QUIZ DI "EQUILIBRIO CHIMICO ED EQUILIBRIO DI SOLUBILITA' " - NAZIONALI CATEGORIA A

La risposta esatta è la B, "CaSO₄ (s)" ed ecco una spiegazione dettagliata:

Per determinare quali solidi possono essere presenti come precipitati nei sedimenti dell'oceano, dobbiamo considerare le solubilità dei possibili composti formati dalle concentrazioni di ioni dati.

1. CaF₂ (solubilità in acqua):

- La solubilità del fluoruro di calcio (CaF₂) in acqua è molto bassa, il che significa che ha una tendenza a precipitare come solido. La sua equazione di solubilità è:

CaF₂ (s) ⇌ Ca²⁺ (aq) + 2F^- (aq)

- La concentrazione dello ione calcio ([Ca²⁺]) nell'oceano è 10^-2.0 M.

- La concentrazione dello ione fluoruro ([F^-]) nell'oceano è 3,4 ·10^-5.0 M.

- Tuttavia, la concentrazione di fluoruro è molto più bassa rispetto a quella di calcio. Questo significa che non ci saranno sufficienti ioni fluoruro per saturare la solubilità del CaF₂, quindi CaF₂ può precipitare.

2. CaSO₄ (solubilità in acqua):

- La solubilità del solfato di calcio (CaSO₄) in acqua è anche piuttosto bassa. La sua equazione di solubilità è:

CaSO₄ (s) ⇌ Ca²⁺ (aq) + SO₄^2- (aq)

- La concentrazione dello ione calcio ([Ca²⁺]) nell'oceano è 10^-2.0 M.

- La concentrazione dello ione solfato ([SO₄^2-]) nell'oceano è 10^-1.5 M.

- Anche in questo caso, la concentrazione di ioni solfato è molto più bassa rispetto a quella di calcio. Quindi, CaSO₄ può precipitare.

Quindi, entrambi CaF₂ e CaSO₄ hanno solubilità limitata e possono precipitare dai sedimenti dell'oceano. Tuttavia, la risposta esatta è la B, "CaSO₄ (s)", poiché il solfato di calcio ha una solubilità leggermente più bassa rispetto al fluoruro di calcio.

Per determinare la concentrazione di Fe³⁺ in soluzione quando inizia la precipitazione di Mg(OH)₂, dobbiamo considerare la reazione di precipitazione del Mg(OH)₂ e come questa influenza la concentrazione di Fe³⁺ in soluzione. La reazione di precipitazione del Mg(OH)₂ è la seguente: Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂ (s) La costante di equilibrio K_ps per questa reazione è data da: K_ps = [Mg²⁺][OH⁻]² All'inizio, sia MgCl₂ che FeCl₃ sono presenti in soluzione con una concentrazione di 0,025 M ciascuno. Quando aggiungiamo lentamente NaOH, esso reagirà con il Mg²⁺ formando il precipitato di Mg(OH)₂ fino a quando tutto il Mg²⁺ sarà stato precipitato. La reazione è: Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂ (s) Inizialmente, la concentrazione di OH⁻ è 0,010 M, mentre la concentrazione di Mg²⁺ è 0,025 M. La concentrazione di OH⁻ diminuirà mentre reagisce con il Mg²⁺ per formare il precipitato. Poiché la reazione avviene in rapporto 1:1 tra Mg²⁺ e OH⁻, la concentrazione di Mg²⁺ diminuirà alla stessa velocità della concentrazione di OH⁻. Quando la concentrazione di OH⁻ raggiunge un valore che fa sì che il prodotto delle concentrazioni di Mg²⁺ e OH⁻ sia uguale o superiore a Ksp, si raggiungerà l'equilibrio e il Mg(OH)₂ inizierà a precipitare. Quindi, possiamo scrivere: K_ps = [Mg²⁺][OH⁻]² K_ps = [0,025 - x][0,010 - x]² Dove "x" rappresenta la variazione nella concentrazione di Mg²⁺ e OH⁻ dovuta alla precipitazione. Poiché il K_ps per il Mg(OH)₂ è molto piccolo, possiamo presumere che la variazione "x" sia molto piccola rispetto a 0,025. Quindi, possiamo approssimare la concentrazione di Mg²⁺ in equilibrio a 0,025 - x e la concentrazione di OH⁻ in equilibrio a 0,010 - x. Ora, possiamo risolvere per "x": K_ps = (0,025 - x)(0,010 - x)² 4,3 ∙ 10⁻²⁴ = (0,025 - x)(0,010 - x)² Poiché K_ps è molto piccolo (4,3 ∙ 10⁻²⁴), l'equazione può essere semplificata assumendo che la variazione "x" sia molto piccola. Pertanto, possiamo trascurare "x" nel termine "(0,010 - x)²" poiché sarà trascurabile rispetto a 0,010. L'equazione diventa: 4,3 ∙ 10⁻²⁴ ≈ 0,025 x (0,010)² Ora possiamo risolvere l'equazione: 4,3 ∙ 10⁻²⁴ ≈ (2,5 ∙ 10⁻⁶)x x ≈ (4,3 ∙ 10⁻²⁴) / (2,5 ∙ 10⁻⁶) x ≈ 1,72 ∙ 10⁻¹⁸ M Ora, sappiamo che la variazione nella concentrazione di Mg²⁺ è uguale alla variazione nella concentrazione di Fe³⁺ poiché la reazione coinvolge il Mg²⁺ e non il Fe³⁺. Quindi, la concentrazione di Fe³⁺ in soluzione quando inizia la precipitazione di Mg(OH)₂ è di circa 1,72 ∙ 10⁻¹⁸ M. La risposta corretta è quindi B) 4,3 ∙ 10⁻²⁴ M.   *****  

La risposta esatta è la A perché l'acqua è il solvente universale e ha la solubilità più alta per la maggior parte delle sostanze. Il solido CaSO₄ ∙ 2 H₂O (s) è noto come solfato di calcio diossidrato, ed è altamente solubile in acqua. In una soluzione acquosa, questo solido si dissocerà nei suoi ioni costituenti, Ca²⁺ e SO₄^2-, rendendo il composto altamente solubile in acqua.

Nei casi B, C e D, la presenza di altre specie chimiche, come ioni Na⁺ e Cl^- nei sali disciolti, o la diversa concentrazione delle soluzioni influenzano la solubilità del CaSO₄ ∙ 2 H₂O (s). In queste soluzioni, la presenza di ioni che possono formare precipitati insolubili con il Ca²⁺ o il SO₄^2- limita la quantità di CaSO₄ ∙ 2 H₂O (s) che può essere disciolta.

Tuttavia, in acqua pura (risposta A), non ci sono ioni aggiuntivi che possano reagire con il CaSO₄ ∙ 2 H₂O (s), consentendo la massima solubilità del composto.