QUIZ DI "ACIDI E BASI" - REGIONALI CATEGORIA C

La risposta corretta è l'opzione A. La riduzione del permanganato (MnO₄^-) avviene in modo diverso a seconda del pH della soluzione in cui si trova.

In una soluzione acida, il permanganato (MnO₄^-) viene ridotto a Mn²⁺ secondo la seguente semiequazione:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- → Mn²⁺ + 4H₂O

In un ambiente neutro o leggermente basico, il permanganato si riduce a diossido di manganese (MnO₂):

2MnO₄^- + 16H⁺ + 10e^- → 2MnO₂ + 8H₂O

In un ambiente fortemente basico, il permanganato si riduce a ione manganato (MnO₄^2-):

3MnO₄^- + 12OH^- + 10e^- → 3MnO₄^2- + 6H₂O

Quindi, la riduzione del permanganato porta alla formazione di Mn²⁺ in soluzione acida, di diossido di manganese (MnO₂) in soluzione neutra e di ione manganato (MnO₄^2-) in soluzione fortemente basica.

La spiegazione della risposta A è corretta in quanto illustra la formazione di Mn²⁺ in ambiente acido, di MnO₂ in ambiente neutro e di MnO₄^2- in ambiente basico, confermando l'opzione A come la risposta corretta.

La domanda riguarda il calcolo della percentuale di acido acetico (HA) che si ionizza in una soluzione acquosa 3,6 ∙10^‒2 M di acido acetico (CH₃COOH) a 25 °C, dato il valore della costante di dissociazione acida (Ka) a questa temperatura.

La reazione di dissociazione dell'acido acetico è rappresentata come segue:

CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO^‒

La costante di dissociazione acida (Ka) è definita come il rapporto delle concentrazioni degli ioni idrogeno (H⁺) e acetato (CH₃COO^‒) diviso per la concentrazione dell'acido acetico (CH₃COOH) iniziale:

Ka = [H⁺] [CH₃COO^‒]/[CH₃COOH]

Dato che all'inizio abbiamo una concentrazione C di acido acetico e assumiamo che una piccola frazione α si dissocia, possiamo scrivere le concentrazioni finali come segue:

moli finali (1‒ α)C, αC, αC

Dato che la dissociazione è limitata, possiamo approssimare (1‒α)C ≈ C perché α è molto piccolo. Quindi possiamo scrivere C al denominatore dell'equazione della costante di dissociazione acida.

Ka ≈ α²C²/C

Semplificando, otteniamo:

α² = Ka/C

Risolvendo per α:

α = √(Ka/C)

Inserendo i valori noti (Ka = 1,8 ∙10^‒5, C = 3,6 ∙10^‒2), otteniamo:

α ≈ √(1,8 ∙10^‒5/3,6 ∙10^‒2) ≈ 2,2 ∙10^‒2

La percentuale di acido acetico che si ionizza è quindi 2,2%, che corrisponde alla risposta B.

Per comprendere il comportamento di CCl₄ (tetracloruro di carbonio) e SiCl₄ (tetracloruro di silicio) nei confronti dell'acqua, dobbiamo considerare la teoria degli acidi e basi di Lewis.

Acidi di Lewis sono specie chimiche che possono accettare una coppia di elettroni, mentre basi di Lewis sono specie che possono donare una coppia di elettroni.

Nel caso di SiCl₄, il silicio è nel terzo periodo della tavola periodica e ha accesso a orbitali d vuoti. Questi orbitali d vuoti rendono il silicio in grado di accettare una coppia di elettroni, e quindi SiCl₄ può comportarsi da acido di Lewis quando viene a contatto con l'acqua. La reazione potrebbe apparire come segue:

SiCl₄ + 4 H₂O → Si(OH)₄ + 4 HCl

D'altra parte, il carbonio in CCl₄ non ha orbitali vuoti oltre quelli usati nella formazione dei legami con gli atomi di cloro. Quindi, CCl₄ non può agire come acido di Lewis nei confronti dell'acqua, poiché non può accettare una coppia di elettroni. In termini di reazione, CCl₄ non reagirà con l'acqua sotto forma di un acido di Lewis.

La risposta corretta è quindi la B: "SiCl₄ si può comportare da acido di Lewis nei confronti dell'acqua, mentre CCl₄ no".