que indica quants àtomsestan enllaçats en un molècula (per exemple, H2, P4, etc.).

6. Les molècules de les substàncies compostes estan formades per àtoms de dos o més elements diferents que es combinen en relacionsnumèriques senzilles (per exemple HCl, 2:1, H2O, 1:3, NH3, 2:3, N2O3, etc.).

7. En una reacció química els àtoms es recombinen i així unes substàncieses transformen en altres de diferents.

52.

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 29

30


Lleis ponderals:

1. Tota la matèria està formada per àtoms molt petits que sónpartícules indivisibles i indestructibles. (Avui sabem que els àtomsno són realment indivisibles ni indestructibles.)

2. Tots els àtoms d’un element són exactament iguals en massa i en la resta de propietats, i diferents dels àtoms de qualsevol altreelement.

3. Totes les substàncies, simples i compostes, estan formades permolècules que resulten de la unió d’àtoms del mateix element o d’elements diferents.

7. En una reacció química els àtoms es recombinen i així unessubstàncies es transformen en altres de diferents.

Lleis volumètriques:

4. Totes les molècules d’una mateixa substàncies són iguals entre si i diferents a les de qualsevol altra substància.

5. Les molècules de les substàncies simples estan formades per àtomsdel mateix element. Si la molècula està formada per un sol àtom,s’identifica amb l’àtom (per exemple, el He); si està formada permés d’un àtom, s’indica amb el símbol de l’element i un nombreque indica quants àtoms estan enllaçats en un molècula (perexemple, H2, P4, etc.).

6. Les molècules de les substàncies compostes estan formades per àtoms de dos o més elements diferents que es combinen enrelacions numèriques senzilles (per exemple HCl, 2:1, H2O, 1:3,NH3, 2:3, N2O3, etc.).

Corregeix i completa la definició següent: «La massa atòmica relativad’un àtom indica quants cops és més gran que l’àtom de carboni-12».

La massa atòmica relativa d’un àtom indica quants cops és més granque la dotzena part de la massa de l’àtom de carboni-12.

Raona si és o no és cert que la massa d’1 mol de gas hidrogen és 1 g.

El gas hidrogen forma molècules diatòmiques H2. Per tant, la massa d’1 mol de gas hidrogen és 2 g. 1 g és la massa d’1 mol d’àtoms de H.

Corregeix i completa aquesta afirmació: «En la fórmula d’un compost s’hiindiquen els símbols dels elements que el formen i en quina proporció escombinen».

A la fórmula empírica d’un compost s’indiquen els símbols dels ele-ments que el formen i en quina proporció s’hi combinen.

55.

54.

53.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 30

31

SOLUCIONARI

A la fórmula molecular d’un compost s’indiquen els símbols delselements que el formen i el nombre d’àtoms de cadascun d’ells queintervenen en una molècula del compost.

Tot seguit es mostra la fórmula d’algunes substàncies moleculars. Escriu,en cada cas, les seves fórmules empírica i molecular.

a) Tetròxid de dinitrogen: N2O4 d) Propà: C3H8

b) Alcohol etílic: C2H6O e) Diòxid de carboni: CO2

c) Glucosa: C6H12O6

Creus que un compost pot tenir aquestes composicions centesimals?Justifica les respostes.

• Ca: 25,32% • N: 18,03% • O: 61,05%

25,32 + 18,03 + 61,05 = 104,4

La suma de tots els percentatges ha de donar 100. Aquesta diferènciad’un 4% podria estar causada per un error experimental.

El magnesi és un metall que s’utilitza en la fabricació de focs artificialsperquè produeix llampades fortes de llum quan crema. Durant el procéses forma òxid de magnesi, un compost en què es combinen 2,21 g demagnesi per cada 1,45 g d’oxigen. Si un coet incorpora 7 g de cinta de magnesi, quina quantitat d’òxid de magnesi es produirà quan el coet cremi?

Quan formen òxid de magnesi, el magnesi i l’oxigen es combinensempre en la mateixa proporció:

A la taula següent s’hi recullen els resultats d’una sèrie d’experiències enles quals es fa reaccionar plata i sofre per formar sulfur de plata. Copia-laa la teva llibreta i omple el contingut de les caselles buides.

59.

7 g de magnesi1,45 g d’oxigen

2,21 g de magnesi4,5⋅ = 99 g d’oxigen

7 g de magnesi 4,59 g d’oxigen 1+ = 11,59 g d’òxid de magnesi

58.

57.

56.

de la matèria

CompostTetròxid dedinitrogen

Alcohol etílic Glucosa PropàDiòxid

de carboni

Fórmulamolecular

N2O4 C2H6O C6H12O6 C3H8 CO2

Fórmulaempírica

NO2 C2H6O CH2O C3H8 CO2

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 31

32


• L’experiència A indica en quina proporció es combinen exactamentla plata i el sofre. Com que no sobra res, podem determinar la quantitat de sulfur de plata que es forma.

• A l’experiència B coneixem la quantitat de sulfur de plata. Com que no sobra res de cap element, podem calcular la quantitat inicialde cadascun d’ells.

• A l’experiència C, la quantitat de sulfur de plata ens permet conèixerla quantitat inicial de plata i de sofre que es combina. En cada cas,sumem la quantitat d’element que sobra i tindrem la quantitat inicialde plata i de sofre.

5,2 g sulfur de plata − 4,52 g plata = 0,68 g sofre

• A l’experiència D reacciona tota la quantitat de sofre present, la qual cosa ens permet conèixer la quantitat de sulfur de plata que es forma i la quantitat de plata que reacciona; sumant-hi laquantitat de plata que sobra, tindrem la quantitat de plata que hi havia inicialment.

11,5 g sulfur de plata − 1,5 g sofre == 10 g de sofre que es combinen

• A l’experiència E tenim les quantitats inicials dels dos elements i hem de determinar quin d’ells actua de limitant. Si ho comparemamb les quantitats de l’experiència A, sembla que és la plata; ho

1,5 g de sofre4,14 g de sulfur de plata

0,54 g de sofr⋅

ee11,5 g de sulfur de plata=

5,2 g de sulfur de plata3,60 g de plata

4,14 g de sulf⋅

uur de plata4,52 g de plata=


4,14 g de sulf⋅


ExperiènciaPlata (g)

Sofre (g)

Sulfur deplata (g)

Plata que sobra

(g)

Sofre quesobra (g)

A 3,60 0,54 0 0

B 6,3 0 0

C 5,2 0,5 0,3

D 1,5 1,3 0

E 4,20 2,50

F 7,5 8,2 1,5

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 32

33

SOLUCIONARI

confirmem calculant la quantitat de sofre que reacciona amb 4,20 gde plata.

2,50 g de sofre inicial − 0,63 g de sofre es combinen = = 1,87 g sofre sobren

• A l’experiència F, la quantitat de sulfur de plata ens permet conèixerla quantitat de plata i de sofre que es combina. Si comparem aquesta quantitat de plata amb la inicial, podrem determinar la quesobra. Sumant a la quantitat de sofre que es combina la quantitatque sobra, coneixerem la quantitat inicial de sofre:

8,2 g de sulfur de plata − 7,13 g de plata = 1,07 g de sofre que es combina

El crom i el clor formen dos compostos diferents. En un laboratoris’analitzen quatre mostres, i les quantitats que s’obtenen dels doselements són les següents:

60.


4,14 g de sulf⋅


4,20 g de plata0,54 g de sofre

3,60 g de plata0,63 g⋅ = dde sofre

de la matèria

ExperiènciaPlata (g)

Sofre (g)

Sulfurde plata (g)

Plata que sobra (g)

Sofre quesobra (g)

A 3,60 0,543,60 + 0,54 =

= 4,140 0

B 5,486,3 – 5,48 =

= 0,826,3 0 0

C4,52 + 0,5 =

= 5,020,68 + 0,3 =

= 0,985,2 0,5 0,3

D 1,5 11,5 1,3 0

E 4,20 2,504,20 + 0,63 =

4,830 1,87

F 7,51,07 + 1,5 =

= 2,578,2

7,5 – 7,13 == 0,37

1,5

MostraQuantitat

de crom (g)Quantitat de clor (g)

A 0,261 0,356

B 0,150 0,250

C 0,342 0,700

D 0,522 0,713

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 33

34


Troba, entre aquestes mostres:

a) Dues que pertanyen al mateix compost.

b) Dues que pertanyen a dos compostos diferents que acompleixen la llei de les proporcions múltiples.

c) La mostra d’un compost impossible.

d) Si la fórmula d’un compost és CrCl2, quina és la de l’altre?

En cada cas s’ha de calcular la proporció en què es combinen els elements:

a) A i D pertanyen al mateix compost.

b) La mostra A (o la D) i la C pertanyen a compostos

diferents que compleixen la llei de les proporcions múltiples.

c) La mostra B és d’un compost impossible.

d) CrCl3.

Quan 1 L de nitrogen reacciona amb 3 L d’hidrogen s’obtenen 2 L d’amoníac. Totes aquestes substàncies són gasos, i comparteixen unes mateixes condicions de pressió i de temperatura. Amb la dada que la molècula d’hidrogen és H2, dedueix les fórmules del nitrogen i de l’amoníac.

La hipòtesi d’Avogadro diu que, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, volums iguals de gasos diferents contenen el mateix nombre de partícules. Aplicat en aquest cas, si hi ha x molècules en 1 L de nitrogen, hi ha 3x molècules en els 3 L d’hidrogen i 2xmolècules en el 2 L d’amoníac.

Com que x molècules de nitrogen donen 2x molècules d’amoníac, cada molècula de nitrogen ha de tenir dos àtoms de nitrogen, i cadamolècula d’amoníac, 1 àtom.

Els àtoms de les 3x molècules d’hidrogen estan en les 2x molèculesd’amoníac. Això implica que cada molècula d’hidrogen ha de tenir dosàtoms d’hidrogen i cada molècula d’amoníac, tres àtoms d’aquest element.

61.

0 489

0 732

2

3

,

,≈

MostraQuantitat

de crom (g)Quantitat de clor (g)

Quantitat decrom/quantitat

de clor

A 0,261 0,356 0,733

B 0,150 0,250 0,600

C 0,342 0,700 0,489

D 0,522 0,713 0,732

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 34

35

SOLUCIONARI

3 volums V d’hidrogen es combinen amb 1 volum V de nitrogen i s’obtéun volum doble (2V) d’amoníac.

El nitrogen i l’oxigen formen gasos diatòmics. Quan es combinen 2 L de nitrogen amb 1 L d’oxigen, en unes condicions idèntiques de pressió i de temperatura, s’hi formen 2 L d’un gas emprat com a anestèsic.Quina és la fórmula d’aquest gas nou? Explica el teu raonament.

La hipòtesi d’Avogadro diu que, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, volums iguals de gasos diferents contenen el mateixnombre de partícules. Aplicat en aquest cas, si hi ha x molècules en 1 L d’oxigen hi ha 2x molècules en els 2 L de nitrogen i 2x molèculesen el 2 L de gas.

Com que x molècules d’oxigen donen 2x molècules de gas, cada molècula d’oxigen ha de tenir dos àtoms d’oxigen, i cada molècula del gas, 1 àtom d’oxigen.

Els àtoms de les 2x molècules de nitrogen estan en les 2x molèculesde gas. Això implica que la molècula de nitrogen és diatòmica; cadamolècula del gas ha de tenir dos àtoms d’aquest element. La fórmuladel gas és N2O.

Consulta la taula periòdica i completa les frases:

a) Mig mol de molècules d’aigua oxigenada (H2O2) són 17 g, i conté 3,012 ⋅ 1023 molècules, 6,22 ⋅ 1023 àtoms d’hidrogen i un mold’oxigen.

b) 2 mols de gas clor són 142 g, i contenen 12,044 ⋅ 1023 molècules declor i 24,088 ⋅ 1023 àtoms de clor.

c) 3 mols de gas argó són 119,7 g i contenen 18,07 ⋅ 1023 àtoms d’argó.

En una reacció s’obtenen 5 ·1025 àtoms de platí. Calcula:

a) Quants grams de platí s’han obtingut?

b) Quants mols de platí tindrem?

a) i b) Llegim a la taula periòdica que 1 mol de platí són 195,1 g.

64.

63.

62.

de la matèria

Hidrogen Nitrogen Amoníac

+ →

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 35

36


Sabem que la massa molecular del platí és de 191,5 g. Llavors, quantsgrams pesarà un àtom de platí?

En una càpsula tenim 4 ·1022 àtoms d’un metall, i pesen 4,34 g. Quinmetall creus que pot ser?

Podria ser el zinc.

Tenim una mostra de 8 g de diòxid de sofre:

a) Quants mols de diòxid de sofre tenim?

b) Quants àtoms d’oxigen?

c) Quants grams de sofre?

M (SO2) = 32 + 2 · 16 = 64 g/mol →

Per tant:

L’alumini s’extreu d’un mineral anomenat bauxita, el componentfonamental del qual és l’òxid d’alumini (Al2O3). Quina quantitat d’òxidd’alumini (en grams) necessitem per obtenir 50 g d’alumini?

68.

0,125 mol de SO32 g de S

1mol de SO4 g de S2

2

⋅ =

0,125 mol de SOmolècules de SO

1 mol d2

2⋅⋅6 022 1023,

ee SO2 àtoms O

1 molècula de SOàtom

2

2

⋅

⋅ = ⋅1 506 1023, ss de O

8 g de SO1mol de SO

64 g de SO0,125 mol de SO22

2

2

⋅ =

67.

4,34 g de metall

àtoms

àtoms

1mo4 10

6 022 1022

23

⋅⋅

⋅,

ll65,34

g

mol=

66.

195,1 g

àtomsg

6 022 103 24 10

2322

,,

⋅= ⋅ −

65.

5 106 022 10

25

23⋅ ⋅

⋅àtomsde platí

1mol

àtoms de pla, ttí83,03 mol de platí=

5 106 022 10

25

23⋅ ⋅

⋅àtoms de platí

195,1 g de platí

à, ttoms de platí

g de platí

=

= ⋅16 2 103,

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 36

37

SOLUCIONARI

Massa molar de Al2O3 = 2 · 27 + 3 · 16 = 102 g/mol →

L’arsina és un compost de fórmula AsH3. Si disposem de 0,8 ·1025

molècules d’arsina:

a) Quants mols d’arsina hi tenim?

b) Quants grams d’AsH3 hi ha?

c) Quants àtoms d’hidrogen?

d) Quants grams d’arsènic?

M (AsH3) = 74,9 + 3 ⋅ 1 = 77,9 g/mol.

a)

b)

c)

d)

La urea és un compost de fórmula CO(NH2)2. Si tenim 5 ·1024

molècules d’urea:

a) Quants grams d’urea hi ha?

b) Quants mols d’oxigen?

c) Quants grams de nitrogen?

d) Quants àtoms d’hidrogen?

M (CO(NH2)2) = 12 + 16 + 2 ⋅ (14 + 2 ⋅ 1) = 60 g/mol.

a) 5 10

6

24⋅ ⋅

⋅

molècules de CO(NH )

1mol de CO(NH )

2 2

2 2

,0022 1023⋅⋅

⋅


60 g de CO(NH )

2 2

2 2

11 mol de CO(NH )498,2 g de CO(NH ) urea

2 2

2 2= ( )

70.

13,28 mol de AsH74,9 g de As

1 mol de AsH994,7 g de3

3

⋅ = AAs

0 8 1025, ⋅ ⋅molècules de AsH3 àtoms de H

1 molècula d3

ee AsH

àtoms de H3

=

= ⋅2 4 1025,

13,28 mol de AsH77,9 g de AsH

1 mol de AsH3

3

3

⋅ = ⋅1 035, 1103 g de AsH3

0 8 106 022 10

25

2,

,⋅ ⋅

⋅molècules de AsH

1mol de AsH3

3

33 molècules de AsH

13,28 mol de AsH

3

3

=

=

69.

50 g de Al102 g de Al O

27 g de Al94,4 g de Al O2 3

2 3⋅⋅

=2

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 37

38


b)

c)

d)

La llet de magnèsia es prepara dissolent hidròxid de magnesi [Mg(OH)2]amb aigua. Per una reacció ens cal tenir en la dissolució 5 ·1022 àtomsde magnesi. Calcula quants grams d’hidròxid de magnesi haurem dedissoldre.

M (Mg(OH)2) = 24,3 + (16 + 1) ⋅ 2 = 58,3 g/mol →

En un recipient, s’hi introdueixen 50 g de gas d’oxigen i en un altred’igual, 50 g de CO2. A quin recipient hi ha més molècules? Quin recipient conté més àtoms?

M (O2) = 16 ⋅ 2 = 32 g/mol; M (CO2) = 12 + 2 ⋅ 16 = 44 g/mol.

6 84 1023, ⋅ ⋅molècules de CO3 àtoms

1 molècula de CO2

22

àtoms= ⋅20 53 1023,

9 41 1023, ⋅ ⋅ =molècules de O2 àtoms

1 molècula de O2

2

118 82 1023, ⋅ àtoms

50 g de CO1 mol de CO

44 g de CO

molècu2

2

2

⋅ ⋅⋅6 022 1023, lles

1 mol de CO6,84 10 molècules

2

23= ⋅

50 g de O1 mol de O

32 g de O

molècules2

2

2

⋅ ⋅⋅6 022 1023,

11 mol de Omolècules

2

= ⋅9 41 1023,

72.

5 106 022 10

22

23⋅ ⋅

⋅àtoms de Mg

1 mol de Mg

àtoms de Mg,⋅⋅

⋅1 mol de Mg(OH)

1 mol de Mg

58,3 g de Mg(OH)

1 mol d

2 2

ee Mg(OH)4,84 g de Mg(OH)

2

2=

71.

5 1024⋅ ⋅molècules d'urea4 àtoms de H

1 molècula d'urreaàtoms de H= ⋅20 1024

5 10

6

24⋅ ⋅

⋅


1 mol de CO(NH )

2 2

2 2

,0022 1023⋅⋅

⋅⋅


14 2 g de N

1 mol

2 2

dde CO(NH )232,5 g de N

2 2

=

5 106 022 10

24

23⋅ ⋅

⋅molècules d'urea

1mol de O

molè, ccules d'urea8,3 mol de O

=

=

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 38

39

SOLUCIONARI

Determina la composició centesimal de la glucosa: C6H12O6.

M (C6H12O6) = 6 ⋅ 12 + 12 + 6 ⋅ 16 = 180 g/mol.

En el cas del carbonat de sodi, per cada gram de carboni es combinen 4 g d’oxigen i 3,83 g de sodi. Calcula la seva composició centesimal.

El sulfat de ferro (II) cristal·litza formant un hidrat, la fórmula del qual és FeSO4 ·7 H2O. Determina el percentatge d’aigua d’hidratació en aquest compost.

M (FeSO4 ⋅ 7 H2O) = 55,8 + 32 + 4 ⋅ 16 + 7 ⋅ (2 ⋅ 1 + 16) =

= 277,8 g/mol →

El sofre i l’oxigen formen un compost en què el 40 % és sofre.Determina’n la fórmula.

Fórmula del compost que cerquem: SxOy.

Per tant:→ SO3

L’anàlisi d’un mineral d’alumini revela que està format pel 34,6 %d’alumini, el 3,8 % d’hidrogen i que la resta és oxigen. Determina’n la fórmula.

Fórmula del compost: AlxHyOz.

77.

S O1,25

1,25

3,75

1,25

40 g de S

32 g/mol1,25 mol de S;

60 g de O

16 g/mol3,75= = mmol de O

76.

18 7

277 8100

⋅⋅ =

,45,36% de H O2

75.

1

1 4 3 83100

4

1 4 3 83100

+ +⋅ =

+ +⋅ =

, ,11,33% de C; 45,333% de O;

43,37% de Na3 83

1 4 3 83100

,

,+ +⋅ =

74.

6 12

180100

6 16

180100

⋅⋅ =

⋅⋅ =40% de C; 53,33% de O;

112

180100⋅ = 6,67% de H

73.

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 39

40


Per tant:

→ AlO3H3 → Al(OH)3

El nitrogen i l’oxigen formen molts compostos. N’hi ha un que té demassa molar 92 g/mol i un percentatge de nitrogen del 30,43 %.Determina’n la fórmula empírica i la fórmula molecular.

Fórmula del compost: NxOy.

Per tant:

Fórmula empírica: NO2 ; M (NO2) = 14 + 2 ⋅ 16 = 46 g/mol.

92/46 = 2 → Fórmula molecular: N2O4

La sosa Solvay és un producte industrial que té una composició del 43,4 %de sodi, l’11,32 % de carboni i la resta és oxigen. Calcula la fórmulaquímica d’aquest compost.

Fórmula del compost: NaxCyOz.

Per tant:

→ Na2C1O3 → Na2CO3

El benzè és un dissolvent orgànic format per carboni i hidrogen. I s’hacomprovat, en una anàlisi, que es combinen 3 g de carboni amb 250 mgd’hidrogen. Atès que la massa molar del benzè és de 78 g/mol,determina’n la fórmula.

80.

Na C O1,887

0,943

0,943

0,943

2,83

0,943

100 43 4 11 32− +=

( , , ) g de O

16 g/mol2,83 mol de O

43,4 g de Na

23 g/mol1,887 mol de Na;

11,32 g de C

12 g/=

mmol0,943 mol de C;=

79.

N O2,174

2,174

4,348

2,174

30,43 g de N

14 g/mol2,174 mol de N;

30,43 g de O

1=

−100

66 g/mol4,348 mol de O=

78.

Al H O1,28

1,28

3,8

1,28

3,85

1,28

100 34 6 3 8− +=

( , , ) g de O

16 g/mol3,85 mol de O

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 40

41

SOLUCIONARI

Fórmula del benzè: CxHy.

Fórmula empírica: CH; M (CH) = 12 + 1 = 13 g/mol. Per tant:

→ Fórmula molecular: C6H6

En escalfar-se 4 g de nitrat de crom (III) hidrat s’obté un residu de 2,38 g. Troba la fórmula de l’hidrat.

En escalfar la sal hidratada, s’evapora l’aigua i queda la sal anhidra:

4 − 2,38 g d’aigua (H2O) i 2,38 gde nitrat de crom (III) anhidre (Cr(NO3)3)

Fórmula de l’hidrat: x Cr(NO3)3 ⋅ y H2O; M (Cr(NO3)3) = 52 ++ (14 + 3 ⋅ 16) ⋅ 3 = 238 g/mol: M (H2O) = 2 ⋅ 1 + 16 = 18 g/mol.

Fórmula del hidrat:.

L’alumini és un metall molt preuat que es pot obtenir de l’òxid d’alumini(Al2O3), un producte que s’extrau de la bauxita, o del fluorur d’alumini(AlF3), un producte que s’obté a partir de la fluorita. Determina quina deles dues substàncies és més rendible per obtenir alumini.

S’ha de determinar el percentatge d’alumini a cadascuna de les duessubstàncies:

M (Al2O3) = 2 ⋅ 27 + 3 ⋅ 16 = 102 g/mol.

M (AlF3) = 27 + 3 ⋅ 19 = 84 g/mol.

La substància més rendible és l’òxid d’alumini.

27

84100⋅ = 32,14% de Al

2 27

102100

⋅⋅ = 52,94% de Al

82.

Cr(NO ) 9H O3 3 2⋅

0,01

0,01Cr(NO )

0,09

0,01H O3 3 2⋅

2,38 g de Cr(NO )

238 g/mol0,01mol de Cr(NO )

1

3 33 3= ;

,,62 g de H O

18 g/mol0,09 mol de H O2

2=

81.

78 g/mol

13 g/mol= 6

3 g de C

12 g/mol0,25 mol de C;

0,25 g de H

1 g/mol0,25= = mmol de H

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 41

42


Escriu el símbol dels següents elements:

a) Mercuri g) Manganès

b) Magnesi h) Ozó

c) Brom i) Fósfor

d) Heli j) Bor

e) Cadmi k) Zinc

f) Platí l) Estronci

a) Hg g) Mn

b) Mg h) O3

c) Br i ) P

d) He j ) B

e) Cd k) Zn

f ) Pt l ) Sr

Anomena:

a) Ar g) Se

b) Ni h) Pb

c) Cu i ) Sn

d) I2 j ) Au

e) Ag k) Si

f) Al l) Ne

a) argó g) seleni

b) níquel h) plom

c) coure i ) estany

d) iode j ) or

e) plata k) silici

f ) alumini l ) neó

Anomena els compostos següents:

a) N2O3 g) Cs2O

b) SO2 h) Cu2O

c) HCI i ) NaCl

d) HF j ) AgCl

e) Na2O k) MnO2

f) Na2O2 l ) AgH

85.

84.

83.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 42

43

SOLUCIONARI

Segons la nomenclatura sistemàtica:

a) triòxid de dinitrogen g) òxid de dicesi

b) diòxid de sofre h) òxid de dicoure

c) clorur d’hidrogen i ) clorur de sodi

d) fluorur d’hidrogen j ) clorur de plata

e) òxid de disodi k) diòxid de manganès

f ) peròxid de sodi l ) hidrur de plata

Formula els compostos següents:

a) clorur de ferro (III) g) òxid de ferro (II)

b) hidrur de calci h) sulfur de zinc

c) monòxid de carboni i ) sulfur de platí (II)

d) tetraòxid de dinitrogen j ) òxid de bari

e) òxid de calci k) hidrur de sodi

f) òxid de mercuri (II) l ) clorur de potassi

a) FeCl3 g) FeO

b) CaH2 h) ZnS

c) CO i ) Pt2S3

d) N2O4 j ) BaO

e) CaO k) NaH

f) HgO l ) KCl


a) disulfur de carboni i) tetraclorur de carboni

b) iodur de plom (IV) j) iodur de cesi

c) clorur de calci k) òxid de liti

d) fluorur de liti l ) òxid de manganès (II)

e) bromur de plata m) òxid de rubidi

f) sulfur de ferro (II) n) òxid de magnesi

g) sulfur de crom (II) o) pentaòxid de difòsfor

h) iodur de magnesi

a) CS2 f ) FeS k) Li2O

b) PbI4 g) CrS l ) MnO

c) CaCl2 h) MgI2 m) Rb2O

d) LiF i) CCl4 n) MgO

e) AgBr j) CsI o) P2O5

87.

86.

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 43

44


Escriu el nom dels següents compostos:

a) PbCl2 c) FeO

b) PCl3 d) K2O

e) PbO2 l ) AgCN

f ) CaO m) Fe2O3

g ) Al2O3 n) NH4OH

h) Br2O5 o) NH3

i ) MnO2 p) Ni2O3

j ) HCl (aq) q) KI

k) H2S (aq) r ) MgH2

a) diclorur de plom - clorur de plom (II)

b) triclorur de fòsfor

c) monòxid de ferro - òxid de ferro (II)

d) òxid de dipotassi

e) diòxid de plom - òxid de plom (IV)

f ) òxid de calci

g) triòxid de dialumini - òxid d’alumini (III)

h)pentaòxid de dibrom - òxid de brom (V)

i ) diòxid de manganès - òxid de manganès (IV)

j ) àcid clorhídric

k) àcid sulfhídric

l ) cianur de plata

m) triòxid de diferro - òxid de ferro (III)

n) hidròxid d’amoni

o) amoníac

p) triòxid de diníquel - òxid de níquel (III)

q) iodur de potassi

r ) hidrur de magnesi

Escriu el nom dels següents oxoàcids:

a) H2S2O3 f ) H2SO3

b) H2SO5 g) H2Cr2O7

c) H3PO4 h) HBrO4

d) H4P2O7 i) HIO

e) HIO4 j) H3 BO3

89.

88.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 44

45

SOLUCIONARI

a) àcid tiosulfúric f) àcid sulfurós

b) àcid peroxomonosulfúric g) àcid dicròmic

c) àcid fosfòric h) àcid perbròmic

d) àcid difosfòric i ) àcid hipoiodós

e) àcid periòdic j ) àcid bòric

Escriu la fórmula dels següents oxoàcids:

a) àcid fosforós f) àcid bròmic

b) àcid permangànic g) àcid disulfúric

c) àcid hipoclorós h) àcid nitrós

d) àcid bòric i ) àcid clòric

e) àcid peroxonítric j ) àcid mangànic

a) H3PO3 f) HBrO3

b) HMnO4 g) H2S2O7

c) HClO h) HNO2

d) H3BO3 i ) HClO3

e) HNO4 j ) H2MnO4

Escriu la fórmula de les següents oxosals:

a) perclorat de sodi f ) sulfat d’amoni

b) clorit de cadmi g) disulfat de sodi

c) silicat de sodi h) disulfat de platí (IV)

d) clorat de mercuri (I) i) perclorat de plata

e) nitrat de calci j) carbonat de beril·li

a) NaClO4 f) (NH4)2SO4

b) Cd (ClO2)2 g) Na2S2O7

c) Na4SiO4 h) Pt(S2O7)2

d) HgClO3 i ) AgClO4

e) Ca(NO3)2 j ) BeCO3

Escriu el nom de les següents oxosals:

a) Ca (ClO)2 d) Pb(ClO2)2

b) Ba(NO2)2 e) K2CO3

c) FeSO4 f) Li4SiO4

92.

91.

90.

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 45

46


g) KMnO4 n) Al2(CO3)3

h) Ag2SO3 o) Na2S2O3

i) Cu SO3 p) Hg(NO3)2

j) Co PO4 q) Ca(ClO4)2

k) FeSO3 r) Zn CO3

l) Li NO2 s) CuIO3

m) Zn(ClO4)2 t) FePO4

a) hipoclorit de calci k) sulfit de ferro (II)

b) nitrit de bari l) nitrit de liti

c) sulfat de ferro (II) m) perclorat de zinc

d) clorit de plom (II) n) carbonat d’alumini

e) carbonat de potassi o) tiosulfat de sodi

f ) silicat de liti p) nitrat de mercuri (II)

g) permanganat de potassi q) perclorat de calci

h) sulfit de plata r) carbonat de zinc

i ) sulfit de coure s) iodat de coure (I)

j) fosfat de cobalt (III) t) fosfat de ferro (III)

Formula les expressions en negreta de les següents reaccions químiques:

a) L’àcid sulfhídric reacciona amb l’hidròxid de liti per donar sulfur de liti iaigua.

b) El ferro metall s’oxida amb l’oxigen de l’aire per donar lloc a l’òxid de ferro (III).

c) A la reacció de neutralització de l’àcid clorhídric amb hidròxid potàssics’obté la sal clorur potàssic i aigua.

d) El brom es combina amb l’hidrogen gas i dóna lloc a l’àcid bromhídric.

e) L’àcid nítric l’obtenim per reacció del diòxid de nitrogen amb aigua en presència d’oxigen.

f) L’oxidació del sulfur de plom (II) dóna lloc a òxid de plom (II) i òxid de sofre (II).

g) El carbonat de calci amb l’àcid clorhídric ha donat lloc a clorur de calci, diòxid de carboni i aigua.

h) Del clorur de sodi amb àcid sulfúric s’obté sulfat de sodi i àcidclorhídric.

i ) En tractar carboni amb òxid de ferro (III) s’ha obtingut ferroi diòxid de carboni.

93.

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 46

47

SOLUCIONARI

a) El H2S reacciona amb el LiOH per donar Li2S i H2O.

b) El Fe metall s’oxida amb el O2 de l’aire per donar lloc al Fe2O3.

c) A la reacció de neutralització del HCl(aq) amb KOH s’obté la sal KCl iaigua.

d) El Br2 es combina amb H2(g) i dóna lloc al HBr(aq).

e) El HNO3 l’obtenim per reacció del NO2 amb H2O en presència de O2.

f ) L’oxidació del PbS dóna lloc a PbO i SO.

g) El CaCO3 amb el HCl ha donat lloc a CaCl2, CO2 i aigua.

h) De la combinació de NaCl amb H2SO4 s’obté Na2SO4 i HCl.

i ) Per tractament de C amb Fe2O3 s’ha obtingut Fe i CO2.

de la matèria

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 47

48

NOTES

945335 _ 0005-0048.qxd 8/1/09 12:09 Página 48

49

Els estats de la matèria2

En aquesta unitat es pretén conèixer els diferents estats en què estroba la matèria al nostre entorn, com també les principalscaracterístiques d’aquests estats.

Ens adonarem que tot el que ens envolta és matèria i que l’objectiu de la química com a ciència és el seu estudi.

PRESENTACIÓ

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 49

50

2 Els estats de la matèria

• Els estats d’agregació de la matèria.• La teoria cinètica de la matèria.• Interpretació de les característiques dels estats físics

de la matèria a partir de la teoria cinètica.• Les lleis experimentals que regeixen les transformacions

dels gasos.• Interpretació que fa la teoria cinètica de les lleis experimentals

dels gasos.• Les lleis generals que expliquen el comportament dels gasos.• Relació entre la quantitat d’un gas i la mesura d’altres propietats

físiques.• Les lleis que regeixen el comportament de les mescles de gasos.• La composició d’una mescla de gasos i la seva relació amb altres

propietats físiques.• Les fases del mètode científic.

CONTINGUTS

• Reconèixer les característiques dels sòlids, els líquids i els gasos per diferenciar els estats d’agregació de la matèria.

• Conèixer la teoria cinètica i la seva interpretació de les característiques de cadascun dels estats físics de la matèria.

• Conèixer les lleis experimentals que regeixen les transformacions dels gasos.

• Emprar la teoria cinètica per interpretar el comportament dels gasos i les lleis experimentals que en regeixen les transformacions.

• Deduir lleis generals que expliquin qualsevol transformació que experimentin els gasos.

• Relacionar la quantitat d’un gas amb mesures indirectes com ara el volum del recipient, la temperatura a la qual està i la pressió que exerceix.

• Obtenir algunes característiques d’un gas a partir de mesuresdirectes com ara la seva densitat o la massa molar.

• Estudiar el comportament de mescles de gasos mitjançant les lleis dels gasos ideals.

• Apreciar la diferència entre allò que representa la composició d’una mescla de gasos expressada com a percentatge en massai el que representa expressada com a percentatge en volum.

OBJECTIUS

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 50

51



Aprendre a comunicar ciència significa saber escriure fets, i explicar-los, justificar-los i argumentar-los utilitzant els modelscientífics que es construeixen en el marc escolar. Aquesta unitathi contribueix en la capacitat de descriure els estats de lamatèria, les seves característiques, els canvis d’estat i les lleisdels gasos. També hi contribueix en promoure el diàleg sobrecadascun dels models proposats, la lectura i la interpretació de textos i il·lustracions, la realització de mapes conceptuals i diagrames il·lustratius dels processos, l’explicació oral o escrita de la resolució d’un problema o de la realització d’una investigació entre altres.

• Competència personal i interpersonal.

L’assoliment d’aquesta competència es fa a través de donarpautes per gestionar el treball personal i el treball en grup, i afavorir l’autoavaluació i l’autoregulació dels aprenentatges.

• Competència en el coneixement i interacció amb el món.

Aquesta unitat hi contribueix en ajudar els alumnes a apropiar-sed’aquells models que permeten comprendre el món material i físic que els envolta.

CONTRIBUCIÓ A LES COMPETÈNCIES GENERALS DE BATXILLERAT

• La lectura comprensiva de textos i la recerca d’informacióimplica una relació amb qualsevol de les matèries de llengües,en funció de l’idioma que s’utilitzi.

CONNEXIÓ AMB ALTRES MATÈRIES DE BATXILLERAT

• Competència en la comprensió i capacitat d’actuar sobre el món físic.

En aquesta unitat es desenvolupen conceptes bàsics com les característiques i les propietats dels diferents estats de la matèria amb els seus canvis d’estat i les lleis dels gasos.Aquests conceptes permeten a l’alumne iniciar-se en elconeixement integral dels models, procediments i valors de la química per poder comprendre i valorar situacionsrelacionades amb aspectes tecnològics, ètics, socials i ambientals de la química, tant pel que fa a l’entorn més proper com al món i a la humanitat en el seu conjunt, alhora que per prendre decisions científicament fonamentades.


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 51

52

2 Els estats de la matèria

• Aquesta unitat connecta amb les matemàtiques en la utilitzacióde factors de conversió, l’ús de la calculadora, la construcció i l’anàlisi de taules i gràfiques, etc.

• També connecta amb la física quan es treballa amb elcomportament dels gasos, l’estructura de les substàncies i les seves propietats físiques.

1. Conèixer els postulats de la teoria cinètica i interpretar, sobre aquesta base, les característiques dels estats de la matèria.

2. Conèixer les lleis experimentals que regeixen les transformacions dels gasos.

3. Interpretar gràfiques P-V, V-T i P-T, i deduir les lleis físiques i matemàtiques corresponents.

4. Interpretar les lleis experimentals dels gasos basant-se en la teoria cinètica.

5. Resoldre problemes numèrics que facin referència a qualsevol transformació que experimenti un gas, utilitzant equacions generals.

6. Calcular la massa d’un gas a partir de la mesura d’altres propietats, com ara el volumdel recipient, la temperatura a la que es troba i la pressió que exerceix.

7. Relacionar algunes propietats d’un gas, com ara la seva densitat o la seva massa molar, amb altres mesures físiques (P, V o T).

8. Fer càlculs relatius a una mescla de gasos (pressió que exerceix un dels components,proporció d’aquest component, etc.).

9. Distingir, mitjançant càlculs, entre composició en massa i composició en volum d’una mescla de gasos.


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 52

945335 _ 0005-0048.qxd 14/1/09 11:52 Página 9

54

2

Digues quina d’aquestes característiques té un cos en els diferents estats:

1.

Analitza les afirmacions següents:

a) Els gasos i els líquids es poden barrejar fàcilment, però els sòlids no.

b) Si sotmetem un gas a una pressió elevada el podem arribar a convertir en un líquid.

c) Un fluid és una substància que sempre té la mateixa forma.

a) Els gasos i els líquids es poden barrejar fàcilment, però els sòlids no.

Les partícules dels gasos i les partícules dels líquids tenen unamobilitat considerable a causa del fet que en més o menys grau estroben separades entre elles i això facilitat que es puguin barrejarfàcilment.

2.

Els estats de la matèria

sòlid líquid gas

La seva forma i volum és variable X

És incompressible X X

El seu volum no varia X X

Es pot expandir X

Té una forma constant X

Té una forma variable X X

Es pot comprimir fàcilment X

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 54

55

SOLUCIONARI

En canvi les partícules dels sòlids tenen un moviment molt limitat a causa del fet que les partícules estan molt properes i això dificulta que es puguin barrejar.

b) Si sotmetem un gas a una pressió elevada el podem arribar a convertir en un líquid.

En sotmetre un gas a altes pressions el que provoquem és ques’aproximin les partícules limitant-ne el moviment i el podem arribar a comprimir fins a convertir-lo a estat líquid.

c) Un fluid és una substància que sempre té la mateixa forma.

Aquesta afirmació és falsa, les partícules del fluid es mouen amb prou llibertat per poder adaptar-se a la forma del recipient que les conté.

Justifica per què els gasos es poden comprimir?

Els gasos es comprimeixen fàcilment perquè les partícules que els componen estan molt separades comparades amb la seva mida i les interaccions entre elles són molt dèbils.

Justifica per què el butà que és un gas es troba en estat líquid en els encenedors.

Els encenedors contenen el butà en estat líquid perquè aquest està sotmès a una pressió superior a l’atmosfèrica.

Justifica per què quan obrim una ampolla de perfum notem la seva olor a una certa distància.

El perfum conté partícules volàtils (estat gasós) i quan obrim elrecipient aquestes tenen tendència a expandir-se (característica pròpia de l’estat gasós) i les detectem a certa distància.

5.

4.

3.

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 55

56

2

En quin estat físic estaran les substàncies següents a 70 °C:

a) Sofre d) Octà

b) Èter etílic e) Acetona

c) Butà f ) Alcohol etílic

Si tenim en compte la taula de punts de fusió i d’ebullició de la pàgina 44:

a) Sofre: sòlid.

b) Èter etílic: gas.

c) Butà: gas.

d) Octà: líquid.

e) Acetona: gas.

f ) Alcohol etílic: líquid.

Una tècnica culinària consisteix a col·locar damunt el foc una planxametàl·lica i rostir-hi els aliments. Observa la taula del costat i dóna algunaraó per la qual aquestes planxes solen ser de ferro i no són mai de plom.

A la pressió d’1 atmosfera, el plom fon a 327 ºC, mentre que el ferroho fa a 1.538 ºC. Això permet cuinar els aliments a una temperaturamés alta i en menys temps.

En alguns treballs s’uneixen peces soldant-les amb un metall. A lesvidrieres, els vidres de colors s’uneixen emmarcant-los i soldant-los ambplom. Dóna una raó de per què s’utilitza aquest metall i no un altre d’unpreu semblant, com ara el ferro.

A la pressió d’1 atmosfera el plom fon a 327 ºC, mentre que el ferro hofa a 1.538 ºC. Això permet unir les peces de vidre per mitjà del metallfos sense necessitat d’escalfar a temperatures molt altes, cosa quepodria esquerdar el vidre.

Indica quina de les gràfiques següents representa la variació de la pressiód’un gas quan es modifica el volum del recipient, tot mantenint però la temperatura constant.

A temperatura constant, P ⋅ V = constant

9.

8.

7.

6.


a) b) c) 1/V

P

V

PV

P P

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 56

57

SOLUCIONARI

• La gràfica a) indica que P és directament proporcional a . Dóna una representació correcta de la llei.

• La gràfica b) indica que P i V són inversament proporcionals. Dóna una representació correcta de la llei.

• La gràfica c) indica que el producte PV és constant a qualsevolpressió. També és coherent amb la llei.

Les tres gràfiques representen de manera coherent la variació de la pressió d’un gas en modificar el volum del recipient, mantenint la temperatura constant.

En un cilindre d’èmbol mòbil tenim un gas a temperatura constant queexerceix una pressió de 350 mm Hg quan el volum del cilindre és de 2 L.Quina pressió exercirà els gas si desplacem l’èmbol fins que el volum siguide 250 cm3?

D’acord amb la llei de Boyle-Mariotte, a temperatura constant:

Quant varia la pressió d’un gas, tot mantenint el seu volum constant, si laseva temperatura passa de 20 a 40 °C?

D’acord amb la llei de Gay-Lussac, a volum constant:

Dupliquem la pressió d’un gas mentre mantenim el seu volum constant.Què passarà, aleshores, amb la temperatura?

D’acord amb la llei de Gay-Lussac, a volum constant:

→ Es duplica la temperatura absoluta.

P

T

P

T

P

T

P

TT

P T

PT1

1

2

2

1

1

1

22

1 1

11

2 22= = =

⋅ ⋅=→ → →

12.

→ PP

P21

1313

2931 07=

⋅=

K

K,

P

T

P

T

P P1

1

2

2

1 2

20 273 40 273=

+=

+→ →

( ) ( )K K

11.

→ P2350 2

0 25=

⋅=

mmHg L

L2800 mmHg

,

P V P V P1 1 2 2 2⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅→ →350 mmHg 2L 0,25 L

10.

1––V

V1 = 2 L

P1 = 350 mm Hg

V2 = 250 cm3

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 57

58

2

Indica quina de les següents gràfiques representa la variació de latemperatura d’un gas en modificar el volum del recipient, tot mantenintconstant la pressió.

Segons la llei de Charles, quan la pressió es manté constant, el volum és directament proporcional a la temperatura absoluta d’un gas.

La gràfica a) indica que la temperatura és directament proporcional

a . No dóna una representació correcte de la llei.

La gràfica b) indica que la temperatura és inversament proporcional al volum. Tampoc no dóna una representació correcte de la llei.

La gràfica c) indica que el producte P · V és constant a qualsevoltemperatura. Tampoc no resulta coherent amb la llei.

Cap de les tres gràfiques no representa de manera coherent la variació de la temperatura d’un gas en modificar el volum d’un recipient que el conté quan la pressió és constant.

Dins un recipient de paret mòbil hi ha una quantitat determinada de gasque ocupa 500 mL i és a 10 °C. Quin volum ocuparà el gas si es refredafins a –10 °C sense que la pressió variï ?

Segons la llei de Charles, quan la pressió d’un gas ideal es mantéconstant, el volum és directament proporcional a la seva temperaturaabsoluta.

→ V2500 263

283=

⋅=

mL K

K464,7 mL

V

T

V

T

V1

1

2

2

2

273 10 273 10=

+=

−→ →500 mL

K K( ) ( )

14.

1––V

V

T= cte.

13.


a) b) c)

T1 = 10 °C

V1 = 500 mL V2 = ?P = constant

T2 = −10 °C

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 58

59

SOLUCIONARI

Dedueix, d’una manera semblant, la llei de Charles.

L’equació d’estat dels gasos ideals diu:

A P = constant:

Dedueix l’equació d’estat dels gasos ideals pressuposant que el gas passade l’estat 1 → a en un procés a volum constant i de a → 2 en un procés a temperatura constant.

• Transformació 1 → a, V = constant. Es compleix la llei Gay-Lussac:

• Transformació a → 2, a T = constant. Es compleix la llei de Boyle-Mariotte:

Pa ⋅ Va = P2 ⋅ V2

Tenint en compte que V1 = Va i Ta = T2, aquestes expressions estransformen:

Aïllem Pa en les dues expressions i les igualem:

Reordenem l’expressió posant tot el que fa referència a l’estat 1 en un membre i el que fa referència a l’estat 2 en l’altre:

→ Equació general dels gasos ideals.

És possible que un gas experimenti una transformació en la qual es mantingui constant el volum que ocupa i la pressió que exerceix?

Perquè això succeeixi també ha de romandre constant la temperatura,amb la qual cosa el gas no experimentarà cap transformació.

17.

P

T

P

TP V P V1

1 21 2 2= ⋅ = ⋅a

a→

P

T

P

T1

1

= a

a

P

T

P

TP V P V1

1 21 2 2= ⋅ = ⋅a

a→

P

T

P

T1

1

= a

a

Estat 1P1, V1, T1

Estat 2P2, V2, T2

Estat aPa, Va, Ta

F

F16.

P V

T

P V

T

V

T

V

T1 1

1

2 2

2

1

1

2

2

⋅=

⋅=→

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2

⋅=

⋅

15.

1 → a, V = constant

V1 = Va

a → 2, T = constant

Ta = T2

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 59

60

2

Dins un recipient de 15 L s’hi ha posat un gas a 50 °C que exerceix unapressió de 2 atmosferes. Determina quin serà ara el volum del recipient si l’escalfem fins a 100 °C i deixem que la pressió arribi fins a 3 atm.

Si tenim en compte l’equació d’estat dels gasos ideals:

Una bombona de 3 L conté CO2 que a temperatura ambient (20 °C)exerceix una pressió de 2 atm. Per una badada, la bombona s’ha acostat a un foc i assoleix els 800 °C. Pot arribar a explotar? La bombona està fetad’un material que pot suportar fins a 15 atm.


La bombona no explota.

Per dur a terme una experiència ens cal introduir un gas inert (l’argó) enuna cambra d’1,5 m de llarg, 1 m d’amplada i 2 m d’alçada, fins que laseva pressió sigui d’1 atm a 20 °C. N’hi haurà prou amb l’argó que tenimdins una bombona de 50 L si la seva pressió és de 70 atm a 20 °C?

Vcambra = 1,5 m ⋅ 1 m ⋅ 2 m = 3 m3 = 3000 L. Si tenim en compte l’equació d’estat dels gasos ideals:

Sí, i sobra argó.

En una xeringa de 50 mL s’hi ha recollit gas hidrogen a 1.500 mm Hg i a 50 °C. Assenyala quina posició marcarà l’èmbol de la xeringa si deixemque la pressió al seu interior sigui d’1 atm i la temperatura es redueixi a la meitat.

21.

→ P270 50

1 167=⋅

=atm L

3000 Latm,

P V

T

P V

T

P1 1

1

2 2

2

270 50

273 20

3000⋅=

⋅ ⋅+

=⋅→ atm L

K

L

( ) (( )273 20+ K→

20.

P22 273 800

273 207 32=

⋅ +

+=

atm K

Katm

( )

( ),

P V

T

P V

T

P1 1

1

2 2

2

22 3

273 20

3

273

⋅=

⋅ ⋅+

=⋅

+→ atm L

K

L

( ) ( 8800)K→

19.

→ V2273 100

273 50=

⋅ ⋅ +

+ ⋅=

2 atm 15 L K

K 3 atm34,64

( )

( )LL

P V

T

P V

T

V1 1

1

2 2

2

22 15

273 50 2

⋅=

⋅ ⋅+

=⋅→ atm L

K

3 atm

( ) ( 773 100+ )K→

18.


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 60

61

SOLUCIONARI


Si la temperatura centígrada es redueix a la meitat:

Si la temperatura Kelvin es redueix a la meitat:

En una ampolla amb èmbol s’hi ha recollit 300 mL de gas nitrogen a la pressió de 3 atm i a 40 °C. Quina serà la pressió del gas a l’interior si l’èmbol s’expandeix fins a 450 mL i la temperatura es duplica?


Si la temperatura centígrada es duplica:

Si la temperatura Kelvin es duplica:

Com a resultat d’una reacció química, s’ha generat un gas que ocupa unvolum de 10 L a una pressió de 2.500 mm Hg. Quina serà la temperaturad’aquest gas si, quan es refredi fins a –10 °C, exerceix una pressió de 2,5 atm i ocupa 7 L?

23.

→ P2 =⋅ ⋅

⋅=

3 atm 300 mL 626 K

450 mL 313 K4 atm

3

273 402atm 300 mL

K

450 mL

626 K

⋅+

=⋅

( )

P →

→ P2 =⋅ ⋅

⋅=

3 atm 300 mL 353 K

450 mL 313 K2,256 atm

3 atm 300 mL

K

450 mL

K

⋅+

=⋅

+( ) ( )273 40 273 802P →

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2

⋅=

⋅

22.

→ V2 =⋅ ⋅

⋅=

1500 mmHg 50 mL 161,5 K

760 mmHg 323 K49,34 mLL

1500 mmHg 50 mL

K

760 mmHg

161,5 K

⋅+

=⋅

( )273 502V →

→ V2

298

323=

⋅ ⋅

⋅=

1500 mmHg 50 mL K

760 mmHg K91mL

1500 mmHg 50 mL

K

760 mmHg

K

⋅+

=⋅

+( ) ( )273 50 273 252V →

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2

⋅=

⋅

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 61

62

2


Dins un recipient de 5 L hi ha un gas que exerceix una pressió de 600 mm Hg a 35 °C. És possible que experimenti una transformació en la qual es dupliquin la pressió i el volum del gas? Què passarà amb la temperatura?


T2 = 4T1

La temperatura absoluta del gas es multiplica per quatre.

Dins un recipient de 5 L hi ha un gas que exerceix una pressió de 600 mm Hg a 35 °C. És possible que experimenti una transformació en la qual la temperatura i el volum del gas es dupliquin? I amb la pressió,què passarà?


P1 = P2

La pressió del gas no varia.

Calcula la pressió que exerciran 3 mol de gas oxigen que estiguin en unrecipient de 5 L a 50 °C.


¿Quants mols de CO2 tindrem en un recipient de 10 L si la pressió és de 3 atm i a la temperatura de 70 °C?

27.

→ P =⋅ ⋅

⋅⋅ +

=3 mol atm L

mol KK

5 La

0 082 273 5015 89

, ( ), ttm

PV nRT P= ⋅ = ⋅⋅⋅

⋅ +→ →5 L 3 molatm L

mol KK0 082 273 50, ( )

26.

P V

T

P V

T

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2

1 1

1

2 1

1

2

2

⋅=

⋅ ⋅=

⋅→ →

25.

P V

T

P V

T

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2

1 1

1

1 1

2

2 2⋅=

⋅ ⋅=

⋅ ⋅→ →

24.

→ T12500 10 263

2 5 760 7=

⋅ ⋅⋅ ⋅

= =mmHg L K

mmHg L494,4 K

,2221,4 C°

→ →2500 mmHg 10 L 760 mmHg 7L

K

⋅=

⋅ ⋅−T1

2 5

273 10

,

( )

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2

⋅=

⋅ →


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 62

63

SOLUCIONARI

a) Quantes molècules de CO2 hi ha?

b) Quants àtoms d’O2?

c) Quants mols d’O2?


P·V = n·R·T →

a)

b)

c)

S’introdueixen 10 g de gas hidrogen i 10 g de gas clor en dos recipientsiguals i a temperatures idèntiques. Indica en quin dels recipients la pressió és més gran.


PV = nRTAmb el mateix volum i la mateixa temperatura, la pressió serà mésgran on sigui més gran el nombre de mols.

La pressió és més gran en el recipient d’hidrogen.

Dins un recipient hi ha 5 g de gas hidrogen i 5 g de gas nitrogen, i la mescla exerceix una pressió de 800 mm Hg. Calcula:

a) La pressió parcial que exerceix cada component de la mescla.

b) La composició de la mescla expressada com a percentatge en massa i com a percentatge en pes.

29.

10 g de Cl1mol de Cl

35,5 g de Cl0,14 mol de C2

2

2

⋅⋅( )

=2

ll2

10 g de H1mol de H

2 1 g de H5 mol de H2

2

22⋅

⋅( )= →

28.

1,067 mol de CO2 mol de O

1 mol de CO2,134 mol de O2

2

⋅ =

6 423 1023, ⋅ ⋅molècules de CO2 àtoms de O

1 molècula2

dde CO

àtoms de O

2

=

= ⋅1 285 1024,

1,067 mol de COmolècules de CO

1mol d2

2⋅⋅6 022 1023,

ee CO

molècules de CO

2

2

=

= ⋅6 423 1023,

→ n =⋅

⋅⋅

⋅ +=

3 atm 10 L

atm Lmol K

K1,067 m

0 082 273 70, ( )ool de CO2

3 atm 10 Latm L

mol KK⋅ = ⋅

⋅⋅

⋅ +n 0 082 273 70, ( ) →

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 63

64

2

a) Segons la llei de Dalton de les pressions parcials, per a cadacomponent.

P1 = PT ⋅ X1

Per calcular les fraccions molars hem de conèixer el nombre de mols de cada component. El calculem dividint la massa en grams de cadascun entre la seva massa molar:

M (H2) = 2 ⋅ 1 = 2 g/mol; M (N2) = 2 ⋅ 14 = 28 g/mol

b) Composició de la mescla com a percentatge en massa: 50% de cadascun ja que tenim la mateixa massa.

Composició de la mescla com a percentatge en volum: coincideixamb el percentatge en nombre de partícules.

En tres recipients diferents d’1 L de capacitat hi tenim H2, CO2 i N2,cadascun a la pressió d’1 atm i tots a la mateixa temperatura. Si posemels tres gasos en un recipient d’1 L a la mateixa temperatura, quin valortindrà ara la pressió?

D’acord amb la llei de Dalton: 1 + 1 + 1 = 3 atm.

En un recipient d’1 L introduïm gas H2 a la pressió d’1 atm i en un altrede 3 L hi posem CO2 també a 1 atm de pressió; tots dos recipients estan a temperatures idèntiques. Introduïm el dos gasos en un recipient de 3 L,també, a la mateixa temperatura. Quin valor té ara la pressió?

31.

30.

n

n nN

He N2

2

2

6,67% de N+

⋅ =+

⋅ =100

528

52

528

100

n

n nH

H N2

2

2 2

93,33% de H+

⋅ =+

⋅ =100

52

52

528

100

P P X Pn

n nN T N T

N

He N2 2

2

2

800 mmHg= ⋅ = ⋅+

= ⋅+

=

528

52

528

== 53,33 mmHg

P P X Pn

n nH T H T

H

H N2 2

2

2 2

800 mmHg= ⋅ = ⋅+

= ⋅+

=

=

52

52

528

7746,7 mmHg


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 64

65

SOLUCIONARI

A la mescla, el diòxid de carboni segueix exercint una pressió d’1 atm. Calculem la pressió que exerceix l’hidrogen en les novescondicions:

Segons la llei de Dalton, la pressió de la mescla de gasos:

PT = PH2 + PCO2 = 1 atm + 0,33 atm = 1,33 atm

Dins una ampolla s’hi introdueixen 20 g de gas H2 i 50 g de gas N2. Si el manòmetre indica que la pressió a l’ampolla és de 1.200 mm Hg,quina pressió exerceix cada gas?

Segons la llei de Dalton de les pressions parcials:

D’acord amb la teoria cinètica, com es comporten les partícules que formen la matèria quan aquesta és en estat sòlid, líquid o gasós?

D’acord amb la teoria cinètica, la matèria està formada per partícules.

• En estat sòlid, les partícules estan unides per forces bastant fortes,que les obliguen a romandre en posicions relativament fixes.Només tenen un petit moviment de vibració entorn d’una posiciód’equilibri. Aquest moviment és més gran com més alta és latemperatura del cos.

• En estat gasós, les forces entre les partícules són gairebéinexistents. Per això es mouen en total llibertat per tot el recipientque ocupen.

• En estat líquid, les forces que mantenen unides les partícules sónmitjanes, fet que permet que tinguin una certa mobilitat i puguinlliscar unes sobre les altres.

33.

P P X Pn

n nN T N T

N

He N2 2

2

2

1200 mmHg= ⋅ = ⋅+

= ⋅ ⋅20

2 14

202 ⋅⋅

+⋅

=

=1

502 14

182 mmHg

P P X Pn

n nH T H T

H

H N2 2

2

2 2

1200 mmHg= ⋅ = ⋅+

= ⋅ ⋅

⋅

202 1

202 11

502 14

+⋅

=

= 1018 mmHg

32.

→ P2 =⋅

=1 atm 1 L

3 L0,33 atm

P V

T

P V

T T

P

T1 1

1

2 2

2

2 3⋅=

⋅ ⋅=

⋅→ →1 atm 1L L

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 65

66

2

Utilitza la teoria cinètica per explicar per què, quan escalfem un cos,algunes vegades canvia la seva temperatura i d’altres no.

La calor que comuniquem a un cos fa que augmenti el moviment de les partícules que el formen. Si el cos es troba a la temperatura d’un canvi d’estat, la calor s’inverteix a modificar el tipus d’interacció entre les partícules i es produeix el canvi d’estat. Mentre es produeix el canvi d’estat, la temperatura no varia.

Si el cos es troba a una temperatura allunyada de la del canvi d’estat, la calor fa que augmenti el moviment de les partícules i, en conseqüència, també augmenta la temperatura del cos.

Les frases següents contenen un error o no són ben bé certes. Completa-les perquè siguin correctes:

a) L’aigua té un punt d’ebullició de 100 °C.

b) Totes les substàncies tenen un punt de fusió característic.

c) Com més alt sigui el punt de fusió d’una substància, més alt serà el seu punt d’ebullició.

a) A la pressió d’1 atmosfera, l’aigua té un punt d’ebullició de 100 ºC.

b) Totes les substàncies pures tenen un punt de fusió característic.

c) No sempre es compleix que com més alt és el punt de fusió d’una substància, més alt és també el seu punt d’ebullició. Se’n poden veure exemples a la taula de la pàgina 44 del llibre, com ara l’alcohol etílic o el metílic.

Raona si són certes o no ho són les afirmacions següents:

a) A 25 °C les forces entre les molècules d’oxigen són més petites que entre les molècules d’aigua.

b) A 25 °C les forces entre les molècules d’oxigen són més petites que les que hi ha a 75 °C.

c) A 25 °C les forces de les molècules d’aigua són més petites que les que hi ha a 75 °C.

d) A 25 °C les molècules d’aigua vibren menys que a –25 °C.

e) A 3 °C les molècules d’aigua són més a prop que a –3 °C.

f) A 25 °C les molècules d’oxigen es mouen a més velocitat que a 80 °C.

a) Cert. A 25 ºC l’oxigen és un gas, i l’aigua, un líquid.

b) Fals. A totes dues temperatures, l’oxigen és un gas ideal i entre lesseves molècules no hi ha forces d’interacció.

c) Cert. Per això l’aigua s’evapora més a 75 ºC que a 25 ºC.

36.

35.

34.


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 66

67

SOLUCIONARI

d) Fals. La vibració de les molècules d’aigua és més gran com més gran és la seva temperatura.

e) Cert. L’aigua és una substància anòmala i a 3 ºC té una densitatmés gran que a –3 ºC. Això es deu al fet que les molècules d’aigua estan més a prop de 3 ºC que de –3 ºC.

f) Fals. Quant més alta és la temperatura d’un gas, més gran ésl’energia cinètica de les seves molècules i més gran és la velocitatamb què es mouen.

Les bombones de butà que fem servir a les cuines contenen aquest combustible en estat líquid. Observa la taula de la pàgina 44 i explica com pot ser que el butà es mantingui líquid a la temperatura de casa nostra.

Perquè es manté la pressió elevada i en aquestes condicions el puntd’ebullició augmenta.

Explica per què el punt d’ebullició de les substàncies baixa quan la pressió exterior disminueix.

Les substàncies entren en ebullició quan la seva pressió de vaporcoincideix amb la pressió exterior. Si disminueix la pressió exterior,baixa la temperatura a la qual es produeix aquesta coincidència.

Raona si creus que és possible augmentar el volum d’un gas senseescalfar-lo.

Segons l’equació d’estat dels gasos ideals, això és possible sidisminueix la pressió del gas en la mateixa proporció.

P·V = n·R·T

Quant ha de canviar el volum d’un recipient que conté un gas si volem que la seva pressió es quadrupliqui sense que la temperatura variï?

El volum s’ha de reduir a la quarta part. Efectivament:

Tenim un gas dins un cilindre d’èmbol mòbil. Hi ha alguna manera de reduir el volum sense variar la pressió ni empènyer l’èmbol?

Perquè es redueixi el volum sense que s’alteri la pressió, cal disminuirla temperatura del gas:

P V

T

P V

T

P V

T

P V

T

V

T

V

T1 1

1

2 2

2

1 1

1

1 2

2

1

1

2

2

⋅=

⋅ ⋅=

⋅=→ →

41.

P V

T

P V

T

P V

T

P V

T

VV1 1

1

2 2

2

1 1

1

1 2

1

12

4

4

⋅=

⋅ ⋅=

⋅=→ →

40.

39.

38.

37.

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 67

68

2

Són certes aquestes afirmacions? Argumenta-ho:

a) Quan un gas que ocupa 300 cm3 es comprimeix fins a ocupar-nenomés 100 cm3, sense que la temperatura variï, triplica la pressió que exerceix.

b) Quan un gas que és a 10 °C s’escalfa fins als 20 °C, sense que la sevapressió variï, el seu volum es duplica.

c) Quan un gas que ocupa 300 cm3 es comprimeix fins a ocupar-nenomés 100 cm3, sense que la seva pressió variï, triplica la sevatemperatura.

a) Cert:

b) Fals. Això passaria si es dupliqués la temperatura absoluta.

c) Fals:

La temperatura absoluta s’ha de reduir a la tercera part.

Les tres gràfiques següents poden representar la relació que hi ha entre la pressió i la temperatura d’un gas quan experimenta transformacions a volum constant. Indica quina magnitud s’ha de representar a cada eix.

Per a un gas ideal que experimenta transformacions a volum constant,la pressió és directament proporcional a la seva temperatura absoluta:

• A la gràfica a), s’hi representa en un eix P, i en l’altre, T(temperatura absoluta).

• A la gràfica b), s’hi representen dues magnituds inversamentproporcionals. En un eix s’ha de posar P, i en l’altre, 1/T(o viceversa).

• A la gràfica c), s’hi representen dues magnituds directamentproporcionals amb ordenada a l’origen. A l’eix d’ordenades, s’hi ha

P

T

P

T1

1

2

2

= = cte.

43.

P V

T

P V

T

P

T

P

T1 1

1

2 2

2

1

1

1

2

300 100⋅=

⋅ ⋅=

⋅→ cm cm3 3

P V

T

P V

T

P

T

P

T1 1

1

2 2

2

1

1

2

1

300 100⋅=

⋅ ⋅=

⋅→ cm cm3 3

42.


a) b) c)

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 68

69

SOLUCIONARI

de posar P, i al d’abscisses, la temperatura centígrada. P tendeix a 0 quan T = –273 ºC.

La major part dels termòmetres que fem servir al laboratori mesuren lestemperatures en °C i permeten mesurar valors positius i negatius. Quan es crema fusta s’assoleixen temperatures properes als 350-400 °C. Set’acut algun procés que tingui lloc a temperatures similars però negatives?

No. Segons la teoria cinètica, la temperatura més baixa possible és −273,15 °C.

Explica per què l’escala Kelvin de temperatures comença a –273,15 °C.

Perquè a aquesta temperatura el moviment de les partícules és nul i ja no es pot reduir més. (En rigor, no és completament nul pelsrequisits de la mecànica quàntica.)

Justifica, mitjançant la teoria cinètica del gasos, per què si un gasexperimenta transformacions a pressió constant, quan es redueix a la meitat el volum del recipient, la pressió es duplica.

Segons la teoria cinètica, la velocitat de les partícules és directamentproporcional a la seva temperatura absoluta. Si el gas experimenta una transformació a temperatura constant, la velocitat de les seves partícules no canvia. Si es redueix el volum a la meitat, les partícules, que es mouen a la mateixa velocitat que abans,arribaran el doble de vegades a les parets del recipient i duplicaran el nombre de col·lisions entre elles. En conseqüència, es duplicarà la pressió que exerceix el gas.

Utilitza la teoria cinètica dels gasos per explicar que si un gas experimentatransformacions a pressió constant, quan la seva temperatura absoluta es duplica, el volum també es duplica.

Si la pressió del gas es manté constant, ha de romandre constant el nombre de xocs de les partícules contra les parets del recipient.

La velocitat de les partícules del gas és directament proporcional a la seva temperatura absoluta, de manera que, si la temperatura es duplica, també es duplica la velocitat. Si volem que el nombre de col·lisions contra les parets del recipient es mantingui constant, cal duplicar el volum del recipient que allotja el gas.

En un recipient de volum variable hi ha un gas que exerceix una pressió de 600 mm Hg quan el volum és d’1,2 L. Si la pressió assoleix els 1.000 mm Hg sense que la temperatura canviï, quin serà el volum?

Segons l’equació d’estat dels gasos ideals:

48.

47.

46.

45.

44.

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 69

70

2

Dins una ampolla de 750 mL hi ha un gas que exerceix una pressió de 1,25 atm a 50 °C. Si el connectem a una ampolla buida de 2 L, quina pressió llegirem ara al manòmetre si la temperatura no canvia?

Tenim:

Un gas exerceix una pressió de 800 mm Hg a una temperatura de 50 °C.Quina temperatura ha d’assolir si volem que exerceixi una pressió d’1,5 atm sense que es modifiqui el volum del recipient on és?

Com abans:

Un gas està tancat dins un recipient de 5 L. Quant variarà la sevatemperatura si la seva pressió passa de 300 mm Hg a 600 mm Hg.

Tenim:

T2 = 2T1

Una peça d’una màquina està formada per un pistó que conté un gas alseu interior. En un moment determinat, el volum del pistó és de 225 mL

52.

→ →300 mmHg L 600 mmHg 5 L⋅

=⋅5

1 2T T

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2

⋅=

⋅ →

51.

→ T =⋅ +

= =1,5 atm K

atm

460 K 187 ºC( )273 50

800760

P V

T

P V

T

V1 1

1

2 2

2

800760

273 50

⋅=

⋅⋅

+=→

atm

K

1,5 atm

( )

⋅⋅ V

T→

50.

→ P2 =⋅

=1,25 atm 0,75 L

2,75 L0,34 atm

P V

T

P V

T T

P1 1

1

2 2

2

2 2 0 75⋅=

⋅ ⋅=

⋅ +→ 1,25 atm 0,75 L L( , )

TT

49.

→ V2 =⋅

=600 mmHg 1,2L

1000 mmHg0,72L

P V

T

P V

T T

V

T1 1

1

2 2

2

2⋅=

⋅ ⋅=

⋅→ →600 mmHg 1,2L 1000 mmHg


750 mL2 L

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 70

71

SOLUCIONARI

i la temperatura del gas de 50 °C. Quant ha calgut que canviï latemperatura perquè el volum sigui de 275 mL, si la pressió no varia?

Una altra vegada:

Un gas ideal està, en les condicions que corresponen al punt A, a una temperatura de 27 °C. Calcula quina serà la seva temperatura als punts B i C.

Pas de A → B:

Pas de B → C:

Dins un recipient de 500 mL hi ha un gas que exerceix una pressió de1.500 mm Hg a 80 °C de temperatura. Calcula quin volum ocuparà el gassi el refredem fins a 40 °C i fem que la pressió sigui de 0,9 atm.

En un recipient de 2 L s’hi ha col·locat un gas a 50 °C que exerceix unapressió de 4 atm. Calcula la pressió que exercirà el gas si l’escalfem fins a 100 °C i fem que el volum del recipient es redueixi a 500 mL.

55.

→ V =⋅ ⋅ +

+ ⋅

1500760

273 40

273 80

atm 500 mL K

K 0,9 a

( )

( ) ttm972 mL=

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2

1500760

500

273 80

0⋅=

⋅⋅

+=→

atm mL

K( )

,,

( )

9

273 40

atm

K

⋅+

V →

54.

→ TC1,5 L K

LK 177 ºC=

⋅= =

150

0 5450

,

1 atm 0,5 L

150 K

1 atm 1,5 L

C

⋅=

⋅T

→

→ TB1 atm K

2 atm150 K 123 ºC=

⋅ += = −

( )273 27

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2 273 27

⋅=

⋅ ⋅+

=⋅→ 2 atm 0,5 L

K

1 atm 0,5

( )

LL

BT→

53.

→ T2273 50

=⋅ +

= =275 mL K

225 mL395 K 122 ºC

( )

P V

T

P V

T

P P

T1 1

1

2 2

2 2273 50

⋅=

⋅ ⋅+

=⋅→ →225 mL

K

275 mL

( )

P(atm)

2

1

A

0,5 1,5 V (L)

BC

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 71

72

2

Tenim:

Un gas ocupa un volum de 20 L, exerceix una pressió de 850 mm Hg i està a 27 °C. A quina temperatura estarà si es redueix el volum del recipient a 8 L i passa a exercir una pressió de 2,5 atm?

Ara:

Utilitza l’equació d’estat dels gasos ideals per calcular el volum que ocupa1 mol de gas hidrogen en condicions normals.

a) I si el gas fos oxigen? b) I si es tractés de diòxid de carboni?

Utilitzem l’equació d’estat dels gasos ideals:

PV = nRT

→ V = 22,4 L, sigui el gas que sigui

Quina temperatura hi haurà en un recipient de 8 L que conté 2,5 mols de gas nitrogen a una pressió de 650 mm Hg?

A partir de l’equació dels gasos ideals:

P · V = n · R · T

Quina massa de gas metà (CH4) hi haurà en un recipient de 8 L si està a 117 °C i la pressió és de 140 mm Hg?

a) Quantes molècules de gas metà tindrem?

59.

→ T =⋅

⋅ ⋅⋅

=

650760

8

2 5 0 082

33 4atm L

mol atm Lmol K

K

, ,

, == −239,6 ºC

→ →650

7608 2 5 0 082atm L mol

atm L

mol K⋅ = ⋅

⋅⋅

⋅, , T

58.

→ →1 atm 1 molatm L

mol K273 K⋅ = ⋅

⋅

⋅⋅V 0 082,

57.

→ T =⋅ ⋅ +

⋅= = −

2,5 atm L K

atm 20 LK 4

8 273 27

850760

268( )

,,7 ºC

P V

T

P V

T1 1

1

2 2

2

850760

273 27

2 5⋅=

⋅⋅

+=→

atm 20 L

K

a

( )

, ttm L⋅ 8

T→

56.

→ P =⋅ ⋅ +

+ ⋅=

4 2 273 100

273 50 0 5

atm L K

K L18,48 at

( )

( ) ,mm

P V

T

P V

T

P1 1

1

2 2

2

2

273 50

0 5

273

⋅=

⋅ ⋅+

=⋅→ 4 atm L

K

L

( )

,

( ++ 100)K→


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 72

73

SOLUCIONARI

b) Quants àtoms d’hidrogen?

c) Quants mols de carboni?

A partir de l’equació de los gasos ideals:

P · V = n · R · T →

M (CH4) = 12 + 4 ⋅ 1 = 16 g/mol →

a) Ara:

b) Tenim:

c) A partir de l’estequiometria de la reacció:

La bombona de butà (C4H10) té una capacitat de 26 L. Quan és plena pesa 12,5 kg més que quan és buida. Quina pressió exerciria el butà que hi ha a l’interior si estigués en fase gasosa? Considerem que latemperatura és de 20 °C.

M (C4H10) = 4 ⋅ 12 + 10 ⋅ 1 = 58 g/mol.

P·V = n·R·T → P ⋅ =⋅

⋅⋅⋅

⋅2612 5 10

0 082 2733

Lg

58g

mol

atm L

mol K

,, ( ++ 20)K →

60.

0,375 mol de CH1mol de C

1 mol de CH0,375 mol de C4

4

⋅ =

2 258 1023, ⋅ ⋅molècules de CH4 àtoms de H

1 molècula4

dde CH

àtoms de H

4

=

= ⋅9 03 1023,

0,375 mol de CHmolècules de CH

1 mol d4

4⋅⋅6 022 1023,

ee CH

molècules de CH

4

4

=

= ⋅2 258 1023,

→ 0,375 mol de CH16 g de CH

1 mol de CH6 g de CH4

4

4

4⋅ =

→ n =⋅

⋅

⋅⋅ +

=

1140760

8

0 082 273 117

atm L

atm L

mol KK, ( )

00,375 mol

→ 1140

7608 0 082 273 117atm L

atm L

mol KK⋅ = ⋅

⋅⋅

⋅ +n , ( ) →→

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 73

74

2

Diem que una bombona de butà s’ha acabat quan ja no en surt gas del’interior, i això passa quan la pressió a l’interior és igual que la pressióatmosfèrica. Quina massa de butà resta a dins d’una bombona buida si la temperatura a la cuina és de 20 °C? Dades: capacitat de la bombona= 26 L, pressió atmosfèrica = 1 atm.

P·V = n·R·T

M (C4H10) = 4 ⋅ 12 + 10 ⋅ 1 = 58 g/mol →

En un globus hem introduït 5 g de gas heli (He). Quin serà el volum delglobus si la pressió a l’interior és d’1,5 atm i la temperatura és de 20 °C?

M (He) = 4 g/mol.

P · V = n· R· T

Tenim un volum de 500 mL de diòxid de carboni en condicions normals:

a) Quin volum ocuparà a 80 °C i 375 mm Hg?

b) Quantes molècules hi haurà al recipient?

a) En aquest cas:

P V

T

P V

T

V1 1

1

2 2

2

1375760⋅

=⋅ ⋅

=⋅

→ atm 500 mL

273K

atm

(2273 80+ )K→

63.

→ V = ⋅

⋅⋅

⋅ +=

5

4

0 082 273 20

1 5

g

g

mol

atm Lmol K

K

atm

, ( )

,220,02L

→ 1 5 0 082 273 20, , ( )atm5 g

4g

mol

atm L

mol KK⋅ = ⋅

⋅⋅

⋅ +V →→

62.

→ 1,082 mol de C H58 g de C H

1 mol de C H62,84 10

4 10

4 10

⋅ = gg de C H4 10

→ n =⋅

⋅⋅

⋅ +=

1 26

0 082 273 20

atm L

atm Lmol K

K1,082 m

, ( )ool

→ →1 26 0 082 273 20atm Latm L

mol KK⋅ = ⋅

⋅⋅

⋅ +n , ( )

61.

→ P =⋅

⋅

⋅

⋅⋅ +

12 5 10

58

0 082 273 203,, ( )

g

g

mol

atm L

mol KKK

L199,2 atm

26=


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 74

75

SOLUCIONARI

b) Sustituint els valors coneguts:

P· V = n· R· T

Calcula la massa de 10 L de gas hidrogen en condicions normals. I si el gas fos oxigen?

En condicions normals (c.n.) 1 mol d’un gas ideal ocupa 22,4 L:

M (H2) = 2 ⋅ 1 = 2 g/mol →

Si el gas fos O2, també tindríem 0,45 mol.

M (O2) = 2 ⋅ 16 = 32 g/mol →

A dos recipients iguals i amb temperatures idèntiques s’hi introdueixen 5 g de gas heli i 5 g de diòxid de carboni. A quin dels dos recipients la pressió és més alta?

P· V = n· R· TSegons l’equació d’estat dels gasos ideals, si V i T són iguals, exerciràmés pressió el gas que tingui un nombre de mols més gran.

M (He) = 4 g/mol →

M (CO2) = 12 + 2 ⋅ 16 = 44 g/mol →

La pressió serà més alta en el recipient d’heli.

→ 5 g de CO1mol de CO

44 g de CO0,114 mol de CO2

2

2

2⋅ =

5 g de He1mol de He

4 g de He,25 mol de He⋅ = 1

65.

→ 0,45 mol de O32 g de O

1 mol de O14,4 g de O2

2

2

2⋅ =

→ 0,45 mol de H2 g de H

1 mol de H0,9 g de H2

2

2

2⋅ =

10 L de H1mol de H

22,4 L de H0,45 mol de H2

2

2

2⋅ =

64.

→ 0,0223 mol de COmolècules de CO

1mo2

2⋅⋅6 022 1023,

ll de COmolècules de CO

2

2

=

= ⋅1 345 1022,

→ →n =⋅

⋅

⋅⋅

=1 0 5

0 082 273

atm L

atm L

mol KK

0,0223 mol,

,

→ →1 atm 0,5 Latm L

mol K273K⋅ = ⋅

⋅⋅

⋅n 0 082,

→ V =⋅ ⋅ +

⋅=

1 500 273 80

273 375760

atm mL K

K atm

1310 m( )

LL 1,31L=

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 75

76

2

L’acetilè és un gas que es fa servir com a combustible dels bufadors de soldadura. La seva composició és del 92,3 % de carboni i del 7,7 %d’hidrogen. Determina la fórmula de l’acetilè (C2H2), sabent que quan se n’introdueixen 4,15 g en una ampolla d’1,5 L a 70 °C de temperaturaexerceixen una pressió de 3 atm.

La composició centesimal ens permetrà conèixer la fórmula empírica.Les dades que fan referència a l’estat del gas ens permeten conèixer la seva massa molar i, amb això, la seva fórmula molecular.

Fórmula del tipus CxHy.

Fórmula empírica: CH.

Càlcul de la massa molar:

P· V = n· R· T

Massa molar de l’acetilè

M (CH) = 12 + 1 = 13 g/mol.

Fórmula molecular de l’acetilè: C2H2.

Sabem que la densitat d’un gas en condicions normals és 1,25 g/L. Indica si el gas és monòxid de carboni, monòxid de sofre o amoníac.

A la pàgina 58 es dedueix la fórmula que permet conèixer la densitatd’un gas:

M (CO) = 12 + 16 = 28 g/mol; M (SO) = 32 + 16 = 48 g/mol; M (NH3) = 14 + 3 ⋅ 1 = 17 g/mol.

El gas del problema és el CO.

→ Md R T

P=

⋅ ⋅=

⋅⋅

⋅⋅

=1 25 0 082 273, ,

g

L

atm L

mol KK

1 atm277,98

g

mol

dP M

R T=

⋅⋅

→

67.

25 9

132

,≈

4,15 g

0,16 mol25,9

g

mol= →

→ n =⋅

⋅⋅

⋅ +=

3 1 5

0 082 273 70

atm L

atm Lmol K

K0,16 m

,

, ( )ool

→ →3 1 5 0 082 273 70atm Latm L

mol KK⋅ = ⋅

⋅⋅

⋅ +, , ( )n

92,3 g de C

12 g de C1mol de C

7,692 mol de C7,7 g de H

1 g= →

dde H

1mol de H

7,7 mol de H=

66.


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 76

77

SOLUCIONARI

La densitat d’un gas en condicions normals és 1,42 g/L. Calcula quant pesaran 750 mL d’aquest gas a 1,8 atm de pressió i 17 °C de temperatura.

La densitat del gas en condicions normals ens permet conèixer la sevamassa molar. Amb ella podrem esbrinar la densitat del gas en lesnoves condicions i determinar la massa corresponent a 750 mL.

Calcula la densitat del monòxid de dinitrogen en condicions normals. Dinsuna ampolla hi ha monòxid de dinitrogen a una pressió de 1.000 mm Hg.A quina temperatura estarà quan la seva densitat sigui de 2,15 g/L?

M (N2O) = 2 ⋅ 14 + 16 = 44 g/mol.

S’introdueixen 5 g d’heli, 5 g de diòxid de carboni i 5 g d’oxigen en una bombona. Si el manòmetre ens indica que la pressió dins la bombona és de 700 mm Hg, quina pressió exerceix cada gas?

Segons la llei de Dalton de les pressions parcials, per a cadacomponent:

P1 = PT ⋅ X1

Per calcular les fraccions molars cal conèixer el nombre de mols de cada component.

70.

TP M

R d=

⋅⋅

=⋅

⋅

⋅⋅

=1 atm 44

g

mol

atm L

mol K

g

L0 082 2 15, ,

2249,6 K 23,43 ºC= −

dP M

R T=

⋅⋅

=⋅

⋅

⋅⋅

=1 atm

g

molatm L

mol KK

44

0 082 273

1

,

,997g

L

69.

dm

Vm d V= = ⋅ = ⋅ =→ 2,4

g

L0,75 L 1,8 g

dP M

R T=

⋅⋅

=⋅

⋅⋅

⋅

1 8 31 79

0 082 2

, ,

, (

atmg

mol

atm Lmol K

773 17+

=

) K

2,4g

L

Md R T

P=

⋅ ⋅=

⋅ ⋅⋅

⋅=

1 42 0 082

31

, ,gL

atm Lmol K

273 K

1 atm,,79

g

mol

68.

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 77

78

2

Ho calculem dividint la massa en grams de cadascun d’ells entre la seva massa molar:

M (He) = 4 g/mol; M (CO2) = 12 +2 ⋅ 16 = 44 g/mol; M (O2) = 2 ⋅ 16 = 32 g/mol.

Per tant:

•

•

•

Indica la composició en forma de percentatge en massa i com apercentatge en volum de la mescla de gasos de l’exercici anterior.

Composició de la mescla com a percentatge en massa:

→ 33,33 % de CO2 i 33,33 % de O2

Composició de la mescla com a percentatge en volum: coincideix amb el percentatge en nombre de partícules.

n

n n nHe

He CO O2 2

82,24%+ +

⋅ =+ +

⋅ =100

54

54

544

532

100 dde He

m

m m mHe

He CO O2 2

% de He+ +

⋅ =+ +

⋅ =1005

5 5 5100 33 33, →

71.

P P X Pn

n n nO T O T

O

He CO O2 2

2

2 2

700 mmHg

= ⋅ = ⋅+ +

=

= ⋅

532

544

544

532

+ += 71,96 mmHg

P P X Pn

n n nCO T CO T

CO

He CO O2 2

2

2 2

700 mmHg

= ⋅ = ⋅+ +

=

= ⋅

5444

54

544

532

+ += 52,34 mmHg

P P X Pn

n n nHe T He T

He

He CO O2 2

700 mmHg

= ⋅ = ⋅+ +

=

= ⋅

54

54

++ +=

544

532

575,7 mmHg


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 78

79

SOLUCIONARI

Un recipient conté 3,2 g d’oxigen que exerceixen una pressió de 500 mm Hg. Sense variar la temperatura, hi afegim 4,2 g de gashidrogen. Quina pressió exercirà ara?

La pressió de l’oxigen en aquesta mescla continua sent 500 mm Hg.Segona la llei de Dalton de les pressions parcials:

P1 = PT ⋅ X1 →

M (H2) = 2 ⋅ 1 = g/mol; M (O2) = 2 ⋅ 16 = 32 g/mol.

Per tant:

La composició de l’aire en massa és 79% de nitrogen i 21% d’oxigen. Un dia la pressió atmosfèrica és de 720 mm Hg. Quina pressió exerceix el nitrogen aquest dia?

La composició en volum d’una mescla de gasos coincideix amb lacomposició en nombre de partícules. Com que coneixem aquestacomposició i la pressió total, la llei de Dalton de les pressions parcialsens permetrà conèixer la pressió que exerceix el nitrogen.

Un tub de 36,8 cm3 de volum conté oxigen (O2) a la pressió de 120 atm i a la temperatura de 343 ºC. Calcula els grams d'oxigen que conté el tub.

En primer lloc calculem el nombre de mols d’oxigen amb la relació:

nP V

R T=

·

·

74.

P P XN T N2 2720 mmHg 568,8 mmHg= ⋅ = ⋅ =

79

100

73.

P Pn n

nT O

H O

O2

2 2

2

500 mmHg= ⋅+

= ⋅+

=

=

4 22

3 232

3 232

, ,

,

11 1 104, ⋅ =mmHg 14,47 atm

P P X Pn

n nO T O T

O

H O2 2

2

2 2

= ⋅ = ⋅+

72.

n

n n nO

He CO O

2

2 2

0,28+ +

⋅ =+ +

⋅ =100

532

54

544

532

100 1 %% de O2

n

n n nCO

He CO O

2

2 2+ +

⋅ =+ +

⋅ =100

544

54

544

532

100 7 48, %% de CO2

945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 79

80

2

Mentre utilitzem les unitats adequades:

P = 120 atm

R = 0,082

T = 343 ºC + 273 = 616 K

1 mol d’oxigen = 32 g

0,087 mol ·32 g

1 mol= 2,784 g oxigen

n = =120 0 0368

0 082 6160 087

· ,

, ·, mol

atm · L

mol · K

V = =36 81

1 0000 03683

3, ·

.,cm

L

cmL


945335 _ 0049-0080.qxd 8/1/09 12:10 Página 80

81

Les solucions3

Un aspecte molt important de la unitat rau en el fet que l’alumnat aprengui a fer càlculs relacionats amb les solucions, tant des del punt de vista del seuús al laboratori (unitats químiques per expressar la concentració) com pelseu ús en articles quotidians com ara cremes, xarops, etc. (unitats físiquesper expressar-ne la concentració).

El segon aspecte que volem destacar de la unitat fa referència alconeixement i el maneig de les propietats de les solucions per adaptar-nel’ús a diferents necessitats científiques i de la vida quotidiana (aspectesrelacionats amb la solubilitat i les propietats col·ligatives).

PRESENTACIÓ

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 81

82

3 Les solucions

• Característiques d’una solució i de les substàncies que la integren.• Formes d’expressar la concentració d’una solució (unitats físiques

i unitats químiques).• Solubilitat d’una substància.• Factors que influeixen en la solubilitat (aplicar-ho a les dissolucions

aquoses amb solut i gasos).• Propietats col·ligatives:

– Descens de la pressió de vapor.– Augment del punt d’ebullició.– Descens del punt de congelació.– Osmosi.

• Tipus de dissolucions i dispersions.

CONTINGUTS

• Comprendre el concepte «concentració de la solució» com una magnitud extensiva.

• Manejar amb desimboltura les diferents maneres d’expressar la concentració de la solució.

• Reconèixer les situacions en què és adequat expressar la concentració en unitats físiques i en quines cal fer-ho en unitatsquímiques.

• Ser capaç de preparar al laboratori una solució d’una concentració determinada, a partir d’un producte comercial habitual.

• Manejar amb desimboltura el material de laboratori necessari per preparar solucions.

• Saber llegir i interpretar les gràfiques de solubilitat de substàncies diverses.

• Conèixer els factors que intervenen en la solubilitat d’una substànciai ser capaç d’utilitzar-los segons convingui.

• Saber distingir entre una solució concentrada, una de diluïda i una de saturada.

• Conèixer i manejar les fórmules que permeten avaluar les propietats col·ligatives d’una solució.

• Relacionar les propietats col·ligatives d’una solució amb la seva utilitat pràctica.

• Diferenciar entre mescla homogènia (dissolució) i mescla heterogènia(suspensió i dispersió col·loïdal).

OBJECTIUS

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 82

83


• Competència en indagació i experimentació.

Adquisició de les habilitats necessàries per a les tècniques méshabituals al laboratori: preparació de diferents tipus de solucions,anàlisi de dispersions, etc. Implica la capacitat d’enregistrar i analitzar dades, i treure’n conclusions, entre altres.

• Competència en la comprensió i capacitat d’actuar sobre el món físic.

Implica apropiar-se dels conceptes, els models i els principisfonamentals de la química. En aquesta unitat es treballen elsconceptes i les diferents maneres d’expressar la concentració d’una solució; això implica que cal saber discernir en quinessituacions s’usa una forma o l’altra.



Aprendre a descriure de manera correcta la preparació d’unasolució, com també algunes de les seves propietats és unamostra d’aprendre a comunicar ciència.

• Competència en recerca.

Aquesta unitat aporta capacitats per reconèixer les dissolucions i les dispersions, conceptes fonamentals per a la recercad’aquesta ciència que és la química.

• Competència personal i interpersonal.

En aquesta unitat, mitjançant les pràctiques al laboratori, es promou la gestió del treball personal i el treball en grup.

• Competència en el coneixement i interacció amb el món.

Els diferents exemples de dissolucions i dispersions permetencomprendre d’una manera més propera el món material i físicque ens envolta. Manejar amb facilitat el concepte concentraciópermetrà a l’alumnat llegir d’una manera efectiva les etiquetesd’alguns productes i escollir-ne els més adients segons la sevariquesa en un component determinat. A més, conèixer lespropietats col·ligatives els ajudarà a utilitzar algunes solucions en benefici propi, com ara l’ús del sèrum fisiològic en llocd’aigua per netejar-se els ulls i les mucoses, les solucions salinesper assolir banys a temperatures molt baixes, la fabricaciód’anticongelants, etc.


945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 83

84

3 Les solucions

• La lectura comprensiva de textos i la recerca d’informació és indispensable per a l’assoliment de les competències d’aquesta unitat.

• Molts dels continguts d’aquesta unitat són compartits amb labiologia: l’estudi de la concentració de les solucions, les propietatscol·ligatives com l’osmosi, etc.

• La connexió d’aquesta unitat amb les matemàtiques es basa en la resolució d’equacions, la interpretació de gràfics com els de les corbes de solubilitat, etc.

• En el cas de la física, són continguts compartits la utilització de diferents unitats i els factors de conversió que les relacionen.


1. Aplicar correctament les fórmules per calcular la concentració d’una solució en les seves diferents unitats.

2. Distingir entre densitat d’una solució i concentració del solut expressat en unitatsde massa/volum.

3. Expressar la concentració d’una solució concreta en unitats diferents. Transformarles unitats de concentració.

4. Preparar una quantitat determinada de solució d’una concentració establerta a partir d’un producte comercial.

5. Utilitzar gràfiques de solubilitat per determinar la solubilitat d’una substància en concentracions diferents.

6. Calcular les propietats col·ligatives d’una solució.

7. Determinar les característiques d’una solució a fi que una de les seves propietatscol·ligatives assoleixi un valor.

8. Interpretar qualitativament el comportament d’una solució en relació amb la del dissolvent respecte a una propietat col·ligativa.

9. Saber distingir un col·loide, o dispersió col·loïdal, i identificar-ne la tipologia.


945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 84

945335 _ 0005-0048.qxd 14/1/09 11:52 Página 9

86

3 Les solucions

Busca informació que et permeti identificar els soluts i el dissolvent en cadascuna d’aquestes solucions:

a) Aigua de l’aixeta. d) Bronze.

b) Sèrum fisiològic. e) Gas natural.

c) Contingut del bufador oxhídric. f ) Núvol.

1.

Aiguad’aixeta

Sèrum fisiològic

Bufadoroxhídric

BronzeGas

naturalNúvol

SolutSalsminerals

Oxigen

Clorurde sodi

Oxigen EstanyNitrogen,età, H2S,etc.

Oxigen,CO2, Ar,etc.

Dissolut Aigua Aigua Hidrogen Coure Metà Nitrogen

Esmenta dos exemples de solucions de sòlids en líquids que es puguinpreparar.

Per exemple, podria ser:

a) La preparació d’una solució de sal en aigua.

b) La solució d’hidròxid de sodi (NaOH) en aigua.

Els nutricionistes recomanen prendre 0,8 g de calci al llarg dels àpats quefem durant el dia. En el supòsit que només prenguem calci amb la llet,quanta llet haurem de beure per assolir la quantitat recomanada? Dada: la llet conté, per terme mitjà, un 0,12 % de calci.

La quantitat de llet seria:

La cervesa «sense alcohol» té fins a l’1 % d’alcohol. Calcula la quantitatde cervesa «sense alcohol» que ha de beure una persona per consumir 25 mL d’alcohol.

En aquest cas:

Ens podem preparar un bon refresc posant dins un got gran: 4 g de cafèsoluble descafeïnat (2 sobrets), 20 g de sucre (2 sobrets) i aigua fins acompletar 200 mL (el got gran ple). Ja només falta remenar i posar-ho a la nevera una bona estona. Calcula la concentració en massa de lessubstàncies que componen el refresc.

5.

25 mL d'alcohol100 mL de cervesa

1 mL d'alcohol25⋅ = 000 mL de cervesa

4.

0,8g de calci

dia

100 g de llet

0,12 g de calci666,7⋅ =

gg de llet

dia

3.

2.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 86

87

SOLUCIONARI

La concentració en massa és:

•

•

Per preparar un licor es van afegir 200 g de sucre a mig litre d’unaiguardent de brisa d’1,05 kg/L de densitat. La solució resultant tenia un volum de 550 mL. Calcula el % de sucre, la concentració en g/L i la densitat del licor obtingut.

Ara tenim:

Volem preparar 250 mL d’una solució aquosa 1,5 M de clorur de potassi.Calcula la quantitat de solut que ens cal i explica com l’hem de preparar.

La quantitat de solut és:

I, a més:

M (KCl) = 39,1 + 35,5 = 74,6 g/mol →

El procediment s’indica a la pàgina 81 del llibre.

Quin volum de solució 1,25 M de sulfur de sodi hem d’utilitzar per obtenir0,5 mol de sulfur de sodi? Quants grams de sulfur de sodi tindrem,llavors?

8.

0,375 mol de KCl74,6 g de KCl

1 mol de KCl27,98 g de K⋅ = CCl

Mn

V

nn= =solut

dissolució

solutsolutM

L→ →1 5

0 25,

,== ⋅ =1 5 0 25, , 0,375 mol

7.

dm

Vlicor

licor

licor

525 g 200 g

550 mL1,318

g

mL= =

+= == 1,318

kg

L

cm

Vsucre

sucre

dissolució

200 g

0,55 L363,6

g

L= = =

%

%

sucre

sucre20

sucre

dissolució

( ) = ⋅

( ) =

m

m100 →

→ 00 g

g g27,59%

525 200100

+⋅ =

dm

Vm d V= = ⋅ =

=

→ aiguardent aiguardent aiguardent

1,,05kg

L0,5 L 0,525 kg 525 g⋅ = =

6.

cm

Vsucre

sucre

dissolució

20 g

0,2L100

g

L= = =

cm

Vcafè

cafè

dissolució

4 g

0,2L20

g

L= = =

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 87

88

3 Les solucions

El volum és:

Llavors:

M (Na2S) = 2 ⋅ 23 + 32 = 78 g/mol →

Quina serà la concentració d’una solució que es prepara afegint aigua a 50 mL d’una solució 1,5 M de HNO3 fins a obtenir un volum de 250 mL?

En primer lloc hem de calcular el nombre de mols de solut que hihaurà a la dissolució resultant:

→ nsolut = 1,5 M ⋅ 0,05 L = 0,075 mol

Aquests seran els mols de solut que tindrem a la dissolució final.

En calculem la concentració:

Calcula la molaritat de la solució que resulta si afegim 3 g de Mg(OH)2

a 150 mL de solució 0,5 M de Mg(OH)2. Cal suposar que el volum total no varia.

Calculem els mols de solut que hi ha a la dissolució resultant. Són els quehi ha en 3 g més els que hi havia en els 150 mL de la dissolució 0,5 M.

Llavors:

M [Mg(OH)2] = 24,3 + 2 ⋅ (16 + 1) = 58,3 g/mol →

Calculem la molaritat de la dissolució resultant:

Mn

VM= =

+solut

dissolució

0,075 mol 0,051mol

0,15→

LL0,84 M=

→ 3 g de Mg(OH)1mol de Mg(OH)

58,3 g de Mg(OH)0,2

2

2

⋅ = 0051mol de Mg(OH)2

Mn

VM

nn= =solut

dissolució

solutsolut

L→ →0 5

0 15,

,== ⋅ =0 5 0 15 0 075, , , mol

10.

Mn

VM= = =solut

dissolució

0,075 mol

0,25 L0,3M→

Mn

V

n= =solut

dissolució

solut1,5 M0,05 L

→ →

9.

0,5 mol de Na S78 g de Na S

1 mol de Na S39 g de Na S2

2

2

2⋅ =

Mn

V V= =solut

dissolució dissolució

1,25 M0,5 mol→ →→

→ Vdissolució0,5 mol

1,25 M0,4 L 400 mL= = =

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 88

89

SOLUCIONARI

Determina la molaritat de l’àcid sulfúric comercial, que és del 96 % deriquesa i té 1,85 g/mL de densitat.

La concentració és una propietat intensiva. Per tant, n’hi ha proud’agafar una quantitat qualsevol d’àcid comercial i referir-nos-hi per fertots els càlculs.

Partim de 100 g de H2SO4 comercial → 96 g de H2SO4 pur.

Cal determinar els mols de solut que representa aquesta quantitat i el volum que ocupen els 100 g de l’àcid comercial:

M (H2SO4) = 2 ⋅ 1 + 32 + 4 ⋅ 16 = 98 g/mol →

La densitat és:

I la molaritat:

Respon:

a) Quina quantitat de glucosa (C6H12O6) hem de barrejar amb mig litred’aigua per obtenir una solució 1,2 m?

b) I amb 2 L d’aigua?

Suposem que la densitat de l’aigua és 1 g/mL.

a)

M (C6H12O6) = 6 ⋅ 12 + 12 ⋅ 1 + 6 ⋅ 16 = 180 g/mol →

b)

2,4 mol de glucosa180 g de glucosa

1 mol de glucosa⋅ = 4432 g de glucosa

mn

m

n

n

=( )

=solut

dissolvent

solut

so

kg1,2 m

2 kg→ →

→ llut 1,2 m 2 kg 2,4 mol= ⋅ =

0,6 mol de glucosa180 g de glucosa

1 mol de glucosa⋅ = 1108 g de glucosa

mn

m

n

n

=( )

=solut

dissolvent

solut

kg1,2 m

0,5 kg→ →

→ ssolut 1,2 m 0,5 kg 0,6 mol= ⋅ =

12.

Mn

VM= = =solut

dissolució

0,98 mol

0,054 L18,15 M→

dm

VV

m

d= = = =→ 100 g

1,85g

mL

54,05 mL

96 g de H SO1mol de H SO

98 g de H SO0,98 mol de H2 4

2 4

2 4

⋅ = 22 4SO

11.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 89

90

3 Les solucions

Quina quantitat de glucosa (C6H12O6) hem de barrejar amb mig litred’aigua perquè la seva fracció molar sigui 0,2?

M (C6H12O6) = 6 ⋅ 12 + 12 ⋅ 1 + 6 ⋅ 16 = 180 g/mol →

Tenim una solució d’àcid clorhídric (HCl) 9 molal i de densitat 1,15 g/mL.Calcula’n la concentració en g/L, la molaritat i la fracció molar.

La concentració és una propietat intensiva. Per tant, n’hi ha proud’agafar una quantitat qualsevol del HCl 9 m i referir-nos-hi per fer totsels càlculs.

Partim d’1 L d’aquest àcid. La dada de la densitat ens permet conèixerla massa equivalent:

La concentració molal permet establir una relació entre la massa del solut i la del dissolvent:

M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 g/mol. Per tant:

9 36 536 5

= =⋅

m

m kg

m

m

solut

dissolvent

solut

dis

,( ) , ssolvent

solut dissolvent

(kg)

(kg)

→

→ m m= ⋅ ⋅9 36 5, == 328 5, mdissolvent(kg)

mn

m

m

Mm

=( )

=solut

dissolvent

solut

HCl

dissolvekg nnt( )kg

dm

Vm d V= = ⋅ = ⋅ =→ 1,15

g

mLmL 1150 g103

14.

→ 6,94 mol de glucosa180 g de glucosa

mol de glucosa⋅ ==

= =1.249 g de glucosa 1,249 kg de glucosa

→ nglucosa27,28 mol

6,94 mol=⋅

=0 2

0 8

,

,

→ 0 2 0 2 0 8, , ,⋅ = − ⋅ =27,28 mol glucosa glucosa glun n n ccosa →

Xn

n n

nglucosa

glucosa

glucosa aigua

gluco=+

=→ 0 2, ssa

glucosa

glucosa

500 g

18g

mol27

n

n

+

⋅ + ⋅

→

→ 0 2 0 2, , ,,28 mol glucosa= n

13.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 90

91

SOLUCIONARI

Tenint en compte la massa corresponent a 1 L de dissolució:

Llavors:

Per garantir la qualitat sanitària d’una aigua de piscina un dels paràmetresque es controla és la concentració de clor lliure que s’ha de trobar entre0,5 i 2,0 ppm. Sabries expressar aquestes concentracions en g per kg de dissolució?

Per dissolucions molt diluïdes podem considerar que la densitat de ladissolució és igual a la densitat de l’aigua, que és 1 kg/L, de maneraque un litre té una massa d’1 kg.

Així per 1 L d’aigua de piscina:

En les aigües minerals la concentració se sol expressar en mg/L a causa de la dilució de la substància present. L’etiqueta d’una aiguamineromedicinal indica que la seva composició química en mg/L és:

Calci (Ca): 49,3

Magnesi (Mg): 7,1

Sodi (Na): 6,5

Clorurs (Cl–): 4,0

16.

2ppm1L dissolució

0,1g100 ppm

1L dissolució1kg

⋅ ⋅ddissolució

= 0,002 g clor lliure / kg de dissolució

0,5 ppm1L dissolució

0,1 g100 ppm

1L dissolució1

⋅ ⋅kkg dissolució

= 0,00005 g clor lliure / kg de dissoluució

15.

Xn

n nXHCl

HCl

HCl aiguaHCl

284,4 g

36,5 g/mol28

=+

=→44,4 g

36,5 g/mol

865,6 g

18 g/mol+

= 0 14,

Mn

VM= = =solut

dissolució

→

284,4 g

36,5 g/mol1L

7,799M

m m

msolut dissolvent

dissolven

g 1.150 g+ =( )

,328 5 tt dissolvent

dissolvent

(kg) 1.150 g+ ⋅ =m

m

103 →

→ ==+

=

=

1150

328 5 10328 5

3,,

0,8656 kg

solut diss

→

→ m m oolvent

HCl

(kg) 284,4 g

(g

L)

= ⋅ =

=

328 5 0 8656, , →

→ cmm

VHCl

dissolució

284,4 g

1L284,4

g

L= = →

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 91

Sulfats (SO42): 30,4

Bicarbonats (HCO3– ): 149,3

Indica aquests valors en unitats de ppm.

Llegeix la gràfica de la solubilitat del sucre en un medi aquós i calcula laquantitat màxima de sucre que es podrà dissoldre en 50 mL d’aigua a 20 °C.Però, i si estigués a 80 °C?

17.

92

3 Les solucions

1.000.000 g dissolució49,3mg Ca

1L dissolució1⋅ ⋅ gg Ca

1.000 mg Ca1L dissolució1kg dissolució

1k

⋅ ⋅

⋅ gg dissolució1.000 g dissolució

= 49,3ppm Ca

1.000.000 g dissolució7,1mg Mg

1L dissolució1g⋅ ⋅ MMg

1.000 mg Mg1L dissolució1kg dissolució

1kg

⋅ ⋅

·ddissolució

1.000 g dissolució= 7,1ppmMg

1.000.000 g dissolució6,5 mg Na

1L dissolució1g⋅ ⋅ NNa

1.000 mg Na1L dissolució1kg dissolució

1kg

⋅ ⋅

·ddissolució

1.000 g dissolució= 6,5 ppmNa

1.000.000 g dissolució4,0 mg Cl

1L dissolució1–

⋅ ⋅ gg Cl1.000 mg Cl

1L dissolució1kg dissolució

–

–⋅

·11kg dissolució

1.000 g dissolució= 4,0 ppm Cl–

1.000.000 g dissolució30,4 mg SO

1L dissoluci4

2–

⋅óó

1 g SO

1.000 mg SO

1L dissolució1kg disso

42

42

–

–⋅ ⋅llució

1kg dissolució1.000 g dissolució

= 30,4 p

⋅

· ppm SO42–

1.000.000 g dissoluciómgHCO

1L di3

–

⋅149,3

sssolució

1gHCO

1.000mgHCO

1L disso3–

3-

⋅ ⋅llució

1kg dissolució

1kg dissolució1.000

⋅

·g dissolució

= ppmHCO3–149,3

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 92

93

SOLUCIONARI

Solubilitat (mg/L)

100

O2

20 30 40

1614121086420

T (°C)

100 g; 187,5 g.

Imagina’t que amb 200 mL d’aigua has preparat una solució saturada desucre a 70 °C. Quina quantitat de sucre se n’anirà cap al fons del vas si larefredes fins a 20 °C ?

A 70 ºC, la quantitat de sucre en 200 mL d’una dissolució saturada:660 g.

A 20 ºC, la quantitat de sucre en 200 mL d’una dissolució saturada:400 g.

En refredar de 70 ºC a 20 ºC, 260 g de sucre aniran cap al fons.

La temperatura de l’aigua d’un riu solia ser d’uns 15 °C, però unvessament industrial la va fer pujar fins als 35 °C. Observa la gràficad’aquesta pàgina i explica en quina proporció aquest dany ecològic va fer variar la quantitat d’oxigen de l’aigua. Quines conseqüències va tenirper als peixos que vivien al riu?

19.

18.

Solubilitat (g/100 mL aigua)

sucre

sal

00

100

200

300

400

500

600

20 40 60 80 100Temperatura (°C)

120

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 93

94

3 Les solucions

Solubilitat del O2 a 15 ºC: 10 mg/L; Solubilitat del O2 a 35 ºC: 7 mg/L.

Proporció en la qual es va reduir l’oxigen dissolt:

Els peixos tindran dificultat per respirar i és probable que morin.

La pressió de vapor de l’acetona (CH3-CO-CH3) a 50 °C és de 603 mm Hg.Si dissolem 15 g d’una substància en 100 g d’acetona, la pressió de vaporde la solució en aquella temperatura passa a ser de 473 mm Hg.Aleshores, quina és la massa molar de la substància?

Segons la llei de Raoult:

ΔP = P0 ⋅ XS → 603 − 473 = 603 ⋅ XS →

Podem calcular els mols d’acetona, CH3-CO-CH3 (dissolvent):

M (acetona) = 3 ⋅ 12 + 6 ⋅ 1 + 16 = 58 g/mol →

Quin serà el punt d’ebullició d’una solució que es prepara dissolent 150 gde glucosa (C6H12O9) en 250 g d’aigua? Agafa les dades que necessitis de la taula de la part superior de la pàgina 90.

21.

n

M

s

molar solutsolu

0,475 mol

15 g

= =

=

0 372

0 784

,

,→

→ tt

0,475 mol31,61 g/mol=

0 2161 724

0 216 0 216 1 724

0

,,

, , ,=+

⋅ + ⋅ =n

nn ns

ss s→ →

→ ,, , ,372 0 216 0 784= − ⋅ = ⋅n n ns s s

→ nacetona 100 g d'acetona1mol d'acetona

58 g d'a= ⋅

ccetona1,724 mol d'acetona=

Xn

n ns

s

s d

=+

X s =−

=603 473

6030 216,

20.

3

10100 30⋅ = %

Dissolvent Ke (°C ⋅ kg/mol) Teb a 1 atm (°C)

Aigua 0,51 100

Benzè 2,64 80

Etilenglicol 2,26 197

Àcid acètic 3,22 118

Ciclohexanol 3,5 161

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 94

95

SOLUCIONARI

La variació en la temperatura d’ebullició és:

Llavors:

M (C6H12O6) = 6 ⋅ 12 + 12 ⋅ 1 + 6 ⋅ 16 = 180 g/mol →

El punt d’ebullició de la dissolució serà 100 ºC + 1,7 ºC = 101,7 ºC.

Quina massa molar tindrà una substància si quan se’n dissolen 90 g en un quart de litre d’aigua s’obté una solució que bull a 102 °C. Agafa lesdades que et calguin de la taula que hi ha a la part superior de la pagina 90.

En aquest cas:

Quin serà el punt de congelació d’una solució que es prepara dissolent 150 g de glucosa (C6H12O9) en 250 g d’aigua? Agafa les dades que etcalguin de la taula que hi ha a la part superior de la pàgina 91.

Ara:

I tenim:

M (C6H12O6) = 6 ⋅ 12 + 12 ⋅ 1 + 6 ⋅ 16 = 180 g/mol →

El punt de congelació de la dissolució serà 0 ºC – 6,2 ºC = − 6,2 ºC.

→ Δt =⋅

⋅ =1 86,ºC kg

mol

150 g

180 g/mol0,25 kg

6,2 ºC

Δt K m Kn

ms= ⋅ = ⋅

( )c c

dissolvent kg

23.

→ →n Ms molar solutsolut0,98 mol

90 g=

⋅= =

2 0 25

0 51

,

, 00,98 mol91,84 g/mol=

Δt K m Kn

m= ⋅ = ⋅

( )=

⋅e e

s

dissolvent kg2 ºC

ºC kg

m→ 0 51,

ool 0,25 kgs⋅

n →

22.

→ Δt =⋅

⋅0 51,ºC kg

mol

150 g

180 g/mol0,25 kg

Δt K m Kn

m= ⋅ = ⋅

( )e es

dissolvent kg

Dissolvent Kc (°C ⋅ kg/mol) Tf a 1 atm (°C)

Aigua 1,86 0

Benzè 5,07 6

Etilenglicol 3,11 −13

Àcid acètic 3,63 17

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 95

96

3 Les solucions

Si volem preparar un anticongelant que es mantingui líquid a 25 graussota zero, quina quantitat d’etilenglicol (CH2OH-CH2OH) hem d’afegir a mig litre d’aigua per aconseguir-ho? Agafa les dades que et calguin de la taula que hi ha a la part superior de la pagina 91.

Ara:

M (etilenglicol, CH2OH−CH2OH) = 2 ⋅ 12 + 1 ⋅ 6 + 2 ⋅ 16 = 62 g/mol.

Quina pressió osmòtica exercirà una solució que s’aconsegueix en dissoldreamb aigua 30 g de glucosa (C6H12O6) per obtenir mig litre de mescla a 25 °C.

M (C6H12O6) = 6 ⋅ 12 + 12 ⋅ 1 + 6 ⋅ 16 = 180 g/mol.

Llavors:

Si la temperatura en graus centígrads es duplica, quina serà la pressióosmòtica de la solució anterior?

En aquest cas:

Tenim una substància semitransparent i volem determinar si és unadissolució o un col·loide, explica quin procés seguiries per esbrinar-ho.

Per determinar si aquesta substància és una dissolució o un col·loidecomprovarem si presenta l’efecte Tyndall. La introduirem en unrecipient de vidre transparent i farem passar un raig de llum a travésde la solució. Si el raig de llum es difon i es veu (efecte Tyndall), diremque es tracta d’un col·loide. Si al contrari la llum no es veu, es tractaràd’una dissolució autèntica o vertadera.

27.

π = ⋅ ⋅ = ⋅⋅⋅

⋅M R T

30g

180g/mol0,5L

atm L

mol K0 082 27, ( 33 50+ =)K 8,83 atm

26.

π = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =

=

M R Tn

VR Ts

dissolució(L)

30 g

180 g/mol0,55 L

atm L

mol KK 8,15 atm⋅

⋅⋅

⋅ + =0 082 273 25, ( )

25.

3,36 mol d'etilenglicol62 g d'etilenglicol

1 mo⋅

ll d'etilenglicol208,3 g d'etilenglicol=

Δt K m Kn

m= ⋅ = ⋅

( )

=⋅

c cs

dissolvent kg

25 ºCºC k

→

→ 1 86,gg

mol 0,25kg3,36 mols⋅ =

⋅=

nns→ 25 0 25

1 86

,

,

24.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 96

97

SOLUCIONARI

Classifica les següents mescles segons siguin dissolucions, suspensions o col·loides:

a) tinta e) salfumant

b) pols de l’aire f ) anticongelant

c) la boira g) pintura

d) cacau amb llet h) flam

a) tinta - col·loide (sol) e) salfumant - dissolució

b) pols de l’aire - suspensió f ) anticongelant - dissolució

c) la boira - col·loide (aerosol) g) pintura - col·loide (sol)

d) cacau amb llet - col·loide (sol) h) flam - col·loide (gel)

Indica quin o quins són els soluts, i quin és el dissolvent en les solucionssegüents:

a) Refresc amb gas b) Beguda isotònica c) Vi d) Acer

Omple el quadre amb les maneres que saps d’expressar la concentració d’unasolució i indica les unitats en què es mesura cada cas.

30.

29.

28.

Forma d’expresar la concentració Unitat

% enmassa de solutmassa de solut

massa de dissoluc=

iió⋅ 100 Adimensional

% en volum de solutvolum de solut

volum de dissoluc=

iió⋅ 100 Adimensional

concentració enmassa de solutmassa de solut

volu=

mm de dissolucióg/L

concentració molal de solutmols de solut

massa (k=

gg) de dissolvent

Mn

V=

mol/L

concentració molal de solutmols de solut

massa (k=

gg) de dissolvent

dissolvent

mn

m kg=

( )

mol/kg

X smols de solut

mols de solut mols de dissolvent=

+=

nn

n ns

s d+Adimensional

Refrescamb gas

Begudaisotònica Vi Acer

SolutCO2 sucre, saboritzants,etc.

Sal, sucre,susbtànciessaboritzants

Tanins,colorants,alcohol

Carboni

Dissolvent Aigua Aigua Aigua Ferro

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 97

98

3 Les solucions

Explica la diferència entre aquestes dues expressions:

a) Una solució d’hidròxid de sodi amb aigua té una concentració d’1,5 g/L.

b) Una solució d’hidròxid de sodi amb aigua té una densitat d’1,5 g/L.

Una solució saturada és el mateix que una solució concentrada?

No. Una dissolució saturada en determinades condicions no admetmés quantitat de solut amb relació a una quantitat de dissolvent.

Una dissolució concentrada té una proporció elevada de solut ambrelació al dissolvent. Una dissolució saturada pot ser diluïda si el solutés poc soluble.

Explica per què la cervesa se serveix en un vas molt fred.

Les cerveses són dissolucions en les quals un dels soluts és un gas(CO2) i el dissolvent és aigua. La solubilitat dels gasos en líquidsdisminueix en augmentar la temperatura. La cervesa se serveix en gots ben freds per tal de mantenir la major quantitat de gas dissolt.

Raona si són certes o falses aquestes afirmacions:

a) Quan la temperatura s’incrementa, la solubilitat de les substànciesaugmenta.

b) Una solució sobresaturada és una mescla heterogènia.

c) La solubilitat de l’oxigen en aigua s’incrementa quan augmenta la pressió.

d) Una solució saturada també por ser una solució diluïda.

e) Per eliminar el clor de l’aigua, una bona recomanació és posar-la a la nevera.

f ) L’agitació augmenta la solubilitat d’un solut.

a) Això és cert en la majoria dels casos en els quals el solut és un sòlidi el dissolvent és un líquid, per bé que hi ha excepcions com ara ladissolució de la sal a l’aigua. Si el solut és un gas, la seva solubilitatdisminueix en augmentar la temperatura.

b) Una dissolució sobresaturada és un estat inestable de la matèria.Mentre es manté la dissolució, és una mescla homogènia. Quan s’hi produeix algun canvi que fa que precipiti l’excés de solut, és una mescla heterogènia.

c) Cert. La solubilitat dels gasos en aigua augmenta en augmentar lapressió.

34.

33.

32.

densitatmassa de dissolució

volum de dissolució= ==

+massa solut massa dissolvent

volum de dissoluciió

concentraciómassa de solut

volum de dissolució=

31.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 98

99

SOLUCIONARI

d) Cert. Això passa quan el solut és poc soluble en el dissolvent.

e) Fals. La solubilitat dels gasos en aigua augmenta en disminuir la temperatura. Per eliminar el clor de l’aigua convé escalfar-la.

f) Fals. L’agitació únicament augmenta la velocitat de solubilització delsolut en el dissolvent. La solubilitat tan sols varia amb la temperaturai la pressió.

Recolza’t en la teoria cinètica de la matèria per tal d’explicar per què lapressió de vapor d’una substància augmenta quan s’eleva la temperatura.

Quan la temperatura augmenta, augmenta també l’energia cinètica de les partícules, cosa que facilita que les molècules que estan en estat líquid s’alliberin de les forces que les mantenen unides a les veïnes i puguin passar a la fase gasosa. En augmentar laproporció de partícules que poden estar en fase gasosa en equilibriamb un líquid, augmenta la pressió que aquestes fan, que és lapressió de vapor.

Indica algun procediment que et permeti escalfar aigua per damunt dels 100 °C i es mantingui en estat líquid.

Escalfar-la a una pressió per damunt d’1 atmosfera. També es potaconseguir això dissolent en aigua un solut no volàtil.

Quan fa molt de fred, les carreteres es glacen, i això representa un perill greu per a la circulació. A fi d’evitar-lo, s’hi escampa sal. Què s’aconsegueix amb aquesta acció?

La dissolució de sal en aigua té un punt de fusió inferior que el de l’aigua en estat pur. La sal aconsegueix que l’aigua es mantinguilíquida per sota dels 0 ºC i evita la formació de gel, que redueix el fregament i fa perillosa la conducció de vehicles.

37.

36.

35.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 99

100

3 Les solucions

Explica per què s’inflen les panses quan es posen en remull.

L’interior del raïm és hipertònic respecte de l’aigua. Com que la pelldel raïm és una membrana semipermeable, l’aigua passarà al seutravés fins que la pressió de dins del raïm sigui igual a la pressió de fora. El resultat és que les panses s’inflen.

Per què és perillós injectar directament aigua destil·lada a una persona?

Les cèl·lules sanguínies es troben en un medi extern isotònic respecte al medi intracel·lular. Si injectem aigua destil·lada a la sangd’una persona, disminueix la concentració en el medi extracel·lular i,com que les membranes cel·lulars són semipermeables, passarà aiguade fora a dins fins que les dues pressions osmòtiques de tots doscostats s’igualin. Si injectem molta quantitat d’aigua destil·lada, les cèl·lules poden arribar a esclatar.

Els dies de molta calor, les persones més sensibles corren el risc dedeshidratar-se. Per què se’ls recomana que prenguin begudes isotòniques?

Perquè es mantingui en equilibri osmolar. (Vegeu la resposta de la pregunta anterior.)

Probablement hauràs sentit a dir que els nàufrags es poden morir de set.Com és possible això, si el mar conté més del 90% d’aigua?

La pressió osmòtica de l’aigua del mar és més elevada que la delslíquids intracel·lulars. Si bevem aigua de mar, les cèl·lules es trobaranen un medi hipertònic i sortirà aigua del seu interior amb la intenciód’igualar les pressions de tots dos costats de la membrana cel·lular. El resultat serà que les cèl·lules es deshidrataran.

41.

40.

39.

38.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 100

101

SOLUCIONARI

Explica en què es diferencia una dissolució d’una dispersió col·loïdal.

La diferència entre una dissolució i una dispersió col·loïdal està en funció de la mida de les partícules del component minoritari de la mescla.

La mida d’una partícula d’una dispersió col·loïdal es troba entre 1-100 nm.

La mida d’una partícula d’una dissolució és < 1 nm.

Explica per què només podem observar a l’aire el raig de llum d’un làserquan hi ha fum o pols.

Les partícules sòlides de fum i de pols són les responsables de ladispersió (reflexió i refracció) del raig de llum làser i la seva trajectòriaes fa visible. Si aquestes no hi fossin no hi hauria cap partícula perdesviar el raig i per tant aquest no es podria observar.

Determina les diferències entre: sol, gel, emulsió, escuma i aerosol. Diguesalgun exemple diferent de cadascun dels que surten a la taula de la pàgina 96.

Sol: la substància dispersa del sol és sòlida i el medi dispersor és un líquid. Té consistència líquida. Exemple: clara d’ou crua.

Gel: és un sol amb consistència sòlida. Exemple: clara d’ou dur.

Emulsió: la substància dispersa de l’emulsió és líquida i si el medidispersor és líquid té consistència líquida, si el medi dispersor és sòlid té consistència sòlida. Exemple: llet.

Escuma: la substància dispersa de l’escuma és un gas i el medidispersor pot ser un sòlid o un líquid. Exemple: nata muntada.

Aerosol: el medi dispersor d’un aerosol sempre és un gas. Exemple: insecticida.

L’alcohol és irritant per a la pell dels nadons. Per això, si cal, s’utilitza unamescla d’alcohol i aigua al 70 %. Si a casa tens 100 g d’alcohol al 90 %,què has de fer perquè es pugui fer servir amb nadons?

En 100 g d’alcohol al 90 % tindrem 90 g d’alcohol i 10 g d’aigua.Calculem la quantitat d’aigua que hem d’afegir perquè es converteixien alcohol al 70 %:

A 100 g d’alcohol al 90 %, cal que hi afegim 28,57 g d’aigua.

70 g d'alcohol

100 g de dissolució

90 g d'alcohol

10=

00g dissolució g d'aigua

g d'aigua

+

=⋅

x

x

→

→ 90 100

70−− =100 28 57, g

45.

44.

43.

42.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 101

102

3 Les solucions

L’etiqueta d’una aigua mineral diu que conté sodi (50,5 mg/L), fluor (0,4 mg/L) i calci (9,2 mg/L). Si sabem que la quantitat diàriarecomanada (QDR) per a una persona de cadascun d’aquests elements és:

• Sodi → 200 mg.

• Fluor → 2 mg.

• Calci → 800 mg.

a) Quina quantitat d’aigua hauríem de beure per aconseguir la QDR de cadascun dels elements?

b) Es pot dir que aquesta aigua és una bona font de calci?

Tenim:

•

•

•

L’aigua no és una bona font de calci.

L’anàlisi de sang d’una persona diu:

Si una persona adulta conté, al seu interior, uns 5 litres de sang. Quanta glucosa hi té, a la sang?

En aquest cas:

Calcula la concentració en g/L d’un àcid clorhídric comercial del 37 % de riquesa en pes i 1,18 g/mL de densitat.

La concentració és una propietat intensiva. Per tant, n’hi ha prou aagafar una quantitat qualsevol del HCl comercial i referir-nos-hi per fer tots els càlculs. Partim d’1 L d’aquest àcid. La dada comercial enspermet conèixer la massa equivalent:

48.

5 L de sang89 mg de glucosa

0,1 L de sang

m

⋅ =

= ⋅4 45 103, gg de glucosa 4,45 g de glucosa=

Glucosa → 89 mg/100 mL

47.

800 mg de calci1L

9,2 mg de sodi86,96 L⋅ =

2 mg de fluor1L

0,4 mg de fluor5 L⋅ =

200 mg de sodi1L

50,5 mg de sodi3,96 L⋅ =

46.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 102

103

SOLUCIONARI

La dada de la riquesa ens permet conèixer la quantitat de HCl que hiha en aquesta quantitat:

Al laboratori hi tenim un àcid clorhídric del 37 % de riquesa en pes i 1,18 g/mL de densitat. Si agafem 70 mL del contingut de l’ampolla,quant d’àcid clorhídric estem utilitzant?

El procediment és el mateix que el del problema anterior, però aratreballem amb 70 mL de HCl comercial:

La dada de la riquesa ens permet conèixer la quantitat de HCl que hiha en aquesta quantitat:

Una beguda alcohòlica conté un 12 % en massa d’alcohol. Si en bevem250 g, quina quantitat d’alcohol ingerim?

En una ampolla de llet d’1,5 litres hi ha 45 ml de greix. Calcula elpercentatge en volum de greix que hi ha a la llet.

Determina el percentatge en massa del greix de la llet sabent que la sevadensitat és de 0,865 kg/L i que 1 litre de llet té una massa de 1.032 g.

52.

% volum greix =45 ml greix

1.500 ml llet100 = 3 % grei⋅ xx

%volum =ml solut

ml dissolució100⋅

51.

250 g beguda alcohòlica12g alcohol

100 g beguda al⋅

ccohòlica= 30 g alcohol

50.

82,6 g de HCl comercial37 g de HCl

100 g de HCl comerc⋅

iial30,56 g de HCl=

m d VHCl comercial àcid comercial HCl comercial= ⋅ = 11,18g

mL70 mL 82,6 g⋅ =

49.

1 18 103, ⋅ ⋅g de HCl comercial37 g de HCl

100 g de HCl commercial

436,6 g de HCl HClHCl

dissolució

=

= = =→ cm

V

4436,6 g

1L436,6

g

L=

dm

Vmàcidcomercial

HCl comercial

HCl comercial

= → HHCl comercial

àcidcomercial HCl comercial

=

= ⋅d V == ⋅ = ⋅1 18 10 1 18 103 3, ,g

mLmL g

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 103

104

3 Les solucions

En primer lloc calculem l’equivalent en massa del volums de llet i greix.

Aprofitem les dades de l’exercici anterior.

I ara calculem el % en massa del greix contingut en la llet.

Tot sabent que l’aire conté un 21 % en volum d’oxigen, calcula la quantitat d’aire necessària per tenir 20 litres d’oxigen.

Un whisky porta a l’etiqueta de l’ampolla el percentatge següent: 40% vol.Si s’adulteren 5 litres d’aquesta beguda amb 1 L d’aigua, quin serà elpercentatge d’alcohol ara?

En primer lloc calculem els litres d’alcohol que contenen els 5 L de whisky:

Si aquests 5 L els adulterem amb 1 L d’aigua, el volum total de dissolució és:5 L whisky + 1 L d’aigua = 6 L dissolució.Aleshores calculem el % d’alcohol d’aquesta nova dissolució:

Calcula quin volum d’àcid clorhídric comercial del 37 % de riquesa i 1,18 g/mL de densitat hem d’emprar per obtenir 20 g d’àcid clorhídric.

Començarem calculant la quantitat d’àcid comercial que cal agafar pertenir 20 g de HCl. La dada de la densitat ens permetrà conèixer-ne elvolum equivalent:

55.

% volum alcohol =2L alcohol

6 L dissolució100 = 33,⋅ 33 % vol.

5 L de whisky40 L d'alcohol

100 L de whisky= 2L d'alc⋅ oohol

54.

20 L d'oxigen100 L d'aire21L d'oxigen

= 95,24 L d'a⋅ iire

53.

%massa greix =51,9 g greix1.548 g llet

100 = 3,35 % g⋅ rreix

60 ml greix0,865 g greix

1ml greix= 51,9 g greix⋅

1,5 L llet1.032 g llet

1L llet= 1.548 g⋅

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 104

105

SOLUCIONARI

Tenim 15 mL d’una solució de iodur de potassi amb aigua 0,5 M. Calcula els mols i els grams de iodur de potassi que tenim.

Ara:

Llavors:

M (KI) = 39,1 + 126,9 = 166 g/mol →

Explica com preparar al laboratori 250 cm3 d’una solució de KCl, 0,1 M.

El clorur potassi és un sòlid; al laboratori en tenim un envàsquímicament pur.

En primer lloc calculem la quantitat de solut (KCl) necessària:

Calculem la massa molar de KCL per conèixer la quantitat equivalenten grams M(KCl) = 39,1 + 35,5 = 74,6 g/mol.

Pesem 1,865 g KCl en una balança prèviament tarada amb un vidrede rellotge.

Dissolem el KCl pesat amb 25 ml d’aigua destil·lada en un vas deprecipitats.

Remenem amb una vareta fins a obtenir una dissolució.

Aboquem la dissolució obtinguda en un matràs aforat de 250 cm3,acabem d’omplir amb aigua destil·lada fins a l’enràs. Tapem i remenem bé fins a obtenir una dissolució completa.

0,025 molKCl74,6 g KCl1molKCl

= 1,865 g KCl⋅

MnV

n= → → ⋅0,1 = n = 0,1 0,25 = 0,025 molKCl

0 25,

57.

→ 0,0075 mol de KI166 g de KI

1 mol de KI1,245 g de KI⋅ =

Mn

VM

n

n

= =solut

dissolució

solut

sol

0,015 L→ →

→

0 5,

uut 0,0075 mol= ⋅ =0 5 0 015, ,

56.

dm

VVàcid comercial

HCl comercial

HCl comercial


HCl comercial

HCl comercial

5

=

= =m

d

44,05 g

1,18 g/mL45,81mL=

20 g de HCl100 g de HCl comercial

37 g de HCl54,05 g d⋅ = ee HCl comercial

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 105

106

3 Les solucions

Hem de preparar 500 mL d’una solució d’hidròxid de sodi 2 M. Calculaquina quantitat de solut necessites i explica com la prepararàs si tens un producte comercial del 95 % de riquesa en NaOH.

Amb les dades de l’enunciat, calculem la quantitat de productecomercial que necessitem:

M (NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 g/mol →

Com que el producte comercial té una riquesa del 95%, necessitarem agafar:


Ens cal preparar 500 mL d’una solució d’àcid clorhídric 2 M. Calculaquina quantitat de solut necessites i explica com la prepararàs si tens un àcid comercial del 37 % de riquesa en pes i 1,18 g/mL de densitat.

Amb les dades de l’enunciat, calculem la quantitat de productecomercial que necessitem:

Llavors:

M (HCl) = 35,5 + 1 = 36,5 g/mol →

Com que el producte comercial té una riquesa del 37 %, necessitaremagafar:

En tractar-se d’un líquid, utilitzarem la dada de la densitat percalcular-ne el volum equivalent:

36,5 g de HCl100 g de HCl comercial

37 g de HCl98,65⋅ = gg de HCl comercial

→ 1 mol de HCl36,5 g de HCl

1 mol de HCl36,5 g de HCl⋅ =

Mn

V

nn= = =solut

dissolució

solutsolut2M

0,5 LM→ → 2 ⋅⋅ =0 5, L 1mol

59.

40 g de NaOH100 g de NaOH comercial

95 g de NaOH42,1⋅ = 11 g de NaOH comercial

→ 1 mol de NaOH40 g de NaOH

1 mol de NaOH40 g de NaOH⋅ =

Mn

V

nn= = =solut

dissolució

solutsolut2M

0,5 LM→ → 2 ⋅⋅ =0 5, L 1mol

58.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 106

107

SOLUCIONARI


Preparem una solució barrejant aigua i àcid sulfúric comercial fins a obtenir un volum de 500 mL. Calcula la concentració de la solució queen resulta si s’han utilitzat 15 mL d’un àcid sulfúric del 96 % de riquesa i 1,85 g/mL de densitat.

Calculem la quantitat de solut que hi ha en els 15 mL de l’àcidcomercial:

Llavors:

M (H2SO4) = 2 ⋅ 1 + 32 + 4 ⋅ 16 = 98 g/mol →

Indica com prepararàs 100 mL d’una solució d’hidròxid de calci 0,5M si disposes de 500 mL de solució d’hidròxid de calci 2,5M.

Inicialment hem de calcular els mols de solut que necessitem perpreparar la dissolució 0,5 M. Després calcularem la quantitat dedissolució 2,5 M que necessitem per obtenir aquests mols de solut:

Necessitem agafar 20 mL de la dissolució 2,5 M i diluir-la fins a tenir100 mL.

2,5 M0,05 mol 0,05 mol

dissoluciódissolució= =

VV→

22,5 M0,02L 20 mL= =

Mn

V

nn= = =solut

dissolució

solutsolutM

0,1L→ →0 5, 00 5 0 1, ,M L 0,05 mol⋅ =

61.

→ →

→

26,64 g de H SO1mol

98 g de H SO0,27 mol2 4

2 4

s

⋅ =

=Mn oolut

dissolució

mol

0,5 L0,54

mol

LVM→ = =

0 27,

dm

Vàcidcomercial

àcidcomercial

àcidcomercial

= →→ m d

V

àcidcomercial àcidcomercial

àcidcomer

= ⋅

⋅ ccial 1,85g

mL15 mL 27,75 g d'àcid comercial= ⋅ = ⋅

⋅

→

996 g de H SO

100 g d'àcid comercial26,64 g de H SO2 4

2= 44

60.

dm

VVàcidcomercial

HCl comercial

HCl comercial


HCl comercial

HCl comercial

9

=

= =m

d

88,65 g

1,18 g/mL83,6 mL=

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 107

108

3 Les solucions

Quina és la quantitat mínima de HNO3 5M que ens cal per preparar 250 mL de solució de HNO3 0,5M?

Inicialment hem de calcular els mols de solut que necessitem perpreparar la dissolució 0,5 M. Després calcularem la quantitat dedissolució 5 M que necessitem per obtenir aquests mols de solut.

Necessitem agafar 25 mL de la dissolució 5M i diluir-la fins a tenir 250 mL.

Quina és la quantitat màxima de HNO3 0,5M que es pot preparar a partirde 15 mL de HNO35M?

Calculem els mols de solut que tenim en els 15 mL de dissolució 5M i veiem el volum de dissolució 0,5 M que contenen aquests mols:

Es podem preparar fins a 150 mL.

Calcula quina quantitat de sulfat de coure (II) pentahidrat necessites perpreparar 250 mL d’una solució que sigui 0,8M en sulfat de coure (II).

A partir de l’expressió de la molaritat:

Fórmula del sulfat de coure (II): CuSO4.

Fórmula del sulfat de coure (II) pentahidratat: CuSO4 · 5 H2O.

Per tenir 1 mol de sulfat de coure (II) necessitem 1 mol de sulfat decoure (II) pentahidratat, que és la substància que tenim per prepararla dissolució:

Mn

V

nn= =solut

dissolució

solutsolutM

0,25 L→ →0 8, == ⋅ =0 8 0 25, ,M L 0,2 mol

64.

0,5 M0,075 mol 0,075 m

dissoluciódissolució= =

VV→ ool

0,5 M0,15 L 150 mL= =

Mn

Vn

n

= =

=

solut

dissolució

solutsolut

M

0,015 L

→

→

5

== ⋅ = ⋅ −5 0 015 7 5 10 3M L mol, ,

63.

Mn

V

n

n

= =solut

dissolució

solut

solu

M0,25 L

→ →

→

0 5,

tt

dissolu

M L 0,125 mol 5 M

0,125 mol

= ⋅ = =

=

0 5 0 25, , →

V cciódissolució

0,125 mol

5 M0,025 L 25 mL→ V = = =

62.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 108

109

SOLUCIONARI

M (CuSO4 ⋅ 5 H2O) = 63,5 + 32 + 4 ⋅ 16 + 5 ⋅ (2 ⋅ 1 + 16) =

Calcula la molaritat de la solució que resulta d’afegir 10 mL de HNO3

comercial, del 67 % de riquesa i 1,4 g/mL de densitat, a 80 mL de HNO3

0,8 M. Cal suposar que els volums són additius.

Calculem els mols de solut que hi ha a cadascuna de les fraccions que afegim:

• 10 mL de HNO3 comercial, del 67% de riquesa i 1,4 g/mL dedensitat:

Llavors:

M (HNO3) = 1 + 14 + 3 ⋅ 16 = 63 g/mol →

• 80 mL de HNO3 0,8 M:

Llavors:

Quina molaritat té un àcid clorhídric comercial del 37 % de riquesa i 1,18 g/mL de densitat?

La concentració és una propietat intensiva. Per tant, n’hi ha proud’agafar una quantitat qualsevol d’àcid comercial i referir-nos-hi per fer tots els càlculs. Partim de 100 g de HCl comercial 37 g de HCl pur.

66.

Mn

VM= =

++ ⋅ −

solut

dissolució

→ 0 15 0 064

10 80 10

, ,

( ) 332 38

L

mol

L= ,

Mn

V

nn= =solut

dissolució

solutsolutM

0,08 L→ →0 8, == ⋅ =0 8 0 08, ,M L 0,064 mol

→ 9,38 g de HNO1mol de HNO

63 g de HNO0,15 mol3

3

3

⋅ =

dm

Vàcidcomercial

àcidcomercial

àcidcomercial

= →→

→ m d Vàcidcomercial àcidcomercial àcidcomer= ⋅ ccialg

mL10 mL

14 g d'àcid comercial67 g de

= ⋅ =

= ⋅

1 4,

HHNO

100 g d'àcid comercial9,38 g de HNO3

3=

65.

= ⋅ ⋅

⋅

249,5 g/mol 0,2 mol de CuSO 5 H O

249,5 g de Cu

4 2→

SSO 5 H O

1 mol de CuSO 5 H O9,9 g de CuSO 5 H O4 2

4 2

4 2⋅

⋅= ⋅4

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 109

110

3 Les solucions

Cal determinar els mols de solut que representa aquesta quantitat i el volum que ocupen els 100 g de l’àcid comercial:

M (HCl) =1 + 35,5 = 36,5 g/mol →

Per tant:

Si barregem 3,7 L de NaCl 0,1 M amb 5,1 L 0,2 M, suposant que elsvolums són additius, és a dir que el volum final és de 8,8 L. Quina serà la concentració de la dissolució final?

3,7 L de NaCl 0,1 M són:

5,1 L de NaCl 0,2 M són:

El total de mols de NaCl són: 0,37 + 1,02= 1,39 mol.

El volum total de la dissolució és 8,8 L.

Per tant, la concentració final és:

Quina quantitat d’aigua hem d’afegir a 15 mL de metanol (CH3OH) pertenir una solució 0,9 m? Dada: la densitat del metanol és 0,8 g/mL.

Calculem la massa equivalent als 15 mL de metanol:

dm

Vm d V= = ⋅ = ⋅ =→ 0,8

g

mL15 mL 12 g

mn

m=

( )solut

dissolvent kg

68.

1,39 mol NaCl8,8L

= 0,158 M

5,1L 0,2molL

= 1,02 mol de NaCl⋅

3,7L 0,1molL

= 0,37 mol de NaCl⋅

67.

dm

VV

m

d

Mn

V

= → = = =

=

100 g

1,18g

mL

84,75 mL

solut

dis

→

→ssolució

1,014 mol

0,085 L11,93M→ M = =

→ 37 g de HCl1mol de HCl

36,5 g de HCl1,014 mol de HCl⋅ =

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 110

111

SOLUCIONARI

Calculem els mols de metanol que representa aquesta quantitat:

M (CH3OH) = 12 + 4 ⋅ 1 + 16 = 32 g/mol →

Llavors:

Suposem que la densitat de l’aigua és 1 g/mL → 417 mL d’aigua.

Calcula la molalitat d’una solució que conté 25,0 g de sucre de canya,C12H22O11, dissolts en 150 g d’aigua.

Primer calculem la massa molar del sucre de canya C12H22O11

M (C12H22O11) = 12 ·12 + 22 · 1 + 11 · 16 = 342 g/mol

Després calculem els mols de solut equivalents:

Aleshores, la molalitat és igual a:

Quanta aigua hem d’afegir a 15 mL de metanol (CH3OH) per tenir una solució en què la fracció molar del dissolvent sigui de 0,9? Dada: la densitat del metanol és 0,8 g/mL.

Calculem els mols que representen els 15 mL de metanol d’aquestescaracterístiques. Per fer-ho calculem la massa equivalent als 15 mL de metanol:

Calculem els mols de metanol que representa aquesta quantitat:

dm

Vd

m

Vm d V= = = ⋅ = ⋅ =→ → 0,8

g

mL15 mL

70.

m =0,073mol C H O

0,150kg H O= 0,48 m12 22 11

2

25 g C H O1mol C H O

342g C H O= 0,012 22 11

12 22 11

12 22 11

⋅ 773 mol C H O12 22 11

molalitat =mols solut

kg dissolvent

69.

mn

m m=

( )=solut

dissolvent dissokg0,9 m

0,375 mol→llvent

dissolvent

kg

kg0,375 mol

0,9 m0,

( )

( ) = =

→

→ m 4417 kg

12 g de metanol1mol de metanol

32 g de metanol0,37⋅ = 55 mol de metanol

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 111

112

3 Les solucions

M (CH3OH) = 12 + 4,1 + 16 = 32 g/mol →

Llavors:

Calculem la massa d’aigua equivalent:

En una solució que conté 20 g d’etanol, C2H6O per cada 100 g d’aigua.Calcula la molalitat i la fracció molar.

Primer calculem la molalitat:

Necessitem saber la massa molar de l’etanol C2H6O.

M (C2H6O) = 2 ·12 + 6 · 1 + 1 · 16 = 46 g/mol.

Després calculem els mols de solut equivalents:


Ara calculem la fracció molar:

mols de solut = 0,43 mols d’etanol C2H6O

mols dissolvent:

X d =molsdissolvent

mols solut +molsdissolvent

X s =molssolut

mols solut +molsdissolvent

m =0,43mol C H O

0,100kg H O= 4,3 m2 6

2

20 g C H O1mol C H O

46g C H O= 0,43 mol C H O2 6

2 6

2 62 6⋅

molalitat =molssolut

kgdissolvent

71.

3,375 mol de H O18 g de H O

1mol de H O60,75 g de H O2

2

22⋅ =

Xn

n n

n

nnd

d

s d

d

dd=

+=

+⋅ + ⋅ =→ →0 9

0 3750 9 0 375 0 9,

,, , , nn

n n n n

d

d d d d

→

→ →0 9 0 375 0 9 0 10 3375

0, , , ,

,

,⋅ = − ⋅ = ⋅ =

11= 3,375 mol

→ 12 g de metanol1mol de metanol

32 g de metanol0,3⋅ = 775 mol de metanol

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 112

113

SOLUCIONARI

Calculem la massa molar del dissolvent H2O

M (H2O) = 2 · 1 + 1 · 16 = 18 g/mol.

Després calculem els mols equivalents:

Aleshores, la fracció molar és igual a:

Tenim un àcid nítric (HNO3) comercial del 67% de riquesa i 1,4 g/mL dedensitat. Calcula’n la concentració i expressa-la com a molaritat, molalitati fracció molar.

La concentració és una propietat intensiva. Per tant, n’hi ha proud’agafar una quantitat qualsevol de l’àcid comercial i referir-nos-hi perfer tots els càlculs. Partim de 100g de HNO3 comercial → 67 g de HNO3 pur + 33 g d’aigua.

Hem de determinar els mols de solut que representa aquesta quantitati el volum que ocupen els 100 g de l’àcid comercial:

M (HNO3) = 1 + 14 + 3 ⋅ 16 = 63 g/mol →

Llavors:

I resta:

Xn

n ns

s

s d

1,063 mol

1,063 mol33 g

18 g/mol

=+

=+

= 0 36, 77

dm

VV

m

d

Mn

V

= → = = =

=

100 g

1,4g

mL

71,43 mL

solut

diss

→

→oolució

1,063 mol

L14,88

mol

L→ →

→

M

m

=⋅

=

=

−71 43 10 3,

nn

msolut

dissolvent kg

1,063 mol

kg32

( )=

⋅=

−33 10 3,,21m

67 g de HNO1mol de HNO

63 g de HNO1,063 mol de HNO3

3

3

⋅ = 33

72.

X d =5,5 mol dissolvent

0,43 mol solut + 5,5 molsdissoolvent=

5,55,93

= 0,927.

X s =0,43 mol solut

0,43 mol solut + 5,5 molsdissolvennt=

0,435,93

= 0,072

100 g H O1molH O

18 g H O= 5,5 molH O2

2

22⋅

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 113

114

3 Les solucions

Tenim un solució d’àcid sulfúric (H2SO4) 2 M d’1,15 g/mL de densitat.Expressa la seva concentració com a molalitat, fracció molar i percentatgeen massa.

La concentració és una propietat intensiva. Per tant, n’hi ha prou ambagafar una quantitat qualsevol de l’àcid comercial i referir-nos-hi perfer tots els càlculs.

Partim d’1 L de H2SO4 2 M. Calculem la massa de solut i de dissolventque hi ha en ell. Per fer-ho ens cal utilitzar la densitat de la dissolució:

Amb la massa molar:

M (H2SO4) = 2 ⋅ 1 + 32 + 4 ⋅ 16 = 98 g/mol →

I resta:

Llavors:

•

•

•

S’ha preparat una solució de Na2SO4 2 M en aigua. Quina quantitatn’hauríem d’agafar per estar segurs que tenim 500 mg de Na?

Segons l’estequiometria del compost, 1 mol de Na2SO4 té 2 molsd’àtoms de Na. Si calculem els mols de Na que hi ha a 500 mg,podem determinar els mols de Na2SO4 equivalents. Amb això podremdeterminar el volum de la dissolució que cal agafar per tenir aquesta

74.

massa solut

massa dissolució⋅ = ⋅ =100

196

1 150100

.117 04, %

Xn

n ns

s

s d

2 mol

2 mol954 g

18 g/mol

=+

=+

= ⋅ −3 64 10 2,

mn

m=

( )= =solut

dissolvent kg

2 mol

0,954 kg2,1m

m m mdissolvent dissolució solut g= − = −1 150 196. gg 954 g=

dm

Vd

m

Vm

d V

= = =

= ⋅

→ → dissolució

dissolució dissoluccióg

mL1.000 mL 1.150 g= ⋅ =1 15,

2 mol de H SO98 g de H SO

1 mol de H SO196 g de H S2 4

2 4

2 4

2⋅ = OO4

Mn

Vn M V= = ⋅ = ⋅ =solut

dissoluciósolut M L 2 mol→ 2 1

73.

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 114

115

SOLUCIONARI

quantitat de solut:

Es prepara una solució dissolent 20 g de CaCl2 en aigua, fins a obtenir250 mL. Quina és la concentració de cadascun dels ions que resultend’aquesta sal?

Calculem la concentració de la sal i, per la seva estequiometria,calculem la concentració de cadascun dels seus ions:

M (CaCl2) = 40,1 + 2 ⋅ 35,5 = 111,1 g/mol →

• CaCl2 → Ca2+ + 2 Cl1−

S’ha preparat una solució barrejant 100 mL de CaCl2 2 M amb 150 mL de NaCl 1,5 M. Quina concentració dels ions clorur hi haurà a la solucióobtinguda? Cal suposar que els volums són additius.

Segons l’estequiometria dels compostos, la dissolució que és 2 M enCaCl2 és 4 M en C−. La dissolució que és 1,5 M en NaCl és 1,5 M enions C−.

Calculem els mols d’ions clorur que hi ha en cadascuna de lesdissolucions que barregem:

• Per la dissolució de CaCl2:

76.

0,72 mol de CaCl2 mol de Cl

1 mol de CaCl1,44 M en C2

2

⋅ = ll

0,72 mol de CaCl1mol de Ca

1 mol de CaCl,722

2

→

→ ⋅ = 0 MM en Ca

→ 20 g de CaCl1mol de CaCl

111,1 g de CaCl0,18 mo2

2

2

⋅ = ll de CaCl

0,18 mol

0,25 L

2

solut

dissolució

→

→ Mn

V= = == 0,72M

75.

Mn

V V= =

⋅ −solut

dissolució dissolu

2Mmol→ 1 09 10 2,

cció

dissoluciómol

2ML

→

→ V =⋅

= ⋅−

−1 09 105 45 10

23,

, == 5,45 mL

0,5 g de Na1mol de Na

23 g de Namol de Na⋅ = ⋅ −2 17 10 2, →

→ 22 17 10 1 092, ,⋅ ⋅ =− mol de Na1mol de Na SO

2 mol de Na2 4 ⋅⋅ −10 2 mol de Na SO2 4

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 115

116

3 Les solucions

• Per la dissolució de NaCl:

Per tant:

Intentem dissoldre 50 g de nitrat de potassi en 50 mL d’aigua. Com ensho farem si la temperatura al laboratori és de 25 °C? Pots obtenir lainformació que et calgui a la gràfica de la pàgina 86.

A 25 ºC la solubilitat del nitrat de potassi és 65 g/100 mL d’aigua. Per talque es pugin dissoldre 100 g/100 mL cal escalfar-ho per damunt de 47 ºC.

Observa la figura 3.11 de la pàgina 86 que mostra la solubilitat del sucreen aigua i respon les qüestions següents:

a) Què passarà si intentem dissoldre 250 g de sucre en 100 mL d’aigua a 20 ºC? I si escalfem a 50 ºC?

b) Quina és la màxima quantitat de sucre que podem dissoldre en 200 mLd’aigua a 60 ºC?

c) Què passarà quan la solució anterior es refredi a 20 ºC?

d) Quina quantitat de sucre quedarà sense dissoldre si tirem 1 kg de sucreen 200 mL d’aigua a 60 ºC?

a) La solubilitat del sucre a 20 ºC és aproximadament 200 g/100 mld’aigua. La quantitat màxima que es dissoldrà serà 200 g i la resta(250 g – 200 g = 50 g) quedarà sense dissoldre’s dins el recipient.

Si escalfem a 50 ºC com que la solubilitat augmenta iaproximadament és 270 g/ 100 ml d’aigua, els 250 g de sucrequedaran totalment dissolts.

b) La solubilitat del sucre a 60 ºC és aproximadament 300 g/100 mld’aigua, per tant la màxima quantitat de sucre que es podràdissoldre en 200 ml d’aigua és de 600 g.

c) La solubilitat disminueix en baixar la temperatura i com que la solubilitat a 20 ºC és aproximadament 200 g/100 ml d’aigua, en 200 ml d’aigua es dissoldran un màxim de 400 g de sucre i restaran 200 g de sucre sense dissoldre dins el recipient.

d) La solubilitat del sucre a 60 ºC és aproximadament 300 g/100 mld’aigua. En 200 ml d’aigua es dissoldran un màxim de 600 g, i per tant quedaran sense dissoldre 400 g.

78.

77.

Mn

V= =

+( )+(

solut

dissolució

mol0 4 0 225

0 1 0 15

, ,

, , ))=

L2,5 M

n M Vsolut M L 0,225 mol= ⋅ = ⋅ =1 5 0 15, ,

n M Vsolut M L 0,4 mol= ⋅ = ⋅ =4 0 1,

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 116

117

SOLUCIONARI

Observa atentament el gràfic de la figura 3.14 de la pàgina 87 i determinaen quant disminueix la quantitat de diòxid de carboni dissolt en cada litred’aigua quan la temperatura passa de 20 a 60 ºC.

La solubilitat en aigua del diòxid de carboni a 20 ºC ésaproximadament de 0,7 mg/L i a 60 ºC és de 0,3 mg/L.

Aleshores per cada litre d’aigua quan la temperatura augmenta de 20 ºC a 60 ºC la solubilitat del CO2 disminueix en 0,7 – 0,3 = 0,4 mg/L.

Observa la figura 3.12 de la pàgina 86. Determina al més aproximadamentpossible la solubilitat de les següents sals a la temperatura de 40 ºC:

a) NaClO3 d) K2CrO4

b) KNO3 e) NaCl

c) Pb(NO3)2 f ) KCl

a) A 40 ºC la solubilitat del NaClO3 és aproximadament 128 g/100 g H2O.

b) A 40 ºC la solubilitat del KNO3 és aproximadament 85 g/100 g H2O.

c) A 40 ºC la solubilitat del Pb(NO3)2 és aproximadament 82 g/100 g H2O.

d) A 40 ºC la solubilitat del K2CrO4 és aproximadament 69 g/100 g H2O.

e) A 40 ºC la solubilitat del NaCl és aproximadament 38 g/100 g H2O.

f ) A 40 ºC la solubilitat del KCl és aproximadament 33 g/100 g H2O.

A la taula següent s’indiquen algunes propietats físiques de diferentssubstàncies a pressió atmosfèrica.

81.

80.

79.

SubstànciaPunt

de fusió (ºC)Punt

d’ebullició (ºC)Solubilitat en

aigua (g/100 g)Densitat (kg/L)

benzè 5,5 80,1 0,07 0,879

brom –7,1 58,8 3,51 3,12

metà –182,5 –161,5 0,0022 6,7 · 10–4

oxigen –218,8 –183,0 0,0040 1,3 · 10–3

clorur de sodi

801 1.473 36,5 2,16

aigua 0 100 – 1,00

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 117

118

3 Les solucions

Raona les qüestions següents:

a) Identifica l’estat en què es troben cadascuna d’aquestes substàncies a la temperatura de 25 ºC

b) Si el benzè està a una temperatura de 0 ºC, en quin estat es troba?

El benzè a la temperatura de O ºC és un sòlid.

c) Es poden dissoldre 400 g de sal en un litre d’aigua?

No es poden dissoldre perquè un litre d’aigua admet 365 g de NaClcom a màxim; per tant quedaran al fons sense dissoldre’s 35 g.

d) Justifica per què un recipient tancat amb dissolució de brom no es potexposar al sol.

El brom té un punt d’ebullició molt baix (58 ºC) si s’exposa al sol on li tocaran temperatures ben altes, el brom pot passar a estat gasós, fer augmentar la pressió interna del recipient i trobar-se en perill d’una explosió.

e) Sovint a les mines s’acumula gas metà, on creus que s’acumula, al fonso a la part superior del túnel?

Tenint en compte que la densitat de l’aire és semblant a la de l’oxigen i donat que la densitat del metà (6,7 · 10–4 kg/L) és inferior a ladensitat de l’oxigen (1,3 · 10 –3 kg/L), el gas metà acumulat a les mineses trobarà a la part superior del túnel.

Calcula la pressió de vapor d’una solució que conté 150 g de sacarosa,C12H22O11, en 100 g d’aigua a 25 °C, tot sabent que la pressió de vapor de l’aigua pura a aquesta temperatura és de 23,8 mm de Hg.


ΔP P X= o s⋅

82.

Substància Estat físic

benzè líquid

brom líquid

metà gas

oxigen gas

clorur de sodi sòlid

aigua líquid

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 118

119

SOLUCIONARI

En el nostre cas, el solut és la sacarosa i el dissolvent és l’aigua.

Per saber la fracció molar del solut:

La pressió de vapor del dissolvent P0, correspon a la pressió de vaporde l’aigua a 25 ºC.

P0 = 23,8 mmHg

Substituint a l’expressió:

I aleshores

A 80 °C la pressió de vapor del benzè (C6H6) és d’1 atm. Calcula laquantitat d’hexà (C6H14) que hem d’afegir a 200 g de benzè perquè la seva pressió de vapor sigui de 700 mm de Hg.


Podem calcular els mols de benzè (dissolvent):

M (benzè) = 6 ⋅ 12 + 6 ⋅ 1 = 78 g/mol →

→ nbenzè 200 g de benzè1mol de benzè

78 g de benzè2= ⋅ = ,,56 mol de benzè

ΔP P X X

X

s s

s

= ⋅ − = ⋅

=−

=

0 760 700 760

760 700

7600 07

→ →

→ , 99

83.

P P P= – = 23,8 mmHg – 1,76 mm Hg = 22,04 mm Hg0 Δ

ΔP = 23,8 mm Hg · 0,074 = 1,76 mm Hg

ΔP P X= 0 s⋅

X s12 22 11

12 22 11

=0,44 mol C H O

0,44 mol C H O + 5,5 molH22O= 0,074

100 g H O ·1molH O

18 g H O= 5,5 molH O2

2

22

150 g C H O ·1mol C H O

342 g C H O= 0,12 22 11

12 22 11

12 22 11

444 mol C H O12 22 11

X ss

s d

=+

n

n n

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 119

120

3 Les solucions

Per tant:

Llavors:

M (hexà) = 6 ⋅ 12 + 14 ⋅ 1 = 86 g/mol →

Calcula la pressió de vapor a 80 °C d’una solució que es prepara dissolent30 mL de glicerina (C3H803) en 70 mL d’aigua. Dades: pressió de vapor de l’aigua a 80 °C = 355 mm de Hg; densitat de la glicerina = 1,26 g/mL;densitat de l’aigua = 1 g/mL.


Amb la dada de la densitat, calculem la massa de cadascuna de lessubstàncies i, amb la massa molar, els mols equivalents a aquesta massa:

M (glicerina) = 3 ⋅ 12 + 8 ⋅ 1 + 3 ⋅ 16 = 92 g/mol M (H2O) = 2 ⋅ 1 + 16 = 18 g/mol

Per tant:

Troba la pressió de vapor d’una dissolució de 9 g de glucosa (C6H12O6) en180 g d’aigua a 20 ºC, si la pressió de l’aigua a aquesta temperatura és de 18 mm de Hg.

85.

P = − ⋅+

355 mmHg 355 mmHg

37,8 g

92 g/mol37,8 g

92 g/mol

770 g

18 g/mol

209 mmHg=

dm

Vd

m

Vm d V= = = ⋅ =→ → glicerina glicerina glicerina

== ⋅ =

= ⋅ =

1,26g

mL30 mL 37,8 g

aigua aigua aigua

→

→ m d V 11g

mL70 mL 70 g⋅ =

ΔP P X P P Pn

n nP P P

n

n n= ⋅ − = ⋅

+= − ⋅

+0 0 0 0 0s

s

s d

s

s d

→ →

84.

→ 0,219 mol d'hexà86 g d'hexà

1 mol d'hexà18,83 g d⋅ = ''hexà

Xn

n n

n

nn

ss

s d

s

s

s

=+

=+

⋅ + ⋅

→ →

→

0 0792 56

0 079 0 079

,,

, , 22 56 0 202 0 079

0 9210 2

, , ,

,,

= = − ⋅ =

= ⋅ =

n n n

n n

s s s

s s

→

→ 002

0 921,= 0,219 mol

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 120

121

SOLUCIONARI

Per calcular el nombre de mols de cada substància ens cal saber la massa molar.

Per a la glucosa M (C6H12O6 ) = 6 · 12 + 12 · 1 + 6 · 16 = 180 g/mol

Per a l’aigua M (H2O ) = 2 · 1 + 1 · 16 = 18 g/mol

Aleshores:

I la pressió de vapor serà:

P = P0 – ΔP= 18 mmHg – 0,089 mm Hg = 17,91 mm Hg

P = 17, 91 mm Hg.

Calcula la temperatura a la que es congela i bull la dissolució del problemaanterior a la pressió atmosfèrica.

Per calcular la temperatura d’ebullició:

I la temperatura d’ebullició de la solució serà:

T = T0 + ΔT = 100 ºC + 0,14 ºC = 100,14 ºC

Per calcular la temperatura de congelació:

I la temperatura a la qual la solució es congela serà:

T = T0 – ΔT = 0 ºC – 0,52 ºC = – 0,52 ºC

Si es dissolen 4 g d’una substància en 50 g de benzè, s’obté una solucióque bull a 85 °C. Esbrina si la substància que s’hi ha dissolt és metanal(HCHO) o etanal (CH3-CHO). Tens les dades necessàries a la taula de lapàgina 90.

87.

86.

ΔP = Po

⋅ Xs

= Po

⋅n

s

ns+ n

d

= 18 mm Hg ·0, 05 mol

0,05 mol+10 mol=

= 0,089 mm Hg

n = 180g H O1 mol H O

18 g H O= 10 molH O2

2

22⋅

n = 9 g glucosa1 mol glucosa180 g glucosa

= 0,05 mol d⋅ ee glucosa

ΔT K m Kn

m= =

(kg)= 0,52

ºC kgmol

·0,

e edissolvent

⋅ ⋅ ⋅ 005 mol0,18 kg

= 0,14 ºC

ΔT K m Kn

m= = 0

(kg)= 1,86

ºC kgmol

·0

c cdissolvent

⋅ ⋅ ⋅ ,,05mol0,18 kg

= 0,52 ºC

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 121

122

3 Les solucions

Ara tenim:

M (metanal): 2 ⋅ 1 + 12 + 16 = 30 g/mol M (etanal): 4 ⋅ 1 + 2 ⋅ 12 + 16 = 44 g/mol

La substància dissolta és etanal.

Quin seria el punt d’ebullició de la solució que s’ha obtingut l’exercicianterior si el solut que es dissol en benzè fos una altra substància?

Punt d’ebullició del benzè = 80 ºC + 7 ºC = 87 ºC

Quin serà el punt d’ebullició d’una solució de 4,7 g de glucosa (C6H12O6)en 88 g d’aigua. La glucosa no es dissocia en dissolució. Tens les dadesnecessàries a la taula de la pàgina 90.

1 mol de glucosa (C6H12O6) pesa 180,16 g

Trobem la molalitat:

ΔT = T – Te = Ke · m = 0,51 · 0,295 = 0,150 ºC

I el punt d’ebullició de la solució serà:

T = T0 + ΔT = 100 ºC + 0,150 ºC = 100,150 ºC

Calcula el descens de la temperatura de congelació i l’augment de latemperatura d’ebullició d’una dissolució d’urea en aigua de concentració0,2 molal.

90.

m =0,026 mol C H O

0,088 kg H O= 0,295 m6 12 6

2

4,7 g de C H O1 mol

180,16 g C H O= 0,026 mol C6 12 6

6 12 66⋅ HH O12 6

89.

Δ

Δ

t K m Kn

m

t

= ⋅ = ⋅( )

=⋅

e es

dissolvent kg

ºC kg

m

→

→ 2 64,ool

4 g

30 g/mol0,05 kg

7 ºC⋅ =

88.

Δt K m Kn

m= ⋅ = ⋅

( )− =

=

e es

dissolvent kgºC→ ( )

,

85 80

2 6445 0 05

2 64

ºC kg

mol 0,05 kg

0,0947 mo

ss

⋅⋅ =

⋅=

=

nn→ ,

,

ll molar solut4 g

0,0947 mol42,24 g/msolut→ M ( ) = = ool

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 122

123

SOLUCIONARI

La temperatura de congelació:

T = T0 – ΔT = 0 ºC – 0,372 ºC = – 0,372 ºC

La temperatura d’ebullició:

T = T0 + ΔT = 100 ºC + 0,104 ºC = 100,104 ºC

Determina la massa molar d’una substància si en dissoldre’n 17 g en 150 gde benzè s’obté una mescla que es congela a –4 ºC. Cerca les dades quenecessitis a la taula de la pàgina 91.

S’ha preparat una dissolució A formada per 1,8 g de glucosa (C6H12O6) en 100 g d’aigua i una dissolució B formada per 1,8 g de sacarosa(C12H22O11) també en 100 g d’aigua. Esbrina quina de les duesdissolucions es congelarà a temperatura més baixa.

En primer lloc calculem la molalitat d’aquestes dues solucions:

Per a la solució A:

M (C6H12O6) = 6 · 12 + 12 · 1 + 6 · 16 = 180 g/mol


m =0,01molC

6H

12O

6

0,100 kg H2O

= 0,1m

n = 1,8 g C6H

12O

6⋅

1mol C6H

12O

6

180 g C6H

12O

6

= 0,01mol C6H

12O

6

molalitat =molssolut

kgd issolvent

92.

ΔT K m Kn

m= ⋅ = ⋅

( )

− − =

c cs

dissolvent kg

ºC

→

→ ( ( )) ,6 4 5 007

10 0 15

5 07

ºC kg

mol 0,15 kg

0,296 m

s

s

⋅⋅

=⋅

=

n

n

→

→ ,

,ool

17 g

0,296 mol57,43 g/momolar solut

solut

→

→ M = = ll

91.

ΔT = Ke

⋅ m = 0,52 ⋅ 0,2 = 0,104 º C

ΔT = Kc

⋅ m = 1,86 · 0,2 = 0,372 º C

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 123

124

3 Les solucions

Per a la solució B:

M (C12H22O11) = 12 · 12 + 22 · 1 + 11 · 16 = 342 g/mol


Calculem ara la temperatura de congelació:

Per a la solució A:

T = T0 – ΔT = 0 ºC – 0,186 ºC = – 0,186 º

Per a la solució B:

T = T0 – ΔT = 0 ºC – 0,097 ºC = – 0,097 ºC

Per tant, la solució A de glucosa (C6H12O6) es congelarà a temperaturamés baixa.

Una substància A es dissol en aigua i s’obté una dissolució que conté 4,7 g de A per 287 g d’aigua. Si aquesta solució té un punt desolidificació de 0,153 ºC sota zero, quina serà la massa molecular de A?

Sabem que el Kc = 1,86 ºC · kg/mol i que el descens del punt de fusióés de 0,153 ºC, per tant podem trobar la molalitat de la dissolucióresultant substituint a:

m = 0,0822

Ara hem de trobar la massa molecular, és a dir, la massa d’un mol de substància:

M = 199,2 g/mol

1mol de A1kg H O

0,0822 mol A4,7 g A

0,287 kg H2

2

⋅ ⋅OO

= 199,2 g A

0,153 ºC = 1,86ºC kg

mol·

⋅m

ΔT K m= c ⋅

93.

ΔT K m= = 1,86ºC kgmol

·0,052 mol

kg= 0,097 ºCc ⋅ ⋅

ΔT K m= = 1,86ºC kgmol

·0,1mol

kg= 0,186 ºCc ⋅ ⋅

m =5,2 10 mol C H O

0,100 kg H O= 0,052 m

–312 22 11

2

⋅

n = 1,8 g C H O1mol C H O

342 g C H O=12 22 11

12 22 11

12 22 11

⋅ 55,2 10 mol C H O-312 22 11⋅

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 124

125

SOLUCIONARI

L’albúmina és una proteïna de l’ou. Calcula la massa molar de l’albúminasi una solució de 50 g d’albúmina per litre d’aigua exerceix una pressióosmòtica de 27 mm Hg a 25 °C.

Tenim:

Per tant:

→ massa molar de l’albúmina.

Un recipient té dos compartiments iguals separats per una membranasemipermeable. En un d’ells s’hi col·loca una solució que s’ha preparatdissolent 50 g de sacarosa (C12H22O11) en aigua fins a obtenir mig litre de mescla, i en l’altre, una solució que s’ha preparat en dissoldre 50 g de glucosa (C6H12O6) en aigua fins a obtenir mig litre de mescla. Com estaran, l’endemà, els nivells de líquid als dos compartiments?

Hem de determinar la pressió osmòtica de totes dues dissolucions. Si són isotòniques, no hi haurà trànsit de molècules de dissolvent a través de la membrana semipermeable; però si no és així, passaràdissolvent des de la dissolució hipotònica a la hipertònica fins ques’igualin les pressions.

Les dues dissolucions estaran a la mateixa temperatura. Per tal d’obtenirun resultat numèric comparable, suposarem que estan a 20 ºC.

M (glucosa, C6H12O6) = 6 ⋅ 12 + 12 ⋅ 1 + 6 ⋅ 16 = 180 g/mol

95.

50 g

mol34390

g

mol1 454 10 3, ⋅=

−

π = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅M R Tn

VR Ts

dissolució (L)

27 mmHg

760mmHg

→

→

aatm1L

atm L

mol KK

27 m

s= ⋅⋅⋅

⋅ +

=

n

ns

0 082 273 25, ( ) →

→mmHg

mmHg

atm

atm L

mol KK760 0 082 273 25

1

⋅⋅

⋅⋅ +

=

, ( )

,4454 10 3⋅ − mol

94.

π π= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =M R Tn

VR T→ glucosa

s

dissolució (L)

50 g

1800 g/ mol0,5 L

atm L

mol KK 13,3

⋅

⋅⋅

⋅⋅ + =0 082 273 20, ( ) 55 atm

50 g

180glucosa

s

dissolució (L)

→

→ π = ⋅ ⋅ =n

VR T

gg/ mol0,5 L

⋅

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 125

126

3 Les solucions

M (sacarosa, C12H22O11) = 12 ⋅ 12 + 22 ⋅ 1 + 11 ⋅ 16 = 342 g/mol

Per tant:

El nivell de líquid a la dissolució de glucosa haurà augmentat, perquèpassarà aigua de la dissolució de sacarosa a la de glucosa.

El sèrum fisiològic té una pressió osmòtica de 7,7 atm a 37 °C.

a) Creus que es pot injectar a una persona un sèrum glucosat que s’hapreparat afegint 20 g de glucosa (C6H12O6) a l’aigua destil·lada fins a obtenir un volum de 200 mL?

b) Explica per què.

Es tracta de determinar si el sèrum glucosat té una pressió osmòticasimilar a la del sèrum fisiològic:

M (glucosa, C6H12O6) = 6 ⋅ 12 + 12 ⋅ 1 + 6 ⋅ 16 = 180 g/mol

Per tant:

Aquest sèrum glucosat és hipertònic respecte del sèrum fisiològic. Això vol dir que sortirà aigua de l’interior de les cèl·lules.

π π= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =

=

M R Tn

VR T→ glucosa

s

dissolució (L)

20 g

1880 g/ mol0,2 L

atm L

mol KK 14,1⋅

⋅

⋅⋅ + =0 082 273 37, ( ) 22 atm

π = ⋅ ⋅M R T

96.

πsacarosas

dissolució (L)

50 g

342 g/ mol0

= ⋅ ⋅ =n

VR T

,,5 L

atm L

mol KK 7,03 atm

⋅

⋅⋅

⋅⋅ + =0 082 273 20, ( )

945335 _ 0081-0126.qxd 30/12/08 16:39 Página 126

127

Els àtoms4

En aquesta unitat s’estudia l’àtom com a l’element bàsic que conforma la matèria.

A la unitat 1 ha estat introduït el model atòmic de Dalton. S’hi estudia el procés històric que, a partir de l’evidència de la naturalesa elèctrica de la matèria i el descobriment de partícules subatòmiques, va portar a la formulació d’altres models atòmics diferents. Aquests models vansorgir arran dels descobriments científics que s’anaven produint.

L’alternança entre observacions experimentals i hipòtesis (models) com a explicació dels fets observats, permet donar a conèixer a l’alumnat com s’ha construït el coneixement científic sobre l’àtom.

S’introdueix el model ondulatori i corpuscular de la llum i es justifica el model atòmic de Bohr com a model explicatiu de l’espectre de l’àtomd’hidrogen.

És important que l’alumnat entengui que l’estudi del problema que ensocupa va motivar la necessitat de formular novament les bases de lamateixa física, que adopta una dimensió nova en l’àmbit de la físicaquàntica.

Finalment, s’introdueix de forma qualitativa el model atòmic actual.

PRESENTACIÓ

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 127

128

4 Els àtoms

• Interpretació de les experiències que van portar al descobriment de la naturalesa elèctrica de la matèria i en concret de lespartícules subatòmiques.

• Representació d’un àtom d’acord amb els models de Thomson i de Rutherford

• Evidències experimentals que justifiquen cadascun d’aquestsmodels o que obliguen a la seva reformulació.

• Evidenciació experimental dels isòtops a través de l’espectroscòpiade masses.

• Caracterització del nombre atòmic com a criteri per identificar els elements.

• Descripció del model ondulatori i corpuscular de la llum.

• Estudi dels diferents tipus d’espectres i la seva obtenció.

• Interpretació qualitativa de l’espectre atòmic d’emissió de l’hidrogen mitjançant el model atòmic de Bohr.

• Ampliació del model atòmic de Bohr amb la introducció dels orbitals atòmics.

CONTINGUTS

• Reconèixer el caràcter creatiu del treball científic, en particular en la fase d’elaboració d’hipòtesis i construcció de models,analitzant i comparant hipòtesis i teories contraposades, amb la finalitat de desenvolupar un pensament crític.

• Conèixer els fets experimentals que van servir de base per establircadascun dels models atòmics (de Thomson, de Rutherford i de Bohr).

• Analitzar, de manera crítica, la consistència de cada model ambnoves troballes experimentals i modificar-los en conseqüència.

• Conèixer de manera qualitativa els principis teòrics que van servir de base per establir el model atòmic mecanoquàntic.

• Comprendre i interpretar espectres atòmics senzills.

• Comprendre el significat dels nombres quàntics com a determinantsde l’estat en què es troba un electró en un àtom.

OBJECTIUS

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 128

129


• L’ús del llenguatge per comunicar per escrit i oralment laconstrucció i compartició del coneixement químic, com també la lectura comprensiva de textos i la recerca d’informació impliquenuna connexió necessària amb les llengües.

• En aquesta unitat les connexions amb la física són nombroses: els models atòmics, les propietats de les partícules elementals i les interaccions entre matèria i les radiacions electromagnètiques.


• Competència en indagació i experimentació, que implica la capacitat de fer-se preguntes i portar a terme investigacions per obtenir respostes.

• Comprensió de la naturalesa de la ciència, que implica saberdistingir entre ciència i d’altres formes de coneixement. En concret,l’elaboració de models que expliquen uns fets, que són contrastatsper uns altres i que impliquen l’elaboració de nous models.

El coneixement científic és susceptible de ser revisat i modificat si es troben evidències que no encaixen en les teories vigents.

• Competència en la comprensió, en apropiar-se dels conceptes,models i principis fonamentals de la química per tal d’utilitzar-los perexplicar i interpretar el món fisicoquímic.


• Competència comunicativa, que implica saber descriure fets,explicar-los, justificar-los i argumentar-los. Això suposa promourediscusions sobre les evidències experimentals, la idoneïtat delsmodels proposats per interpretar els fets químics i la lectura i interpretació de textos i il·lustracions.

• Competència en gestió i tractament de la informació i competència digital, que implica la utilització de fontsbibliogràfiques i els recursos que hi ha a la xarxa per trobarinformació sobre el desenvolupament històric dels diferents models atòmics.


945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 129

130

4 Els àtoms

1. Conèixer i saber descriure els experiments que van portar al descobriment de les partícules subatòmiques.

2. Conèixer i saber descriure els diferents models atòmics i justificar-los a partir dels fets experimentals.

3. Caracteritzar els àtoms a partir del seu nombre atòmic i el nombre de massa.

4. Definir el concepte d’isòtop i calcular la massa atòmica d’un element a partir de les masses dels seus isòtops i les seves abundàncies relatives.

5. Saber descriure i identificar els diferents tipus d’espectres i la seva obtenció.

6. Fer càlculs de la freqüència, longitud d’ona i energia d’una radiació electromagnètica.

7. Descriure el model atòmic de Bohr i utilitzar-lo per explicar l’espectre discontinu de l’hidrogen.

8. Comprendre els conceptes de probabilitat electrònica, núvol electrònic i orbital.

9. Conèixer els tipus d’orbitals i els nombres quàntics que els determinen.


945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 130

945335 _ 0005-0048.qxd 14/1/09 11:52 Página 9

132

4 Els àtoms

Amb el que ara saps del model atòmic de Thomson, explica per què quan unscossos es freguen adquireixen electricitat positiva, i d’altres, negativa. Per quès’atrauen els cossos que tenen un tipus diferent d’electricitat i es repel·len elsque la tenen del mateix tipus?

Segons el model de Thompson, els àtoms estan formats per unamassa de càrrega positiva en què hi ha inserides partícules petites de càrrega negativa: els electrons. Els àtoms són neutres i la càrregapositiva que duen coincideix amb el nombre d’electrons. Quan es frega un cos pot produir-se un moviment d’electrons. Mentreque uns cossos guanyen electrons per fregament i, per tant, es carreguenpositivament, n’hi ha d’altres que en perden i, per tant, es carreguennegativament. Quan els cossos amb càrrega diferent s’apropen, s’atrauenperquè els electrons tracten de distribuir-se un altre cop per recuperar laneutralitat inicial de la matèria. Per aquest motiu, quan els cossos ambcàrrega del mateix signe s’apropen, es repel·leixen, ja que no hi ha capmanera possible de recuperar la neutralitat interna entre ells.

Al model atòmic de Thomson, se’l coneix en alguns llibres com el model del«púding de panses». Per què et sembla que li han posat aquest nom?

El púding és un pastís amb una massa que s’assembla força a la delbescuit i amb panses a dintre. Recorda els àtoms de Thompson,formats per una massa de càrrega positiva en què hi havia partículespetites de càrrega negativa (els electrons).

Si el nucli d’un àtom tingués 1 metre de radi, quin seria el radi de l’àtom?

Com que el radi de l’àtom és unes 10.000 vegades més gran que eldel nucli, si el radi del nucli tingués 1 m, el de l’àtom tindria 10.000 m,és a dir, 10 km.

Per què diem que l’àtom és buit?

Diem que l’àtom és buit perquè pràcticament tota la massa estàconcentrada en el nucli, que té una mida molt petita comparada ambla de tot l’àtom.

La figura 4.21 mostra el resultat que s’ha obtingut de l’espectrometria demasses del magnesi natural:

a) Quants ions hi ha?

b) Quina és la massa atòmica relativa d’aquests ions?

c) Quina és la proporció relativa dels ions?

d) Calcula la massa atòmica relativa del magnesi.

a) Hi ha tres ions.b) Les masses atòmiques relatives dels ions són, respectivament, 24,

25 i 26.c) La proporció relativa és 80 % de Mg-24, 10 % de Mg-25 i 10%

de Mg-26.

5.

4.

3.

2.

1.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 132

133

SOLUCIONARI

d) La massa atòmica relativa del magnesi és:

24 · 0,80 + 25 · 0,10 + 26 · 0,10 = 24,3

La massa atòmica de l’element potassi és 39,10. Hi ha tres isòtops d’aquestelement: un de massa 38,96, un altre de 39,96 i un tercer de 40,96. El demassa 39,96 és tan escàs que el podem considerar irrellevant. Quinaabundància hi ha de cadascun dels altres isòtops?

Pressuposem que l’abundància de l’isòtop de massa 38,96 és x, la delde massa 40,96 és (100 − x), ja que l’abundància del de massa 39,96és negligible:

• Abundància de l’isòtop de massa 38,96: 93 %.• Abundància de l’isòtop de massa 40,96: 100 − 93 = 7 %.

Indica quants protons, neutrons i electrons tenen les partícules següents.Identifica quines són isòtops del mateix element i quines són ions d’algun dels àtoms presents:

a) 168B d) 16

7E1−

b) 168C2+ e) 16

9F 2−

c) 178D f) 16

7G

Són isòtops del mateix element: 168B, 17

8DSón ions d’algun dels àtoms que hi ha presents: És catió del• 16

8C2+, és catió del a) 168B

• 167E−, és anió del f) 16

7G

168B 16

8C2+ 178D 16

7E− 169F 2− 16

7G

Protons 8 8 8 7 9 7

Neutrons 8 8 9 9 7 9

Electrons 8 6 8 8 11 7

7.

massa atòmicamitjana

massa del1r isòtop perce

=⋅ nntatge massa del 2n isòtop percentatge+ ⋅

100

3

→

→ 99 1038 96 40 96 100

10039 10 100 3

,, , ( )

,

=⋅ + ⋅ −

⋅ =

x x →

→ 88 96 40 96 100

38 96 4096 40 96

, , ( )

, ,

⋅ + ⋅ − == ⋅ + − ⋅

x x

x x →→

→ →− ⋅ + ⋅ = − = =38 96 40 96 4096 3910186

293, ,x x x

6.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 133

134

4 Els àtoms

Quina longitud d’ona té una radiació d’una freqüència de 5 · 1015 Hz?

c 3 · 108 m · s–1

λ = ——= ——————— = 6 · 10–8 mν 5 · 1015 s–1

Calcula els radis de les cinc òrbites primeres per a l’àtom d’hidrogen.

Dada: a = 0,529 Å (1 Å = 10–10 m).

Segons el model atòmic de Bohr el radi de l’òrbita és r = a · n2.

Explica per què hi ha 5 orbitals d i 7 orbitals f.

Els orbitals d tenen l = 2 com a valor del nombre quàntic (l ). Quan l = 2, el nombre quàntic magnètic pot tenir els valors −2, −1, 0, +1 i +2, i això vol dir que hi ha 5 orbitals del tipus d. Els orbitals f tenen de nombre quàntic l = 3. Quan l = 3, el nombrequàntic magnètic pot tenir els valors −3, −2, −1, 0, +1, +2 i +3, la qual cosa indica que hi ha 7 orbitals del tipus f.

Indica si són possibles els conjunts de nombres quàntics següents. Si no hosón, fes les correccions necessàries perquè ho siguin (n, l, m, s):

• (3, 0, 0, +1/2) • (7, 2, 3, −1/2)• (4, 2, 2, 1/2) • (0, 1, 0, 1/2 )• (2, 1, 1, −1/2) • (3, 0, 0, −1/2)

Els valors possibles dels nombres quàntics vénen determinats per les regles que s’especifiquen a la pàgina 121 del llibre de text.

• (3, 0, 0, −1/2 ): és possible.

• (4, 2, 2, 1/2 ): és possible.

• (2, 1, 1, −1/2 ): és possible.

• (7, 2, 3, −1/2 ): no és possible ja que, si l = 2, m només pot adoptarels valors 2, 1, 0, −1 i −2.

• (0, 1, 0, 1/2 ): no és possible ja que el nombre quàntic n no pot valer 0.

• (3, 0, 0, −1/2 ): és possible.

11.

10.

Núm. d’òrbita Radi (m)

1 0,529 · 10−10

2 2,116 · 10–10

3 4,761 · 10–10

4 8,464 · 10–10

5 13,225 · 10–10

9.

8.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 134

135

SOLUCIONARI

Identifica l’orbital en què es troba cadascun dels electrons definits pelsnombres quàntics de l’exercici anterior.

• (3, 0, 0, +1/2): orbital 3s.• (4, 2, 2, 1/2): orbital 4d.• (2, 1, 1, −1/2): orbital 2p.• (3, 0, 0, −1/2): orbital 3s.

Explica quants electrons hi pot haver en tots els orbitals del nivell n = 3.

En el nivell n = 3 hi ha un orbital s, tres orbitals p i cinc orbitals d; entotal, 9 orbitals.

A cada orbital hi poden haver 2 electrons; per tant, en total hi haurà18 electrons.

Quan es provoca una descàrrega en un tub de buit es forma un feix lluminósentre el càtode i l’ànode. Com podríem esbrinar si són raigs catòdics o bé raigscanals?

L’hem de sotmetre a l’acció d’un camp elèctric perpendicular al tub. Si el raig es desvia cap a la placa positiva, està format per partículesamb càrrega negativa, es tracta d’un raig catòdic (és a dir, procedeixdel càtode). En cas contrari, seran raigs canals.

Respon:

a) Què vol dir que a totes les experiències efectuades en tubs de raigscatòdics, independentment del gas que hi hagués al seu interior, s’hidetectés la mateixa partícula?

b) Què vol dir que a les experiències fetes en tubs de raigs canals s’hi detectésun partícula diferent, segons el gas que hi hagués a l’interior del tub?

a) Que les partícules que formaven els raigs catòdics no depenien delgas que estava a dins del tub ni del material que formava el càtode,és a dir, que la partícula està present a tots els àtoms.

b) Les partícules que componien els raigs canals depenien del gas dedins del tub, ja que aquestes partícules les formaven els ionspositius originats en xocar els electrons que provenien del càtodeamb les molècules del gas.

15.

14.

n l m s

3

0 0 1

1 −1, 0, +1 3

2 −2, −1, 0, +1, +2 5

Nombre total d’orbitals 9

13.

12.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 135

136

4 Els àtoms

Explica per què l’experiència de la làmina d’or és una prova que l’àtom té unnucli molt petit i una «escorça» molt gran.

El fet que una part molt petita de les partícules reboti quan topa ambla làmina d’or vol dir que la làmina té alguns punts on la càrregapositiva està molt concentrada. Aquests punts són els nuclis delsàtoms.

I que la major part de les partícules travessin la làmina sense desviar-se vol dir que, majoritàriament, travessen l’àtom per zones on no hi ha càrregues: l’escorça de l’àtom, on hi ha els electronsgirant, i que és molt més gran que el nucli.

Rutherford va deduir que els àtoms tenen un nucli amb càrrega positiva i unembolcall amb electrons, de càrrega negativa. Com pot ser que els electrons esmantinguin a l’entorn del nucli i no en siguin atrets?

Perquè estan girant al voltant del nucli. La velocitat de gir que duen faque la força centrífuga compensi l’atracció gravitatòria.

Tot seguit es mostren algunes característiques d’un conjunt d’espèciesquímiques. Completa la taula i respon:

a) Quins pertanyen al mateix element químic?

b) Quins són isòtops? Quins són anions?

c) Quins representen espècies impossibles?

Element Z ANombre

de neutronsNombre

d’electronsCàrrega

B 5 11 6 5 0

C 6 11 5 6 0

D 5 11 6 7 −2

E 11 5 6 0

F 11 20 9 8 +3

Element Z ANombre

de neutronsNombre

d’electronsCàrrega

B 11 5 0

C 11 5 6

D 5 6 −2

E 11 5 6 0

F 20 8 +3

18.

17.

16.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 136

137

SOLUCIONARI

a) B i D pertanyen al mateix element químic perquè tenen el mateix Z.

b) No hi ha isòtops perquè els que tenen el mateix Z també tenen unA idèntic. D és un anió de B.

c) E representa una espècie impossible perquè A = Z + nombre deneutrons.

Explica la frase següent: «Si l’energia no estigués quantificada, una radiaciód’energia 4 i intensitat 10 produiria el mateix efecte que una altra d’energia 8 i intensitat 5».

L’energia d’una radiació és l’energia de cadascun dels seus fotons. La seva intensitat ve determinada pel nombre de fotons que la integren.

Si l’energia no estigués quantificada, una radiació d’energia 4 (cadafotó té energia 4) i intensitat 10, tindria una energia total de 4 · 10 = 40.Per tant, tindria la mateixa energia i produiria el mateix efecte que unaaltra radiació d’energia 8 i intensitat 5, ja que 8 · 5 = 40.

Explica la frase següent: «L’energia mínima que ha de tenir la llum amb laqual s’il·lumina el càtode perquè s’hi produeixi un efecte fotoelèctric ésdiferent si el càtode és de ferro que si és d’alumini».

Aquesta energia depèn de l’atracció que exerceixi el nucli sobrel’electró perifèric que es pretén arrencar, i que ve determinada per lacàrrega nuclear i la distribució electrònica que és específica de cadaelement químic.

Explica si són certes o no les afirmacions següents:

a) Un electró que es troba en una òrbita de n = 2 és a una distància doble delnucli que un altre que és en una òrbita de n = 1.

b) Un electró que es troba en una òrbita de n = 2 té la meitat d’energia que unaltre que està en una òrbita de n = 1.

c) Perquè un electró d’un àtom passi de l’òrbita de n = 2 a la de n = 3, calque absorbeixi la mateixa quantitat d’energia que per passar de l’òrbita de n = 4 a la de n = 5.

a) Fals. Segons Bohr, el radi de l’òrbita depèn de n (r = a · n2). Pertant, l’electró que està a l’òrbita 2 es troba a una distància del nucliquatre vegades més gran que la distància que separa l’electró queestà a l’òrbita 1.

b) Fals. Segons Bohr, l’energia d’un electró depèn de 1/n2 (E = b/n2).Per tant, l’electró que està a l’òrbita 2 té una energia que és laquarta part de l’energia que té l’electró que està a l’òrbita 1.

c) Fals. Perquè si tenim en compte la fórmula que permet calcularl’energia d’un electró en una òrbita:

21.

20.

19.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 137

138

4 Els àtoms

A partir del model atòmic de Bohr, explica per què l’espectre d’emissió d’unelement és complementari del seu espectre d’absorció.

L’espectre d’absorció el constitueixen totes les radiacions queabsorbeixen els electrons d’un àtom quan passen d’un nivell d’energiaa un altre de superior. Per obtenir-lo, s’il·lumina la mostra amb llumblanca i es recullen les radiacions després de passar per la mostra, enquè hi faltaran les que han absorbit els àtoms de l’element en qüestió i es veuran ratlles negres sobre un fons de color.

L’espectre d’emissió el constitueixen totes les radiacions que emetenels electrons d’un àtom que ha estat excitat quan tornen al nivells demenys energia fins que arriben al nivell fonamental. Aquest espectre el formen línies de color i cada una correspon a un trànsit.

L’espectre d’absorció és el complementari del d’emissió perquè, a fique un electró d’un àtom concret passi del nivell 1 al nivell 2,necessita absorbir la mateixa energia (E2 − E1) que la que emet quanpassa del nivell 2 al nivell 1 (E1 − E2).

S’ha excitat una mostra d’hidrogen, de manera que en tots els àtoms l’electróha passat fins al nivell de n = 4. Estudia, amb l’ajut d’un esquema, quantesratlles tindrà l’espectre d’emissió.

Resposta:

A l’espectre d’emissió s’hi detectaran 5 ratlles.

Explica si en un àtom poden haver-hi els nivells d’energia:

a) 2d c) 3p e) 1p g) 5d

b) 7s d) 3f f) 5f h) 4d

a) Els orbitals d impliquen que l = 2. El valor màxim que el nombrequàntic l pot admetre és (n −1). Si n = 2, l només pot adoptar elsvalors 0 i 1; per consegüent, no poden existir orbitals d al nivell 2.

b) Els orbitals s impliquen que l = 0. A tots els nivells d’energia hi haorbitals s i, per tant, l’orbital 7s sí que existeix.

24.

n = 4n = 3

n = 2

n = 1

23.

22.

E Eb b b b b

3 2 2 23 2 4 9

5

36− = − − −

⎛

⎝⎜⎜⎜

⎞

⎠⎟⎟⎟⎟ = − =

E Eb b b b b

5 4 2 25 4 16 25

9

400− = − − −

⎛

⎝⎜⎜⎜

⎞

⎠⎟⎟⎟⎟ = − =

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 138

139

SOLUCIONARI

c) Els orbitals p impliquen que l = 1. Hi ha orbitals p a partir del segonnivell d’energia, ja que si n = 2, l només pot adoptar els valors 0 i 1.Per tant, l’orbital 3p sí que existeix.

d) Els orbitals f impliquen que l = 3. Al nivell n = 3, l només potadoptar els valors 0, 1 i 2; per consegüent, no pot existir l’orbital 3f.

e) L’orbital 1p no existeix. Si n = 1, l només pot adoptar el valor 0, queés compatible amb els orbitals del tipus s.

f) Els orbitals f impliquen que l = 3. Al nivell n = 5, l pot adoptar elsvalors 0, 1, 2, 3 i 4. Per tant, sí que pot existir l’orbital 5f.

g) Els orbitals d impliquen que l = 2. El valor màxim que el nombrequàntic l pot admetre és (n − 1). Si n = 5, l pot adoptar els valors 0,1, 2, 3 i 4; per consegüent, sí que poden existir orbitals en el nivell 5.

h) Com ja s’ha explicat a l’apartat g), sí que hi poden haver orbitals 4d.

Explica la diferència entre els conceptes d’òrbita i d’orbital.

L’òrbita és un concepte del model atòmic de Bohr. I fa referència a lalínia que l’electró traça quan descriu el moviment al voltant del nucli.

L’orbital és un concepte del model mecanoquàntic de l’àtom. I fareferència a la regió de l’espai en què hi ha una probabilitat de trobarun electró superior al 90 %.

Relaciona les frases següents amb el model o els models atòmicscorresponents:

a) Model de Daltonb) Model de Thomsonc) Model de Rutherfordd) Model de Bohre) Model mecanoquàntic

• Massa de càrrega positiva. b)• Electró amb moviment ondulatori. e)• Explica l’espectre de l’àtom

d’hidrogen. d)• Nombre quàntic n. d)• Electrons als orbitals. e)• Partícula indivisible. a)

• Nombre quàntic m. e)• Explica tots els espectres atòmics. e)• Quantificació de l’energia. e)• Electrons girant al voltant d’un nucli. c)• Nivell d’energia. d)• Electrons descrivint òrbites. d)• Probabilitat de trobar un electró. e)

26.

25.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 139

140

4 Els àtoms

Omple les caselles del quadre corresponents als models atòmics estudiats alllarg d’aquesta unitat:

Model Esquema Fets que explica Fets que no explica

Dalton • Les lleis ponderals. • L’electrització de la matèria.

• Fenòmens produïts entubs de descàrrega.

Thomson • L’electrització de la matèria.

• Fenòmens produïts en tubs de descàrrega.

• L’experiència de la làmina d’or.

Rutherford • L’experiència de la làmina d’or.

• Que els electrons noacabin caient damuntel nucli.

• Els espectres atòmics.

Bohr • L’efecte fotoelèctric.• Que els electrons no

acabin caient damunt el nucli.

• L’espectre de l’àtom de H.• La complementarietat

de l’espectre d’absorció i d’emissió.

• L’espectre és característic de cada element.

• L’espectre dels àtomspolielectrònics.

• La configuracióelectrònica dels àtoms.

Shrödinger • L’espectre dels àtomspolielectrònics.

• Els quatre nombresquàntics.

• La configuracióelectrònica dels àtoms.

Model Esquema Fets que explica Fets que no explica

Dalton

Thomson

Rutherford

Bohr

Shrödinger

27.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 140

141

SOLUCIONARI

L’electró d’un àtom d’hidrogen prèviament excitat ocupa el nivell n = 3.Justifica quantes radiacions diferents podrà emetre quan retorni al seu estatfonamental.

Només pot emetre 3 radiacions que corresponen als salts energètics:de n = 3 a n = 2, de n = 3 a n = 1, i de n = 2 a n = 1.

L’isòtop més comú d’un element A té de massa atòmica 20 i el d’un elementB també. Quina d’aquestes hipòtesis és correcta?

a) A i B són isòtops.

b) A i B tenen el mateix nombre de protons.

c) A i B tenen el mateix nombre de protons més el nombre de neutrons.

d) A i B tenen el mateix nombre d’electrons.

La solució c), ja que en tenir la mateixa massa, només podemassegurar que tenen el mateix nombre de protons més el nombre deneutrons. Són elements diferents, per tant, no poden tenir el mateixnombre de protons ni ser isòtops.

Ordena el següents fets per ordre cronològic:

a) Descobriment dels neutrons.

b) Model atòmic de Rutherford.

c) Descobriment dels electrons.

d) Model atòmic de Bohr.

e) Descobriment del nucli atòmic.

f) Model atòmic de Thomson.

g) Descobriment dels protons.

1) Descobriment dels electrons.

2) Model atòmic de Thomson.

3) Descobriment dels protons.

4) Descobriment del nucli atòmic.

5) Model atòmic de Rutherford.

6) Descobriment dels neutrons.

7) Model atòmic de Bohr.

30.

29.

28.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 141

142

4 Els àtoms

Els llums de neó consisteixen en un tub de vidre a l’interior del qual hi haaquest gas a baixa pressió. Explica perquè:

a) Aquests llums necessiten una font de corrent elèctric.

b) La llum que emeten és diferent a la que s’obtindria si en lloc de neó hihagués un altre gas, per exemple argó.

a) Quan el gas és sotmès a una diferència de potencial elèctric, els electrons absorbeixen energia i salten a nivells superiors. Aquests electrons excitats tornen a saltar a nivells inferiorsdesprenent energia en forma de radiació electromagnètica.

b) La configuració electrònica de cada gas és diferent; per tant, tambéseran diferents tots els possibles salts electrònics d’un nivell a unaltre.

A partir de la seva situació a la taula periòdica, indica el nombre atòmic, el nombre de massa i el nombre de protons, electrons i neutrons dels àtomssegüents:35Cl, 37Cl, 65Cu, 214Pb, 12C, 13C , 235U, 210Tl

35Cl Z = 17 A = 35, electrons = 17, protons = 17, neutrons = 1837Cl Z = 17 A = 37, electrons = 17, protons = 17, neutrons = 2065Cu Z = 29 A = 65, electrons = 29, protons = 29, neutrons = 36214Pb Z = 82 A = 214, electrons = 82, protons = 82, neutrons = 13212C Z = 6 A = 12, electrons = 6, protons = 6, neutrons = 613C Z = 6 A = 13, electrons = 6, protons = 6, neutrons = 7 235U Z = 92 A = 235, electrons = 92, protons = 92, neutrons = 143210Tl Z = 81 A = 210, electrons = 81, protons = 81, neutrons = 129

L’hidrogen natural està format per dos isòtops, el proti de nombre de massa 1(que és el més abundant) i el deuteri de massa 2.

a) Indica el nombre de protons, neutrons i electrons de cada d’aquests àtoms.

b) L’òxid del deuteri rep el nom d’aigua pesant i és utilitzat en reactorsatòmics. Per què creus que rep aquest nom?

a) El proti té 1 electró, 1 protó i 0 neutrons.El deuteri té 1 electró, 1 protó i 1 neutró.

b) S’anomena aigua pesant perquè els àtoms d’hidrogen que formenaquest òxid tenen el doble de massa que els que hi ha a lesmolècules d’aigua.

Explica quants electrons hi poden haver en el conjunt d’orbitals 3s, 2p i 4f.

A cada nivell energètic només hi ha un orbital s, que correspon a l = 0;per tant, en el 3s poden haver-hi 2 electrons.

34.

33.

32.

31.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 142

143

SOLUCIONARI

D’orbitals p n’hi ha 3 que corresponen a l = 1; per tant, m = −1, 0, 1. Això vol dir que a 2p poden haver-hi 6 electrons, 2 a cada orbital.

El nombre d’orbitals f de cada nivell és 7, que correspon a l = 3; per tant, m = −3, −2, −1, 0, 1, 2, 3. El nombre total d’electrons a 4f serà 14.

Explica el significat d’aquests termes: núvol electrònic, òrbita i orbital

Un núvol electrònic és una representació tridimensional de les posicions que ocupa un electró en un àtom.

Una òrbita és la línia que suposava Bohr que descrivia un electró en girar al voltant del nucli.

Orbital és una zona de l’àtom on la probabilitat de trobar un electró és màxima.

Explica per què en un àtom no hi ha 5 orbitals 2d ni 7 orbitals 3f.

En el nivell n = 2 els valors del nombre quàntic l només poden ser l = 0 (orbital s) i l = 1 (orbital p); per tant, no hi ha orbitals d quecorresponguin a l = 2.

En el nivell n = 3 els valors del número quàntic l són l = 0 (orbital s), l = 1 (orbital p) i l = 2 (orbital d); per tant, no hi ha orbitals f quecorresponguin a l = 3.

Indica si són possibles el conjunts de nombres quàntics següents i, si no hosón, fes les correccions que calgui perquè siguin possibles.

a) (2, 1, 0, +1/2) d) (6, 4, 5, −1/2)

b) (3, 3, 0, −1/2) e) (1, 1, 0, 1/2)

c) (4, 0, 0, −1/2) f) (5, 2, 2, 1/2)

a) (2, 1, 0, +1/2): és possible

b) (3, 3, 0, −1/2): no és possible, ja que si n = 3, els valors de lnomés poden ser 0, 1, i 2.

El (3, 2, 0, −1/2): és possible.

c) (4, 0, 0, −1/2): és possible.

d) (6, 4, 5, −1/2): no és possible, ja que si l = 4, els valors de mnomés poden ser:

−4, −3, −2, −1, 0, 1, 2, 3 i 4. Seria possible el (6, 4, 4, −1/2).

e) (1, 1, 0, 1/2): no és possible, ja que si n = 1, la l només potser 0,seria el (1, 0, 0, 1/2).

f) (5, 2, 2, 1/2): és possible.

37.

36.

35.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 143

144

4 Els àtoms

Identifica l’orbital en què es troba cadascun dels electrons definits pelsnombres quàntics de l’exercici anterior.

a) 2 p (2, 1, 0) b) 3d (3, 2, 0) c) 4s (4, 0, 0) d) 6f (6, 4, 4) e) 1s (1, 0, 0) f ) 5d (5, 2, 2)

Quins nombres quàntics pots aplicar, sense dubtar-ho, als orbitals següents?

a) 3d c) 4s

b) 7f d) 2p

a) (3, 2) b) (7, 3) c) (4, 0) d) (2, 1)

Explica quants electrons hi pot haver en tots els orbitals de la capa 2. I de la capa 4?

A n = 2 poden haver-hi 1 orbital s i 3 orbitals p, en total 4 orbitals i per tant 8 electrons.

A la capa n = 4 poden haver-hi 1 orbital s, 3 p, 5 d i 7 f. En total 16 orbitals i 32 electrons.

També podem aplicar la fórmula: N = 2n2; per a n = 2 resulten N = 8 electrons, i per a n = 4 obtenim N = 32 electrons.

Què vol dir que no podem tenir una probabilitat del 100 % que l’electró estiguien un punt determinat de l’àtom?

El principi d’incertesa (Heisenberg, 1927) diu que és impossible saberamb exactitud la posició d’un electró, ja que per conèixer-lanecessitaríem il·luminar l’electró, que, en rebre el fotó, sortiria disparati canviaria de posició.

Un àtom té un radi d’uns 10–10 m. Quants àtoms es poden col·locar, l’undarrere l’altre, per cobrir una longitud d’un centímetre?

1 cm = 10–2 m

diàmetre d’un àtom = 2 · 10–10m

10–2 m nombre d’àtoms = ————— = 5 · 107 àtoms

2 · 10–10m

Suposant l’àtom i el nucli de forma esfèrica, quantes vegades és més gran elvolum de l’àtom que el del nucli? Recorda que el volum d’una esfera és 4/3π r3.

Suposem que el radi del nucli és r, el radi de l’àtom serà r · 104

Volum de l’àtom 4/3 p · r3 · 1012

———————— = ——————— = 1012

volum del nucli 4/3 p · r3

El volum de l’àtom és 1012 vegades més gran que el del nucli.

43.

42.

41.

40.

39.

38.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 144

145

SOLUCIONARI

L’element bor el componen dos isòtops: un anomenat 10B, que té de massa10,013 i hi és present en un 19,6 %, i l’altre, anomenat 11B, que té de massa11,009 i hi és en un 80,4 %. Quina és la massa atòmica de l’element bor?

Massa atòmica = 19,6 · 0,10013 + 80,4 · 0,11009 = 1,96 + 8,85 ==10,81.

Quan l’electró d’un àtom d’hidrogen, prèviament excitat, fa la transicióelectrònica dels nivells principals n = 5 a n = 4, emet radiacióelectromagnètica de freqüència ν = 7,4 · 1013 s–1.

Calcula la diferència d’energies entre aquests nivells quàntics.

E = h · ν = 6,62 · 10–34J · s · 7,4 · 1013 s–1= 4,89 · 10–20 J

A partir de les dades de l’apartat 3.1, calcula:

a) La massa en kg d’un mol de protons, un mol d’electrons i un mol deneutrons.

b) La càrrega en coulombs d’un mol de cada una d’aquestes partícules

1,673 · 10–27 kga) 1 mol de protons = 6,02 · 1023 protons · —————————=

1 protó

= 10,07 · 10–4 kg

1,675 · 10–27 kg1 mol de neutrons = 6,02 · 1023 neutrons · —————————=

1 neutró

= 10,08 · 10–4 kg

La massa dels protons i dels neutrons és pràcticament igual.

9,110· 10–31 kg1 mol d’electrons = 6,02 · 1023 electrons · —————————=

1 electró

= 5,48 · 10–7 kg

1,6 · 10–19 coulombsb) 1 mol de protons = 6,02 · 1023 protons · —————————— =

1 protó

= 9,63 · 104 coulombs

Els protons i els electrons tenen la mateixa càrrega, els neutronssón neutres (càrrega 0).

Un llum vermell emet una radiació de 680 nm. Calcula:

a) L’energia de cada fotó corresponent a aquesta radiació.

b) L’energia d’un mol d’aquests fotons.

47.

46.

45.

44.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 145

146

4 Els àtoms

a) λ = 680 nm = 680 · 10–9 mc 3 · 108 ms–1

ν = —— = ——————— = 4,4 · 1014s–1

λ 680 · 10–9m

E = h · ν = 6,62 · 10–34Js · 4,4 · 1014s–1 = 2,9 · 10–19 J.

b) 6,02 · 1023 fotons · 2,9 · 10–19 J/fotó = 17,45 · 104 J.

L’oxigen té tres isòtops.

a) Calcula la massa atòmica relativa de l’oxigen a partir de les dades següents:

b) Explica com es poden determinar els isòtops que forma l’oxigen natural i les seves respectives masses atòmiques.

a) massa atòmica relativa = 15,9949 · 0,99759 + 16,9991 · 0,00037 ++ 17,9992 · 0,00204 = 15,9564 + 0,006289 + 0.03671 = 15,9994

b) L’aparell que permet determinar els isòtops d’un element i la sevaabundància és l’espectròmetre de masses.

El silici natural conté el 92 % d’àtoms de silici-28, el 5 % de silici-29 i el 30 % de silici-30.

a) Calculeu la massa atòmica relativa del silici.

b) Indiqueu el nombre de protons, neutrons i electrons que té cada un delsisòtops.

c) L’espectròmetre de masses permet calcular la massa i la abundància delsisòtops d’un element. Explica el seu funcionament.

a) El primer que veiem a l’enunciat del problema és que els percentatgesde les quantitats indicades no sumen 100, per això cal suposar que en lloc de un 30 % de Si-30, el que conté el silici natural és un 3% de Si-30.

Massa atòmica relativa del Si = 0,92 · 28 + 0,05 · 29 + 0,030 · 30 == 25,76 + 1,45 + 0, 9 = 28,1.

El nombre atòmic del silici és 14.

Si-28 14 electrons, 14 protons i 14 neutrons



49.

Isòtops Massa (u) Abundància (%)

16O 15,9949 99,759

17O 16,9991 0,037

18O 17,9992 0,204

48.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 146

147

SOLUCIONARI

c) En principi es vaporitza la mostra que es vol analitzar (vegeu figura4.20 del llibre de text). El gas passa a una cambra d’ionització, onrep un feix d’electrons que n’ionitza els àtoms. A continuació, els ions són accelerats per mitjà d’un camp elèctric i desviats perun camp magnètic. Les trajectòries que segueixen els ions depenende les seves masses i de les seves càrregues, i, en ser detectats, es poden calcular aquests valors.

El neó té dos isòtops de 20 i 22 unitats de massa. Si el percentatged’abundància és del 90 % i 10 % respectivament, calcula:

a) El nombre de protons, neutrons i electrons de cadascun d’ells.

b) La massa atòmica relativa del neó.

a) Ne-20, 10 electrons, 10 protons i 10 neutrons.

Ne-22, 10 electrons, 10 protons i 12 neutrons.

b) Massa atòmica relativa del Ne = 0,90 · 20 + 0,1 · 22 = 20,2.

Suposem que un àtom de fluor (Z = 9, A = 19) és una esfera de 10–10 metresde diàmetre i que el seu nucli és una esfera de 10–14 m de diàmetre. Calcula:

a) El nombre de protons, neutrons i electrons d’un àtom de fluor.

b) El volum d’un àtom i el volum del nucli.

c) A partir de la massa de cada una de les partícules (vegeu l’apartat 3.1), la densitat d’un àtom i la densitat del nucli.

a) 9 electrons, 9 protons i 10 neutrons.

b) Volum de l’àtom = π · r3 =

Volum del nucli= π · r3 =

Massa dels electrons = 9 · 9,110 · 10–31 = 8,199 · 10–30 kg

Massa del nucli = 19 · 1,67 · 10–27 = 3,17 · 10–26 kg

massa dels electrons + massa del nucli Densitat de l’àtom = ———————————————————— =

5,2 · 10–31 m3

8,199 · 10–30 kg + 3,17 · 10–26 kg= ———————————————— = 6,09 · 104 kg/m3

5,2 · 10–31 m3

3,17 · 10–26 kgDensitat del nucli = ———————— = 6,09 · 1017 kg/ m3

5,2 · 10–43 m3

⋅ ⋅⎛

⎝⎜⎜⎜⎜

⎞

⎠⎟⎟⎟⎟

= ⋅, ,3 14 5 2 103

4310

2m

–14– 34—

34—3

⋅ ⋅⎛

⎝⎜⎜⎜⎜

⎞

⎠⎟⎟⎟⎟

= ⋅3,1410

25,2 10 m

–10 3

–31 34—3

4—3

51.

50.

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 147

148

4 NOTES

945335 _ 0127-0148.qxd 8/1/09 12:12 Página 148

149

La taula periòdicadels elements

5

Aquesta unitat tracta d’un dels principals descobriments científics: la taulaperiòdica. S’inicia amb el desenvolupament històric de la classificació delselements químics a partir de les seves propietats, des dels primers intents fins a la taula periòdica actual.

A la unitat anterior s’ha estudiat l’àtom com a entitat; en aquesta es procedeix a l’estudi dels diferents àtoms i es prediuen o bé es justifiquen les propietats que presenten, tot analitzant-ne la relació amb la distribució dels electrons al voltant del nucli.

En aquest sentit, es mostrarà l’evidència experimental de l’existència de nivells i subnivells energètics que a la unitat 4 s’havien introduït de manera teòrica.

Finalment, la taula periòdica construïda a partir de les propietats dels elementsquímics es veurà íntimament lligada a l’estructura interna dels àtoms.

PRESENTACIÓ

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 149

150

5 La taula periòdica dels elements

• Descripció dels primers intents de classificació periòdica dels elements i establiment de la taula periòdica de Mendelejev i del concepte de periodicitat dels elements a partir de les seves propietats.

• Desenvolupament posterior de la taula periòdica fins a arribar a l’actual.

• Evidència experimental de l’existència de nivells i subnivells d’energia a partir de la variació de les successives energies d’ionització.

• Distribució dels electrons en els diferents àtoms.

• Relació entre la distribució dels electrons per nivells i subnivells i la posició dels elements a la taula periòdica.

• Definició de les diferents propietats i la seva variació periòdica.

• Relació d’aquestes propietats i la seva variació amb la situació dels elements a la taula periòdica.

CONTINGUTS

• Competència en indagació i experimentació, que implica la capacitatde fer-se preguntes i portar a terme investigacions per obtenir resposta.

• Comprensió de la naturalesa de la ciència, que implica saber distingirentre ciència i altres formes de coneixement. En concret, l’elaboració demètodes empírics i arguments lògics per contrastar les hipòtesis i validarles teories proposades.

El coneixement científic és susceptible de ser revisat i modificat si estroben evidències que no encaixen en les teories vigents.

• Competència en la interpretació de gràfics, en aquest cas dels quemostren la variació d’una propietat dels elements químics en funció d’una altra propietat o la seva situació a la taula periòdica.


• Reconèixer el caràcter creatiu del treball científic, en particular en l’ elaboració de la classificació dels elements químics.

• Conèixer els fets experimentals que demostren l’existència de nivells i subnivells d’energia dins l’àtom.

• Ser capaç d’elaborar de manera raonada la configuració electrònica d’un àtom i conèixer els principis en què es basa.

• Reconèixer el sistema periòdic com una conseqüència de la configuracióelectrònica dels àtoms

• Relacionar el valor de les propietats periòdiques d’un conjunt d’elementsamb la configuració electrònica.

• Saber extraure tota la informació continguda a la taula periòdica sobreles diferents propietats dels elements i la seva variació.

OBJECTIUS

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 150

151


• L’ús del llenguatge per comunicar per escrit i oralment la construcció i la compartició del coneixement químic, igual com la lectura comprensivadels textos i la recerca d’informació impliquen una connexió necessàriaamb les llengües.

• El coneixement de la classificació dels elements, de les seves propietats i de la relació amb la seva estructura interna es relaciona amb la biologia,en particular amb la bioquímica.

• A les ciències de la Terra i el medi ambient s’estudia l’obtenció d’elements químics a partir dels seus minerals.


1. Conèixer els criteris amb els quals es van elaborar els diferents intents de classificació dels elements fins a arribar a la taula periòdica actual.

2. Saber justificar l’existència de nivells i subnivells d’energia a partir delsvalors de les diferents energies d’ionització d’un àtom.

3. Interpretar gràfics i saber treure’n conclusions sobre la variació de lespropietats.

4. Fer configuracions electròniques i a partir d’elles situar els corresponentselements a la taula periòdica.

5. Definir les diferents propietats dels elements i conèixer-ne la variació a la taula periòdica.

6. Relacionar les propietats dels elements i les seves variacions ambl’estructura interna dels àtoms.


• Competència comunicativa, que implica saber descriure fets, explicar-los, justificar-los i argumentar-los. Això suposa promoure discussions sobre les evidències experimentals, la idoneïtat dels modelsproposats per interpretar els fets químics i la lectura i la interpretació de textos i il·lustracions.

• Competència en gestió i tractament de la informació i competència

digital, que implica la utilització de fonts bibliogràfiques i els recursosque hi ha a la xarxa per trobar informació sobre el desenvolupament històric dels diferents models atòmics.


945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 151

152


Observa la figura 5.4.

Creus que realment els elements d’una mateixa columna tenen propietatssemblants?

Es troben en aquestes columnes les tríades de Döbereiner?

No tots els elements que formen una columna tenen propietatssemblants. Així, a la primera columna hi ha fonamentalment elshalògens, que són no-metalls, però també hi trobem el Co i el Ni quesón metalls i tenen unes propietats molt diferents. A la segonacolumna tenim els metalls alcalins, però també hi ha el coure, que,malgrat tenir valència 1 com els altres, té unes propietats químiques i físiques diferents de les del grup.

És a dir, els elements que actualment anomenem metalls de transicióestan col·locats entre els elements dels grups principals.

Es troben elements de les tríades de Döbereiner en una mateixacolumna: el calci amb l’estronci, el clor amb el brom i el sofre amb elseleni.

Al gràfic de la figura 5.6, on són els metalls alcalins?

On són els halògens? Ocupen posicions semblants, els elements d’aquestesfamílies químiques? Quins són els elements amb el punt de fusió més alt?

Si unim amb una línia elsmetalls alcalins en el gràfic,es veu com aquestselements ocupen posicionssemblants, és a dir, elsseus punts de fusió sónmolt similars. El mateixsucceeix amb els halògens.

L’element amb latemperatura de fusió mésalta és el carboni, despréstenim el silici i els metallsde transició com Sc, Ti, V i Cr.

Observa la taula de la figura 5.10:

• Com varia la temperatura de fusió i d’ebullició en el període?Quin element té aquests valors de temperatura més alts?

• Com varia la densitat? Quin element té la densitat més baixa?Quin element la té més alta?

• On se situen els elements que són gasos a temperatura ambient?

3.

2.

1.

punt

s de

fusi

ó (º

C)

0

−500−250

20 30 40 50 60 70 8010

Li

Be

B

C

F

Na

Si

Cl

K

Sc

VCr

Ti

Mn

Zn

Ga

As

Ge

Br

0

250500750

1.0001.2501.5001.7502.0002.2502.5002.7503.0003.2503.5003.7504.000

masses atòmiques relatives

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 152

153

SOLUCIONARI

Els elements dels primers grups tenen punts de fusió i d’ebullició alts, i van augmentant fins al carboni. Els elements dels quatre últims grupstenen valors negatius i molt semblants d’aquestes temperatures.

El carboni és l’element que té valors més alts d’aquestes temperatures.

Amb la densitat passa el mateix, l’element que té la densitat més baixaés el liti i el que la té més alta és el carboni (diamant). Del liti alcarboni augmenta i en els últims quatre grups també augmentaencara que els valors són molt semblants.

Els elements que són gasos a temperatura ambient se situen a la dreta(grups 15,16,17 i 18).

El nombre màxim d’electrons que hi pot haver en un nivell energètic ve donatper la fórmula, N = 2n2.

a) Indica quants electrons hi ha en cada un dels tres primers nivellsenergètics.

b) Indica els subnivells energètics i el nombre d’electrons de cadascundels que hi ha al nivell n = 4.

a) Per a: n = 1 N = 2 · 12 = 2 electrons

n = 2 N = 2 · 22 = 8 electrons

n = 3 N = 2 · 32 = 18 electrons

b) n = 4 l = 0 subnivell s 2 electrons

l = 1 subnivell p 6 electrons

l = 2 subnivell d 10 electrons

l = 3 subnivell f 14 electrons

Escriu la configuració electrònica dels elements següents:

a) Ca b) Sn c) Cs d) N e) I f) Ba g) Al h) Xe

a) Ca (Z = 20): 1s22s22p63s23p64s2

b) Sn (Z = 50): 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p2

c) Cs (Z = 55): 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s1

d) N (Z = 7): 1s22s22p3

e) I (Z = 53): 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p5

f) Ba (Z = 56): 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s2

g) Al (Z = 13): 1s22s22p63s23p1

h) Xe (Z = 54): 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p6

Estudia si les configuracions electròniques següents corresponen a unàtom en estat fonamental, en estat prohibit o en estat excitat:

a) 1s22s22p64s1 c) 1s22s22p73s2

b) 1s22s22p5 d) 1s22s22p7

6.

5.

4.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 153

154


a) Correspon a un àtom en estat excitat, ja que l’electró que es troba al’orbital 4s no està situat a l’orbital de menys energia possible(aleshores seria el 3s).

b) Correspon a un àtom en estat fonamental. Tots els electrons es troben a l’orbital de menys energia possible, i a cada orbital hi ha 2 electrons com a màxim (a conseqüència del principid’exclusió).

c) Correspon a un àtom en estat prohibit. És impossible que hi hagi 7electrons als tres orbitals 2p. Perquè si fos així, en un dels orbitalshi hauria 3 electrons, la qual cosa indicaria que dos haurien detenir els quatre nombres quàntics iguals. I això va contra el principid’exclusió.

d) Correspon també a un electró en estat prohibit. Igual que en el casc) , no hi poden haver 7 electrons en els orbitals p.

Les configuracions electròniques següents pertanyen a àtoms que no estanen estat fonamental. Explica el perquè i escriu la configuració quecorrespon a l’àtom en l’estat de menys energia possible:

a) 1s22p3 c) 1s22s22p63s23d2

b) 3s2 d) 1s22s12p6

a) Hi ha electrons als orbitals 3p, i l’orbital 2s, que té menys energia,està buit (1s2 2s22p1).

b) Si l’àtom només té dos electrons, han d’estar a l’orbital 1s i no pasal 3s, que té més energia (1s2 ).

c) Segons el diagrama de Moeller, l’orbital 3d té més energia que el3p i el 4s (1s2 2s22p6 3s23p2).

d) L’orbital 2s té menys energia que els orbitals 2p. Per tant, abansque els electrons se situïn als orbitals 2p, cal omplir l’orbital 2s amb2 electrons (1s2 2s22p5).

Escriu la configuració electrònica del germani i indica els nombresquàntics que defineixen els seus electrons de l’últim nivell.

Ge (Z = 32): 1s22s22p63s23p64s23d104p2

L’últim nivell del Ge és el 4, i en aquest nivell té 2 electrons a l’orbital4s i els altres 2 als orbitals 4p (un a cadascun i desaparellats). Els conjunts de nombres quàntics que defineixen aquests electronssón:

(4, 0, 0 +1/2); (4, 0, 0 −1/2); (4, 1, 1 +1/2); (4, 1, 0 +1/2)

Nota: els dos últims electrons han de tenir el mateix espín (podria ser−1/2) i han d’estar a orbitals p diferents. (El nombre quàntic magnèticha de ser diferent.)

8.

7.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 154

155

SOLUCIONARI

Escriu la configuració electrònica del calci i digues quants electrons hi haen aquest àtom que tinguin el nombre quàntic l =1, i quants, l = 2.

Ca (Z = 20): 1s22s22p63s23p64s2

El nombre quàntic l = 1 indica orbitals del tipus p. El Ca té 12electrons d’aquesta mena (2p6 3p6).

El nombre quàntic l = 2 indica orbitals del tipus d. El Ca no téelectrons en aquests orbitals.

Escriu la configuració electrònica d’un àtom excitat de sofre en el qual unelectró de l’últim nivell ha saltat a l’orbital 4s.

1s2 2s22p6 3s23p34s1

Què vol dir que un àtom està en un estat excitat?

Doncs que no tots els seus electrons es troben a l’orbital amb menysenergia possible. Algun ha absorbit energia i ha passat a un altreorbital amb més energia i, llavors, es diu que està en un estat excitat.

Escriu la configuració electrònica del clor, prediu la seva valència i escriula configuració electrònica de l’ió potassi.

Cl (Z = 17): 1s22s22p63s23p5

València = −1, ja que si capta un electró assoleix la configuració delgas noble Ar:

Cl−: 1s22s22p63s23p6

Un ió té càrrega −3 i la configuració electrònica del Ne. De quin ióparlem?

Del N3–, ja que el seu nombre atòmic és tres unitats més petit que el del Ne, i quan capta tres electrons adquireix càrrega −3 i laconfiguració del Ne.

Tot observant la seva col·locació a la taula periòdica, especifica la configuració del nivell de valència de:

a) Ar c) Sn e) Fe

b) Ga d) Ba f) Br

a) Ar (3s23p6); b) Ga (4s24p1); c) Sn (5s2p2); d) Ba (6s2);

e) Fe (4s2 ); f) Br ( 4s24p5)

14.

13.

12.

11.

10.

9.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 155

156


En quin grup i en quin període estaran els elements la configuració delnivell de valència dels quals és:

a) 5s2 c) 3s23p2 e) 5s24d9

b) 4s23d5 d) 4s24p6 f) 4s1

Per què disminueix la mida dels àtoms d’un període a mesura que el seunombre atòmic augmenta, si tots tenen els electrons de valència al mateixnivell?

16.

Configuració del nivell de valència 5s2 4s23d5 3s23p2 4s24p6 5s24d9 4s1

Grup 2 7 14 18 11 1

Període 5 4 3 4 5 4

15.

Ar Ga Sn Ba Fe Br

Grup 18 13 14 2 8 17

Període 3 4 5 6 4 4

Configuració del nivell

de valència3s23p6 4s23d104p1 5s24d105p2 6s2 4s23d6 4s23d104p5

Configuració electrònica

140,158

CeCeri

140,959

Pr

144,260

NdNeodimi

(145)61

PmPrometi

150,462

SmSamari

157,264

GdGadolini

158,965

TbTerbi

162,566

DyDisprosi

168,969

TmTuli

173,070

YbIterbi

175,071

LuLuteci

PE

RÍO

DE

1

LANTÀNIDS

ACTÍNIDS

27,013

AlAlumini

28,114

SiSilici

31,015

PFòsfor

32,116

SSofre

35,517

ClClor

39,918

ArArgó

10,85

BBor

12,06

CCarboni

14,07

NNitrogen

16,08

OOxigen

19,09

FFluor

20,210

NeNeó

4,02

HeHeli

58,927

CoCobalt

58,728

NiNíquel

63,529

CuCoure

65,430

ZnZinc

69,731

GaGal·li

72,632

GeGermani

74,933

AsArsènic

79,034

SeSeleni

79,935

BrBrom

83,836

KrCriptó

102,945

RhRodi

106,446

PdPal·ladi

107,947

AgPlata

112,448

CdCadmi

114,849

InIndi

118,750

SnEstany

121,851

SbAntimoni

127,652

TeTel·luri

126,953

IIode

131,354

XeXenó

192,277

IrIridi

195,178

PtPlatí

197,079

AuOr

200,680

HgMercuri

204,481

TlTal·li

207,282

PbPlom

(289)114

UuqUnunquadi

209,083

BiBismut

(209,0)84

PoPoloni

(210,0)85

AtÀstat

(222,0)86

RnRadó

183,874

WTungstè

(271)106

SgSeaborgi

1,01

HHidrogen

6,93

LiLiti

9,04

BeBeril·li

23,011

NaSodi

24,312

MgMagnesi

39,119

KPotassi

40,120

CaCalci

45,021

ScEscandi

47,922

TiTitani

50,923

VVanadi

52,024

CrCrom

54,925

MnManganès

55,826

FeFerro

85,537

RbRubidi

87,638

SrEstronci

88,939

YItri

91,240

ZrZirconi

92,941

NbNiobi

95,942

MoMolibdè

(97,9)43

TcTecneci

101,144

RuRuteni

132,955

CsCesi

137,356

BaBari

138,957

LaLantani

178,572

HfHafni

180,973

TaTàntal

186,275

ReReni

190,276

OsOsmi

(223)87

FrFranci

(226)88

RaRadi

(227)89

AcActini

(267)104

Rf

(268)105

DbDubni

(272)107

BhBohri

(270)108

HsHassi

(276)109

MtMeitneri

(281)110

Ds

(280)111

RgRoentgeni

(285)112

UubUnunbi

(284)113

UutUnuntri

232,090

ThTori

231,091

Pa

238,092

UUrani

(237)93

NpNeptuni

(244)94

PuPlutoni

(247)96

CmCuri

(247)97

BkBerkeli

(251)98

CfCaliforni

(258)101

Md

(259)102

NoNobeli

(262)103

LrLaurenci

2

7

F

F

GRUP

s1

2

s2

3

d1

4

d2

5

d3

6

d4

7

d5

8

d6

9

d7

10

d8

11

d9

12

d10

13

p1

14

p2

15

p3

16

p4

17

p5

18

p6

1

ORBITALS

f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14

152,063

EuEuropi

(243)95

AmAmerici

164,967

HoHolmi

(252)99

EsEinsteini

167,368

ErErbi

(257)100

FmFermi

3

4

5

6

7

2s 2p

3s 3p

4s 3d 4p

5s 4d 5p

6s 4f 5d 6p

7s 5f 6d 7p

1S 1

*

2

Rutherfordi

3 4 5 6 7 8

Darmstadti

9 10 11 12

13 14 15 16 17

18

(288)115

UupUnunpenti

Praseodimi

Protoactini Mendelevi

6

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 156

157

SOLUCIONARI

A mesura que el nombre atòmic augmenta, van col·locant-se electronsen el mateix nivell de valència i, per tant, també augmenta la càrreganuclear i, amb ella, l’atracció que sofreixen els electrons d’aquest nivell.

Ordena els àtoms següents segons la seva mida:

a) Si d) Ob) Ca e) Rbc) F f) I

El volum atòmic (la mida) és una propietat periòdica. Per estudiar-loen elements concrets, cal conèixer-ne el nombre atòmic i laconfiguració de valència:

Els elements de més volum són els que tenen el nivell de valènciamés alt, perquè els electrons de valència estan més allunyats delnucli. En el mateix període, els que tinguin el nombre atòmic mésgran tindran menys volum, ja que la seva càrrega nuclear serà mésgran i atrauran amb més força els electrons de valència. L’ordred’aquests elements és:

Rb > I > Ca > Si > O > F

Nota: segons el valor real d’aquesta propietat, l’ordre seria: Rb > Ca > I > Si > O > F. Aprofundir en la justificació de laseqüència exacta s’escapa del grau de coneixements d’aquest curs. Es manté, doncs, un raonament coherent, com el que s’ha estudiata la unitat.

Per què disminueix l’energia d’ionització dels àtoms d’un grup a mesuraque el seu nombre atòmic augmenta?

A mesura que el nombre atòmic augmenta, els àtoms dels elementsdel mateix grup tenen els seus electrons de valència a nivells mésallunyats del nucli. Això fa que l’atracció que el nucli exerceix damuntd’ells disminueixi i que sigui més fàcil arrencar-los, cosa que implicamenys energia d’ionització.

Ordena, en ordre creixent de la seva energia d’ionització, els elementssegüents:

a) Si d) Ob) Ca e) Rbc) F f ) Sr

19.

18.

Si Ca F O Rb I

Z 14 20 9 8 37 53

Configuració del nivell de valència 3s23p2 4s2 2s22p5 2s22p4 5s1 5s25p5

17.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 157

158


L’energia d’ionització és una propietat periòdica. Per estudiar-la enelements concrets, cal conèixer-ne el nombre atòmic i la configuracióde valència:

És més fàcil arrencar els electrons de valència als elements que tenenmenys energia d’ionització. Dins un grup, això passarà més com mésgran sigui el nombre atòmic, ja que aquests electrons cada copestaran més allunyats del nucli. Dins un període succeirà com méspetit sigui el nombre atòmic, perquè llavors exercirà menys atracciódamunt els electrons de valència. L’ordre d’aquests elements és:

Rb < Sr < Ca < Si < O < F

Ordena els elements següents en ordre creixent d’afinitat electrònica:

a) Cl b) Sic) F d) Pe) C f) Al

L’afinitat electrònica és una propietat periòdica. Per estudiar-la enelements concrets, cal conèixer-ne el nombre atòmic i la configuracióde valència:

Els elements de més afinitat electrònica són els que desprenen mésenergia quan capten un electró. Són els elements que, quan el capten,més s’apropen a la configuració del gas noble; és a dir, els elementsdel grup 17. Dins el grup, el Cl té més afinitat electrònica que el F,perquè el volum més petit d’aquest últim fa que les repulsionsinterelectròniques del nivell de valència prenguin importància, i pertant és més estable l’ió clorur que el fluorur.

Com més gran és l’energia despresa més estable és l’anió format.

L’ordre d’aquests elements és: Cl > F > C > P > Si > Al

Nota: segons el valor real d’aquesta propietat, l’ordre seria: Cl > F > Si> C > P > Al. Aprofundir en la justificació de la seqüència exactas’allunya del grau de coneixements d’aquest curs.

Explica per què els elements que tenen una energia d’ionització elevadatenen una electronegativitat alta, i a l’inrevés.

21.

Cl Si F P C Al

Z 17 14 9 15 6 13

Configuració del nivell de valència 3s23p5 3s23p2 2s22p5 3s23p3 2s22p2 3s23p1

20.

Si Ca F O Rb Sr

Z 14 20 9 8 37 38

Configuració del nivell de valència 3s23p2 4s2 2s22p5 2s22p4 5s1 5s2

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 158

159

SOLUCIONARI

Els elements amb una electronegativitat alta són aquells queexerceixen una forta atracció sobre els electrons d’enllaç. Aixòdetermina que siguin elements amb molta facilitat per captar electronsi molta dificultat per perdre’ls, fet que vol dir que tenen una energiad’ionització elevada.

Ordena, en ordre creixent d’electronegativitat, els elements següents:

a) Si b) Ca c) F d) O e) Rb

L’electronegativitat és una propietat periòdica. Per estudiar-la en unselements concrets, cal conèixer-ne el nombre atòmic i la configuracióde valència:

Els elements més electronegatius són els que tenen més energiad’ionització i més afinitat electrònica; per tant, són els que estan a lapart superior i a la dreta de la taula periòdica, i a l’inrevés. L’ordred’aquests elements és:

F > O > Si > Ca > Rb

Ordena, en ordre creixent del seu caràcter metàl·lic, els elementssegüents:

a) Si c) F e) Rbb) Ca d) O f) GaJustifica l’ordre que has triat a partir de la seva configuració electrònica.

El caràcter metàl·lic d’un element té a veure amb la seva capacitat performar ions positius; tenen, per tant, energies d’ionització baixes(electropositius). També es pot plantejar que els elements seran tantmés metàl·lics com menys electronegatius siguin. Per estudiar-lo enuns elements concrets, cal conèixer-ne el nombre atòmic i laconfiguració de valència.

L’ordre d’aquests elements és: F < O < Si < Ga < Ca < Rb

Si Ca F O Rb Ga

Z 14 20 9 8 37 31

Configuració del nivell de valència 3s23p2 4s2 2s22p5 2s22p4 5s1 4s23d104p1

23.

Si Ca F O Rb

Z 14 20 9 8 37

Configuració del nivell de valència 3s23p2 4s2 2s22p5 2s22p4 5s1

22.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 159

160


Tot considerant que els metalls són conductors de l’electricitat i que elsno-metalls no ho són, explica:

a) Per què el carboni, en la seva presentació com a diamant, és aïllant?

b) Per què el silici i el germani es fan servir com a semiconductors, a la indústria electrònica?

c) Per què l’estany i el plom són materials conductors de l’electricitat?

Tots aquests elements pertanyen al grup 14. Dins un grup, el caràctermetàl·lic augmenta a mesura que s’incrementa el nombre atòmic,perquè disminueix l’energia d’ionització i l’afinitat electrònica. El grup14 ocupa una posició intermèdia a la taula periòdica. De manera queels primers elements del grup tenen un caràcter no-metàl·lic (el C), els del mig (Si i el Ge) són considerats semimetalls, i els últims (Sn,Pb) són clarament metàl·lics.

Respecte al seu comportament elèctric, els metalls permeten el movimentdels electrons i el no-metalls no, i per això són aïllants. Els elementssemimetàl·lics seran semiconductors. És a dir, segons les circumstàncies,es pot aconseguir que condueixin l’electricitat o bé que no ho facin.

L’energia d’ionització de l’estat fonamental del sodi és 495,8 kJ· mol–1.Calcula l’energia necessària per ionitzar 10 g de sodi des del seu estatfonamental.

1 mol 495, 8 kJ10 g de Na · ————· ————— = 215,56 kJ

23 g 1 mol

Les energies d’ionització del beril·li són: 900, 1.760, 14.900 i 21 kJ · mol–1. Què es pot dir sobre els nivells d’energia de l’àtom de beril·li?

Primer de tot cal dir que el quart valor de les energies d’ionització estàequivocat, ha de ser 21.000 kJ · ml–1

El beril·li té 4 electrons. Si observem els 4 valors de l’energiad’ionització, veurem que els dos primers són molt semblants, però hiha molta diferència entre el segon i el tercer, que a la vegada no éstant diferent del quart.

Això suposa que el beril·li té 2 electrons en un nivell més extern i 2 electrons en un nivell més intern.

La seva configuració electrónica és, per tant: 1s22s2.

Explica quants electrons hi pot haver en tots els orbitals de la capa 2. I de la capa 4?

Hem de tenir en compte els valors possibles dels diferents nombresquàntics per determinar quants orbitals hi pot haver a cada capa, onhi poden haver dos electrons amb un nombre quàntic d’espín diferent:

27.

26.

25.

24.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 160

161

SOLUCIONARI

Què vol dir que no podem tenir el 100 % de probabilitats que l’electróestigui en un punt determinat de l’àtom?

El principi d’incertesa (Heisenberg, 1927) diu que és impossible saberamb exactitud la posició d’un electró, ja que per conèixer-lanecessitaríem il·luminar l’electró, que, en rebre el fotó, sortiria disparati canviaria de posició.

Escriu la configuració electrònica de:

a) Ar b) Fe c) SmPer a cada cas, cal localitzar el nombre atòmic de l’element i seguir lesregles que s’especifiquen a la pàgina 139 del llibre de text.

a) Ar (Z = 18): 1s22s22p63s23p6.

b) Fe (Z = 26): 1s22s22p63s23p64s23d6.

c) Sm (Z = 62):1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f6.

Nota: la configuració electrònica del Sm es fa seguint el diagrama deMoeller. Si el professorat ho considera oportú, pot explicar que laconfiguració real és 6s25d14f5

Estudia si les configuracions electròniques següents corresponen a unàtom en estat fonamental, prohibit o excitat:

a) 1s22s22p54s2

b) 1s22s22p63s23p3

c) 1s22s22p63s23p64s23d144p6

a) 1s2 2s22p5 4s2 correspon a un àtom en estat excitat, ja que els doselectrons últims no es troben al nivell de menys energia possible,que seria: 1s22s22p63s1.

b)1s2 2s22p6 3s23p3 correspon a un àtom en estat fonamental, i calsuposar que els electrons que hi ha als tres orbitals 3p estandesaparellats.

c) 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 3d14 4p6 correspon a un àtom en estatprohibit, ja que als cinc orbitals 3d només hi entren fins a 10electrons, i no pas 14 com aquí s’indica.

30.

29.

28.

n Valor de l Valor de mNombre

d’orbitals

20 0 1

1 −1, 0, +1 3

Nombre total d’orbitals 4

Nombre total d’electrons 8

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 161

162


Les configuracions electròniques següents pertanyen a àtoms que no estanen un estat fonamental. Explica per què, i escriu la configuració quecorrespon a l’àtom en l’estat de menys energia possible.

a) 1s22s22p63s23p64s23d104f14

b) 1s12s22p6

c) 1s22s22p33s2

a) 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 3d10 4f14

Seguint l’ordre d’energia, després dels orbitals 3d no hi ha els 4f. Laconfiguració de l’àtom en un estat fonamental serà: 1s2 2s22p6

3s23p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d6.

b)1s1 2s22p6 L’orbital 1s no està complert, la configuració de l’àtom enun estat fonamental serà: 1s22s22p5.

c) 1s2 2s22p3 3s2 Els orbitals 2p estan ocupats parcialment i hi haelectrons en un nivell d’energia superior. La configuració de l’àtomen un estat fonamental serà: 1s2 2s22p5.

Escriu la configuració electrònica de la plata i anota els conjunts denombres quàntics que defineixen els seus electrons de l’última capa.

Cal localitzar el nombre atòmic de l’element i seguir les regles que s’especifiquen a la pàgina 90 del llibre de text:

Ag (Z = 47): 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d9

Els electrons de l’última capa es troben a l’orbital 5s, i els seusnombres quàntics són:

(5, 0, 0 +1/2), (5, 0, 0, −1/2)

Nota: la configuració electrònica de la plata es fa seguint el diagramade Moeller. Si el professorat ho considera oportú, pot explicar que laconfiguració real d’aquest element és: 5s1 4d10.

Escriu la configuració electrònica del silici i indica quants electronsd’aquest àtom tenen espín −1/2.

Cal localitzar el nombre atòmic de l’element i seguir les regles ques’especifiquen a la pàgina 139 del llibre de text.

Si (Z = 14): 1s22s22p63s23p13p1

A cada orbital, només un dels electrons pot tenir espín −1/2. I comque els electrons que es troben als orbitals 3p han de tenir el mateixespín, 6 o 8 electrons tindran un espín −1/2 en el Si.

Escriu la configuració electrònica del bari, i digues quants electrons hi haen aquest àtom que tinguin nombre quàntic l = 1, i quants, l = 2.

34.

33.

32.

31.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 162

163

SOLUCIONARI


Ba (Z = 56): 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s2

• l = 1 indica que és un orbital del tipus p. Hi ha 24 electrons alsorbitals p.

• l = 2 indica que és un orbital del tipus d. Hi ha 20 electrons alsorbitals p.

Escriu la configuració electrònica del bari, i digues a més quants electronshi ha en aquest àtom que tinguin nombre quàntic

m = 1.


Ba (Z = 56): 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s2

m = 1 ens indica que l ≥ 1.

Per al bari, un dels orbitals p de cada capa i un dels orbitals d té m = 1. En total hi ha 12 electrons amb m = 1, ja que tots els orbitalsd’aquesta mena tenen 2 electrons.

Localitza a la taula periòdica actual els elements que formen cadascunade les tríades de Dobëreiner. En què s’assemblen aquestes localitzacions?

Els elements de cada tríada ocupen posicions seguides dins un mateixgrup de la taula periòdica actual.

Localitza alguns elements de la taula periòdica que no acompleixin laregla d’ordenació de Mendelejev.

Ar (massa = 39,9) i K (massa = 39,1); Co (massa = 59,9) i Ni (massa = 58,7); Te (massa = 127,6) i l (massa = 126,9); Th (massa = 232) i Pa (massa = 231).

37.

Grup 2 16 17

Element Calci Sofre Clor

Z 20 16 17

Element Estronci Seleni Brom

Z 38 34 35

Element Bari Tel·luri Iode

Z 56 52 53

36.

35.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 163

164


Observa la localització d’aquests elements a la taula periòdica i especifica’nla configuració de la capa de valència:

a) Kr c) Ag e) Cub) Cs d) Ba f) Pb

Fes un dibuix que representi les capes dels àtoms que tenen 20, 6, 10 i 40 electrons.

En quin grup i en quin període estaran els elements que tenen unaconfiguració de la capa de valència de:

a) 2s22p4 c) 3s23p6 e) 1s2

b) 6s2 4f145d5 d) 7s1 f) 4s23d10

Escriu la configuració electrònica del calci, prediu la seva valència i anotala configuració electrònica de l’ió calci.

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

En tenir 2 electrons en el seu últim nivell, l’ió més probable és Ca2+.

La configuració electrònica d’aquest ió és: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.

Un ió té càrrega +3 i la configuració electrònica del Ne. Quin ió creus que pot ser?

És un element que té 3 protons més que el Ne. Es tracta de l’alumini.

42.

41.

Configuració del nivell de valència 2s22p4 6s24f145d5 3s23p6 7s1 1s2 4s23d10

Grup 12 7 18 1 18 12

Període 2 6 3 7 1 4

40.

2e–

8e–

8e–

2e–

10e–2e–

18e–

8e–

2e–4e–

2e–8e–

2e–

39.

Kr Cs Ag Ba Cu Pb

Grup 18 1 11 2 11 14

Període 4 6 5 6 4 6

Configuració del nivell de valència 4s24p6 6s1 5s24d9 6s2 4s23d9 6s24f145d106p2

38.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 164

165

SOLUCIONARI

Explica per què la major part dels elements de transició tenen valència +2.

La configuració del nivell de valència d’aquests elements és ns2 (n−1)dx.

La majoria es converteixen en ions positius i perden els dos electronsdel seu nivell de valència, i per això actuen amb valència +2.

L’hidrogen forma hidrurs, uns compostos que contenen l’ió H1–, ihidràcids, compostos amb l’ió H1+. Com pot ser?

El H només té 1 electró. Pot comportar-se com tots els àtoms quetenen un electró en el seu nivell de valència, perdre’l i convertir-se enió H1+. Si guanya un electró, el H adquireix la configuració del gasnoble més proper, el He, per tant, es pot comportar com tots els àtomsals quals els manca un electró per assolir la configuració d’un gasnoble i convertir-se en un ió amb valència −1(H–).

Si tots tenen el mateix nombre d’electrons a la seva capa de valència, perquè la mida dels àtoms d’un grup augmenta a mesura que també ho fa elseu nombre atòmic?

Doncs perquè, a mesura que el nombre atòmic augmenta, el nivell devalència cada vegada es troba més allunyat del nucli.

Ordena, en base a la seva mida, els àtoms següents

a) H c) Be e) Nb) Sn d) Na f) O

La mida dels àtoms, és a dir el volum que ocupen, és una propietatperiòdica. Per estudiar-la en elements concrets, cal conèixer-ne elnombre atòmic i la configuració de valència:

Els elements de més volum són els que tenen el nivell de valència mésalt, perquè els electrons de valència estan més allunyats del nucli. En elmateix període, els que tinguin el nombre atòmic més gran tindranmenys volum, ja que la seva càrrega nuclear serà més gran i atrauranamb més força els electrons de valència. L’ordre d’aquests elements és:

Sn > Na > Be > N > O > H.

Nota: segons el valor real d’aquesta propietat, l’ordre seria: Na > Sn >Be > N > O > H. Aprofundir en la justificació de la seqüència exactas’escapa del grau de coneixements d’aquest curs. Es manté, doncs,un raonament coherent, com el que s’ha estudiat a la unitat.

H Sn Be Na N O

Z 1 50 4 11 7 8

Configuració del nivell de valència 1s1 5s24d105p2 2s2 3s1 2s22p3 2s22p4

46.

45.

44.

43.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 165

166


Les espècies que tenen el mateix nombre d’electrons s’anomenenisoelectròniques. Comprova que aquestes espècies ho siguin i ordena-lessegons la seva mida:

a) S2− c) Ar e) Ca2+

b) Cl− d) K+ f) P3−

Com que tots tenen el mateix nombre d’electrons, 18, tindran lamateixa configuració de valència, la de l’àtom d’argó. Com més gransigui la carrega nuclear, més petit serà el volum, ja que això farà quel’atracció del nucli sobre els electrons de valència sigui més gran.L’ordre per aquestes espècies és:

Ca2+ < K+ < Ar < Cl− < S2− < P3−

Per què s’incrementa l’energia d’ionització dels àtoms d’un període amesura que el seu nombre atòmic augmenta, si tots tenen els electrons devalència a la mateixa capa?

Tots els àtoms d’un mateix període tenen el mateix nivell de valència.A mesura que el nombre atòmic augmenta, també ho fa la càrreganuclear i, consegüentment, l’atracció que els àtoms exerceixen sobreaquests electrons de valència. Com més gran sigui l’atracció, mésdifícil serà arrencar els electrons de valència i l’energia d’ionitzacióserà més gran.

Ordena, en ordre creixent de la seva energia d’ionització, els elementssegüents:

a) H b) Cs c) Be d) Na e) N

L’energia d’ionització és una propietat periòdica. Si volem estudiar-laen uns elements concrets, cal conèixer-ne el nombre atòmic i laconfiguració de valència:

És més fàcil arrencar els electrons de valència als elements que tenenmenys energia d’ionització. Dins un grup, això passarà més com mésgran sigui el nombre atòmic, ja que aquests electrons cada cop

H Cs Be Na N

Z 1 55 4 11 7

Configuració del nivell de valència 1s1 6s1 2s2 3s1 2s22p3

49.

48.

S2− Cl− Ar K+ Ca2+ P3−

Z 16 17 18 19 20 15

Nombre d’electrons 18 18 18 18 18 18

47.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 166

167

SOLUCIONARI

estaran més allunyats del nucli. Dins un període, succeirà com méspetit sigui el nombre atòmic, perquè llavors exercirà menys atracciósobre els electrons de valència. L’ordre d’aquests elements és:

Cs < Na < Be < N < H

Nota: segons el valor real d’aquesta propietat, l’ordre seria: Cs < Na <Be < H < N. Aprofundir en la justificació de la seqüència exactas’escapa del grau de coneixements d’aquest curs. Es manté, doncs,un raonament coherent, com el que s’ha estudiat a la unitat.

Explica per què els gasos nobles tenen l’energia d’ionització anormalmentelevada.

Els gasos nobles tenen una configuració electrònica de capa tancadaque és molt estable, i perdre un electró voldria dir perdre aquestaestabilitat. Per això tenen una energia d’ionització anormalmentelevada.

Raona els motius pels quals els elements que tenen l’energia d’ionitzacióbaixa també hi tenen l’electronegativitat, i a l’inrevés.

Els elements que tenen l’energia d’ionització baixa es desprenenfàcilment dels seus electrons de valència. Això ens indica que tenenpoca tendència a atraure els electrons d’enllaç, i que, per tant, tenenuna baixa electronegativitat. I a l’inrevés.

Ordena, en ordre creixent d’electronegativitat, els elements següents:

a) H b) Cs c) Be d) Na e) NL’electronegativitat és una propietat periòdica. Per estudiar-la enelements concrets, cal conèixer-ne el nombre atòmic i la configuracióde valència:

Els elements més electronegatius són els que tenen menys energiad’ionització i més afinitat electrònica. Per tant, són els que estan a lapart superior i a la dreta de la taula periòdica. L’ordre d’aquestselements és:

Cs < Na < Be < H < N

El H té una electronegativitat intermèdia perquè només té un electróde valència, i solament n’hi falta un altre per assolir la configuració delgas noble He.

H Cs Be Na N

Z 1 55 4 11 7

Configuració del nivell de valència 1s1 6s1 2s2 3s1 2s22p3

52.

51.

50.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 167

168


El plom és un dels metalls coneguts des de l’antiguitat. Forma part delgrup 14, que encapçala el carboni, un element no metàl·lic i que és elconstituent més important dels compostos orgànics. Explica com pot serque el plom i el carboni estiguin en el mateix grup, si un és un metall, il’altre, un no-metall.

El plom i el carboni formen part del mateix grup (14) perquè tenen lamateixa configuració de valència:

C: 2s22p2; Pb: 6s26p2

Tots dos tenen 4 electrons a la seva capa de valència. I això vol dir 4electrons més que els gas noble anterior i 4 electrons menys que elgas noble següent. Com que el nivell de valència del plom (6è) estàmolt més allunyat del nucli que el del carboni (2n), té una energiad’ionització molt més petita, i per tant pot perdre aquests 4 electronsamb facilitat: té un comportament metàl·lic.

El C té una electronegativitat intermèdia. De manera que, més queguanyar o perdre electrons, compartirà els 4 electrons amb altresàtoms, tot manifestant un comportament no metàl·lic.

Les energies d’ionització del beril·li són: 900, 1.760, 14.900 i 21.000 kJ · mol–1 d’acord amb aquestes dades, què pots dir sobre els nivells d’energia de l’àtom de beril·li ? Escriu-ne la configuracióelectrònica.

El nombre atòmic del beril·li és 4, per tant, té 4 electrons. Si observemels valors de les seves energies d’ionització, veurem com les duesprimeres tenen valors bastant semblants, entre la segona i la tercera hiha un augment important, i entre la tercera i la quarta els valors sónsemblants. Això fa pensar que els àtoms de beril·li tenen només dosnivells energètics amb 2 electrons cadascun d’ells.

La seva configuració electrònica serà, per tant: 1s2 2s2

54.

53.

945335 _ 0149-0168.qxd 8/1/09 12:13 Página 168

169

L’enllaç químic6

En aquesta unitat l’alumnat estudiarà els enllaços químics que esprodueixen entre les espècies diferents que hi ha en una substància, per justificar les propietats que s’hi observen. L’estudi serà ben exhaustiu, i comprendrà tant l’enllaç entre àtoms com entre qualsevol altra espècie que hi hagi (molècules o bé molècules amb ions).

Les substàncies mostren una estructura interna que és conseqüència delsàtoms que la formen. Es comença, doncs, a partir de les característiquesdels àtoms que hem estudiat en la unitat anterior, per comprendre elsdiferents nivells d’organització estructural responsables del comportamentmacroscòpic que observem. I més que centrar-nos en l’enumeracióexhaustiva de les característiques de cada tipus d’enllaç, l’esforç s’orientaràa justificar per què certs elements s’enllacen d’una manera tal que formensubstàncies amb unes característiques concretes.

PRESENTACIÓ

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 169

170

6 L’enllaç químic

• Interpretació de l’enllaç entre les diferents espècies químiques com a interaccions elèctriques.

• Investigació experimental de les propietats dels diferents sòlids(moleculars, covalents reticulars, iònics i metàl·lics).

• Modelització de l’estructura d’enllaç per entendre les propietats de les substàncies.

• Caracterització de l’enllaç covalent a través de les estructures de Lewis.

• Predicció de la geometria de les molècules senzilles, mitjançant el model de repulsió dels parells d’electrons de la capa de valència.

• Interpretació de la polaritat d’una molècula en funció de la polaritatdels seus enllaços i de la seva geometria.

• Evidència experimental de les forces intermoleculars.

• Diferenciació entre forces dipol-dipol i forces de dispersió.

• Caracterització del comportament anòmal de l’aigua i explicació a partir de l’enllaç d’hidrogen.

CONTINGUTS

• Competència en indagació i experimentació, que implica la capacitatde fer-se preguntes i portar a terme investigacions per obtenirrespostes.

• Comprensió de la naturalesa de la ciència, que implica saberdistingir entre ciència i altres formes de coneixement. En concret,l’elaboració de mètodes empírics i arguments lògics per contrastarles hipòtesis i validar les teories proposades.


• Comprendre els models de l’enllaç químic que s’utilitzen per explicarles propietats de les substàncies.

• Comprendre l’enllaç químic com un recurs de la naturalesa per evolucionar cap a estats energèticament més favorables.

• Distingir l’enllaç entre àtoms de l’enllaç entre altres espèciesquímiques (molècules, molècules i ions, etc.).

• Relacionar el tipus d’enllaç entre àtoms amb les característiqueselectròniques dels àtoms que hi estan compromesos.

• Conèixer l’estructura interna que proporciona un tipus determinatd’enllaç a les substàncies que en resulten.

• Ser capaç de relacionar les propietats macroscòpiques ques’aprecien en una substància amb l’enllaç que té lloc entre els seus àtoms.

• Ser capaç de predir el comportament d’una substància davantd’altres analitzant els enllaços que presenta.

OBJECTIUS

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 170

171


El coneixement científic és susceptible de ser revisat i modificat si estroben evidències que no encaixen en les teories vigents.

• Competència en la utilització de models, en aquests cas els diferentstipus d’enllaços entre les espècies químiques (àtoms, ions imolècules) com a models que expliquen les propietats de lessubstàncies.

COMPETÈNCIES ESPECÍFIQUES DE LA UNITAT (continuació)

• L’ús del llenguatge per comunicar per escrit i oralment la construcciói la compartició de coneixement químic, igual com la lecturacomprensiva de textos i la recerca d’informació impliquen unaconnexió necessària amb les llengües.

• El coneixement de les diferents formes d’enllaç químic es relacionaamb la biologia, en particular amb la bioquímica.

• A Ciències de la Terra i el medi ambient s’estudia l’obtenciód’elements a partir de minerals i la composició química de les roquesi els minerals.


• L’ús del llenguatge per comunicar per escrit i oralment la construcciói la compartició de coneixement químic, com també lecturacomprensiva de textos i la recerca d’informació impliquen unaconnexió necessària amb les llengües.

• El coneixement de les diferents formes d’enllaç químic es relacionaamb la biologia, en particular amb la bioquímica.

• A les ciències de la Terra i el medi ambient s’estudia l’obtenciód’elements a partir de minerals i la composició química de les roquesi els minerals.


• Competència comunicativa, que implica saber descriure fets,explicar-los, justificar-los i argumentar-los. Això suposa promourediscussions sobre les evidències experimentals, la idoneïtat delsmodels proposats per interpretar els fets químics i la lectura i lainterpretació dels textos i les il·lustracions.

• Competència en gestió i tractament de la informació i competènciadigital, que implica la utilització de les fonts bibliogràfiques i elsrecursos que hi ha a la xarxa per trobar informació sobre eldesenvolupament històric dels diferents models atòmics.


945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 171

172


A l’aigua:

a) Quins enllaços hem de trencar perquè passi de l’estat líquid a l’estat gasós?

b) Quins enllaços ens cal trencar perquè els seus àtoms se separin?

c) Aquests dos processos són canvis químics o físics?

a) Perquè canviï d’estat, els enllaços intermoleculars (enllaços de H).

b) Què els seus àtoms se separin, els enllaços intramoleculars(enllaços covalents).

c) El procés a) serà estudiat per la física, i el b), per la química,perquè origina substàncies noves (H2 i O2).

A partir de la seva configuració electrònica i situació a la taula periòdica,indiqueu la valència iònica (càrrega del ions) dels àtoms que formen els següents compostos iònics:

CaCl2, CaO, KBr, Na2S.

Escriu la configuració electrònica dels següents àtoms, i indica quantselectrons han de guanyar, o bé perdre, els àtoms dels elements següentsper tal d’adquirir la configuració de gas noble, i quin gas noble s’obté:

a) S b) Al c) Li d) Sr e) I f ) Cs

Ens caldrà conèixer el nombre d’electrons que hi ha en el seu nivell de valència, que vindrà donat pel grup de la taula periòdica al qualpertanyin:

Tot tenint en compte la taula d’electronegativitats que s’il·lustra a lapàgina 148, indica si es formarà enllaç iònic o no en unir-se les següentsparelles d’àtoms.

a) Ag–Au b) N–H c) S–Cl d) Al–Cl

4.

Element S Al Li Sr I Cs

Electrons devalència

6 3 1 2 7 1

Per assolir laconfiguració degas noble cal...

Guanyar2 e

Perdre3 e

Perdre1 e

Perdre2 e

Guanyar1 e

Perdre1 e

Es converteix en el gas noble...

Ar Ne He Kr Xe Xe

3.

2.

1.

CaCl = Ca2+ + 2Cl− CaO = Ca2+ + O2−

KBr = K+ + Br− Na2S = 2Na+ + S2−

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 172

173

SOLUCIONARI

A les fórmules següents hi ha un error. Corregeix-lo.

a) Rb2S b) Al2O3 c) CaO d) LiF2

a) Rb2S b) Al2O3 c) CaO d) LiF

La fórmula errònia és la d).

Relaciona les substàncies i els valors de punts de fusió següents:

Com més gran sigui l’energia de la xarxa, més gran serà el punt de fusió. L’assignació correcta és:

Observa la taula i completa la frase. L’energia de xarxaa mesura que la diferència de mida entre l’anió i el catió.

L’energia de la xarxa disminueix a mesura que augmenta la diferenciade mida entre l’anió i el catió.

A part del clor, l’oxigen i el nitrogen, hi ha d’altres elements formats permolècules diatòmiques. Escriu l’estructura de Lewis de les molècules: H2,F2, I2, Br2.

Escriu la representació de Lewis de les molècules següents i determina si n’hi ha cap que incompleixi la regla de l’octet.

a) NO b) SF4 c) NH3 d) CHCl3

9.

8.

Substància LiF NaF KF RbF

Energia de xarxa (kJ/mol) 1.036 923 821 785

7.

Punt de fusió (°C) 996 734 642

Substància NaF KBr RbI

Energia de xarxa (kJ/mol) 923 682 630

6.

5.

Enllaç Ag−Au N−H S−Cl Al−Cl

Element Ag Au N H S Cl Al Cl

EN 1,93 2,54 3,04 2,20 2,58 3,16 1,50 3,16

EnllaçMetàl·lic: escombinen dosmetalls.

Covalent: ENsemblants ialtes.

Covalent: ENsemblants ialtes.

Iònic: EN moltdispars (metall i no-metall).

H2 H − H F2 F −F I2 I − I Br2 Br− Br

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 173

174


Les molècules a) i b) incompleixen la regla de l’octet:

El BF3 reacciona amb el NF3 i forma un sòlid blanc. Explica aquestareacció com a resultat de la formació d’un enllaç covalent datiu. Identificael donador i l’acceptor.

L’explicació:

A partir de la configuració de Lewis, indiqueu la geometria de lesmolècules següents: NF3, CO2, BeH2, CCl4, PCl3

NF3 (piramidal) CO2 (linea) Be H2 (lineal)

C Cl4 (tetraèdrica) P Cl3 (piramidal)

Utilitza els valors de l’electronegativitat per ordenar els següents enllaçosen funció del seu caràcter iònic creixent:

a) C–H, C–S, C–Br, Si–Br, Si–H

b) Li–F, Li–H, Li–Li, Li–S, Li–O

Indica en cada cas quin és l’element que duu la càrrega parcial negativa i quin du la càrrega positiva.

(+) (−) (−) (+) (+) (−) (+) (−) (+) (−)a) C − S < C − H < Si − H < C − Br < Si − Br

b) Li − Li < Li − H < Li − S < Li − O < Li − F

El liti és l’element que du la càrrega positiva en tots el casos.

12.

11.

F•• •

••

••

B F• •

• •••

F• •

••

••

H

N ••

H

— ———

— —H +

F• •

••

••

B F• •

• •••

F• •

••

••

H

N ••

H

— ———

— —H

Donador Acceptor

10.

F••

• •••

••

F• •

• •

••• S

•

• •••

• F• •

• •••

•

F• •

•••

••

a)

b) d)

c)O• •

•

••

••• N •

•

•O —— N• •

•• •

•

•

H•

N•

•••

• H• •

• •••

•

H•

H

N••

H

——

— H

Cl•

• •••

••

Cl• •

• •

••• C

•

•

•• Cl• •

• ••••

H•

Cl—

Cl

C

H

——

— Cl•

• •••

••

• •

• •

•••

•

• •••

•• •

• •••

•

• •

•••

••

• •

•

••

••• •

•

•• •

•• •

•

•

•

•

•••

•• •

• •••

•

•

H

N••

H

——

— H

•

• •••

••

• •

• •

•••

•

•

••

• •

• ••••

•

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 174

175

SOLUCIONARI

La molècula de BeCl2 és apolar, mentre que la molècula de Cl2O és polar.Què ens pots dir de la geometria dels enllaços?

Com que els enllaços són polars per tots dos casos, BeCl2 és unamolècula lineal, mentre que la molècula Cl20 és angular.

En els següents parells de molècules una és polar i l’altra és apolar. Indicaquina és quina en cada cas i explica’n el perquè.

a) CH2Cl2 , CH4 b) CF4, CH3F c) SnCl2, BeCl2

a) CH2Cl2 és polar, tetraèdrica i no tots els enllaços són iguals.CH4 és apolar, tetraèdrica i no tots els seus enllaços són iguals.

b) CF4 és apolar, tetraédrica i tots els seus enllaços són iguals.CH3F és polar, tetraédrica i no tots els seus enllaços són iguals.

c) SnCl2 és polar i angular. BeCl2 és apolar i lineal.

Explica per què la major part de les substàncies covalents que es troben a la naturalesa són aïllants elèctrics.

Els electrons de la majoria de les substàncies covalents estanlocalitzats o bé en un àtom o bé en un enllaç. No hi ha mobilitatd’electrons i, en conseqüència, no hi ha conducció elèctrica.

Pensa en quina mena d’enllaç s’estableix entre els seus àtoms, i determina quines de les fórmules següents són empíriques i quines són fórmules moleculars:

a) NH3 c) NLi3 e) PCl3b) AlCl3 d) CO f ) CaO

Són fórmules empíriques les de les substàncies iòniques, i molecularsles de les substàncies covalents.

Fórmules empíriques: AlCl3, NLi3, CaO.

Fórmules covalents: NH3, CO, PCl3.

Explica si són certes les afirmacions següents:

a) L’enllaç covalent és més dèbil que l’enllaç iònic, atès que elscompostos iònics tenen punts de fusió més alts que la major part dels compostos covalents.

b) Els sòlids covalents cristal·lins són capaços de conduir el correntelèctric perquè els electrons que formen l’enllaç covalent es mouend’una banda a l’altra del cristall amb facilitat.

17.

16.

15.

14.

13.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 175

176


a) Fals. Quan una substància covalent molecular canvia d’estat, elsenllaços que es trenquen són els intermoleculars, molt més dèbilsque els enllaços covalents entre els seus àtoms.

b) Això succeeix en alguns sòlids covalents cristal·lins, com ara elgrafit. Però no té lloc en els sòlids en què tots els electrons formenpart d’enllaços covalents localitzats, com en el diamant.

Explica els fets següents:

a) El diamant i el grafit estan formats per àtoms de carboni; el diamant ésun cristall molt dur i en canvi el grafit s’utilitza per fer mines de llapis.

b) En escalfar una barra d’un metall per un extrem, l’energia es propagaper tota la barra.

c) El coure es pot estendre en forma de fils que s’utilitzen per construircables elèctrics.

d) Els cristalls de sal es trenquen fàcilment; en canvi els metalls aguantenels cops sense trencar-se.

a) El diamant està format per una estructura tridimensional en quècada àtom de C està unit amb altres quatre àtoms de C mitjançantenllaços covalents.

En canvi, al grafit cada àtom de C només està unit a altres tresformant una estructura de capes.

b) En escalfar un metall, els electrons que formen el núvol electrònicd’un extrem adquireixen energia que comuniquen als altreselectrons donat que es mouen per tota la barra.

c) El coure es pot estendre en forma de fils ja que la seva estructurade cations no es modifica. És conductor perquè té electrons lliures.

d) La sal és un cristall iònic format per cations i anions. En rebre uncop és possible que s’ajuntin ions del mateix signe i el cristall estrenca.

En canvi, el metalls estan formats per cations cohesionats pel núvolelectrònic.

El punt d’ebullició de l’aigua a la pressió atmosfèrica és de 100 °C,mentre que el del metanol (CH3OH) és de 65 °C. Estudia les molècules de les dues substàncies i explica aquest fet.

Cada molècula d’aigua està unida amb les veïnes per dos enllaços de H, mentre que cada molècula de metanol només ho està per unenllaç de H. Això determina que sigui més fàcil trencar les forces quemantenen unides les molècules de metanol en estat líquid, i per aixòté un punt d’ebullició més baix que l’aigua.

19.

18.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 176

177

SOLUCIONARI

Indica en quines de les substàncies següents hi poden haver enllaçosd’hidrogen:

a) H2O2 b) SH2 c) CH3−CH2OH d) CH3−O−CH3

e) CH3−COH f ) CH3−COOH g) NH3

L’enllaç d’hidrogen el formen les molècules en què hi ha un enllaç −O−H o −N−H.

Formen l’enllaç de H: a) H2O2, c) CH3−CH2OH, f) CH3−COOH, g) NH3.

No formen l’enllaç de H: b) SH2, d) CH3−O−CH3, e) CH3−COH.

El iode (I2) no es dissol en aigua, però en canvi es pot dissoldre en acetona(CH3−CO−CH3). Estudia les molècules d’aquestes substàncies i explicaper què succeeix això.

La molècula de iode és una molècula apolar, ja que hi té lloc un enllaç covalent entre àtoms iguals. El volum de la molècula de iode és tan gran que permet que els electrons s’acumulin en un extrem i es formi un dipol, bé de forma instantània o bé induït per una altraespècie polar.

La molècula d’aigua és una molècula polar en què pot tenir lloc l’enllaç de H.

La molècula d’acetona és una molècula polar, però sense possibilitatde formar enllaços de H.

Perquè una substància es dissolgui en una altra, s’han de formarenllaços entre les molècules de totes dues substàncies que no siguinmolt diferents dels que hi ha entre les molècules de cada substància.

Els enllaços de H entre les molècules d’aigua són molt més grans queels que es puguin establir entre les molècules de iode; per això no esdissolen. Les molècules de iode es dissolen en acetona perquè elsenllaços entre elles són molt més dèbils i d’un ordre similar al ques’estableix entre les molècules de iode.

Per què són durs els sòlids iònics?

La duresa és la resistència a la ratllada. Perquè un cristall iònic es pugui ratllar cal trencar la xarxa cristal·lina, i això requereix molta força.

Com és que els sòlids covalents moleculars són tous i els sòlids covalentscristal·lins són molt durs?

Quan es produeix una ratllada en un sòlid covalent, es trenquenenllaços intermoleculars; aquests enllaços són molt més dèbils que els enllaços covalents entre àtoms que s’estableixen a les xarxescristal·lines dels sòlids covalents.

23.

22.

21.

20.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 177

178


Com és que el punt de fusió dels metalls és molt alt?

Perquè els metalls tenen una estructura interna cristal·lina en quèmolts ions positius ocupen posicions perfectament determinades,estabilitzada pels electrons del nivell de valència. Per fondre un metallcal trencar aquesta estructura cristal·lina, i això demana molta energia.

Per què els sòlids iònics no condueixen l’electricitat, si estan formats per ions?

Perquè, en estat sòlid, els ions ocupen posicions molt determinadesde la xarxa cristal·lina, sense possibilitat de moviment. Per tant, no hiha cap possibilitat de conducció elèctrica.

Per què els metalls condueixen molt bé l’electricitat?

Doncs perquè l’estructura interna dels metalls està formada per ionspositius estabilitzats pels electrons de valència, que deixen d’estarunits al nucli de l’àtom corresponent per gaudir d’una certa llibertat de moviment. I aquesta llibertat permet la conducció elèctrica.

Com és que els cristalls covalents són durs?

Són durs perquè per ratllar la substància cal trencar la xarxacristal·lina, i això implica trencar enllaços covalents molt forts.

Explica per què els gasos nobles són els únics elements de la taulaperiòdica que hi ha a la naturalesa en forma d’àtoms aïllats.

Perquè tenen l’estructura atòmica més estable que un àtom pot tenir.Els altres guanyen, perden o comparteixen electrons per tenir unaestructura electrònica semblant a la d’un gas noble.

Els àtoms són neutres. Imagina que estan formats per partícules com ara els neutrons. Es podria explicar la formació d’enllaços entre ells?

Les forces d’enllaç són de naturalesa elèctrica. Són forces d’atraccióentre espècies amb càrrega positiva i d’altres amb càrrega negativa. Si totes les partícules que formen l’àtom fossin similars als neutrons no hi hauria càrregues elèctriques, i els enllaços entre àtoms s’hauriend’explicar per mitjà d’un altre tipus de forces.

Si els àtoms s’atrauen quan s’apropen, per què els seus nuclis no s’arribena superposar?

Perquè les repulsions entre els nuclis (tots dos amb càrrega positiva)assoliran molta importància abans que això succeeixi.

30.

29.

28.

27.

26.

25.

24.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 178

179

SOLUCIONARI

Explica la diferència entre els enllaços intramoleculars i els enllaçosintermoleculars. Pensa en l’amoníac, i explica com són els uns i els altres.

Els enllaços intramoleculars són aquells que es produeixen entre elsàtoms que formen un compost. Els àtoms comparteixen electrons queara són atrets pels nuclis de tots dos i els mantenen units. Quanaquests enllaços es trenquen, la substància es transforma en una altrade diferent; és un procés químic.

Els enllaços intermoleculars es produeixen entre molècules d’unasubstància i són molt més dèbils que els intramoleculars. Quanaquests enllaços es trenquen o es formen, la substància canviad’estat, tot i que continua essent la mateixa. La substànciaexperimenta un procés físic.

Respon:

a) Els àtoms d’hidrogen acompleixen la regla de l’octet a la molècula H2?

b) És una excepció semblant a la que té lloc a la molècula de CO?

A la molècula H2, els àtoms de H assoleixen la configuració del gasnoble més pròxim, el He, tot compartint un parell d’electrons. El nivell de valència de He només té un orbital (1s), i per això s’ompleamb 2 electrons.

El C i el O són elements del segon període. Al seu nivell de valència hi ha un orbital s i 3 orbitals p, de manera que s’ha d’omplir amb 8 electrons (regla de l’octet). El CO no acompleix la regla de l’octetperquè és una molècula amb dèficit d’electrons. És un cas diferent del H2, que assoleix la configuració del gas noble més proper i té 2 electrons (2 e) al seu nivell de valència.

Indica quants electrons han de guanyar o perdre els àtoms dels elements següents per adquirir la configuració del gas noble, i digues quin és aquest gas:

a) C b) N c) Rb d) Te e) Br f ) Be

33.

H

N•••

H

——

—H

H

N••

H

——

—H

H

N••

H

——

—H

Molécula

Enllaç de Hintermolecular

Molècula

Enllaç covalentintramolecular

31.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 179

180


Ens caldrà conèixer el nombre d’electrons que hi ha en el seu nivell de valència, que vindrà donat pel grup de la taula periòdica al qualpertanyin:

Tingues en consideració la taula d’electronegativitats de la pàgina 148, per indicar quin tipus d’enllaç es forma quan es combinen les parellesd’àtoms següents:

a) C i H b) O i K c) Fe i Ni d) Bi i O

El Bi −O no serà un iònic pur, tindrà un % de covalent.

Dedueix la fórmula dels compostos que resultin de la combinaciód’aquests elements:

a) Cl i Ba b) Sb i Sr c) N i Al d) Rb i Te

Consisteix a veure la càrrega que guanyen quan es converteixen en gas noble. El compost resultant ha de ser neutre.

Element Cl Ba Sb Sr N Al Rb Te

Electrons de valència

7 2 5 2 5 3 1 6

Per assolir laconfiguració degas noble cal...

Guanyar1 e

Perdre2 e

Guanyar3 e

Perdre2 e

Guanyar3 e

Perdre3 e

Perdre1 e

Guanyar

2 e

Es converteix en el gas noble... Cl− Ba2+ Sb3− Sr2+ N3− Al3+ Rb+ Te2−

Fórmula del compost

BaCl2 Sr3Sb2 AlN Rb2Te

35.

Enllaç C i H O i K Fe i Ni Bi i O

Element C H O K Fe Ni Bi O

EN 2,55 2,20 3,44 0,82 1,83 1,91 2,01 3,44

EnllaçCovalent: ENsemblants i altes.

Iònic: EN moltdispars (metall i no-metall).

Metàl·lic: ENsemblants i baixes.

Iònic: ENdispars (metall i no-metall).

34.

Element Ca N Rb Te Br Be

Electrons de valència 2 5 1 6 7 2

Per assolir laconfiguració de gasnoble cal...

Perdre2 e

Guanyar3 e

Perdre1 e

Guanyar2 e

Guanyar1 e

Perdre2 e

Es converteix en el gasnoble...

Ar Ne Kr Xe Kr He

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 180

181

SOLUCIONARI

Defineix què s’entén per índex de coordinació (IC). Per als compostossegüents es dóna l’índex de coordinació de l’anió. Ara, tu anota el del catió:

L’índex de coordinació és el nombre d’ions d’un signe que n’envoltenun de signe contrari al seu entorn més proper d’un cristall iònic.

Com pot ser que els cristalls iònics siguin durs, si són fràgils?

Doncs per l’estructura pròpia de la xarxa cristal·lina, en què els ionspositius s’alternen amb el negatius, de manera que les atraccionssiguin màximes, i les repulsions, mínimes.

La duresa és la resistència a la ratllada. Els cristalls iònics són durs perquè per ratllar-los cal trencar la xarxa cristal·lina, cosa que requereix una força important.

També són fràgils perquè, quan se’ls dóna un cop i un pla de la xarxaes desplaça damunt l’altre la distància de la mida d’un ió, quedenenfrontats els ions del mateix signe. Llavors les repulsionsinterelectròniques fan que el cristall es trenqui.

Per què un compost iònic es dissol en aigua i no es dissol en gasolina?

Perquè un compost iònic es dissolgui, les molècules de dissolvent hand’envoltar els ions, de manera que l’energia de solvatació compensil’energia de la xarxa. Si el dissolvent és gasolina, les seves molèculesseran apolars i, per tant, no podran establir interaccions amb els ions.

Si el dissolvent és aigua, les molècules polars podran orientar-se alvoltant dels ions. I si l’energia de la xarxa del compost iònic no és gairegran, podran arribar a dissoldre el cristall.

38.

1. Un cop sobre el cristall. 2. Els ions es desplacen. 3. Els ions del mateixtipus es repel·leixen.

37.

Compost NaCl ZnS CaF2 TiO2

IC anió 6 4 2 3

IC catió 6 4 4 6

36.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 181

182


Explica per què els compostos iònics en estat sòlid són aïllants del’electricitat i quan estan fosos són conductors. Recordes si hi ha algunaaltra situació en què també siguin conductors?

Els compostos iònics els formen espècies carregades. Podran serconductors de l’electricitat quan aquestes espècies es puguin mouresota l’acció d’un camp elèctric.

Això no és possible quan el compost iònic està en estat sòlid, perquèaleshores els ions ocupen posicions molt determinades a la xarxacristal·lina; però sí que pot succeir quan el compost està fos o bé dissolt.

Tingues en compte les dades que es mostren tot seguit i la informació queconeixes del NaCl, i entre el compostos següents tria’n un que es dissolguien aigua amb seguretat i un altre que no s’hi dissolgui. Argumenta l’elecció.

El NaCl es dissol en aigua. Un compost iònic que tingui menys energiade xarxa que el NaCl es dissoldrà en aigua, i un altre que en tinguimolta més, no s’hi dissoldrà. A tall d’exemple, el CsBr es dissoldrà en aigua, però no s’hi dissoldran el AlCl3 ni, probablement, el SrO.

Substància NaCl CsBr AlCl3 SrO

Energia de xarxa (kJ/mol) 787 631 5.376 3.217

40.

39.

Sal

Aigua

Ionshidratats

Aigua

Cl−

Na+

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 182

183

SOLUCIONARI

A la taula següent es mostren les dades de l’energia de xarxa d’algunscompostos iònics. Observa’ls i completa la frase:

L’energia de xarxa disminueix a mesura que augmenta la diferència de mida entre l’anió i el catió.

A la taula següent es mostren les dades de l’energia de xarxa d’un conjuntde compostos iònics. Observa’ls i completa la frase:

L’energia de xarxa augmenta a mesura que augmenta la càrrega de l’anió i del catió.

Escriu la representació de Lewis de les molècules següents i aplica la«teoria de la repulsió de les parelles d’electrons de la capa de valència»,per trobar la seva geometria:a) H2O2 b) CH4 c) CO d) CO2 e) PCl5 f) PCl3 g) SCl2 h) Cl2

a)

b)

c)

d)

e)

O•••

•• O

• ••• O —— C —— O•

••••

• ••

••O

• ••• •

•

O•

• •

•••

H•

O•

• ••• •

H•

O — O• •

•••

• ••

H

—

H

—

——

———

Cl•

• •••

••

Cl•

• •••

••

Cl• •

•••

••

•• P

•

•

• Cl• •

• ••••

Cl• •

•••

••

Cl• •

••

••

Cl• •

• •

• •

••

Cl• •

••

P Cl• •

• •••

Cl• •

••

••

H•

• •••

••

H • C•

•

•• H•

H•

H —

H

C

H

——

— H

O••

•• O

• ••• C O•

••

• ••

•• ——

g)

f)

h)

——

—

Cl•

• •••

••

•• P

•

•

• Cl• •

• ••••

Cl• •

•••

••

Cl• •

••

••

P Cl• •

• •••

Cl• •

••

••

—

—•• S

•

• Cl• •

• •• ••••

Cl• •

•••

••

• ••• S Cl

• •

• •••

Cl• •

••

••

•• Cl • Cl

• •• •

• •• •••• •

• Cl — Cl• •• •

• •• •••

43.

Substància NaCl MgCL2 AlCL3

Energia de xarxa (kJ/mol) 787 2.477 5.376

42.

Substància LiF LiCl LiBr Lil

Energia de xarxa (kJ/mol) 1.036 853 807 357

41.

••

••

• •••

•••••

• ••

••

• ••• •

•

•

• •

•••

••

• ••• •

•

• ••

••

• ••

•

• •••

••

•

• •••

••

• •

•••

••

••

•

•

•

• •

• ••••

• •

•••

••

• •••

••• •

• •

• •

••

• •

••

• •

• •••

• •

••

••

•

• •••

••

•

•

•

•• •

•

••

••

• •••

•••

• ••

••

•

• •••

••

••

•

•

•

• •

• ••••

• •

•••

••

• •••

••

• •

• •••

• •

••

••

••

•

•

• •

• •• ••••

• •

•••

••

• •••

• •

• •••

• •

••

••

•• •

• •• •

• •• •••• •

•• •• •

• •• •••

bipiramidal triangular

angular

angular

piramidal triangular

tetraèdrica

lineal

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 183

184


Els àtoms de C s’uneixen entre ells formant enllaços covalents senzills,dobles i triples. Escriu la representació de Lewis dels compostos méssimples en què es dóna aquesta circumstància:

a) Età (C2H6) b) Etè (C2H4) c) Etí (C2H2).

El BF3 i el NF3 són compostos amb una fórmula molt semblant. Tot i així,un acompleix la regla de l’octet i l’altre no.

L’explicació rau en l’estructura de Lewis d’aquestes substàncies:

El nitrogen forma tres oxoàcids, l’hiponitrós, el nitrós i el nítric. Escriu la representació de Lewis de cadascun.

46.

——

—

F•

• •••

••

•• N

•

•

• F• •

• ••••

F• •

•••

••

F• •

••

••

N F• •

• •••

••

F• •

••

••

——

—

F•

• •••

••

B•

•

• F• •

• ••••

F• •

•••

••

F• •

••

••

B F• •

• •••

F• •

••

••

45.

a ) etano

b ) eteno

c) etino

H •• •

H••C • • H•

H•

• •

H••C•

H•

H

H — C — C — H

H

——

H

H

——

H • •

H••C • • H•

• •

H••C•

H

H

H

HC —— C

—

———

H — C ——— C — HH • •

•C • • H•

• •

•C•

età

etè

etí

44.

àcid hiponitrós HNO

àcid nitrós HNO2

àcid nítric HNO3

•• N • O

• •• •

• •

••

• •

• •

••H•• • •N — O — H• •• •

• •••

• •

••

••

••

• •

• •

• •

•• • •

• •

••

••

••

••

• •

••

• •

• •

• •

• •••

• •

• •

• •• •

• •••

••

••

••

• •

• •

••

••

••

• •

• •••

• •

• •

••

••

•• •

• •• •

• •

•• O• •

• •

••• • H•

• •• •

• ••• N

• •

••

N••

••

• •

• •

• •

•• • •

• •

••

••

••

••

• •

••

• •

• •

• •

• •••

• •

• •

• •• •

• •••

••

••

••

• •

• •

••

••

••

• •

• •••

• •

• •

••

••

•• •

• •• •

• •

••

• •

• •

••• • •

• •• •

• •••

• •

••

••

••

• •

O• •

• •

•• • H•N• •

••

••

O••

••

• •

••

• •

• •O• •

• ••• O

• •

• •

• •• •

• •••

••

••

•• N — O — H

• •

• •

N••

••

——

••

• •

• •••

• •

• •

••

••

•• •

• •• •

• •

•• O• •

• •

••• • H•

• •• •

• ••• N

• •

••

N••

••

• •

• •

• •

•• • •

• •

••

••

••

••

• •

••

• •

• •

• •

• •••

• •

• •

• •• •

• •••

••

••

••

• •

• •

••

••

••

• •

• •••

• •

• •

••

••

•• •

• •• •

• •

•• O• •

• •

••• • •

• •• •

• •••

• •

••

••

••

• •

• •

• •

•• • •

• •

••

••

••

••

• •

••

• •

• •

• •

• •••

• •

• •

• •• •

• •••

••

••

••

• •

• •

••

••

••

• •

• •••

• •

• •

••

••

•• •

• •• •

• •

•• O• •

• •

••• • •

• •• •

• •••

• •

••

••

••

• •

• •

• •

•• • •

• •

••

••

••

••

• •

••

• •

• •

• •

• •••

• •

• •

• •• •

• •••

••

••

••

• •

• •

••

••

••

• •

• •••

• •

• •

••

••

•• •

• •• •

• •

•• O• •

• •

••• • •

• •• •

• •••

• •

••

••

••

• •

• •

• •

•• • •

• •

••

••

••

••

• •

••

• •

• •

• •

• •••

• •

• •

• •• •

• •••

••

••

••

• •

• •

••

••

••

• •

• •••

• •

• •

••

••

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 184

185

SOLUCIONARI

Els compostos següents són sals que, en una solució aquosa, es dissocien en el seu anió i el seu catió.Indica tots els enllaços que s’estableixen a cadascun dels compostos:

a) NH4Cl

b) Ca(NO3)2

c) MgBr2

d) NaHCO3

a) L’enllaç iònic entre l’anió (Cl−) i el catió (NH4+). El catió està format

per una molècula d’amoníac (NH3) que s’uneix mitjançant un enllaç covalent datiu a un protó (H1+). El N de la molèculad’amoníac està unit amb 3 àtoms de H mitjançant enllaçoscovalents.

b) L’enllaç iònic entre el catió (Ca2+) i l’anió (NO3−). Els enllaços entre

els àtoms de l’ió nitrat s’indiquen a la pàgina 180 del llibre de text.

c) L’enllaç iònic entre el catió (Mg2+) i l’anió (Br−).

d) L’enllaç iònic entre el catió (Na+) i l’anió, l’ió carbonat (HCO3−).

Totes les molècules que s’indiquen a continuació són apolars. Estudia la geometria dels seus enllaços:

a) BF3 b) CO2 c) BeCl2 d) C2Cl2

Els enllaços de tots el casos són polars. Per tant, les molècules han deser perfectament simètriques, a fi que la suma del moments dipolarsde tots els enllaços sigui zero:

La molècula de CO2 és apolar i la de SO2 és polar. Què ens pots dir de la geometria del seus enllaços?

En tots dos casos és una molècula en què un àtom central s’uneixamb dos àtoms que són més electronegatius. Tots dos enllaços (C=O en un cas i S=O en l’altre) són polars. Consegüentment, la molècula de CO2 ha de ser lineal, i la de SO2, angular.

49.

F–

–F

–O O–

F–

+B++

+C+ –Cl Cl–

Cl+

+Be+

–Cl Cl–+C —

48.

•• •

• •O — C — O — H•

•

O••

••

• •

• •

——

Anión bicarbonato

–

47.

anió bicarbonat

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 185

186


Copia el quadre següent a la teva llibreta i completa’l.

Observa la taula d’electronegativitats de la pàgina 148 i ordena els enllaços següents segons la seva polaritat. Indica, en cada cas, quin és l’element químic que duu la càrrega parcial negativa:

a) Cl−S c) C−H e) B−H

b) Cl−F d) B−Cl

Enllaç Cl−S Cl−F C−H B−Cl B−N

Element Cl S Cl F C H B Cl B H

EN 3,16 2,58 3,16 3,98 2,55 2,20 2,04 3,16 2,04 2,20

Càrrega parcial − + + − − + + − + −

Diferència EN 0,58 0,82 0,35 1,12 0,16

51.

Tipus d’enllaços entre àtoms

Iònic Covalent Metàl·lic

Té lloc quan escombinen àtoms ambelectronegativitat.

Molt dispar.Semblant i alta.

Semblant i elevada.

Els àtoms assoleixen laconfiguració del gasnoble.

L’un guanyantelectrons i l’altrecedint-ne.

Compartintelectrons.

Cedint elselectrons devalència queestabilitzen elscations que esformen.

Exemple CaCl2 SO2 Ag

Tipus d’enllaços entre àtoms

Té lloc quan escombinen àtoms ambelectronegativitat.

Els àtoms assoleixen laconfiguració del gasnoble.

Exemple

50.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 186

187

SOLUCIONARI

La polaritat de l’enllaç depèn de la diferència d’electronegativitats.S’han ordenat del més polar al menys polar.

B−Cl > Cl−F > Cl−S > C−H > B−H

El diamant i el grafit estan formats exclusivament per àtoms de carboni.Explica per què el diamant és un material molt dur i aïllant elèctric,mentre que el grafit se separa en làmines i és un material conductor de l’electricitat.

Els electrons estan compromesos als enllaços covalents localitzats,formant una xarxa cristal·lina. Per això és un material aïllant, perquèno hi ha cap possibilitat de moviment als electrons, i molt dur, perquèper ratllar-lo cal trencar enllaços covalents entre àtoms de C.

Pel que fa al grafit, cada àtom de C forma tres enllaços covalents ambaltres 3 àtoms i li queda 1 electró que pot formar part d’un núvolelectrònic que s’estén per tot el cristall. Aquests electrons es podenmoure sota l’acció d’un camp elèctric. Per això el grafit és un materialconductor. El grafit es pot separar en làmines perquè només els àtomsde C de cada pla estan units mitjançant enllaços covalents; els d’unpla i els del següent estan units per mitjà del núvol electrònic, quedóna lloc a un enllaç força més dèbil.

Generalment, identifiquem els cristalls com a materials transparents,fràgils i durs. Això és vàlid per a un cristall de clorur de sodi i un cristallde diamant, però no ho és per a un cristall de plata. Explica aquest fet.

Això succeeix amb els cristalls iònics o de sòlids covalents, com ara eldiamant, en què les partícules que els formen (ions de signe diferent oàtoms) ocupen posicions molt concretes. Intentar que s’apropin o quese separin fa que hi hagi repulsions o bé que calgui vèncer l’atraccióentre ions a la xarxa cristal·lina o a l’enllaç covalent entre àtoms. Pelque fa als cristalls metàl·lics, els electrons de valència formen unamena de núvol que evita que es presentin repulsions noves quantractem de ratllar-los o de colpejar-los, i absorbeix una part de la llumamb què s’il·luminen, tot impedint que siguin transparents.

A què fa referència la càrrega parcial que tenen alguns àtoms en elscompostos covalents? Els àtoms dels compostos iònics també tenencàrrega parcial?

Quan dos àtoms amb diferent electronegativitat s’uneixen amb unenllaç covalent, n’hi ha un que té més tendència a endur-se’n elselectrons de l’enllaç. Damunt seu hi apareix una càrrega parcialnegativa, perquè els electrons hi són més propers; però no acaba de ser una càrrega real perquè no arriba a arrencar els electrons a l’altre element, que assoleix una càrrega parcial positiva.

54.

53.

52.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 187

188


Quan la diferència d’electronegativitat és molt gran, un dels àtomsaconsegueix arrencar electrons a l’altre i obté una càrrega total. Tots dos es converteixen en ions.

Una molècula que només té enllaços apolars és apolar. Es pot afirmar,anàlogament, que una molècula que només té enllaços polars és polar?

No. Una molècula amb enllaços polars pot ser apolar si la sumavectorial dels moments dipolars de cadascun dels seus enllaços észero. I això pot passar si la geometria de la molècula és apropiada.

Pensa en el tipus d’enllaç que s’estableix entre els seus àtoms, i determina quina de les fórmules següents és empírica i quina és molecular:

a) SCl2 d) AlCl3 g) TeO

b) MgCl2 e) SiO2 h) RbI

c) BF3 f) BaO i) BrI

• Quan s’uneixen àtoms amb una electronegativitat semblant ielevada, es forma una substància covalent la fórmula de la qual és molecular. Això passa a: a) SCl2, c) BF3, e) SiO2, g) TeO, i) BrI.

• Quan s’uneixen àtoms amb una electronegativitat molt diferent, es forma una substància iònica la fórmula de la qual és empírica.Això passa a: b) MgCl2, d) AlCl3, f) BaO, h) RbI.

Són correctes aquestes frases? Raona la resposta.

a) Les substàncies que formen cristalls són sòlides a temperaturaambient.

b) Les substàncies que formen cristalls no condueixen l’electricitat.

c) Les substàncies que formen cristalls estan formades per àtoms d’una electronegativitat semblant.

d) Les substàncies que formen cristalls són dures.

e) Les substàncies que formen cristalls tenen una estructura internaperfectament ordenada.

a) Cert. Perquè hi haurà moltes partícules que estan unides ben fort, i per separar-les i que canviïn d’estat caldrà comunicar-los unaenergia considerable.

b) Fals. Els cristalls metàl·lics condueixen l’electricitat, i els iònics la condueixen quan es dissolen o quan estan en estat líquid.

c) Fals. Això té lloc amb els cristalls metàl·lics o de sòlids covalents,com ara el diamant. Si el cristall és iònic, estarà format per àtomsamb electronegativitat molt diferent.

57.

56.

55.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 188

189

SOLUCIONARI

d) És fals en el cas dels cristalls metàl·lics en què el núvol d’electronspermet que uns plans puguin lliscar damunt d’altres, o obrir espaisentre àtoms (ratllar) sense gaires dificultats.

e) Cert. És una característica de les substàncies cristal·lines.

Respon:

a) Es poden unir dos àtoms d’un mateix element?

b) Com serà el seu enllaç?

Sí. Podran formar enllaços covalents o bé metàl·lics; però mai enllaços iònics.

És correcte un enunciat que afirmi que els compostos iònics es dissolenen dissolvents polars, i els covalents en dissolvents apolars?

Els compostos iònics que es dissolen ho fan en dissolvents polars, ja que són els únics en què les interaccions ió-dipol (de la molècula de dissolvent) poden compensar l’energia de xarxa. Però n’hi ha queno es dissolen.

Els compostos covalents es dissolen en dissolvents de polaritatsemblant a la del compost.

Sovint, un compost té propietats molt diferents de les dels elements que el formen. A tall d’exemple, l’aigua, que és una substància líquida a temperatura ambient, està formada per oxigen i hidrogen, duessubstàncies gasoses a temperatura ambient, i que cal sotmetre a baixestemperatures i altes pressions per aconseguir liquar-les. Explica totesaquestes característiques estudiant l’enllaç de cadascuna d’aquestessubstàncies.

La molècula d’aigua H−O−H té enllaços covalents polars. Lesmolècules es poden unir entre si per enllaços de H, un enllaçintermolecular relativament fort, i això fa que a temperatura ambientl’aigua es presenti en estat líquid.

L’hidrogen i l’oxigen formen molècules covalents apolars H−H, O=O.Atès que el volum dels àtoms és petit, les forces que es poden establirentre les seves molècules són molt dèbils i, per això, només esliquaran a temperatures molt baixes i a pressions molt elevades.

Explica per què un cristall metàl·lic es pot separar en làmines (es diu que els metalls són mal·leables), mentre que amb un cristall iònic això no es pot fer.

Quan els plans d’un cristall metàl·lic es desplacen els uns sobre elsaltres, el núvol d’electrons evita que es produeixin noves repulsions,cosa que passa si intentem desplaçar els plans d’un cristall iònic.(Vegeu les figures 6.35 i 6.37 del llibre de text.)

61.

60.

59.

58.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 189

190


Completa les frases:

a) Els metalls són conductors de primera espècie perquè condueixenl’electricitat pel moviment de .

b) Els compostos iònics són conductors de segona espècie perquècondueixen l’electricitat pel moviment de .

a) Els metalls són conductors de primera espècie perquè condueixenl’electricitat pel moviment d’electrons.

b) Els compostos iònics són conductors de segona espècie perquècondueixen l’electricitat pel moviment d’ions.

Els compostos iònics i els metalls condueixen l’electricitat. Explica si cadascun d’ells la condueix en estat sòlid i en estat líquid.

Els compostos iònics no condueixen l’electricitat en estat sòlid i sí queho fan en estat líquid. Això passa perquè en estat sòlid els ions ocupenposicions fixes a la xarxa cristal·lina i no es poden moure, però sí queho poden fer en estat líquid.

Els metalls condueixen l’electricitat en estat sòlid i en estat líquid. I el motiu d’això rau en què aquesta conducció la duen a terme els electrons de valència que estabilitzen els ions metàl·lics positius,tant pel que fa referència al metall sòlid com al metall líquid.

Tingues en compte les dades de les energies d’enllaç i explica per quèquan s’escalfa aigua les seves molècules passen a l’estat de vapor, peròels àtoms d’hidrogen es mantenen units a l’àtom d’oxigen.

L’energia de l’enllaç covalent és molt més gran que la de l’enllaçd’hidrogen (vegeu la taula del marge a la pàgina 172). Quan s’escalfaaigua, es trenquen els enllaços entre les seves molècules, que passena l’estat de vapor; amb l’escalfament habitual, els enllaços covalentsentre els àtoms de O i de H no arriben a trencar-se.

L’etanol (CH3−CH2OH) té un punt d’ebullició de 78 °C, mentre que l’èteretílic (CH3−O−CH3) té un punt d’ebullició de −25 °C. Explica per què hiha aquesta diferència si les dues substàncies tenen una massa semblant.

Entre les molècules d’etanol es formen enllaços de H, mentre queentre les d’èter tan sols es formen enllaços dipol-dipol, unes forcesmolt més dèbils que les anteriors. És per això que aquesta substànciaté un punt d’ebullició tan baix.

L’enllaç d’hidrogen és el que confereix a l’aigua les seves propietatsquímiques. Com creus que seria el punt d’ebullició de l’aigua si no existísl’enllaç d’hidrogen? Rumia sobre algun canvi que tindria lloc al teu cos si això succeís.

66.

65.

64.

63.

62.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 190

191

SOLUCIONARI

D’acord amb la gràfica de la figura 6.39, voltaria a l’entorn de −50 °C.I a temperatura ambient l’aigua estaria en estat gasós. La major partdel nostre cos és aigua i, per tant, la vida no es podria desenvolupar talcom ara la coneixem.

Completa les frases:

a) Els patins de gel tenen una làmina vertical que facilita el lliscament. La pressió fa que el gel que hi ha a sota de la làmina i el fregament .

b) Quan ens movem, la pressió i el terra torna a .

a) Els patins de gel tenen una làmina vertical que facilita el lliscament.La pressió fa que es fongui el gel que hi ha a sota de la làmina i el fregament disminueix.

b) Quan ens movem, la pressió desapareix i el terra es torna a congelar.

En quines de les substàncies següents es pot establir l’enllaç d’hidrogen?

a) NF3 b) CH3−NH2 c) CH4 d) CH3−CO−CH3

e) HCOH f) HCOOH g) HCl h) HNaL’enllaç de H es forma en molècules covalents que presenten enllaços−O−H o −N−H. I això passa a: b) CH3−NH2, f) HCOOH.

Observa les dades següents i completa les frases que figuren a continuació:

a) Quan les molècules estan unides per un enllaç el punt defusió de les substàncies en la seva massa molar.

b) Quan les molècules estan unides per un enllaç el punt defusió de les substàncies en la seva massa molar.

c) Quan un conjunt de molècules estan unides per enllaços del mateixtipus, el punt de i el punt d’ augmenta en la seva

.

a) Quan les molècules estan unides per un enllaç dipol-dipol, el puntde fusió de les substàncies augmenta en augmentar la seva massamolar.

Substància F2 Cl2 Br2 I2

T. fusió −220 °C −101 °C −7 °C 114 °C

Substància HCl HBr HI

T. fusió − 114 °C − 87 °C − 51 °C

69.

68.

67.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 191

192


b) Quan les molècules estan unides per un enllaç dipol instantani-dipol induït, el punt de fusió de les substàncies augmentaen augmentar la seva massa molar.

c) Quan unes quantes molècules estan unides per enllaços del mateixtipus, el punt de fusió i el punt d’ebullició augmenten enaugmentar la seva massa molar.

El que es coneix com a neu carbònica és CO2 en estat sòlid. S’utilitza perproduir efectes especials, ja que quan s’obre el recipient que la conté surtun núvol de gas blanc. Analitza la molècula de CO2 i explica per què esprodueix el canvi d’estat que s’hi aprecia.

La molècula de O=C=O té dos enllaços covalents polars, però, comque la seva geometria és lineal, és una molècula apolar. Les forcesintermoleculars són molt dèbils; de manera que, per solidificar-la, cal sotmetre-la a pressions fortes i a temperatures baixes. Quan s’obreel recipient que conté el gel carbònic, està a temperatura i pressióambientals, i això fa que desapareguin les forces entre les molècules i passi ràpidament a l’estat gasós.

L’aigua (H2O), l’alcohol metílic (CH3OH) i el cloroform (CHCl3) són treslíquids d’un aspecte molt semblant. Tot i això, l’aigua es mescla molt béamb l’alcohol i és immiscible amb el cloroform. Estudia les molèculesd’aquestes substàncies i explica el perquè d’aquest comportament.

Entre l’aigua i l’alcohol es poden formar enllaços de H, com els que hi ha entre les molècules d’aigua entre elles i entre les molèculesd’alcohol entre elles. La molècula de cloroform és polar, però nopermet la formació d’enllaços d’hidrogen i per això no es mescla amb l’aigua. Allò que és semblant es dissol en allò a què s’assembla.

Els elements del grup 14 formen compostos com l’oxigen, que tenenforma similar però propietats molt diferents. Fixa’t en aquests compostos:

• CO2 • SiO2 • SnO2

Ara, copia la taula al teu quadern i completa-la:

CO2 SiO2 SnO2

Tipus d’enllaç entre els seus àtoms

Estat físic a temperatura ambient

Forma molècules?

Forma cristalls?

72.

71.

70.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 192

193

SOLUCIONARI

La clau està en la diferència d’electronegativitats entre els àtoms ques’enllacen:

Relaciona els compostos següents amb la propietat més adequada:

Explica per què amb un ganivet pots tallar un bistec, però no pots tallar la forquilla.

El filet està format per substàncies covalents, i tallar un bistec implicatrencar forces intermoleculars. Per tallar la forquilla haurem de trencarel cristall metàl·lic, i l’enllaç metàl·lic és molt més fort que les forcesintermoleculars.

Senyala tots els enllaços que hi ha quan el CaCl2 es dissol en aigua.

El CaCl2 és un compost iònic. Quan es dissol en aigua, els seus ionss’envolten de molècules d’aigua i s’originen interaccions ió-dipol. La molècula d’aigua és polar, i orienta el seu pol positiu a l’entorn de l’ió negatiu (Cl−) i el seu pol negatiu a l’entorn de l’ió positiu (Ca2+).

75.

74.

� Sòlid a temperatura ambient, sublima ambfacilitat.

� Condueix l’electricitat en estat sòlid.

� El líquid és més dens que el sòlid.

� És una molècula deficient en electrons.

� El seu cristall és molt dur.

� És un gas format per àtoms aïllats.

AlCl3

Xe

BH3

H2O

I2

Sn

� Sòlid a temperatura ambient, sublima ambfacilitat.

� Condueix l’electricitat en estat sòlid.

� El líquid és més dens que el sòlid.

� És una molècula deficient en electrons.

� El seu cristall és molt dur.

� És un gas format per àtoms aïllats.

AlCl3

Xe

BH3

H2O

I2

Sn

73.

CO2 SiO2 SnO2

Tipus d’enllaç entre els seus àtoms Convalent Covalent Iònic

Estat físic a temperatura ambient Gas Sòlid Sòlid

Forma molècules? Sí No No

Forma cristalls? No Sí Sí

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 193

194


•• •

• •O — C — O •

•

O••

••

• •

• •

——

–••– Anió carbonat

Molècula d’aigua

Enllaç de H• •

• • • •

• •

• •

• •O

O

O OO

• •• •

H

H

H

H

H

HH

H

H

H

H

• •

• •

• •

• •

• •

−Molècula de metanol H

O −• •

−

Indica tots els enllaços que hi ha quan el Na2CO3 es dissol en aigua.El Na2CO3 és un compost iònic. Quan es dissol en aigua, els seus ionss’envolten de molècules d’aigua i s’originen interaccions ió-dipol. La molècula d’aigua és polar, i orienta el seu pol positiu a l’entorn del’ió negatiu (CO3

2−) i el seu pol negatiu a l’entorn de l’ió positiu (Na+).

Quant a l’ió carbonat, els àtoms de O s’uneixen a l’àtom de Cmitjançant enllaços covalents, de la manera següent:

Senyala tots els enllaços que hi ha quan el metanol (CH3OH) es dissol en aigua.El metanol és una molècula covalent en què el C hi actua com a àtomcentral. L’aigua també és una molècula covalent en què els dos àtomsde H estan units amb un àtom de O. Totes dues substàncies tenenenllaç −O−H, i això vol dir que poden formar enllaços entre si, a mésde l’enllaç de H que s’estableix entre les molècules d’aigua i el ques’estableix entre les molècules de metanol.

Les taques de greix són difícils de netejar amb aigua. Quan portem la roba a la tintoreria, les netegen en sec amb dissolvents derivats del petroli, a base de carboni i hidrogen. Considerant tot això, raona si les molècules de greix són polars o apolars.

Els dissolvents derivats del petroli que contenen C i H són molèculesapolars. Per tant, els greixos han de ser substàncies apolars, ja queallò que és semblant es dissol en allò a què s’assembla. En l’aiguanomés s’hi dissolen les substàncies polars.

El diamant és el material més dur que hi ha. Utilitza aquesta dada per justificar que l’enllaç covalent entre àtoms de carboni és més fort que els enllaços entre ions.

Si el diamant és el material més dur que hi ha, aleshores és capaç de ratllar-ne qualsevol altre, cristalls iònics inclosos. Això vol dir que la força que manté units els àtoms de C del diamant és més granque la que manté units els ions a la xarxa cristal·lina.

79.

78.

77.

76.

−• •

−• •

−−

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 194

195

SOLUCIONARI

Les configuracions electròniques dels àtoms són:

A → 1s22s22p63s23p4

B → 1s22s22p63s23p64s23d104p5

Estudia:

a) La fórmula del compost que resulta quan es combinen A i B.

b) El tipus d’enllaç que s’estableix entre els àtoms.

c) L’estat físic en què es trobarà a temperatura ambient.

d) La seva capacitat per conduir l’electricitat.

a) AB2.

b) Covalent. Totes dues necessiten captar electrons per assolir la configuració de gas noble.

c) Probablement líquid. Es formarà una molècula polar de volum no pas petit.

d) No condueix l’electricitat perquè tots els electrons pertanyen a un àtom o bé a enllaços localitzats.

Relaciona la propietat amb el tipus d’enllaç al qual correspon:81.

80.

Iònic

Ió-dipol

Metàl·lic

Enllaç de H

Covalent

Dipol-dipol

Dipolinstantani-dipol induït

1 Les espècies que s’enllacen són ions.

2 Forma cristalls.

3 Dóna lloc a substàncies sòlides a temperaturaambient.

4 Forma molècules.

5 Enllaç entre àtoms.

6 Enllaç entre molècules.

7 Només surt quan hi ha enllaços O−H, N−H i F−H.

8 S’estableix entre molècules apolars.

9 És l’enllaç més dèbil.

10 Enllaç responsable de la dissolució de compostos iònics.

11 Origina substàncies que condueixenl’electricitat.

12 Origina substàncies toves que es poden ratllaramb l’ungla.

13 És l’enllaç intermolecular més fort.

14 Les substàncies que el formen es dissolen en aigua.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 195

196


Iònic: 1, 2, 11 (quan es troben en solució aquosa), 14 (de vegades).

Ió-dipol: 10, 14.

Dipol instantani-dipol induït: 6, 8, 9, 12.

Metàl·lic: 2, 3, 5, 11.

Enllaç de H: 6, 7, 12, 13, 14.

Dipol-dipol: 6, 12.

Covalent: 2 (en alguns casos, com ara el diamant), 4 (gairebésempre), 5.

945335 _ 0169-0196.qxd 8/1/09 12:15 Página 196

197

La reacció química7

En aquesta unitat s’aborda el canvi químic des de diferents perspectives.En primer lloc, es pretén aconseguir la representació del canvi químic per mitjàd’equacions químiques, i aprofundir en l’estudi microscòpic a fi d’entendre comtenen lloc les reaccions. S’hi tracta també la determinació experimental i la interpretació de la calor de reacció i la velocitat de reacció.En segon lloc, i com a part important de la unitat, l’estequiometria de lareacció ens permetrà realitzar càlculs sobre les quantitats de les diferentssubstàncies que intervenen.També es pretén que els nois i les noies es familiaritzin amb les reaccionsmés freqüents que es produeixen en la vida quotidiana, a través del’observació experimental i la interpretació de diferents tipus de reaccions:àcid-base, de precipitació i redox. És important que l’alumnat conegui les aplicacions domèstiques dels àcids i de les bases, com també la duresa de l’aigua.

PRESENTACIÓ

• Comprendre el canvi químic com un canvi de lanaturalesa de les substàncies i saber-lo interpretarmitjançant la teoria cineticomolecular.

• Interpretar i estudiar la velocitat d’una reacció i els canvis energètics.

• Saber interpretar les equacions químiques i familiaritzar-se amb els càlculs estequiomètrics.

• Comprendre la importància de l’estudi de lesreaccions químiques àcid-base per abordarsituacions quotidianes.

• Comprendre la importància de les reaccions redoxsobretot en la obtenció industrial d’elements a partirdels seus compostos.

• Comprendre la importància de les reaccions de precipitació per tal d’interpretar molts fenòmensnaturals i fets quotidians.

• Familiaritzar-se amb l’ús de l’instrument bàsic de la química, així com conèixer algunes tècniquesespecífiques com les valoracions àcid-base i redox.

OBJECTIUS

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 197

198

7 La reacció química

• Interpretació del canvi químic com una transformació que afecta la naturalesa de la matèria.

• Representació d’una reacció química mitjançant una equació química.• Utilització del model cineticomolecular per explicar com succeeix

una reacció.• Investigació experimental de la velocitat d’una reacció i dels factors

dels quals depèn.• Investigació experimental de l’energia d’una reacció i interpretació

microscòpica d’aquesta energia.• Realització de càlculs estequiomètrics en reaccions en què intervenen

sòlids, líquids, gasos i dissolucions.• Reconeixement dels àcids i les bases més comuns al laboratori

i a la vida quotidiana.• Caracterització i determinació experimental de les propietats dels àcids

i les bases, i interpretació mitjançant la teoria d’Arrhenius.• Definició i aplicació del concepte de pH i determinació experimental

de la quantitat d’un àcid o d’una base que conté un producte d’úsquotidià.

• Predicció i observació de reaccions de precipitació.• Observació experimental de diferents reaccions redox i elaboració

del concepte d’estat d’oxidació.• Identificació de les reaccions redox i de les espècies oxidants

i reductores.• Descripció del procés d’obtenció d’algunes substàncies elementals

a partir dels minerals que les contenen.

CONTINGUTS

• Competència comunicativa, que implica saber descriure fets,explicar-los, justificar-los i argumentar-los. Això suposa promourediscussions sobre les evidències experimentals, la idoneïtat delsmodels proposats per interpretar els fets químics i la lectura i interpretació de textos i il·lustracions.

• Competència en gestió i tractament de la informació i competència digital, que implica la utilització de fontsbibliogràfiques i dels recursos que hi ha a la xarxa per cercarinformació sobre el desenvolupament històric dels diferents models atòmics.


945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 198

199


• L’ús del llenguatge per comunicar per escrit i oralment la construcciói la compartició de coneixement químic, igual com la lecturacomprensiva dels textos i la recerca d’informació impliquen unaconnexió necessària amb les llengües.

• El coneixement dels canvis químics, de la catàlisi enzimàtica, delconcepte i de la mesura del pH està molt relacionat amb la biologia.

• A les ciències de la Terra i el medi ambient s’estudia l’obtenciód’elements a partir de minerals, la duresa de les aigües i els mètodesd’eliminació.


1. Interpretar la informació que proporciona una equació química i reconèixer elsdiferents tipus de reaccions.

2. Fer balanços de matèria i d’energia en una reacció química, independentment de quinsigui l’estat en què les substàncies es troben.

3. Escriure l’equació química ajustada de totes les substàncies que participen en una reacció.

4. Interpretar les dades d’una investigació sobre l’efecte de la concentració i latemperatura en la velocitat d’una reacció, així com conèixer els efectes delscatalitzadors.

5. Fer càlculs estequiomètrics en què intervinguin gasos i substàncies en dissolució.6. Fer càlculs estequiomètrics en què intervingui la riquesa d’una mostra i/o el rendiment

de la reacció.7. Aplicar els càlculs estequiomètrics per determinar la composició d’una mostra.8. Efectuar càlculs estequiomètrics en processos amb un reactiu limitant.9. Interpretar, des d’un punt de vista atomicomolecular, les reaccions àcid-base, de

precipitació i de redox, i fer càlculs amb elles mitjançant exemples d’interès pràctic.10. Predir factors o condicions que modifiquin la velocitat a la qual es produeix una

reacció química concreta. Aplicar-ho a reaccions que tinguin lloc en l’entorn pròxim de l’alumnat o bé que tinguin interès industrial o mediambiental.


945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 199

200


Si obrim una bombona de gas butà, el gas surt de la bombona i es barrejaamb l’aire. Per què cal un misto o una guspira elèctrica perquè s’iniciï la reacció de combustió?

Les molècules del gas han de tenir l’energia necessària perquè enxocar entre elles es trenquin els enllaços de les molècules d’oxigen i del gas butà.

Un misto o una guspira elèctrica subministren aquesta energiamínima, que s’anomena energia d’activació.

Utilitza la teoria de les col·lisions per explicar els fets següents:

a) Com més concentrat és un àcid, més ràpidament reacciona amb un metall, com el Zn, desprenent hidrogen.

b) La reacció anterior té lloc més ràpidament si el zinc es troba en formade pols.

Com més concentrat és l’àcid, més molècules de l’àcid hi ha per unitatde volum. Com veurem a l’apartat 5, si l’àcid és fort, aquestesmolècules estan totalment ionitzades. Això suposa més possibilitatsque les partícules de l’àcid (molècules o ions) xoquin amb el Zn.

Si el zinc està en forma de pols, la superfície de contacte entre elmetall i l’àcid és molt més gran, i, per tant, el nombre d’àtoms de zincque xoquen amb les partícules de l’àcid també és més gran.

Sense que calgui usar un catalitzador ni incrementar la temperatura,pensa dues maneres diferents d’augmentar la velocitat de la reacció entreel carbonat de calci sòlid i l’àcid clorhídric (veure figura 7.11 del llibre).

Augmentar la concentració de l’àcid i polvoritzar el carbonat de calci.

Ajusta les reaccions químiques següents i després descriu-les amb una frase:

a) H2SO4 (aq) + Al(OH)3 (aq) → H2O (l) + Al2(SO4)3 (aq)

b) C8H16 (l ) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (l )c) NH3 (g) + O2 (g) → NO (g) + H2O (g)

A la primera reacció:

Quina quantitat d’hidròxid d’alumini necessites perquè reaccioni tot l’àcidsulfúric contingut en 20 mL d’àcid d’1,96 g/mL de densitat i 85 % de riquesa?

a) 3 H2SO4 (aq) + 2 Al(OH)3 (aq) → 6 H2O (l) + Al2(SO4)3 (aq)

3 mols d’àcid sulfúric dissolt reaccionen amb 2 mols d’hidròxidd’alumini, i donen 6 mols d’aigua líquida i 1 mol de sulfat d’aluminien solució.

4.

3.

2.

1.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 200

201

SOLUCIONARI

b) C8H16 (l) + 12 O2 (g) → 8 CO2 (g) + 8 H2O (l)

1 mol de C8H16 (l) reacciona amb 12 mols de gas oxigen i donen 8 mols de gas diòxid de carboni i 8 mols d’aigua en estat líquid.

c) 2 NH3 (g) + 5/2 O2 (g) → 2NO (g) + 3H2O (g)

2 mols d’amoníac reaccionen amb 5/2 mols de gas oxigen, i donen 2 mols de monòxid de nitrogen gas i 3 mols d’aigua gas.

L’estequiometria de la primera reacció ens permet conèixer laproporció en mols en què reaccionen les substàncies. Calculem laquantitat en mols que representa la quantitat d’àcid sulfúric indicada.

Escriu i ajusta l’equació química de les reaccions següents:

a) L’amoníac reacciona amb l’àcid sulfúric per donar sulfat d’amoni.

b) Quan l’òxid de ferro (III) reacciona amb el monòxid de carboni s’obtéferro metàl·lic i s’allibera diòxid de carboni.

Calcula la quantitat d’òxid de ferro (III) de riquesa 65 % que esnecessita per obtenir 32 g de ferro metàl·lic.

a) 2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

b) Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2

L’estequiometria de la segona reacció ens permet conèixer la proporcióen mols en què reaccionen les substàncies. Calculem la quantitat enmols que representa la quantitat de ferro:

5.

→ 0,23 mol de Al(OH)78 g de Al(OH)

1 mol de Al(OH)3

3

3

⋅ ==

= 17,94 g de Al(OH) es necessiten3

M [ ] ( )Al(OH) 78g

mol3 = + ⋅ + =27 3 16 1 →

0,34 mol de H SO2 mol de Al(OH)

3 mol de H SO0,22 4

3

2 4

⋅ = 33 mol de Al(OH)3

→ 33,32 g de H SO1mol de H SO

98 g de H SO0,34 mo2 4

2 4

2 4

⋅ = lls de H SO2 4

M ( )H SO 98g

mol2 4 = ⋅ + + ⋅ =2 1 32 4 16 →

39,2 g de H SO comercial85 g de H SO pur

100 g de H2 4

2 4

2

⋅SSO comercial

33,32 g de H SO pur

4

2 4

=

=

20 mL de H SO comercial1,96 g

1mL39,2 g de H SO c2 4 2 4⋅ = oomercial

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 201

202


Com que estem fent servir un òxid de ferro (III) del 65 % de riquesa:

La cremor d’estómac és deguda a un excés en la producció de HCl perpart del nostre organisme. Per contrarestar-la podem prendre una micad’hidròxid de magnesi, que reacciona amb l’àcid per formar clorur de magnesi i aigua.

a) Escriu la reacció que es produeix.

b) Calcula els grams d’hidròxid de magnesi que cal prendre per neutralitzar 10 mL de HCl 1,25 M.

c) Calcula els grams de clorur de magnesi que s’hi formaran.

a) 3 HCl + Al(OH)3 → AlCl3 + 3 H2O.

L’estequiometria de la reacció ens permet conèixer la proporció enmols en què les substàncies reaccionen. Calculem la quantitat en mols que representa la quantitat de HCl indicada:

b)

→ 4 17 10 3, ⋅ ⋅− mol de Al(OH)78 g de Al(OH)

1 mol de Al3

3

((OH)

325 mg de Al(OH) es neutrali

3

3

=

= ⋅ =−3 25 10 1, g ttzen.

M [ ] ( )Al(OH) 78g

mol3 = + ⋅ + =27 3 16 1 →

1 25 10 42, ,⋅ ⋅ =− mol de HCl1mol de Al(OH)

3 mol de HCl3 117 10 3⋅ − mol de Al(OH)3

10 10 1 25 103 2⋅ ⋅ = ⋅− −L de HCl1,25 mol de HCl

1 L de HCl, mmol de HCl

6.

46,3 g de Fe O100 g d'òxid de partida

65 g de Fe O2 3

2 3

⋅ = 771,21 g d'òxid de partida.

→ 0,29 mol de Fe O159,6 g de Fe O

1 mol de Fe O462 3

2 3

2 3

⋅ = ,,3 g de Fe O2 3

M ( ) ,Fe O 159,6g

mol2 3 = ⋅ + ⋅ =2 55 8 3 16 →

→ 0,57 mol de Fe1mol de Fe O

2 mol de Fe0,29 mols de2 3⋅ = FFe O2 3

32 g de Fe1mol de Fe

55,8 g de Fe0,57 mols de Fe⋅ = →

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 202

203

SOLUCIONARI

c)

Quan el clorat de potassi s’escalfa, se’n desprèn oxigen i queda un residude clorur de potassi. Calcula:

a) La quantitat de clorat que es va escalfar si l’oxigen que es va obtenir,recollit en un recipient de 5 L a la temperatura de 80 °C, exercia una pressió de 3,5 atm.

b) Els grams de clorur de potassi que s’han obtingut.

1. Escrivim l’equació química de la reacció i l’ajustem.

2. A sota de cada substància, hi escrivim les dades que coneixem:

3. Expressem la quantitat d’oxigen en mols i, com que és un gas,utilitzem l’equació:

P · V = n · R · T→

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular les quantitats de les altres substàncies que hi intervenen.

a)

→ 0,4 mol de KClO122,6 g de KClO

1 mol de KClO49 g3

3

3

⋅ = dde KClO3

M ( ) , ,KClO 122,6g

mol3 = + + ⋅ =39 1 35 5 3 16 →

0,6 mol de O1mol de KClO

3/2 mol de O,4 mol de KC2

3

2

⋅ = 0 llO3

→ nP V

R T=

⋅⋅

=⋅

⋅

⋅⋅ +

3 5

0 082 273 80

,

, ( )

atm 5 L

atm L

mol KKK

0,6 mol de O2=

KClO3 → 3/2 O2 + KCl

1 mol de cloratde potassi

es descompon i dóna

3/2 mol d’oxigen

i 1 mol de clorurde potassi

5 L, 80 ºC, 3,5 atm

7.

→ 4 17 10 3, ⋅ ⋅− mol de AlCl133,5 g de AlCl

1 mol de AlC3

3

ll

g 557 mg de AlCl es formen.

3

3

=

= ⋅ =−5 57 10 1,

M ( ) ,AlCl 133,5g

mol3 = + ⋅ =27 3 35 5 →

1 25 10 4 172, ,⋅ ⋅ =− mol de HCl1mol de AlCl

3 mol de HCl3 ⋅⋅ −10 3 mol de AlCl3

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 203

204


b)

Quan un hidrocarbur reacciona amb una quantitat limitada d’oxigen es produeix monòxid de carboni i aigua.

a) Escriu la reacció en la qual el propà (C3H8) es transforma en monòxidde carboni.

b) Quin volum d’oxigen, mesurat en condicions normals, reacciona amb 4 L de propà a 2 atm de pressió i 25 °C de temperatura?

c) Quin volum de monòxid de carboni s’obtindrà, mesurat en condicionsnormals?



3. Expressem la quantitat de propà en mols i, com que és un gas,utilitzem l’equació:

P · V = n · R · T→

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular les quantitats de lesaltres substàncies que hi intervenen.

a)

En condicions normals, 1 mol d’un gas ideal ocupa 22,4 L. Per tant:

1,15 mol de O22,4 L

1 mol25,8 L de O2 2⋅ =

0,33 mol de C H7/2 mol de O

1mol de C H1,15 mol d3 8

2

3 8

⋅ = ee O2

→ nP V

R T=

⋅⋅

=⋅

⋅

⋅⋅ +

=2

0 082 273 25

atm 4 L

atm L

mol KK, ( )

00,33 mol de C H3 8

C3H8 + 7/2 O2 → 3 CO + 4 H2O

1 mol depropà

reaccionaamb

7/2 molsd’oxigen

idonen

3 mols demonòxid decarboni

i 4 molsd’aigua

4 L, 2 atm,25 ºC

8.

→ 0,4 mol de KCl74,6 g de KCl

1 mol de KCl29,8 g de KCl⋅ =

M( ) , ,KCl 74,6g

mol= + =39 1 35 5 →

0,6 mol de O1mol de KCl

3/2 mol de O0,4 mol de KCl2

2

⋅ =

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 204

205

SOLUCIONARI

b)

En condicions normals, 1 mol d’un gas ideal ocupa 22,4 L. Per tant:

El nitrat d’amoni (NH4NO3) és una substància que es fa servirhabitualment com a fertilitzant. Sota l’acció de detonadors, explota i esdescompon en nitrogen, oxigen i aigua. Això fa que també s’utilitzi perfabricar explosius. En un bidó, hi tenim 0,5 kg d’una substància que té un80 % de riquesa en nitrat d’amoni. Si arriba a explotar totalment, calcula:

a) La pressió que exercirà el nitrogen que s’alliberarà, si el bidó és de 50 L i la temperatura és de 35 °C.

b) El volum d’aigua que apareixerà al bidó. Densitat de l’aigua = 1 g/mL.



3. Expressem en mols la quantitat de nitrat d’amoni pur que hi ha al bidó:


a)

Utilitzem l’expressió dels gasos per calcular la pressió que exercirà:

P · V = n · R · T →

5 mol de NH NO1mol de N

1 mol de NH NO5 mol de N4 3

2

4 3

2⋅ =

→ 0 4 103, ⋅ ⋅ =g de NH NO1mol de NH NO

80 g de NH NO54 3

4 3

4 3

mmol de NH NO4 3

M ( )NH NO 80 g/mol4 3 = ⋅ + ⋅ + ⋅ =2 14 4 1 3 16 →

0,5 kg de producte80 kg de NH NO pur

100 kg de produ4 3⋅

ccte0,4 kg de NH NO pur4 3=

NH4NO3 → N2 + 1—2

102 + 2 H2O

1 mol de nitratd’amoni

es descompon i dóna

1 mol denitrogen

i1/2 mold’oxigen

i2 molsd’aigua

0,5 kg, 80% en NH4NO3

9.

0,99 mol de CO22,4 L

1 mol22,2L de CO⋅ =

0,33 mol de C H3 mol de CO

1 mol de C H0,99 mol de C3 8

3 8

⋅ = OO

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 205

206


b)

Donat que l’aigua és un líquid, calculem la massa equivalent a aquests mols i, mitjançant la densitat, el volum que ocupa:

L’òxid de ferro (III) és un compost que es fa servir, entre altres coses, per fabricar cintes d’enregistrament. Per determinar-ne la riquesa en unamostra, se la va fer reaccionar amb hidrogen gasós. Com a resultat es vaobtenir ferro i aigua. Determina el percentatge en òxid de ferro (III) si 100 g de la mostra van consumir 33,6 L de H2, mesurats en condicionsnormals. Quina quantitat de ferro es va dipositar en el procés?



3. Expressem la quantitat d’hidrogen en mols. Com que és un gasideal, hem de tenir en compte que cada mol ocupa 22,4 L:


a) Inicialment, calculem la quantitat de Fe2O3 que reacciona ambaquesta quantitat de H2; serà la quantitat d’aquesta substànciaque conté la mostra:

33,6 L de H1mol

22,4 L1,5 mol de H2 2⋅ =

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

1 mol d’òxid de ferro (III)

reaccionaamb

3 molsd’hidrogen

idonen

2 mols de ferro

i 3 molsd’aigua

100 g de mostra 33,6 L en C.N.

10.

180 g de H O1mL de H O

1 g de H O180 mL de H O2

2

2

2⋅ =

→ 10 mol de H O18 g de H O

1 mol de H O180 g de H O2

2

2

2⋅ =

M ( )H O 18 g/mol2 = ⋅ + =2 1 16 →

5 mol de NH NO2 mol de H O

1 mol de NH NO10 mol de H4 3

2

4 3

⋅ = 22O

→ Pn R T

V=

⋅ ⋅=

⋅⋅

⋅⋅ +5 0 082 273 35mol , ( )

atm L

mol KK

50 L== 2,53 atm

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 206

207

SOLUCIONARI

Com que en 100 g de mostra hi ha aquesta quantitat, concloemque té una riquesa en Fe2O3 del 79,8 %.

b) Per calcular la quantitat de Fe que s’hi diposita:

→ 55,8 g de Fe que s’hi dipositen.

Quan el iodur de potassi reacciona amb el nitrat de plom (II), s’obté un precipitat groc de iodur de plom (II) i una altra substància. Si es barregen 25 mL d’una dissolució 3 M de KI amb 15 mL de dissolució 4 M de Pb(NO3)2, calcula la quantitat de precipitat groc que s’obtindrà.



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen.Com que coneixem les quantitats de tots dos reactius, el mésprobable és que un dels dos actuï com a reactiu limitant. Hem de determinar quin.

15 10 6 103 2⋅ ⋅ = ⋅− −L de Pb(NO )4 mol

1 Lmol de Pb(NO3 2 3))2

25 10 7 5 103 2⋅ ⋅ = ⋅− −L de KI3 mol

1 Lmol de KI,

2 KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2 KNO3

2 mols deiodur depotassi

reaccionenamb

1 mol denitrat deplom (II)

idonen

1 mol deiodur deplom (II)

i 2 mols denitrat de potassi

25 mL, 3 M 15 mL, 4 M

11.

1,5 mol de H2 mol de Fe

3 mol de H1mol de Fe2

2

⋅ = →

→ 0,5 mol de Fe O159,6 g de Fe O

1 mol de Fe O79,2 3

2 3

2 3

⋅ = 88 g de Fe O2 3

M ( ) ,Fe O 159,6g

mol2 3 = ⋅ + ⋅ =2 55 8 3 16 →

1,5 mol de H1mol de Fe O

3 mol de H0,5 mol de Fe O2

2 3

2

2⋅ = 33

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 207

208


Determinem el reactiu limitant tot tenint en compte l’estequiometriade la reacció:

Aquesta quantitat és més gran que els 3,75 ? 10-2 mols d’aquestasubstància que reaccionen i, per tant, el reactiu limitant és el Kl.

4. Calculem la quantitat de substància que s’obté a partir de laquantitat de reactiu limitant que hi ha. L’estequiometria de la reacció permet determinar-la:

El cadmi reacciona amb l’àcid nítric i forma nitrat de cadmi i hidrogen. Es fan reaccionar 8 g de cadmi amb 60 g d’HNO3 1,5 M. Quants gramsd’hidrogen s’obtindran com a màxim?




•

•

Determinem el reactiu limitant tot tenint en compte la estequiometriade la reacció:

9 10 4 5 102 2⋅ ⋅ = ⋅− −mol de HNO1mol de Cd

2 mol de HNO3

3

, mmol de Cd

60 10 9 103 2⋅ ⋅ = ⋅− −L de HNO1,5 mol

1 Lmol de HNO3 3

8 g de Cd1mol de Cd

112,4 g de Cdmol de Cd⋅ = ⋅ −7 12 10 2,

Cd + 2 HNO3 → Cd(NO3)2 + H2

2 mols de cadmi

reaccionenamb

2 mols d’àcidnítric

idonen

1 mol denitrat de cadmi

i 1 mold’hidrogen

8 g 60 mL, 1,5 M

12.

3 75 10 2, ⋅ ⋅ =− mol de PbI461 g de PbI

1 mol de PbI17,2

2

2

229 g de PbI2

M ( ) , ,PbI 461g

mol2 = + ⋅ =207 2 2 126 9 →

7 5 10 3 75 102, ,⋅ ⋅ = ⋅− −mol de KI1mol de PbI

2 mol de KI2 22 mol de PbI2

6 10 2⋅ ⋅ =− mol de Pb(NO )2 mol de KI

1mol de Pb(NO )3 2

3 2

112 10 2⋅ − mol de KI

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 208

209

SOLUCIONARI

Aquesta quantitat és més petita que els 7,12 · 10–2 mols d’aquestasubstància que reaccionen i, per tant, el reactiu limitant és elHNO3.

4. Calculem la quantitat d’hidrogen que s’obté a partir de la quantitatde reactiu limitant que hi ha. L’estequiometria de la reacció permetdeterminar-la:

Sabem que quan un àcid reacciona amb una base, neutralitzen els seusefectes. N’hi haurà prou amb afegir 6 g d’hidròxid de calci a 100 mLd’una dissolució d’àcid nítric 2 M per obtenir un medi neutre? Determinasi després de la reacció tindrem un medi àcid o bàsic.




•

•

Determinem el reactiu limitant tot tenint en compte la estequiometriade la reacció:

Aquesta quantitat és més petita que els 8,1 · 10–2 mols que tenimd’aquesta substància i, per tant, tindrem un medi àcid.

20 10 102⋅ ⋅ =− mol de HNO1mol de Ca(OH)

2mol de HNO3

2

3

⋅⋅ −10 2 mol de Ca(OH)2

100 10 20 103 2⋅ ⋅ = ⋅− −L de HNO2 mol

1 Lmol de HNO3 3

6 g de Ca(OH)1mol de Ca(OH)

74,1 g de Ca(OH)2

2

2

⋅ = 8 1, ⋅⋅ −10 2 mol de Ca(OH)2

M [ ] , ( )Ca(OH) 74,1g

mol2 = + ⋅ + =40 1 2 16 1

Ca(OH)2 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + 2 H2O

1 mold’hidròxidde calci

reaccionaamb

2 mols d’àcidnítric

idonen

1 mol denitrat de calci

i 2 molsd’aigua

6 g 100 mL, 2 M

13.

→ 4 5 10 2, ⋅ ⋅ =− mol de H2 g de H


2

2

2

M ( )H 2g

mol2 = ⋅ =2 1 →

9 10 4 5 102 2⋅ ⋅ = ⋅− −mol de HNO1mol de H

2 mol de HNO3

2

3

, mmol de H2

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 209

210


El formol (CH2O) és un compost que es fa servir per fabricar coles de fusta. A la indústria s’obté fent reaccionar metanol (CH3OH) amb oxigen, en un procés en el qual també s’hi forma aigua. El rendiment de l’operació és del 92 %.

a) Escriu l’equació química de la reacció.

b) Determina la massa de formol que es pot obtenir a partir de 50 g de metanol.



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen:

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular les quantitats de les altres substàncies que hi intervenen:

Aquesta és la quantitat que s’obtindria si el procés tingués un rendiment del 100 %. Però com que no el té, en calculem la quantitat real:

En un dels passos per a la fabricació de l’àcid sulfúric es fa reaccionardiòxid de sofre amb oxigen per produir triòxid de sofre. Una vegada es vanbarrejar 11 L de diòxid de sofre a 1,2 atm i 50 °C amb oxigen i es vanformar 30 g de triòxid de sofre. Determina el rendiment de la reacció i les molècules d’oxigen que van reaccionar.

15.

4,68 g de CH O teòric92 g reals

100 g teòric4,31 g d2 ⋅ = ee CH O real2

→ 1,56 mol de CH O30 g de CH O

1 mol de CH O4,68 g de C2

2

2

⋅ = HH O2

M( )CH O 30 g/mol2 = + ⋅ + =12 2 1 16 →

1,56 mol de CH OH1 mol de CH O

1mol de CH OH1,56 mo3

2

3

⋅ = ll de CH O2

→ 50 g de CH OH1mol de CH OH

32 g de CH OH1,56 mol de3

3

3

⋅ = CCH OH3

M( )CH OH 32 g/mol3 = + ⋅ + =12 4 1 16 →

CH3OH + 1—2

O2 → CH2O + H2O

1 mol demetanol

reaccionaamb

1/2 mold’oxigen

idonen

1 mol deformol

i 1 mold’aigua

50 g

14.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 210

211

SOLUCIONARI



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen,i, com que el SO2 és un gas, fem servir l’equació:

P · V = n · R · T →

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular els mols de SO3

que s’obtindran, com a màxim, a partir d’aquesta quantitat:

0,5 mol SO2 → 0,5 mol SO3

Com que s’obté una quantitat més petita, determinem el rendiment del procés:

Per calcular les molècules d’oxigen que han reaccionat, hem de calcular els mols mitjançant l’estequiometria de la reacció:

El butà (C4H10) és un dels combustibles que més es fa servir en l’àmbitdomèstic. Crema per l’acció de l’oxigen de l’aire i forma diòxid de carboni iaigua. Cada cop que es crema 1 mol de butà es desprenen 2.878 kJ. Calcula:

a) La quantitat d’energia que s’obté quan es cremen els 12,5 kg de butàd’una bombona.

b) Els mols de CO2 que van a parar a l’atmosfera cada cop que es cremauna bombona de butà.

16.

= ⋅⋅

=

= ⋅

0,25 mol de Omolècules

1 mol2

6 022 10

1 5 1

23,

, 0023 molècules de O2

0,5 mol de SO0,5 mol de O

1 mol de SO2

2

2

⋅ =

Rto.30 g reals

40 g teòrics= ⋅ =100 75%

→ 0,5 mol de SO80 g de SO

1 mol de SO40 g de SO3

3

3

3⋅ =

M ( )SO 80 g/mol3 = + ⋅ =32 3 16 →

→ nP V

R T=

⋅⋅

=⋅

⋅

⋅⋅ +

1,2 atm 11 L

atm L

mol K0 082 273 50, ( )) K

0,5 mol de SO2=

SO2 + 1—2

O2 → SO3

1 mol de diòxid de sofre

reaccionaamb

1/2 mold’oxigen

idonen

1 mol de triòxid de sofre

11 L, 1,2 atm i 50 ºC 30 g

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 211

212


1. Escrivim l’equació química de la reacció i l’ajustem. Hem de teniren compte l’energia que es desprèn.


3. Expressem en mols la quantitat de butà d’una bombona i calculeml’energia que s’obté amb la seva combustió:

4. L’estequiometria ens permet calcular els mols de la substància quevan a parar a l’atmosfera:

Per coure uns ous necessitem 1.700 kJ. Calcula quina massa de butà(C4H10) s’haurà de fer servir en aquesta operació si per cada mol de butàque es crema es desprenen 2.878 kJ i en cuinar s’aprofita el 60% del’energia.

1. Tal com hem fet en l’exercici anterior, escrivim l’equació químicade la reacció i l’ajustem. També cal tenir en compte l’energia quees desprèn.


C4H10 + 13—2

O2 → 4 CO2 + 5 H2O + Energía

1 mol dediòxid de butà

reaccionaamb

13/2 molsd’oxigen

idonen

4 mols dediòxid de carboni

i 5 molsd’aigua

i 2.878 kJ

1.700 kJ

17.

216 mol de C H4 mol de CO

1 mol de C H864 mol de4 10

2

4 10

⋅ = CCO2

→ 216 mol de C H2.878 kJ

1 mol de C HkJ4 10

4 10

⋅ = ⋅622 103

→ 12 5 103, ⋅ ⋅ =g de C H1mol de C H

58 g de C H2164 10

4 10

4 10

mmol de C H4 10 →

M ( )C H 58 g/mol4 10 = ⋅ + ⋅ =4 12 10 1 →

C4H10 + 13—2

O2 → 4 CO2 + 5 H2O + Energía

1 mol de butà

reaccionaamb

13/2 molsd’oxigen

idonen


i 5 molsd’aigua

i 2.878 kJ

12,5 kg

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 212

213

SOLUCIONARI

3. Tenint en compte l’eficiència del procés, calculem la quantitatd’energia que hem d’obtenir amb la combustió del butà:

4. L’estequiometria ens permet obtenir la quantitat de butà,expressada en mols, que es necessita. Finalment, en calculeml’equivalent en grams:

Si en cremar un mol de metà es desprenen 212,8 kJ. Quina quantitat de calor es desprèn en cremar 1 kg de metà? Quin volum d’oxigen es necessita mesurat en condicions normals?

Escrivim l’equació química i l’ajustem:

CH4 (g) + 2 O2(g) → CO2 (g) +2 H2O (g)

1.000 g 1 mol 212,8 kJ1 kg metà · ———— · ——— · ————— = 13.300 kJ1 kg 16 g 1 mol

es desprenen 13.300 kJ d’energia en forma de calor

1.000 g 1 mol 2 mol O2 22, 4 L1 kg metà · —————· ————· ——————· ——————= 2.800 L1 kg 16 g 1 mol 1 mol

es necessiten 2.800 litres d’oxigen.

Ajusta les equacions químiques següents i identifica el tipus de reacció:

a) NaClO3 → NaCl + O2 d) C + O2 → CO2

b) HNO3 + Fe → H2 + Fe(NO3)2 e) Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2Oc) KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + KNO3

a) NaClO3 → NaCl + O2 → Reacció de descomposició.

b) 2 HNO3 + Fe → H2 + Fe(NO3)2 → Reacció de substitució.

c) 2 KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2 KNO3 → Reacció de doble substitució.

d) C(s) + O2 → CO2 → Reacció de combustió o de síntesi.

e) Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O → Reacció de descomposició.

3

2

19.

18.

→ 0,98 mol de C H58 g de C H

1 mol de C H57 g de4 10

4 10

4 10

⋅ = CC H4 10

→ →M ( )C H 58 g/mol4 10 = ⋅ + ⋅ =4 12 10 1

2.833 kJ1mol de C H

2.878 kJ0,98 mol de C H4 10

4 10⋅ = →

1.700 kJreals100 kJ teòrics

60 kJreals2.833 kJr⋅ = eeals

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 213

214


El salfumant és una dissolució aquosa d’àcid clorhídric, que és un àcidfort; l’equació de la seva ionització és:

HCl (aq) → H+(aq) + Cl– (aq)

Quina és la concentració d’ions Cl– d’una dissolució 0,5 M d’aquest àcid?

Per a cada mol d’àcid que s’ha dissolt, s’obté un mol d’ions clorur; pertant, la concentració d’ions clorur és la mateixa que la de l’àcid, 0,5 M.

Completa i ajusta les següents reaccions de neutralització:

a) HNO3 + KOH →

b) H2SO4 + Al(OH)3 →

c) HCl + Ca(OH)2 →

a) HNO3 + KOH → KNO3 + H2O

b) 3H2SO4 + 2Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + 6H2O

c) 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 +2H2O

Tenim tres solucions A, B i C de pH igual a 2,7 i 12 respectivament.Quina és la concentració d’ions hidroni en cada cas? Indica si són àcides,bàsiques o neutres.

Per definició, el pH és el logaritme en base 10 (canviat de signe) de la concentració d’ions hidrogen.

Si el pH és 2, la concentració d’ions hidrogen és 10-2, per al pH igual a 7 és 10-7, i per al pH igual a 12 és 10-12.

Escriu les reaccions que tenen lloc quan introduïm una làmina de coureen una solució d’ions plata (figura 7.26 del llibre). Indica quin és l’oxidanti quin el reductor.

Cu → Cu2+ + 2 electrons

2 Ag+ + 2 electrons → Ag

L’oxidant és Ag+, ja que aquests ions són els que s’emporten els electrons. El reductor és el Cu, perquè perd electrons i passa a la dissolució en forma d’ions positius.

Ajusta les reaccions següents i determina si són de transferència deprotons o d’electrons. Indica, en cada cas, quina és l’espècie que cedeix protons o electrons i quina és la que els accepta:

a) NaOH + NaHCO3 → Na2CO3 + H2O c) HCl + Al → AlCl3 + H2

b) CO2 + C → CO d) HCl + Be(OH)2 → BeCl2 + H2O

a) NaOH + NaHCO3 → Na2CO3 + H2O → Reacció de transferènciade protons. El NaHCO3 els cedeix i el NaOH els accepta.

24.

23.

22.

21.

20.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 214

215

SOLUCIONARI

b) CO2 + C → 2 CO → Reacció de transferència d’electrons. El C els cedeix i el CO2 els accepta.

c) 3 HCl + Al → AlCl3 + 3/2 H2 → Reacció de transferènciad’electrons. El Al els cedeix i el H+ els accepta.

d) 2 HCl + Be(OH)2 → BeCl2 + 2 H2O → Reacció de transferència de protons. El HCl els cedeix i el Be(OH)2 els accepta.

El Cu reacciona amb una sal de Ag1+ per donar una sal de Cu2+ i Ag. Raona per què l’equació química ajustada d’aquest procés ha de ser:

Cu (s) + 2 Ag1+(aq) → 2 Ag + Cu2+

(aq)

Perquè quan Cu (s) → Cu2+(aq), perd 2e–. Com que cada ió plata tan sols

capta 1 e-, calen dos ions Ag per completar el procés (2 Ag1+(aq) → 2 Ag).

El Zn reacciona amb una sal de Fe3+ i dóna una sal de Fe2+ i una sal de Zn2+. Escriu l’equació química ajustada d’aquest procés.

Zn + 2 Fe3+ → 2 Fe2+ + Zn2+.

El nombre d’electrons que s’intercanvien és 2. Cada àtom de Zndesprèn 2 electrons, que són captats per dos àtoms de Fe3+ per passara 2 àtoms de Fe2.

A una dissolució de nitrat de plata AgNO3 se li afegeix unes gotes d’una dissolució d’àcid clorhídric HCl. Què succeirà? Escriu l’equació de la reacció química que té lloc.

Es formarà un precipitat blanc de clorur de plata: AgNO3 (aq) + HCl (aq) → AgCl (s) + HNO3 (aq)

Escriu les equacions químiques de les següents reaccions de precipitació:

a) El sulfat de plom (II) és un compost insoluble. Escriu l’equació de la reacció que tindrà lloc al mesclar una solució de nitrat de plom (II)amb una de sulfat de sodi.

b) Si afegim una dissolució de cromat de potassi a una dissolució de nitrat de plata, es forma un precipitat de cromat de plata.

a) Pb(NO3)2 + Na2SO4 → 2 NaNO3 + PbSO4

b) 2 Ag NO3 + K2CrO4 → Ag2CrO4 + 2 KNO3

L’hidròxid d’alumini, Al(OH)3, és insoluble en aigua. Explica com podríemidentificar la presència d’ions Al3+ en una solució aquosa, que no contécap més catió.

Afegint una dissolució d’un hidròxid soluble com el NaOH.

Com que a la dissolució problema hi ha presència d’ions Al3+, en afegirl’hidròxid de sodi, es precipitarà l’hidròxid d’alumini.

29.

28.

27.

26.

25.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 215

216


La teoria de les col·lisions diu que per produir una reacció les partícules dels reactius han de xocar. Com ha de ser la topada perquè resulti eficaç?

Cal que tingui prou energia i dugui l’orientació adequada.

Completa el dibuix amb les paraules adequades:

• Reactius • Productes • Estat de transició

• Energia d’activació • Energia de la reacció

• Procés endotèrmic • Procés exotèrmic

Explica d’on procedeix l’energia que es desprèn en els processosexotèrmics.

Té l’origen en el fet que l’energia que es desprèn en els productesquan es formen els nous enllaços és més gran que la que cal pertrencar els enllaços en els reactius.

Tant l’augment de la temperatura dels reactius com la presència d’uncatalitzador positiu redueixen l’energia d’activació d’un procés. Actuen de la mateixa manera?

No. L’increment de temperatura augmenta el nivell energètic delsreactius, i, com a conseqüència, disminueix l’energia d’activació del procés en què els reactius es transformen en productes. El catalitzador positiu rebaixa el nivell energètic de l’estat de transició,i, per consegüent, disminueix l’energia d’activació, tant pel que fareferència al pas del reactius a productes com a l’inrevés.

Què és la velocitat de reacció? En quines unitats es pot mesurar?

És la quantitat de substància que es transforma per unitat de temps.Bé perquè desapareix, en el cas dels reactius, o bé perquè es forma,en el dels productes.

Es pot mesurar en forma de concentració, i les unitats que s’emprensón M/s o (mol/L)/s.

Com és possible que alguns catalitzadors disminueixin la velocitat d’una reacció si no canvien l’energia dels reactius ni dels productes?

35.

34.

33.

32.

Estat de transició

Procés exotèrmic Procés endotèrmic

Estat de transició

Energiad’activació

Energia de reacció

Energia de reacció

Reactius

Productes

Productes

Reactius

Energiad’activació

31.

30.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 216

217

SOLUCIONARI

Perquè rebaixen el nivell energètic de l’estat de transició. En el cas de la catàlisi homogènia, es forma un compost intermedi amb un delsreactius i el catalitzador.

A la catàlisi heterogènia s’estableixen unes forces d’atracció entre el catalitzador i un reactiu que debiliten els enllaços i, per tant,disminueix l’energia d’activació.

Indica quines de les reaccions següents són processos exotèrmics i quinesendotèrmics:

a) La coagulació de les proteïnes que es produeix quan coem un ou.

b) La descomposició del carbonat de calci que es produeix quan s’escalfa.

c) La combustió del butà que es produeix quan hi acostem un llumí encès.

d) La fermentació del vi.

a) Endotèrmic. Cal aplicar-hi calor perquè tingui lloc la coagulació.

b) Endotèrmic. Cal aplicar-hi calor perquè tingui lloc ladescomposició.

c) Exotèrmic. Tot i que cal iniciar-lo amb un llumí. Durant el procés de combustió es desprèn calor.

d) Exotèrmic. El procés també desprèn calor.

Quan el monòxid de carboni gasós s’escalfa es descompon en gas oxigen i carboni, que es diposita en forma de petites partícules de carbonet. Per tal que la reacció esdevingui cal aportar-hi 110 kJ d’energia per cada mol de monòxid de carboni. Dibuixa el diagrama d’avançament de la reacció especificant-hi els enllaços que es trenquen i els que es formen.

Tenint en compte com transcorren les reaccions químiques, dóna raonscientífiques que expliquin aquestes afirmacions:

a) Quan la roba està molt bruta, la rentem en calent.

b) Quan la roba té moltes taques de greix, apliquem detergent directamentsobre les taques i les freguem.

38.

O OC C

O = O

— C — C —

110 kJ

O O

C CReactius

Productes

= =

37.

36.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 217

218


c) Ens podem escalfar amb una foguera, però si no tenim llumins o capaltre mètode per encendre-la, la fusta o el carbó no cremaran.

d) Cuinar dos quilos de carn picada és molt més ràpid que coure dosquilos de carn en un sol tros.

e) Quan fem la compra setmanal, desem els aliments dins la nevera.

a) En escalfar l’aigua, augmentem el nivell energètic dels reactius (el detergent) i la velocitat de la reacció s’incrementa. D’aquestamanera la rentada és més eficaç.

b) El fet d’aplicar el detergent directament sobre la taca pressuposaun increment de la concentració dels reactius en contacte, i aixòaugmenta la velocitat de la reacció.

c) Perquè la reacció s’iniciï cal vèncer l’energia d’activació. I per aixòfem servir els mistos quan volem encendre una foguera. Un cops’ha produït la combustió, com que es tracta d’un procésexotèrmic, aquesta ja duu en ella mateixa l’energia d’activacióperquè se segueixi produint.

d) Quan es rosteix la carn es produeixen reaccions químiques. Si és carn picada, la superfície en contacte és més gran, i això n’incrementa la velocitat de la reacció.

e) Els aliments es descomponen amb el temps perquè s’hi produeixenun conjunt de reaccions químiques. Quan els posem a la neverarebaixem el nivell energètic dels reactius, i d’aquesta maneras’augmenta l’energia d’activació i disminueix la velocitat de la reacció.

En els jaciments metàl·lics, juntament amb els metalls se solen extreurealtres materials com ara roques. Per analitzar el contingut en metall d’unamostra se la fa reaccionar amb un àcid que dissol el metall i desprèn gashidrogen. Per exemple, l’anàlisi que permet determinar la quantitat de zenc en una mostra es basa en la reacció:

Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2

Indica quatre procediments per augmentar la velocitat d’aquest reacció.

Incrementar la concentració del HCl; trossejar el mineral en fragmentspetits; augmentar la temperatura; fer servir un catalitzador positiu.

Explica la diferència entre una reacció química i una equació química. Per què cal ajustar les equacions químiques?

Una reacció química és un procés en què la naturalesa de lessubstàncies que hi participen canvia.

L’equació química és la representació simbòlica d’una equacióquímica en què s’hi indiquen les fórmules dels reactius i dels productes i la proporció en què hi intervenen.

40.

39.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 218

219

SOLUCIONARI

Cal ajustar les equacions químiques per indicar que la matèria es conserva i, per tant, tots els àtoms dels reactius s’han d’indicar en els productes.

Escriu i ajusta les equacions químiques de les reaccions següents:

a) Quan es fa reaccionar coure metall amb àcid sulfúric s’obté sulfat de coure (II), diòxid de sofre i aigua.

b) Dels electròlits del clorur de sodi i aigua s’obtenen els gasos clor i hidrogen, i hidròxid de sodi. (S’entén de l’electrolisi del NaCl i l’aigua).

a) Cu + 2 H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2 H2O

b) 2 NaCl + H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH

Ajusta les reaccions químiques següents i després descriu-les amb una frase:

a) H2S (g) + O2 (g) → H2O (l) + SO2 (g)

b) NaCl (s) + H2O (l) → NaOH (aq) + Cl2 (g) + H2 (g)

c) NaBr (s) + H3PO4 (aq) → Na2HPO4 (aq) + HBr (g)

a) H2S (g) + 3/2 O2 (g) → H2O (l) + SO2 (g)

1 mol de sulfur d’hidrogen reacciona amb 3/2 mols de gas oxigen, i donen 1 mol d’aigua i 1 mol de diòxid de sofre.

b) 2 NaCl (s) + H2O (l ) → NaOH (aq) + Cl2 (g) + H2 (g)

2 mols de clorur de sodi reaccionen amb 1 mol d’aigua, i donen 1 mol d’hidròxid de sodi, un mol de gas clor i 1 mol de gas hidrogen.

c) 2 NaBr (s) + H3PO4 (aq) → Na2HPO4 (aq) + 2 HBr (g)

2 mols de bromur de sodi reaccionen amb 1 mol d’àcid fosfòric, i donen 1 mol d’hidrogenfosfat de sodi i 2 mols de bromurd’hidrogen gasós.

Ajusta les equacions químiques següents i identifica el tipus de reacció:

a) BaBr2 + H3PO4 → Ba3(PO4)2 + HBrb) NH3 + HCl → NH4Clc) 2 H2 + O2 → H2Od) Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2

e) NH3 → N2 + H2

a) 3 BaBr2 + 2 H3PO4 → Ba3(PO4)2 + 6 HBr. Reacció de doblesubstitució.

b) NH3 + HCl → NH4Cl. Reacció de combinació (síntesi).

c) 2 H2 + O2 → 2 H2O. Reacció de combinació.

d) 2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2. Reacció de substitució.

e) 2 NH3 → N2 + 3 H2. Reacció de descomposició.

43.

42.

41.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 219

220


Ajusta les reaccions següents i determina si són de transferència de protons o d’electrons. Indica, en cada cas, quina és l’espècie que cedeix protons o electrons i quina és la que els accepta:

a) C (s) + O2 → CO2

b) HNO3 + Fe → H2 + Fe(NO3)2

c) HCl + NaHCO3 → NaCl + CO2 + H2Od) NH3 + H3PO4 → (NH4)3PO4

a) C (s) + O2 → CO2. Reacció de transferència d’electrons. El C cedeixelectrons i el O2 els capta.

b) 2 HNO3 + Fe → H2 + Fe(NO3)2. Reacció de transferènciad’electrons. El Fe cedeix electrons i el H+ els capta.

c) HCl + NaHCO3 → NaCl + CO2 + H2O. Reacció de transferència de protons. El HCl cedeix protons i el NaHCO3 els capta.

d) 3 NH3 + H3PO4 → (NH4)3PO4. Reacció de transferència de protons.El H3PO4 cedeix protons i el NH3 els capta.

Explica la influència de la temperatura sobre la velocitat d’una reacció.

La temperatura està relacionada amb l’energia mitjana de lespartícules que formen les substàncies.

A més temperatura més partícules amb energies altes, per tant, més partícules que tindran l’energia d’activació suficient perquè elsenllaços siguin eficaços (veure figura 7.9 del llibre) i per tant la reacció anirà més de pressa.

Disposem d’una solució d’àcid clorhídric i una d’hidròxid de sodi.

a) Escriu la dissociació iònica de cada un d’ells.

b) Explica què significa que tots dos són electròlits forts.

c) Explica el que succeeix si mesclem les dues dissolucions.

a) HCl (aq) → H+ (aq) + Cl–

(aq)

NaOH (aq) → Na+ (aq) + OH–

(aq)

b) Vol dir que estan totalment ionitzats.

c) Tindrà lloc una neutralització:

H+ (aq) + OH–

(aq) → H2O

Explica els fets següents:

a) Per combatre l’àcidesa d’estómac, prenem una dissolució de bicarbonatde sodi.

b) Segons la teoria d’Arrhenius, l’amoníac no és una base.

El bicarbonat de sodi és una base que neutralitza l’àcid clorhídric que tenim a l’estómac.

47.

46.

45.

44.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 220

221

SOLUCIONARI

La teoria d’Arrhenius considera bases aquelles substàncies que endissolució aquosa es dissocien formant ions OH–. L’amoníac no téaquests ions a la seva molècula; per tant, no es pot considerar unabase segons aquesta teoria.

Quan es fa reaccionar amoníac amb oxigen s’obté monòxid de nitrogen i aigua.

a) Escriu la reacció que es produeix tenint en compte que totes les substàncies estan en estat gasós.

b) Determina el volum d’oxigen, mesurat en condicions normals, que es necessita perquè reaccioni totalment amb 50 g d’amoníac.

c) Calcula les molècules de monòxid de nitrogen que s’obtindran.

a) 1. Escrivim l’equació química de la reacció i l’ajustem.



4. L’estequiometria de la reacció permet calcular les quantitats de les altres substàncies que hi intervenen:

b)

Tenint en compte que 1 mol de qualsevol gas ocupa 22,4 L, en condicions normals.

Segons l’estequiometria de la reacció, s’obtindrà el mateix nombre de mols de NO que han reaccionat que de NH3:

2,94 mol de NOmolècules

1 mol⋅

⋅=

= ⋅

6 022 10

1 77 1

23,

, 0024 molècules de NO

3,68 mol de O22,4 L

1 mol82,3L de O2 2⋅ =

2,94 mol de NH5/2 mol de O

2 mol de NH3,68 mol de O3

2

3

⋅ = 22

→ 50 g de NH1mol de NH

17 g de NH2,94 mol de NH

3

3

3

3⋅ =

M ( )NH 17 g/mol3 = + ⋅ =14 3 1 →

2 NH3 (g) + 5/2 O2(g) → 2 NO(g) + 3 H2O(g)

2 molsd’amoníac

reaccionenamb

5/2 molsd’oxigen

idonen

2 mols de monòxidde nitrogen

i 3 molsd’aigua

50 g

48.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 221

222


Habitualment, el carboni reacciona amb l’oxigen per donar diòxid de carboni. Però quan no hi ha oxigen suficient, la reacció produeixmonòxid de carboni, un gas verinós que pot produir la mort.a) Escriu la reacció en la qual el carboni es transforma en diòxid

de carboni i en monòxid de carboni.b) Calcula les molècules de monòxid de carboni i de diòxid de carboni

que s’obtindrien si 1 kg de carboni es transformés íntegrament en cadauna d’aquestes substàncies.

c) Calcula la pressió que exerciria el monòxid de carboni que has calculaten l’apartat anterior si la combustió es produís en una habitació de 3 m x 4 m x 2,5 m a una temperatura de 25 °C.





Per a la primera reacció:

Per a la segona reacció:

b) Com que s’obté un nombre igual de mols de CO2 que de CO, hi haurà el mateix nombre de molècules de cadascun d’ells, iexerciran la mateixa pressió en les mateixes condicions. Ara farem el càlcul per a una de les reaccions (CO):

83,33 mol de C1mol de CO

1 mol de C83,33 mol de CO⋅ =

83,33 mol de C1mol de CO

1 mol de C83,33 mol de CO2

2⋅ =

103 g de C1mol de C

12 g de C83,33 mol de C⋅ =

C (s) + 1—2

O2 (g) → CO (g)

1 mol de carboni

reaccionaamb

mold’oxigen

i donen 1 mol de monòxidde carboni

1 kg

C (s) + O2 (g) → CO2 (g)

1 mol de carboni

reaccionaamb

1 mold’oxigen

i donen 1 mol de diòxid de carboni

1 kg

49.

1—2

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 222

223

SOLUCIONARI

c) Com que: P · V = n · R · T →

La gasolina té una composició mitjana d’octà (C8H18) que es cremaamb l’oxigen de l’aire per donar diòxid de carboni i aigua.

a) Escriu l’equació química de la reacció que es produeix.

b) Calcula el volum d’oxigen, en condicions normals, que es necessitaper cremar 1 litre de gasolina de densitat 8,0 g/mL.

c) Calcula el volum de diòxid de carboni que es desprendrà, mesurat en condicions normals.



3. Expressem en mols la quantitat de gasolina equivalent a 1 L.Utilitzem la dada de la densitat:

4. L’estequiometria ens permet calcular els mols d’oxigen que esnecessiten. Com que està en condicions normals, calcularem el volum equivalent. I, d’una manera semblant, podrem saber la quantitat de CO2 que va a parar a l’atmosfera:

b) 7,02 mol de C H25/2 mol de O

1 mol de C H87,7 m8 18

2

8 18

⋅ = ool de O2 →

→ 800 g de C H1mol de C H

114 g de C H7,02 mol8 18

8 18

8 18

⋅ = dde C H8 18

M ( )C H 114 g/mol8 18 = ⋅ + ⋅ =8 12 18 1 →

103 mL de C H0,8 g de C H

1 mL de C H800 g de C8 18

8 18

8 18

8⋅ = HH18

C8H18 + 25/2 O2 → 8 CO2 + 9 H2O

1 mold’octà

reaccionaamb

25/2 molsd’oxigen

idonen

8 mols de diòxidde carboni

i 9 molsd’aigua

1 L, 0,8 g/mL

50.

→ Pn R T

V=

⋅ ⋅=

⋅⋅

⋅⋅ +83,33 mol

atm L

mol K0 082 273 25, ( ) KK

L

atm

( , )

,

3 4 2 5 10

6 8 10

3

2

⋅ ⋅ ⋅=

= ⋅ −

83,33 mol de COmolècules

1 mol⋅

⋅=

= ⋅

6 022 10

5 02

23,

, 11025 molècules de CO

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 223

224


c)

El gas clor s’obté en la indústria per electròlisi d’una dissolució aquosa de clorur de sodi (aigua de mar). La reacció (sense ajustar) és la següent:

NaCl + H2O → NaOH + Cl2 (g) + H2 (g)

a) Quin volum de clor, mesurat en condicions normals, s’obtindrà sis’utilitzen 2,5 kg de clorur de sodi?

b) Quants kg de NaOH s’obtindran?



3. Expressem en mols la quantitat de NaCl:

4. L’estequiometria ens permet calcular els mols de clor ques’obtenen. Com que està en condicions normals, calcularem el volum equivalent:

b)

c) I, d’una manera semblant, calculem la massa de NaOH que s’obté:

42,74 mol de NaCl2 mol de NaOH

2 mol de NaCl42,74 mo⋅ = ll de NaOH

→ 21,37 mol Cl22,4 L

1 mol4,79 10 L Cl2

22⋅ = ⋅

42,74 mol de NaCl1mol de Cl

2 mol de NaCl21,37 mol2⋅ = dde Cl2 →

→ 2 5 103, ⋅ ⋅ =g de NaCl1mol de NaCl

58,5 g de NaCl42,74 mmol de NaCl

M ( ) ,NaCl 58,5 g/mol= + =23 35 5 →

2 NaCl + 2 H2O → 2 NaOH + Cl2 (g) + H2 (g)

2 mols de clorur de sodi

reaccio-nen amb

2 molsd’aigua

idonen

2 molsd’hidròxidde sodi

i 1 mol de clor

i 1 mold’hidrogen

2,5 kg

51.

→ 56,2 mol de CO22,4 L

1 molL de CO2 2⋅ = ⋅1 258 103,


mol de C H56,2 mol8 18

2

8 18

⋅ =1

dde CO2 →

→ 87,7 mol de O22,4 L

1 molL de O

2 2⋅ = ⋅1 97 103,

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 224

225

SOLUCIONARI

El carbur de silici (SiC) és un abrasiu industrial que s’obté fent reaccionardiòxid de silici amb carboni. Com a producte de la reacció s’obté, a més,monòxid de carboni.

a) Escriu l’equació química ajustada de la reacció.

b) Calcula la massa de carboni que ha de reaccionar per produir 25 kg de SiC.

c) Calcula la pressió que exercirà el monòxid de carboni que s’obté si es recull en un recipient de 10 L a 50 °C.



3. Expressem en mols la quantitat de SiC:

4. L’estequiometria ens permet calcular quants mols de carboni hande reaccionar per tal d’obtenir aquesta quantitat de SiC:

Utilitzant la proporció estequiomètrica, calculem els mols de CO ques’obtenen. Les lleis dels gasos ens permetran calcular la pressió que exerceix en aquestes circumstàncies.

P · V = n · R · T →

623,4 mol de SiC2 mol de CO

1 mol de SiC1.247 mol de C⋅ = OO

→ 1.870 mol de C12 g de C

1 mol de Cg de C⋅ = ⋅22 4 103,

623,4 mol de SiC3 mol de C

1 mol de SiC1.870 mol de C⋅ = →

→ 2 5 103, ⋅ ⋅ =g de SiC1mol de SiC

40,1 g de SiC623,4 mol dde SiC

M( ) ,SiC 40,1 g/mol= + =28 1 12 →

SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO

1 mol dediòxid de silici

reaccionaamb

3 mols de carboni

idonen

1 mol decarbur de silici

i 2 mols demonòxid de carboni

25 kg 10L, 50 ºC

52.

→ 42,74 mol de NaOH40 g de NaOH

1 mol de NaOH⋅ =

= ⋅1 71 1, 003 g de NaOH 1,71kg de NaOH=

M( )NaOH 40 g/mol= + + =23 16 1 →

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 225

226


Una roca calcària conté un 70 % de carbonat de calci, substància que, en escalfar-se, desprèn diòxid de carboni i òxid de calci. Determina el volum de diòxid de carboni, mesurat en condicions normals, que esproduirà quan es cremin 25 kg de roca calcària. Quants quilos d’òxid de calci es produiran?



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen.D’entrada, cal determinar la massa de CaCO3 que hi ha en els 25 kg de roca calcària:

4. L’estequiometria de la reacció ens permet calcular les quantitats de les altres substàncies que hi intervenen:

a) El nombre de mols de CO2 que s’obtenen coincideix amb el de mols de CaCO3 que reaccionen. Com que és un gas, en calcularem el volum en condicions normals:

b) El nombre de mols de CaO que s’obtenen coincideix amb el de mols de CaCO3 que reaccionen. La seva massa molar ens permetrà conèixer l’equivalent pel que fa a la massa:

→ 174,8 mol CaO56,1 g de CaO

1 mol de CaO⋅ = g d⋅9 8 103, ee CaO 9,8 kg de CaO=

M( ) ,CaO 56,1 g/mol= + =40 1 16 →

174,8 mol de CO22,4 L

1 molL de CO2 2⋅ = ⋅3 92 103,

→ 17 5 10, ⋅ ⋅ =33

3

3

g de CaCO1mol de CaCO

100,1 g de CaCO

== 174,8 mol de CaCO3

M ( ) ,CaCO 100,1 g/mol3 = + + ⋅ =40 1 12 3 16 →

25 103⋅ ⋅ =g de calcària70 g de CaCO

100 g de calcària3 117 5 103, ⋅ g de CaCO3

CaCO3 + calor → CO2 + CaO

1 mol de carbonatde calci

dóna 1 mol de diòxidde carboni

i 1 mol d’òxid de calci

25 kg, 70 %

53.

→ Pn R T

V=

⋅ ⋅=

⋅⋅

⋅⋅ +1.247 mol

atm L

mol K0 082 273 50, ( ) KK

10 L3.302 atm

=

=

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 226

227

SOLUCIONARI

Per determinar la riquesa en magnesi d’un aliatge s’agafa una mostra de 2,83 g i se la fa reaccionar amb oxigen en unes condicions en les quals només s’obté òxid de magnesi en una quantitat de 3,6 g. Quin serà el percentatge de magnesi a l’aliatge?



3. Expressem en mols la quantitat de MgO que s’obté:

4. L’estequiometria de la reacció ens permet calcular la quantitat de magnesi que ha reaccionat:

Calculem l’equivalent en grams, i obtindrem la quantitat de Mg que hi ha a la mostra. El resultat ens permet calcular el percentatgede magnesi que conté l’aliatge:

El butà (C4H10) crema per acció de l’oxigen i dóna diòxid de carboni i aigua. Quin volum d’aire, a 1 atm de pressió i 25 °C de temperatura, es necessita per reaccionar amb 2,5 kg de butà? Tingues en compte que l’aire té un 20 % en volum d’oxigen.


55.

→ 2,16 g de Mg

2,83 g de mostra76,4% de Mg en l'al⋅ =100 iiatge

0,089 mol de Mg24,3 g de Mg

1 mol de Mg2,16 g de Mg⋅ = →

0,089 mol de MgO1mol de Mg

1 mol de MgO0,089 mol de M⋅ = gg

→ 3,6 g de MgO1mol de MgO

40,3 g de MgOmol d⋅ = ⋅ −8 9 10 2, ee MgO

M( ) ,MgO 40,3 g/mol= + =24 3 16 →

Mg (s) + 1—2

O2 (g) → MgO (s)

1 mol de magnesi reaccionaamb

1/2 mol d’oxigen idonen

1 mol d’òxid de magnesi

2,83 g de mostra 3,6 g

54.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 227

228



3. Expressem en mols la quantitat de butà:

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular els mols d’oxigenque hi intervenen. Com que és un gas, la llei dels gasos ens permet determinar el volum que ocuparan en les condicions del problema:

P · V = n · R · T →

La proporció d’oxigen que hi ha a l’aire ens permet calcular el volumd’aire que cal:

El P4 (g) reacciona amb el Cl2 (g) per donar PCl3 (g). En un recipient de 15 L que conté Cl2 en condicions normals, s’hi introdueixen 20 g de fòsfor i es posen en condicions de reaccionar. Quina és la màximaquantitat de triclorur de fòsfor que es pot obtenir? Determina la pressió que exercirà si es recull en el recipient de 15 L a 50 °C.


56.

6 85 10 34 23 103 3, ,⋅ ⋅ = ⋅L de O100 L d'aire

20 L de OL d2

2

''aire

→ Vn R T

P=

⋅ ⋅=

⋅⋅

⋅⋅ +280 mol

atm L

mol KK

1

0 082 273 25, ( )

aatm

L de O2

=

= ⋅6 85 103,

43,1 mol de C H

132

mol de O

1 mol de C H280 mol4 10

2

4 10

⋅ = dde O2

→ 2 5 103, ⋅ ⋅ =g de C H1mol de C H

58 g de C H43,14 10

4 10

4 10

mmol de C H4 10

M ( )C H 58 g/mol4 10 = ⋅ + ⋅ =4 12 10 1 →

C4H10 + 13—2

O2 → 4 CO2 + 5 H2O

1 mol de butà

reaccionaamb

13/2 molsd’oxigen

idonen

4 mols de diòxidde carboni

i 5 molsd’aigua

2,5 kg 1 atm, 25 ºC

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 228

229

SOLUCIONARI


3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen.Atès que coneixem les quantitats de tots dos reactius, el mésprobable és que un dels dos actuï com a reactiu limitant, i n’hemde determinar quin:

També hem de determinar el reactiu limitant, tot tenint en comptel’estequiometria de la reacció:

Aquesta quantitat és més gran que els 0,67 mols que tenimd’aquesta substància. Per tant, el reactiu limitant és el Cl2.

4. Calculem la quantitat de triclorur de fòsfor que s’obté a partir de la quantitat de reactiu limitant que hi ha. L’estequiometria de la reacció ens permet determinar-la:

La proporció d’oxigen que hi ha a l’aire ens permet calcular el volum d’aire que cal:

Mitjançant les lleis dels gasos, determinarem la pressió queexerceix en les condicions del problema:

P · V = n · R · T →

→ Pn R T

V=

⋅ ⋅=

⋅⋅

⋅⋅ +0,45 mol

atm L

mol KK0 082 273 50, ( )

115 L0,79L de PCl3

=

=

0,67 mol de Cl2 mol de PCl

3 mol de Cl0,45 mol de P2

3

2

⋅ = CCl3

0,16 mol de P3 mol de Cl

12

mol de P

0,96 mol de Cl42

4

2⋅ =

15 L de Cl1mol de Cl

22,4 L de Cl0,67 mol de Cl2

2

2

2⋅ =

→ 20 g de P1mol de P

124 g de P0,16 mol de P4

4

4

4⋅ =

M ( )P 124g

mol4 = ⋅ =4 31 →

1—2

P4 + 3 Cl2 → 2 PCl3 (g)

1/2 mol de fòsfor

reaccionaamb

3 mols de clor

idonen

2 mols de triclorur de fòsfor

20 g 15 L en c.n. 15 L, 50 ºC

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 229

230


Quan el clorur de calci reacciona amb carbonat de sodi, s’obté unprecipitat blanc de carbonat de calci i una altra substància. Si es barregen 20 mL d’una dissolució 5M en Na2CO3 amb 30 mL de dissolució 4 M de CaCl2, calcula la quantitat de precipitat blanc que s’obtindrà.



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen.Com que coneixem les quantitats de tots dos reactius, el mésprobable és que un dels dos actuï com a reactiu limitant, i n’hemde determinar quin:

L’estequiometria de la reacció ens indica que hi intervé el mateixnombre de mols de cadascun dels reactius. Per consegüent, el reactiu limitant és el Na2CO3.

4. El precipitat blanc és el CaCO3. Calculem la quantitat de substànciaque s’obté a partir de la quantitat de reactiu limitant que hi ha.L’estequiometria de la reacció diu que s’obtindrà el mateix nombrede mols que de Na2CO3:

El primer pas en la fabricació de l’àcid nítric consisteix a l’oxidació del’amoníac, procés que representem per mitjà de l’equació (sense ajustar):

NH3 (g) + O2 (g) → NO (g) + H2O (g)

En un recipient, s’hi introdueixen 25 L d’amoníac i 50 L d’oxigenmesurats en condicions normals. Determina els grams de cadascuna de les substàncies que tindrem al final del procés.

58.

→ 0,1 mol de CaCO100,1 g de CaCO

1 mol de CaCO10 g3

3

3

⋅ = dde CaCO3

M ( ) ,CaCO 100,1g

mol3 = + + ⋅ =40 1 12 3 16 →

→ 20 10 3⋅ ⋅ =− L de Na CO5 mol

1 L0,1mol de Na CO2 3 2 3

30 10 3⋅ ⋅ =− L de CaCl4 mol

1 L0,12 mol de CaCl2 2 →

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2 NaCl

1 mol declorur de calci

reaccionaamb

1 mol decarbonat de sodi

idonen

1 mol decarbonat de calci

i 2 mols declorur de sodi

30 mL, 4 M 20 mL, 5 M

57.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 230

231

SOLUCIONARI



3. Expressem en mols les quantitats de les substàncies quereaccionen, i ho farem tenint en compte que són gasos encondicions normals. Com que coneixem les quantitats de tots dosreactius, el més probable és que un dels dos actuï com a reactiulimitant, i n’hem de determinar quin:

Determinem el reactiu limitant tot tenint en compte l’estequiometria de la reacció:

Aquesta quantitat és més petita que els 2,23 mols que tenimd’aquesta substància. Per tant, el reactiu limitant és el NH3.

4. Calculem la quantitat de cada substància que s’obté a partir de laquantitat de reactiu limitant que hi ha. Mitjançant la seva massamolar sabem l’equivalent en g de cadascuna de les substàncies:

a)

b)

→ 1,75 mol de H O18 g de H O

1 mol de H O31,6 g de H O2

2

2

2⋅ =

M ( )H O 18g

mol2 = ⋅ + =2 1 16 →

1,17 mol de NH3 mol de H O

2 mol de NH1,75 mol de H3

2

3

2⋅ = OO

→ 1,17 mol de NO30 g de NO

1 mol de NO35,1 g de NO⋅ =

M ( )NO 30g

mol= + =14 16 →

1,17 mol de NH2 mol de NO

2 mol de NH1,17 mol de NO3

3

⋅ =

1,17 mol de NH5/2 mol de O

2 mol de NH1,46 mol de O3

2

3

⋅ = 22

50 L de O1mol

22,4 L2,23 mol de O2 2⋅ =

25 L de NH1mol

22,4 L1,17 mol de NH3 3⋅ =

2 NH3 (g) + 5—2

O2 (g) → 2 NO (g) + 3 H2O (g)

2 molsd’amoníac

reaccionenamb

5/2 molsd’oxigen

idonen

2 mols demonòxid de nitrogen

i 3 molsd’aigua

25 L, C.N. 50 L, C.N.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:18 Página 231

232


c) Quantitat de O2 que no ha reaccionat:

2,23 mol − 1,46 mol = 0,77 mol

Aleshores:

L’alumini reacciona amb l’àcid sulfúric per donar sulfat d’aluminii hidrogen. Es fan reaccionar 5 g d’alumini amb 40 mL de H2SO4 1,25 M.Quants grams d’hidrogen s’obtindran com a màxim?



3. Com que coneixem les quantitats de tots dos reactius, el mésprobable és que un dels dos actuï com a reactiu limitant, i n’hemde determinar quin:


Aquesta quantitat és més gran que els 0,05 mols que tenimd’aquesta substància. Per tant, el reactiu limitant és el H2SO4.

4. La quantitat màxima d’hidrogen que es pot obtenir és la quepermet la quantitat de reactiu limitant que hi ha.

L’estequiometria determina que s’obtindrà el mateix nombre de mols d’hidrogen que d’àcid sulfúric. A partir, doncs, del’estequiometria i de la massa molar del H n’obtindrem l’equivalenten grams:

0,19 mol de Al3 mol de H SO

2 mol de Al0,28 mol de H2 4

2⋅ = SSO4

40 10 3⋅ ⋅ =− L de H SO1,25 mol

1 L0,05 mol de H SO2 4 2 4

5 g de Al1mol de Al

27 g de Al0,19 mol de Al⋅ =

2Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2 (g)

2 molsd’alumini

reaccionenamb

3 mols d’àcidsulfúric

idonen

1 mol desulfatd’alumini

i 3 molsd’hidrogen

5 g 40 mL, 1,25 M

59.

→ 0,77 mol de O32 g de O

1 mol de O24,6 g de O2

2

2

2⋅ =

M ( )O 32g

mol2 = ⋅ =2 16 →

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 232

233

SOLUCIONARI

Sabem que quan un àcid reacciona amb una base neutralitzen els seusefectes. N’hi haurà prou amb afegir 18 g d’hidròxid de alumini a 200 mLd’una dissolució d’àcid sulfúric 1,5 M per tenir un medi neutre?Determina si, després de la reacció, tindrem un medi àcid o bàsic.



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen.Com que coneixem les quantitats de tots dos reactius, el mésprobable és que un dels dos actuï com a reactiu limitant, i hem de determinar quin:


Aquesta quantitat és més gran que els 0,3 mols que tenimd’aquesta substància. Per tant, el reactiu limitant és el H2SO4. I com que sobra Al(OH)3, aleshores tindrem un medi bàsic.

En la combustió d’1 mol de glucosa s’alliberen 2.540 kJ. La major partdels hidrats de carboni es descomponen donant glucosa. Calcula laquantitat d’energia que es produeix en el nostre cos cada cop quemetabolitzem 10 g de glucosa (aproximadament la quantitat de sucre que hi ha en un sobret).

61.

0 23, mol de Al(OH)3 mol de H SO

2 mol de Al(OH)03

2 4

3

⋅ = ,,345 mol de H SO2 4

200 10 3⋅ ⋅ =− L de H SO1,5 mol

1 L0,3 mol de H SO2 4 2 4

→ 18 g de Al(OH)1mol de Al(OH)

78 g de Al(OH)0,23

3

3

⋅ = 33 mol de Al(OH)3

M [ ] ( )Al(OH) 78g

mol3 = + ⋅ + =27 3 16 1 →

2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 H2O

2 molsd’hidròxidd’alumini

reaccionenamb

3 mols d’àcidsulfúric

idonen

1 mol desulfatd’alumini

i 6 molsd’aigua

18 g 200 mL, 1,5 M

60.

0,05 mol de H2 g de H


2

2

2⋅ =

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 233

234


Fórmula de la glucosa: C6H12O6.

El clor es troba en la naturalesa principalment en forma de clorurs.

Podem obtenir clor al laboratori a partir de la reacció:

4 NaCl + 2 H2SO4 + MnO2 → Na2SO4 + MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

Calcula el volum de gas clor mesurat a 25 °C i a 1atm que s’obté a partird’1kg de sal i el volum d’àcid sulfúric 0,5 M que s’ha necessitat.

1 mol 1 mol de clor1.000 g NaCl · ———— · ——————— = 4,27 mol de clor

58,5 g 4 mol NaCl

Calculem el volum de clor obtingut:

n · R · T 4,27 · 0,082 · 298V = ————— = ————————— = 104,4 litres de clor.

P 1

2 mol H2SO4 1 litre4,27 mol de clor · ——————— · ————— = 17,08 litres d’àcid.

1 mol clor 0,5 mol

Quan el carbonat de bari s’escalfa es desprèn diòxid de carboni i queda un residu d’òxid de bari. Calcula:

a) La quantitat de carbonat que es va escalfar si el diòxid de carboni quees va obtenir, recollit en un recipient de 8 L a la temperatura de 150 °C,exercia una pressió de 2,5 atm.

b) Els grams d’òxid de bari que es van obtenir.

La reacció que té lloc és:

BaCO3 → BaO + CO2

a) Calculem els mols de diòxid de carboni obtingut:

P · V 2,5 · 8n = ——— = —————— = 0,57 mol

R · T 0,082 · 423

1 mol BaCO3 197 g0,57 mols CO2 · ——————— · ———— = 112,29 g de carbonat

1 mol CO2 1 mol

b) 1mol BaO 153 g0,57 mols CO2 · —————— · ———— = 87,21 g de BaO

1 mol CO2 1 mol

63.

62.

→ 0,056 mol de C H O2540 kJ

1 mol141kJ6 12 6 ⋅ =

10 g de C H O1mol de C H O

180 g de C H O0,06 12 6

6 12 6

6 12 6

⋅ = 556 mol de C H O6 12 6 →

M ( )C H O 180 g/mol6 12 6 = ⋅ + ⋅ + ⋅ =6 12 12 1 6 16

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 234

235

SOLUCIONARI

Es neutralitzen 250 cm3 d’una dissolució d’hidròxid de bari 0,5 M amb àcid sulfúric diluït, el sulfat de bari obtingut és una sal insoluble.

a) Escriu l’equació de la reacció que ha tingut lloc.b) Quina massa de precipitat hem obtingut.

a) Ba(OH)2 (aq) + H2SO4 (aq) → BaSO4 (s) +2 H2O

0,5 mol 1 mol sulfat 233 gb) 250 cm3 · ————— · ——————— · ———— = 29,125 g sulfat

1.000 cm3 1 mol hidròxid 1 mol

En un calorímetre s’han cremat 100 g d’un determinat alcohol.La calor despresa ha escalfat 500 mL d’aigua de 25 °C fins 37 °C. Calcula la calor despresa per l’alcohol.Dada: la calor específica de l’aigua és 4,2 J · g –1 · K–1

a) Q = m · Ce · Δt = 500 g · 4,2 J · g–1 · K–1 · (37 − 25)K = 2, 52 · 104 J

A la industria aoeronàutica s’utilitza un aliatge format per un 85 %d’alumini i un 15 % en massa de magnesi.Una mostra de 2,25 grams d’aquest aliatge es fan reaccionar amb un excés d’àcid clorhídric 2M.Calcula:a) El volum total d’hidrogen obtingut a 25 °C i 1,01 · 105 Pa.b) El volum de la dissolució d’àcid clorhídric que s’ha necessitat.

Les reaccions que tenen lloc són:

Al + 3 HCl → AlCl3 + 3/2 H2

Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2

a)

85 g Al 1 mol 1,5 mol H22,25 g · ————— · ———— · —————— = 0,106 mol 100 g 27 g 1 mol Al

15 g Mg 1 mol 1 mol H22,25 g · ———— · ——— · —————— = 0,0138 mol100 g 24,3 g 1 mol Mg

mols totals d’hidrogen obtingut = 0, 119889 ho aproximem a 0,12.

n· R · T 0,12 · 0,082 · 298V = ———— = —————————— = 2,9 litres

P 1

b) 85 g Al 1 mol 3 mol HCl2,25 g · ———— · ——— · —————— = 0,2125 mol HCl

100 g 27 g 1 mol Al

15 g Mg 1 mol 2 mol HCl2,25 g · ———— · ——— · —————— = 0,276 mol HCl

100 g 24,3 g 1 mol Mg

mols totals de HCl = 0,4885 (ho aproximem a 0,5)

1.000 cm3

0,5 mol HCl · ————— = 250 cm3

2 mol

66.

65.

64.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 235

236


Un tros de ferro de 20 g és exposat a la intempèrie, la seva massaaugmenta 1g degut a l’òxid de ferro (III) format. Calcula la massa de ferroque ha quedat sense oxidar.

La reacció que té lloc és:

2 Fe + 3/2 O2 → Fe2O3

1 mol 2 mol Fe 56 g1g d’òxid · ——— · ————— · ——— = 0,7 g de Fe

160 g 1 mol 1 mol

20 g de ferro − 0,7 g que han reaccionat = 19,3 g.

El coure es pot obtenir a partir de l’òxid de coure CuO, fent-lo reaccionaramb carboni grafit (es forma diòxid de carboni).

a) Escriu l’equació de la reacció corresponent.

b) Explica per què és una reacció de desplaçament i també de reducció.

c) Calcula els grams de coure que podem obtenir a partir de 350 g d’unòxid del 72 % de riquesa.

a) 2 CuO + C → 2 Cu + CO2

És una reacció de desplaçament perquè podem considerar que el carboni ha desplaçat el coure del seu òxid.

És una reacció redox, ja que l’òxid de coure es redueix (perdoxigen) a coure, i el carboni s’oxida a diòxid de carboni.

Des del punt de vista electrònic:

És una reacció redox perquè el Cu2+ passa a coure metàl·lic:

Cu2+ + 2e → Cu

Els ions coure(II) són els oxidants, ja que guanyen electrons i es redueixen a coure.

El carboni perd electrons, i, per tant, és el reductor:

C → C4+ + 4 e

c) Calculem els grams de coure:

72 g 1 mol 1 mol Cu 63,5 g350 g de CuO · ——— · ——— · ————— · ——— = 201,28 g

100 g 79,5 g 1 mol CuO 1 mol

El magnesi s’utilitza per a la fabricació de bengales, ja que la sevacombustió és molt lluminosa.

Una mostra de 4,5 g de magnesi es fan reaccionar amb 5 dm3 d’oxigen a 25 °C i 1,01 · 105 Pa.

Calcula:

a) El reactiu limitant.

b) La massa de l’òxid de magnesi format.

69.

68.

67.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 236

237

SOLUCIONARI

a) La reacció que té lloc:

Mg + O2 → MgO

Calcularem els mols de cada reactiu:

1 mol4,5 g de Mg · ——— = 0,185 mol

24,3 g

P · V 5 · 1n = ——— = —————— = 0,20 mol oxigen

R · T 0,082 · 298

El reactiu limitant és el magnesi.

1 mol d’òxid 40,3 gb) 0,185 mols de Mg · —————— · ———— = 7,45 g d’òxid

1 mol Mg 1 mol

Una certa quantitat de ferro reacciona amb 300 mL d’una solució de sulfat de coure (II) al 15 % en massa i densitat 1,05 g · mL–1. Els productes de la reacció són coure i sulfat de ferro(II).

a) Escriu l’equació química corresponent.

b) Escriu la semireacció de reducció i la d’oxidació.

c) Indica l’espècie oxidant i la reductora.

d) Calcula la massa de ferro que ha reaccionat.

a) Fe + Cu SO4 → Cu + FeSO4

b) Oxidació: Fe → Fe 2+ + 2e

Reducció: Cu2+ + 2e → Cu

c) Oxidant : Cu2+

Reductor : Fe

1,05 g 15 g sulf. 1 mol 1 mol Fe 56 gd) 300 mL · ———— · ————— · ———— · —————— · ——— =

1 mL 100 g 159,5 g 1 mol sulf. 1mol

= 16,58 g de ferro.

Volem neutralitzar 100 cm3 d’una solució d’hidròxid de sodi 0,2 M amb un àcid clorhídric 0,5 M.

a) Calcula el volum d’àcid que necessitarem.

b) Calcula la massa de la sal formada.

c) Indica quin pH tindrà la solució una vegada s’hagi acabat la neutralització.

NaOH + HCl → NaCl + H2O

a) Calculem el volum de l’àcid:

0,2 mol 1 mol d’àcid 1.000 cm3

100 cm3 NaOH · ————— · —————— · ————— = 40 cm3

1.000 cm3 1 mol NaOH 0,5 mol

71.

70.

1–2

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 237

238


0,2 mols 1 mol NaCl 58,5 gb) 100 cm3 NaOH · ————— · —————— · ———— = 1,17 g

1.000 cm3 1 mol NaOH 1 mol

c) El pH de la dissolució serà 7, ja que el clorur de sodi format és unasal neutra.

Calcula el volum d’una dissolució de KOH 0,1 M que es necessita per neutralitzar 50 cm3 d’una solució 0,2 M d’àcid clorhídric.

La reacció és :

KOH + HCl → HCl + H2O

0,2 mol HCl 1 mol KOH 1.000 cm3

50 cm3 · ——————— · —————— · ————— = 100 cm3

1.000 cm3 1 mol HCl 0,1 mol

Calcula la massa d’òxid de calci (CaO) produïda quan es descomponen10,0 kg de carbonat de calci si el rendiment de la reacció és del 85 %.

CaCO3 → CaO + CO2

103g 1 mol 1 mol CaO 56 g 85 g10,0 kg · ——— · ——— · ——————— · ——— ·——— = 4.760 g

1 kg 100 g 1 mol CaCO3 1 mol 100 g

Per determinar l’àcid acètic d’un vinagre (CH3COOH) d’un vinagre,s’introdueixen 25,0 ml de vinagre en un matràs aforat de 250 mL, s’hi afegeix aigua i s’arrassa el contingut. En valorar 25,0 mL d’aquestadissolució, es necessiten 24,0 mL d’hidròxid de sodi 0,1 M.

a) Determina la concentració de l’àcid del vinagre.

b) Explica el procediment i el nom del material utilitzat per portar a termeaquesta valoració.

La reacció que té lloc és :

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

Calculem el nombre de mols d’àcid que han reaccionat:

0,1 mol 1 mol d’àci24,0 mL · ————— · ——————— = 2,4 · 10–3 mol d’àcid

1.000 mL 1 mol NaOH

Aquests mols d’àcid són els que hi ha a 25 mL de la solució queresulta de diluir 10 vegades la solució inicial; per tant:

2,4 · 10–3 mol d’àcid250 mL · —————————— = 2,4 · 10–2 mol

25 mL

2,4 · 10–2 molLa concentració de l’àcid és = ———————— = 0,96 M

25 · 10–3 L

(veure assaig de la pàgina 206 del llibre de text).

S’omple una bureta de 25 cm3 amb la dissolució de l’hidròxid de sodi.Agafem 25 mL de la dissolució diluïda del vinagre, utilitzant una

74.

73.

72.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 238

239

SOLUCIONARI

proveta, o una pipeta de 20 mL i una pipeta graduada de 5 o 10 mL, i l’aboquem en un erlenmeyer de 100 mL.

Hi afegim unes gotes de fenolftaleïna i obrim la clau de la buretadeixant caure l’hidròxid a poc a poc. Anem removent l’erlenmeyer, i just en el moment que, en caure una gota, el color violat de ladissolució no desapareix, tanquem la clau.

Mesurem el volum de l’hidròxid gastat.

A 50 mL d’una solució d’àcid clorhídric 1 M se li afegeixen 100 mL d’una solució de nitrat de plata 0,5 M.Calcula:a) La concentració d’ions clorur que hi ha a la solució de l’àcid.

b) La concentració d’ions plata i ions nitrat que hi ha a la solució de nitratde plata.

c) La massa de clorur de plata que precipitarà.

a) La concentració d’ions clorur és la mateixa que la de l’àcid, ja que per a cada mol d’àcid que es dissol s’obté un mol d’ions Cl–.

HCl → H+ + Cl–

b) La concentració d’ions plata i d’ions nitrat que hi ha a la solució és la mateixa que la del nitrat, ja que per cada mol de nitrat s’obtéun mol d’ions Ag+ i un mol d’ions NO3

1–.

AgNO3 → Ag+ + NO31–

c) Primer de tot haurem de calcular el nombre de mols d’àcid i de nitrat que hi ha inicialment:

1 mol HCl50 mL · —————— = 5 · 10–2 mol de HCl

1.000 mL

0,5 mol AgNO3100 mL · ——————— = 5 · 10–2 mol de AgNO31.000 mL

Tenim, per tant, els mateixos mols d’àcid que de nitrat, i esformaran els mateixos mols de clorur de plata, ja que la reacció és la següent:

AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3

143,5 g5 · 10–2 mol de AgCl · ————— = 7,17 g de AgCl

1 mol

Els hipoclorits s’utilitzen com a desinfectants (lleixiu), i blanquejants de fibres i paper. L’hipoclorit de sodi s’obté fent reaccionar el clor amb hidròxid de sodi. L’equació química corresponent és:

2 NaOH + Cl2 → NaClO + NaCl + H2O

Es fan reaccionar 75 kg d’hidròxid de sodi del 90 % de puresa amb 45 kgde clor gas.

76.

75.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 239

240


Calcula:

a) El reactiu que està en excés i en quina quantitat.

b) La massa de l’hipoclorit obtingut si el rendiment és del 90 %.

a) Passem a mols les quantitats de cada reactiu:

90 g 1 mol75 · 103 g NaOH · ——— · ——— = 1,68 · 103 mol

100 g 40 g

1 mol45 · 103 g clor · ——— = 6,3 · 102 mol

71 g

El reactiu que està en excés és l’hidròxid de sodi, ja que perquèreaccioni tot el clor necessita 1,26 · 103 mols de NaOH:

2 mol NaOH6,3 · 102 mol de clor · ——————— = 1,26 · 103 mol NaOH

1 mol de clor

1,68 · 103 mol − 1,26 · 103 mol = 0,42 mols de NaOH que sobren.

b) 1 mol NaClO 74,5 g 90 g6,3 · 102 mol · ——————— · ——— · ——— = 4,2 · 104g de clor

1 mol de clor 1 mol 100 g

S’obtenen 42 kg d’hipoclorit.

L’aspirina, àcid acetilsalicílic, C9H8O4, s’obté a partir de l’àcid salicílicC7H6O3 i l’anhídrid acètic.

La relació estequiomètrica entre els dos àcids és de 1:1.

Calcula el rendiment de la reacció si a partir de 70 g d’àcid salicílics’obtenen 85 g d’aspirina.

1 mol 1 mol aspirina 180 g70 g d’àcid salicílic · ——— · ——————— · ———————= 91,30 g

138 g 1 mol d’àcid 1 mol aspirina

grams obtingutsrendiment = ———————— · 100 = 93 %

grams teòrics

En un vas de precipitats es posen 5,0 g de pedra calcària, amb uncontingut del 42 % en massa de carbonat de calci, i 50 cm3 d’àcidclorhídric 5 M. La reacció que es produeix condueix a la formació de clorur de calci, diòxid de carboni i aigua.

a) Escriu l’equació de la reacció que es produeix.

b) Indica el reactiu limitant i la quantitat en excés de l’altre reactiu,expressada en mols.

c) Calcula el volum de diòxid de carboni alliberat a 25 ºC i 1 atm.

d) Calcula la concentració molar final de clorur de calci i d’àcid clorhídric,suposant que el volum final de la dissolució és de 50 cm3.

78.

77.

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 240

241

SOLUCIONARI

a) L’ equació de la reacció és:

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

b) Passem les quantitats dels reactius que ens donen a mols:

42 g CaCO3 1 mol5 g calcària · ——————— · ——— = 2,1 · 10–2 mol

100 g calcària 100 g

5 mol HCl50 cm3 · —————— = 2,5 · 10-1 mol de HCl

1.000 cm3

El reactiu limitant és el carbonat, ja que hi ha prou àcid perquèreaccioni totalment.

2 mol HCl2,1 · 10–2 mol CaCO3 · —————— = 4,2 · 10–2 mol HCl

1 mol CaCO3

2,5 · 10–1 mol de HCl - 4,2 · 10–2 mols HCl= 2,12· 10–1 mol de HCl que sobren.

c) 1 mol CO22,1 · 10-2 mol CaCO3 · —————— = 2,1 · 10–2 mol CO21 mol CaCO3

n · R · T 2,1 · 10–2 · 0,082 · 298V = ———— = ———————————— = 0,513 litres.

P 1

2,12· 10–1 molc) Concentració del HCl = ———————— = 4,24 M

5 · 10–2 litres

1 mol CaCl22,1 · 10–2 mol CaCO3 · —————— = 2,1 · 10–2 mol 1 mol CaCO3

2,12· 10–2 molConcentració del CaCl2 = ———————— = 0,42 M

5 · 10–2 litres

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 241

242

7 NOTES

945335 _ 0197-0242.qxd 8/1/09 13:19 Página 242

243

La química orgànica8

En aquesta unitat s’estudia l’estructura, la formulació, les propietats i algunes de les reaccions dels compostos del carboni.

Es parteix de la diferenciació històrica entre química inorgànica i químicaorgànica. S’estudien les característiques estructurals especials de l’àtom de carboni, que expliquen la gran varietat del seus compostos.

La possibilitat del carboni de formar llargues cadenes mitjançant enllaçossimples de gran estabilitat, o enllaços dobles o triples amb altres àtoms de carboni, o en menor mesura amb àtoms d’elements diferents, fa que hihagi un nombre elevadíssim de compostos, amb propietats molt diverses.

L’objectiu que pretén aquesta unitat és que l’alumnat valori la importànciade la química orgànica.

Com a recurs imprescindible per conèixer els compostos que aquesta part de la química abasta, emprendrem l’estudi sistemàtic de la sevaformulació, donant una rellevància especial a la detecció dels grupsfuncionals implicats en els compostos i la seva relació amb les propietatsque presenten.

És molt interessant que l’alumnat s’adoni de la gran quantitat de compostosque hi ha a l’entorn del carboni i de la seva importància.

PRESENTACIÓ

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 243

244

8 La química orgànica

• Formulació i nomenclatura bàsica.

• Característiques estructurals dels esquelets carbonats.

• Concepte de sèrie homòloga.

• Grups funcionals que hi ha en els hidrocarburs.

• Grups funcionals que hi ha en els compostos oxigenats i nitrogenats.

• Formulació de compostos amb un o més grups funcionals.

• Identificació dels diferents tipus d’isomeria.

• Relació entre les propietats físiques i químiques i l’estructura dels compostos del carboni.

• Ús de fórmules, models moleculars i simulacions informàtiques per a la representació de molècules orgàniques.

• Identificació de reaccions químiques senzilles i freqüents en els compostos orgànics.

CONTINGUTS

• Reconèixer la importància que té la química orgànica, per la quantitat de productes que comprèn i la seva rellevància.

• Estudiar les característiques de l’àtom de carboni que justifiquen la gran quantitat de compostos que forma.

• Identificar els principals grups funcionals que sorgeixen en els compostos orgànics.

• Aprendre a formular i a anomenar compostos orgànics d’una manera sistemàtica.

• Associar les característiques fisicoquímiques d’un compost als grupsfuncionals que conté.

• Comprendre el fenomen de la isomeria i la seva rellevància en els compostos orgànics.

• Conèixer algunes reaccions orgàniques senzilles.

• Utilitzar les reaccions de combustió com a tècnica d’anàlisi per conèixer la fórmula d’un compost orgànic.

OBJECTIUS

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 244

245

PROGRAMACIÓN DE AULA

1. Reconèixer la cadena principal i els radicals d’un compost orgànic.

2. Identificar els grups funcionals que hi ha en un compost orgànic.

3. Formular i anomenar compostos amb un grup funcional, seguint les normes de la IUPAC.

4. Formular i anomenar compostos senzills amb més d’un grup funcional, seguint les normes de la IUPAC.

5. Reconèixer relacions concretes d’isomeria entre compostos orgànics.

6. Completar reaccions orgàniques senzilles.

7. Obtenir la fórmula d’un compost orgànic utilitzant dades analítiques derivades de la seva reacció de combustió.


• Competència en indagació i experimentació, que implica la capacitat de fer-se preguntes i portar a terme investigacions per obtenir respostes.

• Comprensió de la naturalesa de la ciència, que implica la distincióentre ciència i altres formes de coneixement per a l’elaboració demodels, i per a l’ús de mètodes empírics i d’arguments lògics percontrastar les hipòtesis i validar els models i les teories proposades.

El coneixement científic és susceptible de ser revisat i modificat si es troben evidències que no encaixen en les teories vigents.

• Competència en la comprensió i capacitat d’actuar, que implicaapropiar-se dels conceptes, models i principis fonamentals de la química per tal d’interpretar el món fisicoquímic.


• L’ús del llenguatge per comunicar per escrit i oralment laconstrucció i compartició del coneixement químic. La lecturacomprensiva de textos i la recerca d’informació impliquen una connexió necessària amb les llengües.

• En aquesta unitat s’estableixen connexions amb la biologia: químicadels compostos orgànics (alcohols, aldehids, àcids carboxílics,èsters, amides), isomeria (estereoisomeria i activitat òptica).

CONNEXIÓ AMB ALTRES MATÈRIES

• Competència comunicativa, que implica saber descriure fets,explicar-los i argumentar-los.

Promoure discussions sobre les evidències experimentals, la idoneïtat dels models proposats per interpretar els fets químics i la lectura i interpretació de textos i il·lustracions.


945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 245

246


Observa la informació de la taula de la pàgina 223 i escriu les fórmulessemidesenvolupada i molecular de les substàncies següents: butanol, àcid etanoic, metilamina, ciclopentanol.

L’oxigen és l’element químic més abundant a la Terra. Tenint en comptela constitució dels seus àtoms, explica per què el nombre de compostosd’oxigen és molt més petit que el nombre de compostos de carboni.

L’àtom de O té 6 electrons al seu nivell de valència, i això vol dir quenomés pot formar dos enllaços covalents. Únicament podrà formarcadenes lineals i, si forma un enllaç doble, tan sols es pot unir amb un altre àtom.

El C té 4 electrons al seu nivell de valència, i això li permet formarquatre enllaços covalents que poden ser simples, dobles o bé triples.En cada cas pot formar cadenes, fins i tot subdividides.

Formula els hidrocarburs següents:

a) 3,4-dimetiloctàb) 4-etil-3,3-dimetilhexàc) 2,4,4-trimetil-2-pentèd) 4-butil-1,2,5-octatriè

3.

2.

1.

Butanol Àcid etanoic

Fórmuladesenvo-lupada

Fórmulamolecular

C4H10O C2H4O2

H−C−C−C−C−H

H

H−

−

H

H−

−

H

H−

−

H

H

HH

HH

O

OC

CO

−

=

−

Metilamina Ciclopentanol

Fórmuladesenvo-lupada

Fórmulamolecular

CH5N C5H10O

H

HHH H

HCC C

CC

H

HHH

H

H

O

H

C

H

H

N

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 246

247

SOLUCIONARI

a) CH3−CH2−CH−CH−CH2−CH2−CH2−CH3

CH3 CH3

CH3

b) CH3−CH2−C − CH−CH2−CH3

CH3 CH2−CH3

CH3

c) CH3−C=CH−C−CH3

CH3 CH3

d) CH2=C=CH−CH−CH=CH−CH2−CH3

CH2−CH2−CH2−CH3

La fórmula del benzè és C6H6. Escriu i anomena un hidrocarbur de cadena lineal que sigui compatible amb la fórmula molecular del benzè.

CH�C−C�C−CH2−CH3 → 1,3-hexadií

CH2=CH−C�C−CH=CH2 → 1,5-hexadien-3-í

Anomena els hidrocarburs següents:

a)

b) CH2=CH−CH3

c) CH3−C C−C C−C C−CH3

a) 1,3-ciclohexadiè.

b) Propè.

c) 2,4,6-octatrií


a) Isopropilbenzè. b) 2-Metilnaftalè.c) 2-metil-1,3-ciclopentadiè o 2-metilciclopentadiè.

6.

−−−−−−−−−

5.

4.

3

2 5

4

1 6

1 2 3 4 5 6 7 8

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 247

248


a) c)

b)


a) c)

b)

a) 5-metil-1,3-ciclopentadiè o 5-metilciclopentadiè.

b) 3,4-dimetil-1-pentè. c) Ciclobutilbenzè.

Formula:

a) Ciclopentanona. d) 1,2,3-propantriol (glicerol).b) 2-clorofenol. e) Propanoat de metil.c) Àcid propandioic. f) Butandiona.

a) b)

c) d)

e) f)

8.

7.

H3C

H3C

CH3

O

CH3

CH3

CH

H2C CH

H3C CH3

CH

CH

CH3

=

O

=

O

=

O

=

HOOC−CH2−COOH HO−CH2−CH−CH2−OH

H3C−CH2−C−O−CH3 H3C−C−C−CH3

Cl

OH

OH

−

−

−

2-metilnaftalè

1 2 3

45

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 248

249

SOLUCIONARI

Anomena:

a) HOOC−C6H5 b) HOOC−COOH c) CH3−CHO

a) Àcid benzoic. b) Àcid etandioic o àcid oxàlic.c) Etanal o acetaldehid.

Anomena:

a) CH3−COO−CH3 c) CH3−CH(CH3)−O−C6H5

b) CH3−CBrOH−CH3 d)

a) Etanoat de metil o acetat de metil. c) Fenil isopropil èter.

b) 2-bromo-2-propanol. d) Ciclobutanona.


a) N-Butilbutanamida. c) N-metil-N-propilamina.b) Butannitril. d) N-metilformamida.

a) CH3−CH2−CH2−CO−NH−CH2−CH2−CH2−CH3

b) CH3−CH2−CH2−CN

c) CH3−CH2−CH2−NH−CH3

d) HCO−NH−CH3


a) CH3CH2CN c) C6H5−NH2

b) d) CH3NHCOCH2−CH3

a) Propannitril. c) Anilina

b) Ciclobutilamina. d) N-metilpropanamida.

Indica quins d’aquests isòmers poden presentar activitat òptica:

a) Àcid metanoic. c) 3-metilbutannitril.b) 2-cloropropanal. d) 3-metil-2-pentè.

Les substàncies que tenen un carboni asimètric presenten activitatòptica:

a) HCOOH c)

b) CHO−CHCl−CH3 d)

Òpticament actiu.

El carboni 2 és asimètric

13.

12.

11.

10.

9.

O−−

H3C−CH−CH2−C�N

H3C−CH=C−CH2−CH3

−

−

CH3

CH3

NH2

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 249

250


Escriu i anomena tres isòmers estructurals del 3-hidroxibutanal.

2-hidroxi-2-metilpropanal. Àcid butanoic. 1,2-ciclobutadiol.

Formula les substàncies següents i assigna’ls el punt d’ebullició més adequat:

Tenint en compte que els greixos són èsters, explica per què no esdissolen en aigua i sí que ho fan en gasolina (octà).

Les molècules d’aigua presenten enllaços de H entre si, ja que lafórmula H−O−H permet que es formin dos enllaços d’aquests tipus per molècula.

Els èsters són molècules molt menys polars, que no poden formarenllaços de H, donat que no hi ha cap enllaç −O−H entre ells.

Ara bé, la gasolina és un hidrocarbur i, per tant, la seva molècula és apolar.Els greixos, poc polars, es dissolen més bé en gasolina, una substànciaapolar, que no pas en aigua, una substància polar que forma enllaços de H.

La parafina és un hidrocarbur de massa molar elevada. És sòlida a temperatura ambient i es fa servir per fabricar espelmes. De vegades, es deixen petites espelmes encesessobre un recipient amb aigua; això no es podria fer si el recipient continguésgasolina. Deixant de banda l’olor quefan, indica dues raons per les quals no es poden deixar espelmes encesesen un recipient amb gasolina.

La parafina és apolar i no es dissol en aigua. Per això les espelmes esmantenen flotant damunt l’aigua.

17.

16.

15.

14.

CH3−CH2−CH2−COOH

Compost Fórmula Punt d’ebullició (ºC)

Propà CH3−CH2−CH3 −48

Propanal CH3−CH2−CHO 48

1-propanol CH3−CH2−CH2OH 98

Etil metil èter CH3−CH2−O−CH3 11

OHHOCH3

OH

H3C−C−CH

O

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 250

251

SOLUCIONARI

La parafina, però, sí que és dissol en la gasolina. I per aquest motiu, no s’hi poden mantenir espelmes enceses. A més, la gasolinaés inflamable i, per tant, no es pot encendre cap flama a prop seu.L’aigua no crema, i per això poden haver-hi espelmes enceses damunt seu.

Completa les reaccions següents i digues quines substàncies hi intervenen:

Completa les reaccions d’hidròlisi següents i digues quines substàncies hi intervenen.

19.

18.

a)

+ HCl →

1-metilciclobutè + clorur d’hidrogen

1-cloro-1-metilciclobutà

b) CH2=CH−C�CH + H2 →CH3−CH2−CH2−CH3

1-butèn-3-í + hidrogen butà

c)

+ HCOOH → + H2O

fenol + àcid fòrmic formiat de fenil + aigua

d) CH2=CH−C�CH + O2 → CO2 + H2O

1-butèn-3-í + hidrogen diòxid de carboni + aigua

OH

CH3

a) CH3−COO−CH2−CH3 + H2O → CH3−COOH + CH3−CH2OH

etanoat d’etil + aigua àcid etanoic + etanol

b) + H2O →

ciclobutil ciclopentil èter + aigua ciclopentanol + ciclobutanol

c) CH3−O−CH−(CH3)2 + H2O → CH3−OH + HO−CH−(CH3)2

isopropil metil èter + aigua metanol + 2-propanol

d) NH2−CO−CH3 + H2O → NH3 + HOOC-CH3

etanamida + aigua amoníac + àcid etanoic

O

+

O−CH

O

OHOH

Cl

CH3

=

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 251

252


Explica si és correcta l’expressió: La química orgànica és la química dels compostos de carboni.

No ben bé. Alguns compostos de carboni, com ara els òxids i els carbonats, formen part de la química inorgànica.

Raona si les oracions següents són correctes:

a) El carboni és l’element químic més abundant a la Terra.

b) El carboni és l’element químic que forma més compostos a la Terra.

c) El carboni és l’element químic que es combina amb el nombre més alt d’elements químics diferents.

a) Incorrecte. L’oxigen és l’element químic més abundant a la Terra.

b) Correcte.

c) Incorrecte. El O i el H es combinen amb més elements químics diferents que no pas el C.

Escriu la fórmula molecular del metà, l’età, el butà i el pentà.A partir d’elles, escriu la fórmula molecular general per a un hidrocarbur lineal de n àtoms de carboni: CnH…

Escriu la fórmula molecular del ciclobutà, ciclopentà i ciclohexà. A partir d’elles, escriu la fórmula molecular general d’un hidrocarbur cíclic de n àtoms de carboni: CnH…

23.

22.

21.

20.

Metà Età Butà Pentà Hidrocarburgeneral

CH4 C2H6 C4H10 C5H12 CnH2n+2

Ciclobutà Ciclopentà Ciclohexà Hidrocarbur cíclic general

C4H8 C5H10 C6H12 CnH2n

H H H H

H HH H

HHH H

H HHH

HH

HH

HHHH

H H

H H

H HC C

C C C C

CC C

C C

CCC

C

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 252

253

SOLUCIONARI

Escriu la fórmula molecular de l’etè, 2-butè i 1-pentè. A partir d’elles,escriu la fórmula molecular general per un hidrocarbur lineal de n àtomsde carboni: CnH… Quina seria la fórmula molecular general si tingués dosenllaços dobles?

Escriu la fórmula molecular de l’etí, 2-butí i 1-pentí. A partir d’elles,escriu la fórmula molecular general d’un hidrocarbur lineal de n àtoms decarboni: CnH… Quina seria la fórmula molecular general si tingués dos enllaços triples?

Tenim un hidrocarbur amb la fórmula molecular C5H8. Escriu la fórmula i el nom de tres hidrocarburs no ramificats que siguin compatibles amb ella.

• CH�C−CH2−CH2−CH3 → 1-pentí

• CH2=CH−CH2−CH=CH2 → 1,4-pentadiè

• → ciclopentè

El nom dels compostos següents té algun error. Identifica’l i corregeix-lo:

a) 3-ciclopentè. d) Metí.b) Cicloetà. e) 2-metilpropí.c) 3-butè.

a) Error. Si només té un enllaç doble, estarà a la posició 1. Corregit: ciclopentè.

b) Error. Un cicle ha de tenir, com a mínim, 3 àtoms de C. Corregit: ciclopropà.

27.

26.

25.

24.

Etè 2-butè 1-pentèHC 1

enllaç doblegeneral

HC 2 enllaçosdobles general

CH2=CH2

C2H4

CH3−CH=CH−CH3

C4H8

CH2=CH−CH2−CH2−CH3

C5H10 CnH2n CnH2n-2

Etí 2-butí 1-pentíHC 1

enllaç triplegeneral

HC 2 enllaçostriplesgeneral

CH�CH

C2H2

CH3−C�C−CH3

C4H6

CH�C−CH2−CH2−CH3

C5H8 CnH2n-2 CnH2n-6

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 253

254


c) Error. La cadena es comença a numerar per l’extrem més proper al grup funcional doble enllaç. Corregit: 1-butè.

d) Error. L’enllaç triple ha d’estar entre 2 àtoms de C. El prefix met- indica un àtom únic de C. Corregit: etí.

e) Error. Un C sol, només pot formar 4 àtoms covalents. Amb aquesta fórmula, el C 2 hauria de formar 5 enllaços. Corregit: metilpropè.

Formula:

a) 3-cloro-1-butanol. d) Paradifenol.b) Acetat de propil. e) Butil fenil èter.c) Propandial.

a) CH3−CHCl−CH2−CH2OH

b) CH3−COO−CH2−CH2−CH3

c) OHC−CH2−CHO

d)

e)

A tots aquests noms hi ha errors. Corregeix-los:

a) Etanona. c) Propanoat de metanol.b) Àcid ciclopropanoic. d) Età metà èter.

a) Incorrecte. Les cetones tenen a la cadena un grup carbonil en posició no terminal. La més petita és la de 3 C. Corregit: propanona.

b) Incorrecte. El grup àcid està sobre un carboni terminal d’un hidrocarbur obert. Corregit: àcid propanoic.

c) Incorrecte. Error en el nom del radical. Corregit: propanoat de metil.

d) Incorrecte. Error en el nom dels radicals. Corregit: etil metil èter.

29.

28.

OH

HO

O−CH2−CH2−CH2−CH3

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 254

255

SOLUCIONARI

Escriu els grups funcionals dels compostos orgànics oxigenats.

Vegeu els grups funcionals a les pàgines 229 i 230 del llibre de text.

Formula el 2-pentanol. Formula un compost de la mateixa sèrie homòloga.Formula un compost de la mateixa família que ell, però que no pertanyi ala seva sèrie homòloga.

Escriu la fórmula molecular dels alcohols següents: metanol, etanol, 2-propanol, 3-pentanol. Escriu la fórmula general dels compostos quetenen un grup alcohol a la seva molècula CnHxO.

Escriu la fórmula molecular dels aldehids següents: metanal, etanal,propanal, pentanal. Escriu la fórmula general dels compostos que tenenun grup aldehid a la seva molècula CnHxO.

Escriu la fórmula molecular de les cetones següents: propanona,butanona, pentanona. Escriu la fórmula general dels compostos que tenenun grup cetona a la seva molècula CnHxO.

34.

33.

32.

31.

30.

2-pentanol La mateixa sèriehomòloga

Família idèntica, sèriehomòloga diferent

CH3−CHOH−CH2−CH2−CH3 CH3−CHOH−CH3

2-propanolCH3−CHOH−CH=CH2

3-butèn-2-ol

Metanol Etanol 2-propanol 3-pentanol Alcohol general

CH3OH CH3−CH2OH CH3−CHOH−CH3 CH3−CH2−CHOH−CH2−CH3

CH4O C2H6O C3H8O C5H12O CnH2n+2O

Metanal Etanal Propanal Pentanal Aldehid,general

H-CHO CH3-CHO CH3-CH2-CHO CH3-CH2-CH2-CH2-CHO

CH2O C2H4O C3H6O C5H10O CnH2nO

Propanona Butanona Pentanona Cetona general

CH3−CO−CH3 CH3−CO−CH2−CH3 CH3−CO−CH2−CH2−CH3

C3H6O C4H8O C5H10O CnH2nO

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 255

256



a) Etilfenilamina. c) Propannitril.b) Propanamida. d) Ciclobutilamina.

a) CH3−CH2−NH−C6H5 c) CH3−CH2−CN

b) CH3−CH2−CO−NH2 d)


a) CH3−CH2−NH−CH3 c) C6H5−NH−CHOb) CH3CN d)

a) Etilmetilamina. c) N-fenilformamida.

b) Etannitril. d) N-etil-N-isobutilamina.


a) b)

c) C6H5−CH2−CHO

a) 3-hidroxiciclopentanona.

b) 2-amino-3,3-dimetilbutanal.

c) 2-feniletanal o feniletanal.


a) 4-bromo-2-ciclobutenamina.

b) Àcid 3-amino-4-oxobutanoic.

c) 1-metoxi-2-butanona.

38.

37.

36.

35.

H3C−CH−CH2−NH−CH2−CH3

CH3

−

b) CHO−CHNH2−CH2−COOHBr

NH2

a)

c)

NH2−CH−−C−CH3

OCH CH3

− −−

CH3

OH

O

NH2

− −

O

H3C−O−CH2−C−CH2−CH3

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 256

257

SOLUCIONARI


a) Àcid 2-cianobutanoic. c) 3-hidroxipropannitril.b) Etoxipropanona.

a) b)

c) CH2OH−CH2−CN


a) Àcid 3-fenilpropanoic. c) 3-amino-4-ciclopentenona.b) 2-amino-5-metoxiciclohexanona.

a) C6H5−CH2−CH2−COOH

b) c)

Les fórmules següents contenen un error. Detecta’l i corregeix-lo.

a) 2-ciano propà-1-ol. c) 3,3-dibromo-2-buten-2-ona.b) Àcid 2-etilpropanoic.

41.

40.

39.

Error Corregit

a) 2-ciano propà-1-ol.

El grup nitril és prioritaridavant l’alcohol.

3-hidroxi-2-metilpropannitril

b) Àcid 2-etil-propanoic.

La cadena principal és la més llarga queconté el grup funcionalmés important.

Àcid 2-metilbutanoic

c) 3,3-dibromo-2-butèn-2-ona.

Cada àtom de C potformar 4 enllaçoscovalents. En aquestafórmula, el C 3 enformaria 5.

3-bromo-3-butèn-2-ona

CH3−CH2−CH−C−OH H3C−CH2−O−CH2−C−CH3

CN

O O

−

= =

= =

−

− −O−CH3

O O

H2N

NH2

H3C−CH−CH2−OH

H3C−CH−C−OH

H3C−C−C=CH2

H2C−CH3

CN

Br

O

−

−−

=

O=

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 257

258


Identifica els grups funcionals dels compostos següents i anomena’ls.

a) d)

3-amino-5-ciclohexenona. Acetat d’etil.

b) e)

2-amino-3-ciclohexenona. 2- bromoetanamina.

c) f)

Propionat de metil o propanoat de metil.

42.

c) CH2OH−CH2NH2

d) CH3−COO−CH2−CH3

e) CH2Br−CH2NH2

f) CH3−OCO−CH2−CH3

H2N O

H2N

O

a)

b)

H2N

O

O

OHO−CH2−CH2−NH2

H3C−O−C−CH2−CH3

Br−CH2−CH2−NH2

H3C−C−O−−CH2−−CH3

NH2

O

oxo

oxo

èster

èster 2-aminoetanol

halogen amino

aminoalcohol

enllaç doble

enllaç doble

amino

amino

==

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 258

259

SOLUCIONARI

a) CH3−O−CH2−CH3 d) CH3−CH2−COOH

b) CH3−CH=CH−CH2OH e) CH3−OCO−CH3

f) CH3−CH2−CH2−CHO

g) CH3−CO−CH2−CH3

h) CH3−CH2−CH2OHOH

c)

Identifica els grups funcionals del compostos següents i digues quins sónisòmers de funció:

a) Grup èter. e) Grup èster.

b) Grup alcohol i un enllaç doble. f) Grup aldehid.

c) Grup alcohol. g) Grup cetona.

d) Grup àcid carboxílic. h) Grup alcohol.

Són isòmers de funció a) i h).

Són isòmers de funció b), c), f) i g).

Són isòmers de funció d) i e).

Identifica els grups funcionals que són presents en aquest compost i escriu la fórmula d’un altre que sigui isòmer de funció d’ell i que tingui un únic grup funcional.

CH3O−CH2−CH=CH−CH2OH

4-metoxi-2-butèn-1-ol

Àcid pentanoic

Indica quins d’aquests compostos poden presentar activitat òptica:

a) 1-hidroxipropanona. d) 2-clorociclopentanol.b) 2-pentanol. e) 3-clorociclopentanol.c) 3-aminobutanona.

a) HOCH2−CO−CH3 → No hi ha activitat òptica.

b) CH3−*CHOH−CH2−CH2−CH3 → Òpticament actiu (*C asimètric).

c) CH3−CO−*CH(NH2)−CH3 → Òpticament actiu (*C asimètric).

45.

44.

43.

H3C−O−CH2−CH=CH−CH2−OH

H3C−CH2−CH2−CH2−C−OH

=O

èter alcohol

àcid

enllaç doble

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 259

260


d) → Òpticament actiu (té C asimètrics).

e) → Òpticament actiu (té C asimètrics).

Escriu i digues el nom de tres isòmers de cadena del 2-pentè.

• CH3−CH=CH−CH2−CH3 → 2-pentè.

• H3C−C=CH−CH3 → 2-metil-2-butè.

• → Ciclopentà. • → Metilciclobutà.

Formula els compostos següents i indica quins poden presentar isomeriageomètrica.

a) 2-pentè. d) 2-metil-2-butè.b) 3-hexè. e) 3-metil-2-pentè.c) 2-butí.

a) CH3−CH=CH−CH2−CH3

Sí que pot presentar isomeria geomètrica.

b) CH3−CH2−CH=CH−CH2−CH3


c) CH3−C�C−CH3

No hi pot haver isomeria geomètrica per l’enllaç triple.

d) H3C−C=CH−CH3

No pot presentar isomeria geomètrica perquè un dels C de l’enllaç doble té tots dos substituents iguals.

e) H3C−CH=C−CH2−CH3


47.

46.

Cl

Cl

OH

OH

CH3

CH3

CH3

−−

CH3

−

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 260

261

SOLUCIONARI

Escriu i digues el nom de totes les cetones de 5 àtoms de C.

• CH3−CO−CH2−CH2−CH3 → 2-pentanona.

• CH3−CH2−CO−CH2−CH3 → 3-pentanona.

• H3C−HC−C−CH3 → 3-metil-2-butanona.

• → Ciclopentanona.

• → 2-metilciclobutanona.

• → 3-metilciclobutanona.

• → 2,3-dimetilciclopropanona.

• → 2-etilciclopropanona.

• → 1-ciclopropiletanona.

48.

CH3

O

O

O

O

O

C

O

C

CH3

H3C−CH2−HC−CH2

CH3

−=

=

H3C

H3C

H3C

O

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 261

262


Escriu la fórmula d’un compost de 5 àtoms de C que tingui el grup nitril i un enllaç doble i sigui òpticament actiu.

H2C=CH−CH−CN → 2-metil-3-butennitril És òpticament actiuperquè el C 2 ésasimètric.

A partir del ciclopentanol, escriu la fórmula d’un compost de la mateixasèrie homòloga, un altre que pertanyi a la mateixa família però no a la sevasèrie homòloga, i un altre que sigui el seu isòmer estructural.

Completa les reaccions següents i digues quines substàncies hi intervenen:

a) CH2=CH−CH2−CH3 + Br2 → CH2 Br−BrCH−CH2−CH3

1-butè + brom → 1,2-dibromobutà

b) + H2O →

ciclohexè + aigua → ciclohexanol

c) CH3−CHOH−CH3 + CH3OH → H3C−CH−O−CH3 + H2O

2-propanol + metanol → isopropil metil èter + aigua

d) C8H18 + O2 → CO2 + H2O

octà + oxigen → diòxid de carboni + aigua

Escriu una reacció química que et permeti obtenir les substànciessegüents:

a) CH3−CHOH−CH3 c) C6H5NH2

b) ClCH2−CH2Cl d) HCOOH

52.

51.

50.

49.

CiclopentanolLa mateixa

sèriehomòloga

Família idèntica,sèrie homòloga

diferentIsòmer estructural

Ciclobutanol

HOCH2−CH=CH2

2-propèn-1-ol

HOCH2−CH2−CH=CH−CH3

3-pentèn-1-ol

CH3

−

CH3

−

OH OH

OH

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 262

263

SOLUCIONARI

a) CH2=CH−CH3 + H2O → CH3−CHOH−CH3

Propè +aigua→ 2-propanol

b) CH2=CH2 + Cl2 →ClCH2−CH2ClEtè +clor→1,2-dicloroetà

c) C6H5NH−CO−CH3 + H2O →C6H5NH2+CH3−COOH

N-feniletanamida + aigua → anilina + àcid acètic

d) HCOO−CH3 + H2O → HCOOH + CH3OHMetanoat de metil + aigua → àcid fòrmic+ metanol

En cremar 6,53 g d’un hidrocarbur amb un excés d’oxigen s’obtenen 9,8 gd’aigua i es recullen 10,15 L de CO2, mesurats en condicions normals.Determina la fórmula del compost.

Pressuposem que la fórmula del compost és del tipus CxHy. Escrivim l’equació de la seva reacció de combustió. Tot i que no la podem ajustar perquè no sabem la fórmula del compost.

CxHy + O2 → CO2 + H2O6,53 g 10,15 L 9,8 g

En la reacció hi intervé un excés d’aire. Per tant, cal suposar que ha reaccionat tota la mostra del compost orgànic. Així doncs:

• Tot el H del compost s’ha transformat en H2O. Si calculem la quantitat de H que hi ha en 9,8 g de H2O, sabrem la quantitat de H que hi havia a la mostra:

Massa molar de H2O = 2 ⋅ 1 + 16 = 18 g/mol.

• Tot el C del compost s’ha transformat en CO2. Calculant la quantitatde C que hi ha en els 10,15 L de CO2, en condicions normals,sabrem la quantitat de C que hi havia a la mostra:

Massa molar del CO2 = 12 + 2 ⋅ 16= 44 g/mol.

Si a la massa del C hi afegim la del H obtenim, amb moltaaproximació, la massa de la mostra del hidrocarbur. I això ensconfirma que el compost que estem estudiant només està format per C i H.

0,453 mol de CO12 g de C

1 mol de CO5,44 g de C2

2

⋅ =

10,15 L de CO1mol de CO

22,4 L de CO0,453 mols de2

2

2

⋅ = CCO2

9,8 g de H O2 g de H

18 g de H O1,09 g de H2

2

⋅⋅

=1

53.

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 263

264


Els subíndexs que acompanyen el símbol de cada element a la fórmulaindiquen la proporció en què es combinen, expressada en mols. Aracalculem els mols de cada element que representen les quantitats que acabem d’obtenir:

0,453 mols de CO2 → 0,453 mols de C.

I la fórmula del compost és del tipus: C0,453H1,09.

Els subíndexs han de ser nombres sencers simples que mantinguinaquesta proporció. Per obtenir-los, dividim tots els nombres pel més petit:

Hem de multiplicar per un nombre que faci que els dos subíndexs siguin nombres enters. Si ho fem per 5, obtenim la fórmula del compost: C5H12. És un alcà de 5 àtoms de C. No podem precisar el compost exacte perquè pot ser un dels múltiples isòmers del pentà.

La putrescina és un compost de C, H i N que s’origina en els processos de putrefacció de la carn. En cremar una mostra de putrescina de 2,125 g amb un excés d’oxigen es formen 4,25 g de CO2 i 2,608 g de H2O. Obté la fórmula de la putrescina sabent que la seva massa molar és de 88 g/mol.

Pressuposem que la fórmula del compost és del tipus CxHyNz.

Escrivim l’equació de la seva reacció de combustió. Tot i que no la podem ajustar perquè no sabem la fórmula del compost ni l’òxid de nitrogen que s’hi forma.

CxHyNz + O2 → CO2 + H2O + NOz

2,125 g 4,25 g 2,608 g

En la reacció hi intervé un excés d’aire. Per tant, cal suposar que hareaccionat tota la mostra del compost orgànic. Així, doncs:

• Tot el C del compost s’ha transformat en CO2. Si calculem la quantitat de C que hi ha en 4,25 g de CO2 sabrem la quantitat de C que hi havia a la mostra:

Massa molar del CO2 = 12 + 2 ⋅ 16 = 44 g/mol.

4,25 g de CO12 g de C

44 g de CO1,16 g de C2

2

⋅ =

54.

C H C H0,453

0,453

1,09

0,453

1 2,4→

1,09 g de H1mol de H

1 g de H1,09 mol de H⋅ =

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 264

265

SOLUCIONARI

• Tot el H del compost s’ha transformat en H2O. Calculant la quantitatde H que hi ha en 4,5 g de H2O, sabrem la quantitat de H que hi havia a la mostra:

Massa molar del H2O = 2 ⋅ 1 + 16 = 18 g/mol.

• Per la diferència, podrem saber també la quantitat de N que hi ha a la mostra:

2,125 g de compost − (1,16 g de C + 0,29 g de H) == 0,675 g de N

Els subíndexs que acompanyen el símbol de cada element a la fórmula indiquen la proporció en què es combinen, expressada en mols. Ara calculem els mols de cada element que representen les quantitats que acabem d’obtenir:

•

•

•

La fórmula del compost és del tipus C0,097H0,29N0,048. Els subíndexs han de ser nombres sencers simples que mantinguinaquesta proporció. Per trobar-los, dividim tots els nombres pel més petit:

Comprovem si aquesta fórmula molecular és la del compost i, per fer-ho, n’obtenim la massa molar:

M (C2H6N) = 2 ⋅ 12 + 6 ⋅ 1 + 14 = 44 g/mol

Com que no coincideix amb la dada, cal pensar que es tracta de la fórmula empírica del compost.

A la molècula del compost hi haurà n vegades aquesta proporciód’àtoms:

→

→ Fórmula molecular de la putrescina: C4H12N2

n = =88

442

C H N C H N0,097

0,048

0,29

0,048

0,048

0,048

2 6 1→

0,675 g de N1mol de N

14 g de N0,048 mol de N⋅ =

0,29 g de H1mol de H

1 g de H0,29 mol de H⋅ =

1,16 g de C1mol de C

12 g de C0,097 mol de C⋅ =

2,608 g de H O1 2 g de H

18 g de H O0,29 g de H2

2

⋅⋅

=

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 265

266


L’acetilè (C2H2) és un hidrocarbur altament inflamable. Quan cremaassoleix temperatures de fins a 3.000 °C; per això es fa servir com acombustible en bufadors de soldadura. Es pot fer reaccionar amb hidrogenper convertir-lo en età; en aquest procés es desprenen 287 kJ per cadamol d’acetilè. Calcula:

a) El volum d’hidrogen, mesurat en condicions normals, que serànecessari perquè reaccioni amb l’acetilè que hi ha en una bombona de5 L a 7 atm de pressió i 25 °C de temperatura.

b) L’energia que s’alliberarà en aquest procés.



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccioneni, com que l’acetilè és un gas, utilitzem la llei dels gasos:

p · V = n · R · T →

→

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular els mols d’hidrogen que ens calen.

Cal tenir en compte el volum que ocupa 1 mol d’un gasqualsevol en condicions normals:

b) L’estequiometria també ens permet calcular l’energia que es desprèn:

Es fan reaccionar 50 mL d’un àcid acètic comercial, del 96% de riquesa en massa i densitat d’1,06 g/mL, amb un excés d’etanol.Calcula quina quantitat, en grams, s’haurà obtingut d’acetat d’etil,suposant que el procés té un 85 % de rendiment.

56.

1,43 mol de C H287 kJ

1 mol de C H410,4 kJ2 2

2 2

⋅ =

2,86 mol de H22,4 L

1 mol64 L de H2 2⋅ =

1,43 mol de C H2 mol de H

1 mol de C H2,86 mol de H2 2

2

2 2

⋅ = 22

nP V

R T=

⋅⋅

=⋅

⋅

⋅⋅ +

=7 atm 5 L

atm L

mol KK

1

0 082 273 25, ( )

,,43 mol de C H2 2

C2H2 + 2 H2 → C2H6 + 287 kJ

1 mol d’acetilè

reaccionaamb

2 molsd’hidrogen

idonen

1 mold’età

i energia

5 L, 7 atm, 25 ºC

55.

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 266

267

SOLUCIONARI



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies quereaccionen. La densitat de l’etanol permet calcular-ne la massa equivalent, i la riquesa, la quantitat d’àcid exacta que pot reaccionar:

= 50,9 g d’acètic pur

M (acètic) = 2 ⋅ 12 + 4 ⋅ 1 + 2 ⋅ 16 = 60 g/mol →

→

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular els mols d’acetatd’etil que s’obtenen:

1 mol d’àcid acètic → 1 mol d’àcid d’etil. En aquest cas,s’obtindrien 0,85 mols d’acetat d’etil si la reacció tingués un 100 %de rendiment.

Tot i que, d’acord amb les dades, tan sols s’obté el 85 % d’allò queen teoria s’hauria d’obtenir:

= 0,72 mol d’acetat d’etil reals

M (g d’acetat d’etil) = 4 ⋅ 12 + 8 ⋅ 1 + 2 ⋅ 16 == 88 g/mol g d’acetat d’etil →

→

= 63,4 g d’acetat d’etil

0,72 mol d'acetat d'etil88 g d'acetat d'etil

1 mol⋅

dd'acetat d'etil=

85 mol d’acetat d⋅

’’etil reals (acetat d’etil)

100 g/mol d’acetaat d’etil=

0,85 mol d’acetat d’etil teòrics ⋅

50,9 g d'acètic1mol d'acètic

60 g d'acètic0,85 m⋅ = ool d'acètic

53 g d'acètic comercial96 g d'acètic pur

100 g d'ac⋅

èètic comercial50,9=

50 mL d'acètic comercial1,06 g

1 mL53 g d'acètic c⋅ = oomercial

CH3−COOH +CH3−

CH2OH → CH3−COO−CH2−

CH3+ H2O

1 mol d’àcidacètic

reaccionaamb

1 mold’etanol

i donen

1 mol d’acetatd’etil

i 1 mol

d’aigua

50 mL, 96 %riquesa,

d =1,06 g/mL85 %

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 267

268


La majoria dels combustibles que s’utilitzen són hidrocarburs. Es cremen quan reaccionen amb oxigen i produeixen CO2 i H2O. Quan crema 1 mol de gas natural (CH4) es desprenen 800 kJ, i quan crema 1 mol de butà (C4H10), 2.877 kJ. Determina la quantitat d’energia que s’obté i la massa de diòxid de carboni que s’envia a l’atmosfera quan crema 1 kg de cadascun d’aquests dos combustibles.



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen.Pel que fa referència al metà:

M (CH4) = 12 + 4 ⋅ 1 = 16 g/mol →

→

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular els mols de diòxid de carboni i l’energia que van a parar a l’atmosfera:

1 mol CH4 → 1 mol de CO2. En aquest cas, es llencen a l’atmosfera62,5 mols de CO2. Ara calculem la seva massa equivalent:

M (CO2) = 12 + 2 ⋅ 16 = 44 g/mol →

→

= 2,75 kg de CO2

D’una manera semblant, fem els càlculs que corresponen a la combustió d’1 kg de butà:

62,5 mol de CH800 kJ

1 mol de CHkJ4

4

⋅ = ⋅50 103

62,5 mol de CO44 g de CO

1 mol de CO2.750 g de CO2

2

2

2⋅ = = 22

1.000 g de CH1mol de CH

16 g de CH62,5 mol de CH4

4

4

4⋅ =

57.

CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (l ) + Energia

1 mol demetà

2 molsd’oxigen

do-nen

1 mol de diòxid de carboni

2 molsd’aigua

800 kJ

1 kg

C4H10 (g) + 13/2 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 5 H2O (l ) + Energia

1 mol de butà

13/2 molsd’oxigen

donen4 mols dediòxid de carboni

5 molsd’aigua

2.877 kJ

1 kg

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 268

269

SOLUCIONARI

5. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen.Pel que fa referència al butà:

M (C4H10) = 4 ⋅ 12 + 10 ⋅ 1 = 58 g/mol →

→

6. L’estequiometria de la reacció permet calcular els mols de diòxid de carboni i l’energia que van a parar a l’atmosfera.

M (CO2) = 12 + 2 ⋅ 16 = 44 g/mol →

→

= 3,036 kg de CO2

Un cotxe consumeix 6,5 L de gasolina cada 100 km. Suposant que lagasolina és isooctà (C8H8) i que cada vegada que crema 1 mol d’aquestasubstància es desprenen 5.550 kJ, calcula la quantitat d’energia queconsumeix i la massa de CO2 que aboca a l’atmosfera un cotxe quanrecorre 100 km. Dada: densitat de la gasolina = 0,76 g/cm3.



3. Expressem la quantitat en mols de les substàncies que reaccionen. La densitat de la gasolina permet calcular-ne la massa equivalent:

= 4,94 ⋅ 103 g de gasolina

M (C8H18) = 8 ⋅ 12 + 18 ⋅ 1 = 114 g/mol →

→ 4 94 103, ⋅ ⋅ =g de C H1mol de C H

114 g de C H43,8 18

8 18

8 18

333 mol de C H8 18

6 5 103, ⋅ ⋅mL de gasolina0,76 g de gasolina

1 mL de gasoolina=

58.

17,24 mol de C H2.877 kJ

1 mol de C H4 10

4 10

⋅ = ⋅49 6 103, kkJ

69 mol de CO44 g de CO

1 mol de CO3.036 g de CO 32

2

2

2⋅ = =


1 mol de C H69 mol d4 10

2

4 10

⋅ = ee CO2

1.000 g de C H1mol de C H

58 g de C H17,24 mo4 10

4 10

4 10

⋅ = ll de C H4 10

C8H18 (g) + 25/2 O2 (g) → 8 CO2 (g) + 9 H2O (l ) + Energia

1 mol d’isooctà

25/2 molsd’oxigen

do-nen


9 molsd’aigua

5.550 kJ

6,5 L, d = 0,76 g/cm3

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 269

270


4. L’estequiometria de la reacció permet calcular els mols de diòxid de carboni i l’energia que van a parar a l’atmosfera:

M (CO2) = 12 + 2 ⋅ 16 = 44 g/mol →

→

= 15,25 kg de CO2

43,33 mol de C H5.550 kJ

1 mol de C H8 18

8 18

⋅ = ⋅240 5 10, 33 kJ

346,7 mol de CO44 g de CO

1 mol de CO15.250 g de CO2

2

2

⋅ = 22 1=


1 mol de C H346,7 m8 18

2

8 18

⋅ = ool de CO2

945335 _ 0243-0270.qxd 8/1/09 13:14 Página 270

271

Reaccions químiquesd’interès industrial i mediambiental

9

L’objectiu que pretén aquesta unitat és que l’alumnat valori la importànciasocioeconòmica i biològica de la química orgànica. Davant la impossibilitatd’abastar-ne tot el camp, incidirem en l’estudi dels hidrocarburs, des de laseva obtenció fins a les aplicacions industrials en què s’utilitzen.És molt interessant que l’alumnat s’adoni de la gran quantitat de compostosque es formen mitjançant el carboni i de la seva importància, tant des delpunt de vista biològic, com farmacològic i industrial, ja que són la base demolts dels materials nous que fem servir avui dia. El nombre elevat d’aquests compostos, les seves propietats i la reactivitatentre ells donen lloc a materials amb múltiples aplicacions, com el dissenyde nous materials i de fàrmacs, i el desenvolupament i la millora de nouscombustibles. Hem de tenir en compte també la importància dels compostos orgànics enl’estructura dels éssers vius, i, consegüentment, comencem abordantl’estudi de l’estructura de les biomolècules més senzilles: lípids, glúcids iproteïnes.

PRESENTACIÓ

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 271

272

9 Reaccions químiques d’interès ind

• Valoració de la importància actual per a l’economia del petroli i delsproductes que se n’obtenen.

• Identificació dels processos per millorar les gasolines: craqueig,isomerització i reforma.

• Caracterització de les propietats d’un bon combustible per a motorsd’explosió: poder calorífic i índex d’octà.

• Valoració de la contaminació generada pels motors de combustió i mètodes per reduir-la.

• Anàlisi de les alternatives a la gasolina: els biocombustibles.

• Caracterització de macromolècules naturals d’interès biològic.

• Caracterització dels processos de síntesi d’alguns compostosorgànics i, en particular, d’algun medicament.

• Descripció d’alguns mètodes emprats per identificar principis actiusen un fàrmac, com ara cromatografia en capa fina.

• Realització experimental d’una separació de components percromatografia de capa fina.

• Valoració de les repercussions en la societat de la indústriafarmacèutica.

• Relació entre propietats, estructura i aplicacions dels polímers.

• Caracterització de les reaccions de polimerització i identificacióexperimental dels polímers a partir de les seves propietats.

CONTINGUTS

• Reconèixer la importància que té la química orgànica, per laquantitat de productes que comprèn i la seva rellevància.

• Identificar els principals grups funcionals que hi ha en els compostosorgànics.

• Associar les característiques fisicoquímiques d’un compost als grupsfuncionals que conté.

• Comprendre el fenomen de la isomeria i la seva rellevància en elscompostos orgànics.

• Conèixer algunes reaccions orgàniques.

• Utilitzar les reaccions de combustió com a tècnica d’anàlisi perconèixer la fórmula d’un compost orgànic.

• Reflexionar sobre la importància socioeconòmica dels hidrocarburs.

• Estudiar quantitativament i qualitativament els processos que implicala utilització dels hidrocarburs com a font d’energia.

• Reconèixer la composició i l’estructura química d’alguns materialsquotidians, com els polímers i les biomolècules, i relacionar-les ambles seves propietats.

OBJECTIUS

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 272

273


ès industrial i mediambiental

• Competència en indagació i experimentació, que implica la capacitat de fer-sepreguntes i dur a terme investigacions per obtenir respostes.

• Comprensió de la naturalesa de la ciència, que implica la distinció entre ciència i altresformes de coneixement per a l’elaboració de models, i per a l’ús de mètodes empírics i d’arguments lògics per contrastar les hipòtesis i validar els models i les teoriesproposades.

• El coneixement científic és susceptible de ser revisat i modificat si es troben evidènciesque no encaixen en les teories vigents.

• Competència en la comprensió i capacitat d’actuar, que implica apropiar-se delsconceptes, els models i els principis fonamentals de la química per interpretar el mónfisicoquímic.


• L’ús del llenguatge per comunicar per escrit i oralment la construcció i la comparticiódel coneixement químic. La lectura comprensiva de textos i la recerca d’informacióimpliquen una connexió necessària amb les llengües.

• En aquesta unitat s’estableixen connexions amb la biologia: química dels compostosorgànics (alcohols, aldehids, àcids carboxílics, èsters, amides ), isomeria(estereoisomeria i activitat òptica), macromolècules naturals (polisacàrids, glúcids i proteïnes), medicaments.

• Connexions amb la tecnologia: materials, producció i comercialització de fàrmacs i combustibles.

CONNEXIÓ AMB ALTRES MATÈRIES

1. Relacionar les propietats i l’estructura dels compostos orgànics més comuns.2. Conèixer les propietats físiques i químiques d’alguns compostos orgànics.3. Identificar algunes macromolècules d’interès biològic.4. Conèixer la importància social i econòmica d’alguns compostos orgànics.5. Reconèixer relacions concretes d’isomeria entre compostos orgànics.6. Completar reaccions orgàniques senzilles.7. Analitzar les conseqüències mediambientals de la reacció de combustió dels compostos

orgànics.8. Analitzar com els diferents camps de la química col·laboren en processos industrials

rellevants i en la solució d’alguns problemes mediambientals.


• Competència comunicativa, que implica saber descriure fets, explicar-los i argumentar-los.

• Promoure discussions sobre les evidències experimentals, la idoneïtat dels modelsproposats per interpretar els fets químics, com també la lectura i la interpretació detextos i il·lustracions.


945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 273

274


Quina és la teoria més acceptada que explica l’origen del petroli?

La teoria més acceptada sobre l’origen del petroli diu que procedeix de l’acció de bacteris anaerobis, és a dir, que viuen en absència d’airesobre restes d’animals i plantes, que van quedar coberts d’argila i terra, i van estar sotmesos a grans pressions i elevades temperaturesdurant milions d’anys.

En què consisteix la tècnica del craqueig?

El craqueig, o cracking, del petroli consisteix en la ruptura o ladescomposició d’hidrocarburs d’elevada massa molecular, com lesfraccions del petroli cru d’alt punt d’ebullició, en compostos de massamolecular més petita i punt d’ebullició més baix.

Explica quina és la principal característica estructural imprescindible de lesmolècules que donen lloc a reaccions de polimerització d’addició. I per a les de condensació?

Les molècules que donen lloc a reaccions de polimerització d’addicióhan de ser petites, del mateix tipus, amb un doble enllaç o bé tenirhalògens com a substituents dels carbonis contigus.Les molècules que donen reaccions de polimerització de condensacióhan de tenir grups funcionals diferents.

Quin significat té el 6,6 en la designació del niló-6,6?

El 6,6 fa referència al fet que aquest niló s’obté per condensació apartir de dos monòmers de sis àtoms de carboni cadascun.

Escriu les dues fórmules de la glucosa l’oberta i la cíclica.

H

H

H2 O

C

H−C−OH

H−C−OH

HO−C−H

H

OHOH

CH2OH

H

OH

O

H

OH

H

H

H

OHOH

CH2OH

OH

H

O

H

OH

H−C−OH

CH2OH

5.

4.

3.

2.

1.

α-D-glucosa

β-D-glucosa

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 274

275

SOLUCIONARI

Escriu la reacció de combustió de la glucosa.

La glucosa C6H12O6 reacciona amb l’oxigen de l’aire per donarCO2, H2O i energia.

La reacció de combustió de la glucosa ajustada és la següent:C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia

Explica com es pot originar pluja àcida per la combustió de derivats del petroli.

Quan la majoria dels combustibles cremen, a més de formar elsproductes de combustió CO2 i H2O, formen òxids de N i de S a causade les impureses que presenten d’aquests elements.Els òxids de N i de S s’oxiden a les capes altes de l’atmosfera i encombinar-se amb l’aigua formen àcids que provoquen la pluja àcida.Algunes d’aquestes reaccions són les següents:

Per als òxids de nitrogen:2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g)

3 NO2 (g) + H2O → 2 HNO3 + NO (g)

Per als òxids de sofre:2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g)

SO3 (g) + H2O → H2SO4

La fabricació de cotxes que fan servir catalitzador en el tub d’escapament vasuposar un gran avenç en la lluita contra la contaminació atmosfèrica.Explica’n el perquè.

La funció del catalitzador és descompondre els gasos contaminants,com els òxids de nitrogen, en substàncies no contaminants, com elnitrogen i l’oxigen.

Una manera d’evitar la contaminació per SO2 que es produeix a les centralstèrmiques consisteix a col·locar filtres amb hidròxid de magnesi a les torres desortida de gasos. Repassa la reacció que té lloc entre el SO2 i el Mg(OH)2 ijustifica per què evita la sortida de gasos contaminants a l’atmosfera.

La reacció és la següent:

SO2 (g) + Mg(OH)2 → MgSO3 (s) + H2O

El diòxid de sofre SO2, és un gas que, en reaccionar amb hidròxid demagnesi Mg(OH)2, forma sulfit de magnesi, producte sòlid, i, per tant,més fàcil de retirar que un gas.

Què són els biocombustibles?

Els biocombustibles són combustibles d’origen biològic obtinguts demanera renovable a partir de la biomassa.

10.

9.

8.

7.

6.


945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 275

276


Quin comportament poden tenir els plàstics amb la calor? Dóna una explicacióa aquest fet i comenta les diferents aplicacions en funció d’aquesta propietat.

Comportament amb la calor: alguns polímers s’ablaneixen iplastifiquen i poden ser reconformats diverses vegades per l’efecte dela temperatura combinada amb la pressió. Aquests materials elsconeixem com a termoplàstics.Altres materials polimèrics són durs i rígids tant a temperatura ambientcom a altes temperatures. Són materials que no poden serreconformats, no són reciclables. Aquests materials els coneixem coma termoestables.Hi ha altres materials que presenten una gran elasticitat quan sóndeformats i recuperen la forma original quan es deixa d’aplicar la forçaque provoca la deformació. Són els elastòmers.El diferent comportament que aquests materials presenten ésconseqüència de l’estructura química de les seves molècules.Depenent dels diferents tipus d’unions químiques entre els seus àtomstindran unes propietats o altres. En els termoplàstics, les unions entreles diferents cadenes són forces de Van der Waals, enllaços febles ifàcils de trencar en augmentar la temperatura. També seran fàcils detornar a formar quan seran reciclats.En els termoestables, totes les unions químiques entre els seus àtomsconstituents són covalents i, per tant, seran estables quan s’escalfin,perquè aquestes unions són fortes i difícils de trencar. No es podranreciclar.Els elastòmers presenten algunes unions covalents entre diversescadenes lineals.Aquestes unions són estables i difícils de trencar, però, en estardistanciades, permeten les deformacions per estirament de lescadenes, i la recuperació de la forma inicial desprès de la deformació.

Atenent a les seves propietats es faran les aplicacions adients.Els polímers termoplàstics s’utilitzaran per a envasos d’un sol úsperquè es poden reciclar.Els termoestables s’utilitzaran aprofitant la seva interessant propietatde ser estables a elevades temperatures. Són materials estables alsimpactes i als solvents.S’utilitzen per a materials d’aïllament tèrmic, acústic i elèctric.

Cadenes polimèriquesd’elastòmer estirat

Cadenes polimèriquesd’elastòmer no estirat

11.

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 276

277

SOLUCIONARI


Per identificar els plàstics més comuns s’utilitzen uns símbols universals:

a) Indica a quin tipus de polímer correspon cada símbol.

b) Esmenta objectes quotidians que s’hi fabriquen.

Tenim mostres de tres tipus de plàstics: de polipropilè, de polietilè de baixadensitat i de tereftalat de polietilè. Després de consultar la informació de lataula següent, com els separaries?

1. Els mesclaríem amb aigua. El propilè i el polietilè de baixa densitatquedarien flotant, perquè tenen una densitat inferior a la de l’aigua,i el tereftalat de polietilè s’enfonsaria. Separaríem el tereftalat depolietilè, del propilè i el polietilè de baixa densitat per decantació.La diferència que hi ha entre els punts de fusió del propilè i delpolietilè, ens permet separar-los en fondre’ls. Primer obtindríem el polietilè de baixa densitat per tenir el punt de fusió més baix.

Plàstic Densitat Puntde fusió

Unitats (g/cm3) (°C)

Polipropilè 0,92 170

Polietilè de baixa densitat 0,97 135

Tereftalat de polietilè 1,34-1,39 245

13.

12.

Símbols

Polímer

Tereftalat de polietilè

Polietilèd’altadensitat

Clorur de polivinil

Polietilède baixadensitat

Polipro-pilè

Poliestirè

Objectes quoti-dians

Envasosd’aliments,begudes,etc.

Ampolles,contenidorsindustrials,bosses desupermer-cat, etc.

Canona-des, aïllants de filselèctrics,màneguesde reg, fusteria,etc.

Cableselèctrics(aïllants),envasa-ment au-tomàtic,ampolles,etc.

Reci-pients, joguines,bolquers,etc.

Joguines,carcassesde ràdio itelevisors,etc.

1

PET

2

PAD

3

PVC

4

PEBD

5

PP

6

PS

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 277

278


Quin gas és el principal responsable de l’efecte hivernacle? Explica comprodueix aquest efecte i quins altres gasos contribueixen al seu increment.

El principal responsable de l’efecte hivernacle és el vapor d’aigua(H2O). Ara bé, els responsables del seu increment són els gasos productes de les combustions dels combustibles fòssils o de les emissions en elsincendis forestals.Entre els gasos responsables de l’increment cal destacar l’efecteproduït per el diòxid de carboni (CO2).De l’energia solar que arriba a la superfície de la Terra la major part ésremesa en forma de radiació infraroja a l’atmosfera. Aquesta radiacióés absorbida i remesa en totes les direccions per alguns gasos com elvapor d’aigua i el diòxid de carboni, quedant retinguda i contribuint al’escalfament de la Terra. Aquest fet es coneix com a efectehivernacle.A banda del vapor d’aigua i del diòxid de carboni, també contribueixena produir aquest efecte l’ozó, el metà, els òxids de nitrogen,l’hexafluorur de sofre i els CFC.

Cerca informació sobre la composició, propietats i aplicacions d’algun delsnous materials polimèrics, els compòsits.

Els compòsits, o resines compostes, són materials sintètics formats permolècules d’elements variats per tal de formar estructures lleugeres i resistents. Es pot cercar informació, per exemple, sobre:

• Fibra de vidre.

• Fibra de carboni.

• Resines epoxi.

• Kevlar.

En la reacció de fermentació de la glucosa s’obtenen etanol i diòxid decarboni. Escriu l’equació química corresponent i ajusta-la. Calcula la quantitatde glucosa que ha de fermentar per obtenir 250 ml d’etanol suposant que elrendiment de la reacció és del 100 %.

Dada: densitat de l’etanol: 0,789 g/mL.

1. Escrivim la reacció de fermentació i l’ajustem.2. A sota de cada substància, hi escrivim les dades que coneixem:

C6H12O6 → 2 CO2 + 2 C2H5OH

1 mol deglucosa dóna 2 mols de diòxid

de carboni 2 mols d’etanol

100% 250 mL

16.

15.

14.

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 278

279

SOLUCIONARI

3. Expressem la quantitat, en mols, de la substància que s’obté. Pelque fa referència a l’etanol:M(C2H5OH) = 12 · 2 + 6 · 1 + 16 = 46 g/mol

0,789 g de C2H5OH 1 mol de C2H5OH250 mL de C2H5OH · —————————— · ———————— =

1 mL de C2H5OH 46 g C2H5OH= 4,29 mol de C2H5OH

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular els mols de glucosaque han de fermentar :

1 mol de C6H12O64,29 mol de C2H5OH· ————————— = 2,14 mol de C6H12O62 mol de C2H5OHFinalment, calculem la quantitat de glucosa en grams.

M(C6H12O6) = 6 · 12 + 12 · 1 + 6 · 16 = 180 g/mol

180 g de C6H12O62,14 mol de C6H12O6 · ———————— = 385,2 g de C6H12O61 mol de C6H12O6

D’on prové i quin significat té el terme glúcid?

El nom de glúcid deriva de glucosa, que al seu torn deriva del termegrec glykys, que vol dir ‘dolç’, encara que només són dolços algunsmonosacàrids i disacàrids.

Quina diferència hi ha entre un greix i un oli?

A temperatura ambient, els greixos són mescles sòlides o semisòlides, i els olis són mescles líquides.Tots dos són triglicèrids i es diferencien en el tipus d’àcid que compon el triglicèrid.

En la combustió d’1 mol de glucosa s’alliberen 2.540 kJ. La major part delshidrats de carboni es descomponen donant glucosa.

Calcula la quantitat d’energia que es produeix al nostre cos cada cop quemetabolitzem 10 g de glucosa (aproximadament la quantitat de sucre que hiha en un sobret).

1. Escrivim la reacció de combustió de la glucosa i l’ajustem.2. A sota de cada substància, hi escrivim les dades que coneixem:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 2.540 kJ

1 mol deglucosa

6 molsd’oxigen

donen 6 mols dediòxid decarboni

6 molsd’aigua

energia

10 g

19.

18.

17.


945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 279

280


3. Expressem la quantitat, en mols, de les substàncies quereaccionen. Pel que fa referència a la glucosa:

M(C6H12O6) = 6·12 + 12·1 + 6·16 = 180 g/mol

1 mol de C6H12O610 g de C6H12O6 · ————————— = 0,055 mol de C6H12O6180 g de C6H12O6

4. L’estequiometria de la reacció permet calcular l’energia obtinguda apartir de 10 g de glucosa:

2540 kJ0,055 mol de C6H12O6 · ———————— = 141,1 kJ d’energia

1 mol de C6H12O6 obtinguda

Com actua el catalitzador que es col·loca als tubs d’escapament del cotxes?

En el catalitzador s’hi poden produir dos tipus de processos oreaccions químiques fonamentals:Reducció catalítica: en la superfície del catalitzador es trenquen lesmolècules d’òxid de nitrogen i formen nitrogen i oxigen:

NOx → N2 + O2

Oxidació catalítica: el catalitzador serveix de suport perquè elmonòxid de carboni i els hidrocarburs residuals que surten pel tubd’escapament reaccionin amb l’oxigen formant CO2 i H2O.

Els següents hidrocarburs formen part d’una gasolina. Escriu les possiblesfórmules semidesenvolupades en cada cas i explica el tipus d’hidrocarburs aquè corresponen.

a) C7H8

b C4H8

c) C5H12

a) Si comparem la fórmula molecular amb la general d’un hidrocarbursaturat, deduïm que hi ha 4 insaturacions:El nombre de possibles compostos és força elevat. Començaremestudiant les possibilitats següents:Fórmules amb 4 enllaços dobles: són alcans hidrocarburs linealsinsaturats amb dobles enllaços:

1. CH2=C=C=C=CH−CH2−CH3 1,2,3,4-heptatetraè

2. CH2=C=C=CH−CH=CH−CH3 1,2,3,5-heptatetraè

3. CH2=C=C=CH−CH2−CH=CH2 1,2,3,6-heptatetraè

4. CH2=C=CH−CH=C=CH−CH3 1,2,4,5-heptatetraè

5. CH2=C=CH−CH=CH−CH=CH2 1,2,4,6-heptatetraè

6. CH2=C=CH−CH2−CH=C=CH2 1,2,5,6-heptatetraè

7. CH3−CH=C=C=C=CH−CH3 2,3,4,5-heptatetraè

21.

20.

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 280

281

SOLUCIONARI

Fórmules d’hidrocarburs ramificats amb 4 dobles enllaços:Cadena principal de 6 C i un metil de radical:A partir de l’1:

8. 5-metil-1,2,3,4-hexatetraèPartint del 2:

9. 4-metil-1,2,3,5-hexatetraè 10. 5-metil-1,2,3,5-hexatetraè

A partir del 4: 11. 3-metil-1,2,4,5-hexatetraè

Alquins hidrocarburs lineals amb 2 triples enllaços:12. CH≡C−C≡C−CH2−CH2−CH3 1,3-heptadií13. CH≡C−CH2−C≡C−CH2−CH3 1,4-heptadií14. CH≡C−CH2−CH2−C≡C−CH3 1,5-heptadií15. CH≡C−CH2−CH2−CH2−C≡CH3 1,6-heptadií

Alquins de cadena ramificada:A partir del 12:

16. 5-metil-1,3-hexadiíA partir del 13:

17. 3-metil-1,4-heptadiíA partir del 14:

18. 2-metil-1,5-heptadiíAmb etil de radical:A partir del 13:

19: 3-etil-1,4-pentadiíDesprés hauríem de considerar totes les combinacions que resultende barrejar dobles i triples enllaços per tenir en total 4 insaturacions.Tot seguit, la combinació de cicle més dobles enllaços, etc.

b) El C4H8 presenta 1 insaturació.Hidrocarburs de cadena lineal amb un doble enllaç:

1. CH2=CH−CH2−CH3 1-butè2. CH3−CH=CH−CH3 2-butè

Hidrocarburs ramificats:3. Metilpropè

Hidrocarburs cíclics:4. Ciclobutà5. Metilciclopropà

c) Isòmers del C5H12. No té cap insaturació. Només tindrem dos isòmers.Hidrocarbur de cadena lineal:

1. CH3−CH2−CH2− CH2−CH3 n- pentàHidrocarbur ramificat amb un metil de radical:

2. 2-metilbutà


945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 281

282


Defineix i posa un exemple de:a) Monòmerb) Monosacàridc) Polisacàridd) Lípid

a) Un monòmer és una molècula de petita massa molecular que s’uneixa altres monòmers, generalment mitjançant enllaços covalents, performar polímers, és a dir, molècules d’elevada massa molecular. Un exemple de monòmer és l’etilè: H2C=CH2.

b) Un monosacàrid és un carbohidrat que no es pot descompondre enunitats més petites per acció de dissolvents àcids. Per exemple, laglucosa: C6H12O6.

c) Un polisacàrid és un polímer format per la unió per condensació demonosacàrids simples. Exemple: la cel·lulosa.

d) Els lípids són substàncies de reserva i protecció dels éssers vius. Els olis i els greixos pertanyen a aquest grup. Exemple: l’oli d’oliva.

Els hidrats de carboni presenten una gran varietat de sabors dolços. Indiqueuel nom i la fórmula estructural dels responsables dels sabors de:a) Sucre del raïmb) Melc) Sucre de taulad) Sucre de malta

a) La glucosa es coneix també com a sucre de raïm.Fórmula de la glucosa:

b) La mel conté diversos hidrats de carboni: fructosa, glucosa, dextrinai sacarosa a part d’altres components.

c) El sucre de taula és sacarosa, un disacàrid que comprèn unamolècula de glucosa unida a una de fructosa. La seva fórmulamolecular és C12H22O11.La seva fórmula estructural és:

H H

H

H

OHOH

CH2OH

O

O

H

OH

H

CH2OH

CH2OH

O

OH

OH

O H

HOH

OH

OH OH

6 4 25 3 1

OH O

23.

22.

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 282

283

SOLUCIONARI

c) El sucre de malta és la maltosa, de fórmula molecular C12H22O11.La seva fórmula estructural és:

Indica les tres classes de polímers orgànics naturals que són essencials per elsprocessos vitals.

El polímers orgànics naturals, o biomolècules, que són essencials per alsprocessos vitals són els glúcids, els lípids i les proteïnes.

Dóna una definició i un exemple de:

a) Aminoàcid

b) Proteïna

c) Enllaç peptídic

d) Enzim

a) Aminoàcid: compost orgànic soluble en aigua que conté un grupcarboxil (−COOH) i un grup amino (−NH2) units al mateix carbonidenominat α-carboni.Exemple: alanina:

b) Proteïna: compost que pertany a un gran grup de compostos quees troben en tots els éssers vius. Es composa de C, H i O, i moltestambé presenten S.Consisteix en una o diverses cadenes d’aminoàcids units mitjançantenllaços peptídics.Exemple: l’hemoglobina, proteïna encarregada del transport del’oxigen des dels pulmons fins a les cèl·lules i del diòxid de carbonides de les cèl·lules fins als pulmons.

c) Enllaç peptídic: enllaç entre un grup amino (−NH2) d’un aminoàcidi un grup àcid (-COOH) d’un altre aminoàcid, amb eliminació d’unamolècula de H2O.

O

H2N−CH−C−OH

CH3

25.

24.

H H

H

H

HOOH

CH2OH

H

O

O

H

OH H

HOH

CH2OH

H

OH

H

OH

O


945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 283

284


Exemple:

d) Enzim: proteïna que actua com a catalitzador en una reaccióquímica.Exemple: la lactasa, enzim que actua trencant la lactosa.

Quina diferència hi ha entre un polímer d’addició i un de condensació?Dóna un exemple de cadascun.

En el procés de formació d’un polímer d’addició no hi ha eliminació depetites molècules i el monòmer de partida ha de tenir un doble enllaçen la seva estructura o bé halògens. En el procés de formació d’unpolímer de condensació es produeix l’eliminació d’una petita molèculaque sovint és aigua, i els monòmers de partida han de tenir grupsfuncionals diferents.Exemples:a) Formació de polietilè a partir d’etilè per addició:

b) Reacció de formació del niló-6,6 per condensació

hexametilendiamina, àcid adípic

hexametilendiamina, aigua

26.

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

HH

HH

H

N N

N

N

C C C C

CC

CC

R R

R

R

O

O

O

O

O

O

O

O

Aminoàcid 1

Enllaç peptídic

Aigua

Aminoàcid 2

H

C C C C−

H

=H

H H

H H

H

[ ]n→

H

H H HO OH

N N +(CH2)6 C (CH2)4 C

O OH

H

H OH

N N (CH2)6 C (CH2)4 C + H2O

O O

H

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 284

285

SOLUCIONARI

Escriu les estructures dels següents materials plàstics comuns(Si és necessari cerca informació en Internet.)

a) Mylar

b) Baquelita

c) Poliuretà

d) Orlon

a) El mylar és un polièster que es fabrica en forma de pel·lícula encomptes de fibra:

b) La baquelita, o resines fenol-formaldehid, és el primer polímersintètic:

c) Poliuretà:

d) Orlon és el nom comercial d’una fibra acrílica. És un polímerd’acrilonitril.

27.


CH2 CH2 CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2 CH2

CH2

[−(CH2)3−HN−C−O−]n

CH2

CH2

CH2CH2

OH

OH

OH

OH

CH2

H2C C C N

OH

OHOH

OH

H

O O

[−O−CH2−CH2−O−C− −C−]n

− − − −

O− −

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 285

286

9 Reaccions químiques d’interèsindustrial i mediambiental

Anomena els polímers amb les següents unitats de repetició:

a) Etilè (−CH2−CH2−)

b) Aminoàcids

a) El polímer corresponent s’anomena polietilè.b) En el cas dels aminoàcids donen lloc a les proteïnes.

Quins dels productes següents són polímers:

a) Aigua

b) Fusta

c) Cotó

d) Pneumàtics de cautxú

e) Ceres

Tots menys l’aigua.Són polímers la cel·lulosa de la fusta; el cotó, format també per fibresde cel·lulosa; el cautxú, que és un polímer de tipus elastòmer (un poliisoprè); i les ceres (deesa de l’agricultura), que s’elaboren ambblat de moro en comptes de petroli.

Quins dels productes següents són polímers termoestables o ambentrecreuaments?

a) Cel·lulosa

b) Cautxú vulcanitzat

c) Nitrat de cel·lulosa

d) Baquelita

Es pot considerar termoestable la baquelita.La baquelita té una estructura amb molts entrecreuaments i, per tant,no es pot reconformar.

Quins dels productes de l’exercici anterior seran termoplàstics?

a) Cel·lulosa

b) Cautxú vulcanitzat

c) Nitrat de cel·lulosa

d) Baquelita

Són termoplàstics la cel·lulosa i el nitrat de cel·lulosa, ja que tenenestructura lineal i es poden reconformar.

31.

30.

29.

28.

945335 _ 0271-0286.qxd 8/1/09 12:55 Página 286

945335 _ 0005-0048.qxd 14/1/09 11:52 Página 9

Qualsevol forma de reproducció, distribució, comunicació pública o trans-formació d’aquesta obra només es pot fer amb l’autorització dels seus titu-lars, llevat d’excepció prevista per la llei. Si en necessiteu fotocopiar o esca-nejar algun fragment, adreceu-vos ¡ a CEDRO (Centro Español de DerechosReprográficos, www.cedro.org).

© 2009 by Grup Promotor / Santillana Educación, SLFrederic Mompou, 11 (Vila Olímpica). 08005Barcelona

Imprès per

ISBN: 978-84-7918-378-0CP: 945335Dipòsit legal:

Direcció d’art: José Crespo

Projecte gràfic:Coberta: CARRIÓ/SÁNCHEZ/LACASTAInteriors: Manuel García

Il·lustració: David Cabacas, Carles Salom

Cap de projecte: Rosa MarínCoordinació d’il·lustració: Carlos AguileraCap de desenvolupament de projecte: Javier TejedaDesenvolupament gràfic: Rosa María Barriga, José Luis García, Raúl de Andrés

Direcció tècnica: Ángel García Encinar

Coordinació tècnica: Alejandro RetanaConfecció i muntatge: Quality, s.g.e. SA

Documentació i selecció fotogràfica: Nieves Marinas

Fotografies: J. Jaime; M. G. Vicente; EFE/J. M. García; EFE/AP PHOTO/NASA; EFE/SIPA-PRESS/Scott Andrews; HIGHRES PRESS STOCK/AbleStock.com; PHOTODISC; MATTON-BILD; SERIDEC PHOTOIMAGENES CD; ARXIU SANTILLANA

945335 _ 0288-0288.qxd 8/1/09 11:56 Página 288

Documents

SantillanaSolucionsQuumica1