QUIZ DI "GAS E PROPRIETA' COLLIGATIVE" - NAZIONALI CATEGORIA B

Il punto di ebollizione di una sostanza è la temperatura alla quale la sostanza passa dalla fase liquida a quella gassosa a pressione atmosferica. In generale, il punto di ebollizione dipende dalle forze intermolecolari presenti tra le molecole di una sostanza.

Nel caso delle molecole biatomiche di alogeni (F₂, Cl₂, Br₂, I₂), queste molecole sono legate da forze di dispersione di London (o forze di van der Waals), che dipendono principalmente dalla massa molecolare. Maggiore è la massa molecolare, maggiori sono le forze di dispersione, e di conseguenza, maggiore è l'energia necessaria per rompere queste forze e far evaporare la sostanza.

Nella soluzione fornita, si afferma che tutte e quattro le sostanze sono simili, essendo molecole biatomiche di alogeni. Quindi, il punto di ebollizione maggiore sarà associato alla sostanza con la massa molecolare più elevata, che è lo iodio (I₂). Pertanto, la risposta corretta è D) I₂.

Va notato che, a temperatura ambiente (25 °C), il fluoro (F₂) e il cloro (Cl₂) sono allo stato gassoso, il bromo (Br₂) è liquido, mentre lo iodio (I₂) è solido. Questo è coerente con il concetto che molecole più pesanti, come lo iodio, tendono ad avere punti di ebollizione più alti e possono esistere in stati più densi a temperature normali.

Per risolvere questo problema, dobbiamo calcolare la percentuale volumica di elio (He) nella miscela gassosa, sapendo che nella bombola sono presenti 87,0 kg di azoto (N₂). Ecco come procedere:

1. Calcola il volume della bombola:

Il volume della bombola è dato come 8,0 m³.

2. Converti la pressione in atmosfere (atm):

La pressione complessiva è di 85,0 x 10⁵ Pa. Per convertirla in atmosfere, usa la costante di conversione 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa. Quindi, la pressione in atmosfere è: P = (85,0 x 10⁵ Pa) / (1,013 x 10⁵ Pa/atm) ≈ 83,91 atm.

3. Calcola il numero di moli totali:

Utilizzando la legge dei gas ideali (PV = nRT), dove P è la pressione, V è il volume, n è il numero di moli, R è la costante dei gas ideali e T è la temperatura assoluta in kelvin, possiamo calcolare il numero di moli totali. R è una costante universale dei gas, quindi è uguale a 0,0821 L·atm/(mol·K) per il nostro calcolo.

n = PV / RT

n = (83,91 atm * 8000 L) / (0,0821 L·atm/(mol·K) * 303 K) ≈ 26985 mol.

4. Calcola il numero di moli di N₂:

Ci viene detto che ci sono 87,0 kg di N₂ nella bombola. Per calcolare il numero di moli di N₂, usa la sua massa molare, che è di circa 28 g/mol.

Massa di N₂ = 87,0 kg = 87,000 g

Numero di moli di N₂ = (87,000 g) / (28 g/mol) ≈ 3107 mol.

5. Calcola il numero di moli di He:

Poiché conosciamo il numero di moli totali (26985 mol) e il numero di moli di N₂ (3107 mol), possiamo calcolare il numero di moli di He sottraendo il numero di moli di N₂ da quello totale.

Numero di moli di He = Numero di moli totali - Numero di moli di N₂

Numero di moli di He = 26985 mol - 3107 mol = 23878 mol.

6. Calcola la percentuale volumica di He:

La percentuale volumica di He è uguale alla percentuale in moli (mol/mol) di He nella miscela. Puoi calcolarla come:

Percentuale volumica di He = (Numero di moli di He / Numero di moli totali) * 100

Percentuale volumica di He = (23878 mol / 26985 mol) * 100 ≈ 88,5%.

Quindi, la percentuale volumica di elio (He) nella miscela gassosa è circa l'88,5%, che corrisponde alla risposta A.

La densità dell'aria secca può essere calcolata considerando la composizione percentuale di azoto (N₂), ossigeno (O₂), e argon (Ar) e utilizzando i dati relativi alla massa molare di ciascun componente. La composizione percentuale dell'aria è data come:

• 78% di azoto (N₂)
• 21% di ossigeno (O₂)
• 1% di argon (Ar)

Le masse molari dei singoli componenti sono:

• M(N₂) = 28 g/mol
• M(O₂) = 32 g/mol
• M(Ar) = 39,95 g/mol

La massa molare media dell'aria (M_media) può essere calcolata utilizzando le percentuali e le masse molari dei singoli componenti: M_media = 0,78 * M(N₂) + 0,21 * M(O₂) + 0,01 * M(Ar) Sostituendo i valori: M_media = 0,78 * 28 + 0,21 * 32 + 0,01 * 39,95 ≈ 28,96 g/mol Successivamente, calcoliamo il numero di moli (n) di aria in un litro utilizzando l'equazione dei gas ideali n = PV/RT, dove:

• P è la pressione (101,3 kPa)
• V è il volume (1 L)
• R è la costante dei gas ideali (0,0821 L·atm/(mol·K))
• T è la temperatura in kelvin (273 K)

n = (101,3 kPa * 1 L) / (0,0821 L·atm/(mol·K) * 273 K) ≈ 0,0446 mol Infine, la densità dell'aria (massa per unità di volume) si ottiene moltiplicando il numero di moli per la massa molare media: Densità = n * M_media ≈ 0,0446 mol * 28,96 g/mol ≈ 1,29 g/L Quindi, il valore più prossimo è circa 1 g/L, e la risposta corretta è B) 1g/L.   *****