QUIZ BREVE - NAZIONALI CATEGORIA B

Il metodo di arricchimento dell'uranio mediante la diffusione di UF₆ gassoso sfrutta la differenza di velocità tra gli isotopi ²³⁵U e ²³⁸U. L'uranio naturale contiene principalmente due isotopi, ²³⁵U e ²³⁸U, e l'obiettivo dell'arricchimento è aumentare la concentrazione di ²³⁵U.

Nel processo di diffusione gassosa, si fa passare l'UF₆ (esafluoruro di uranio) attraverso una membrana porosa o un diffusore, e a causa delle differenze nelle masse atomiche degli isotopi, le molecole contenenti ²³⁵U tendono ad attraversare la membrana leggermente più velocemente rispetto a quelle contenenti ²³⁸U.

La velocità delle molecole gassose è legata alla loro massa secondo l'equazione dell'energia cinetica, che è data da E = 1/2 * m * v², dove m è la massa e v è la velocità. Poiché le molecole gassose hanno la stessa energia cinetica a una data temperatura, possiamo stabilire un rapporto tra le velocità delle molecole contenenti ²³⁵U e ²³⁸U.

La massa molare di UF₆ con ²³⁵U è 349 g/mol, mentre quella con ²³⁸U è 352 g/mol.

Applicando l'equazione dell'energia cinetica e considerando che le energie cinetiche sono uguali, otteniamo:

m₂₃₅ * v₂₃₅² = m₂₃₈ * v₂₃₈²

Il rapporto tra le velocità (v₂₃₅/v₂₃₈) è quindi dato da:

v₂₃₅/v₂₃₈ = (m₂₃₈/m₂₃₅)^1/2 = (352/349)^1/2 ≈ 1,004

Quindi, il rapporto tra la velocità del gas contenente ²³⁵U e quella del gas contenente ²³⁸U è circa 1,004. La risposta corretta è A) 1,004.

La risposta corretta è la C) diminuire la temperatura perché la pressione è direttamente proporzionale alla temperatura secondo la legge degli ideali gas, P = (nRT) / V, dove:

• P è la pressione,
• n è il numero di moli,
• R è la costante dei gas ideali,
• T è la temperatura assoluta (in Kelvin),
• V è il volume.

Nella reazione chimica data, i gas A e B stanno reagendo per formare i gas C e D, e poiché c + d è maggiore di a + b, ciò significa che stanno essenzialmente aumentando il numero di moli totali nel sistema. Quando il numero di moli aumenta a temperatura costante, la pressione aumenta, secondo la legge dei gas ideali.

Per mantenere la pressione finale uguale a quella iniziale, è necessario abbassare la temperatura. Poiché la temperatura è nel denominatore nella formula della pressione, riducendo la temperatura, si otterrà una diminuzione della pressione per compensare l'incremento causato dalla formazione di più moli di gas.

Quindi, diminuendo la temperatura, è possibile riportare la pressione al suo valore iniziale e mantenere l'equilibrio. Le altre opzioni (A, B e D) non affrontano direttamente il problema della pressione che aumenta a causa dell'aumento del numero di moli.

Per stabilire la formula dell'ossido di cobalto che si è formato, seguiamo questi passaggi:

1. Scrivere e bilanciare l'equazione chimica della reazione data:

La reazione data è:

Pb(CH₃COO)₂ (aq) + Na₂CrO₄ (aq) → 2 CH₃COONa (aq) + PbCrO₄ (s)

2. Calcolare le moli dei reagenti forniti:

- La massa del Pb(CH₃COO)₂ (acetato di piombo) è 11,8 g. La sua massa molare è la somma delle masse atomiche dei singoli elementi: 207,2 (Pb) + 2 * [(12,01 C) + (1,01 H) + (16 O)] = 325,2 g/mol.

Calcoliamo le moli di Pb(CH₃COO)₂:

Moli di Pb(CH₃COO)₂ = Massa / Massa molare = 11,8 g / 325,2 g/mol ≈ 0,03629 mol.

- La massa del Na₂CrO₄ (cromato di sodio) è 4,67 g. La sua massa molare è la somma delle masse atomiche dei singoli elementi: 2 * (23,0 Na) + (51,99 Cr) + 4 * (16 O) = 162 g/mol.

Calcoliamo le moli di Na₂CrO₄:

Moli di Na₂CrO₄ = Massa / Massa molare = 4,67 g / 162 g/mol ≈ 0,0288 mol.

3. Determinare quale dei reagenti è presente in quantità stechiometrica:

Nell'equazione bilanciata, vediamo che il rapporto tra Pb(CH₃COO)₂ e Na₂CrO₄ è 1:1. Tuttavia, le moli di Pb(CH₃COO)₂ (0,03629 mol) sono maggiori delle moli di Na₂CrO₄ (0,0288 mol). Quindi, il Pb(CH₃COO)₂ non è il reagente in difetto, il che significa che è presente in quantità stoechiometrica.

4. Calcolare la massa del prodotto ottenuto:

Dall'equazione bilanciata, vediamo che ogni mole di Na₂CrO₄ (cromato di sodio) produce 2 moli di CH₃COONa (acetato di sodio). Quindi, le moli di CH₃COONa saranno il doppio delle moli di Na₂CrO₄:

Moli di CH₃COONa = 2 * Moli di Na₂CrO₄ = 2 * 0,0288 mol = 0,05765 mol.

Ora, calcoliamo la massa di CH₃COONa:

Massa di CH₃COONa = Moli * Massa molare = 0,05765 mol * 82 g/mol = 4,73 g.

Quindi, la risposta B è corretta, e si ottengono 4,73 g di CH₃COONa se la reazione è quantitativa.

5. Calcolare la massa del PbCrO₄ (piombo(II) cromato) ottenuto:

Dall'equazione bilanciata, vediamo che ogni mole di Na₂CrO₄ (cromato di sodio) produce una mole di PbCrO₄ (piombo(II) cromato). Quindi, le moli di PbCrO₄ saranno uguali alle moli di Na₂CrO₄:

Moli di PbCrO₄ = Moli di Na₂CrO₄ = 0,0288 mol.

Ora, calcoliamo la massa di PbCrO₄:

Massa di PbCrO₄ = Moli * Massa molare = 0,0288 mol * 323,2 g/mol = 9,08 g.

Quindi, la risposta D è corretta, e si ottengono 9,08 g di PbCrO₄ se la reazione è quantitativa.

La reazione data indica che la lamina di ferro (Fe) reagisce con ioni di un metallo M²⁺ presenti in soluzione, formando ioni Fe²⁺ in soluzione e depositando il metallo M sul fondo come solido. L'obiettivo è identificare il metallo M.

Per determinare quale metallo M è coinvolto, possiamo utilizzare i potenziali standard di riduzione (E°) dalla tabella dei potenziali standard di riduzione. L'equazione di Nernst è:

E°_cell = E°_{riduzione catodo} - E°_{riduzione anodo}

Nel nostro caso, l'equazione della cella sarà:

E°_cell = E°_M²⁺/M - E°_Fe²⁺/Fe

Poiché vogliamo che la reazione avvenga spontaneamente, E°_cell deve essere positivo. Questo significa che E°_M²⁺/M deve essere maggiore di E°_Fe²⁺/Fe.

Dalla tabella dei potenziali standard di riduzione:

E°_Pb²⁺/Pb = -0,13 V > E°_Fe²⁺/Fe = -0,44 V > E°_Zn²⁺/Zn = -0,76 V

Poiché E°_Pb²⁺/Pb è il maggiore, il metallo M deve essere il piombo (Pb). Quindi, la risposta corretta è la C) "Pb".

*****

La risposta corretta è la C, "bipiramidale trigonale." La molecola SbCl₅ ha una geometria bipiramidale trigonale.

Ecco una spiegazione corretta:

SbCl₅ ha una geometria molecolare di tipo bipiramidale trigonale. Questo significa che ci sono cinque atomi di cloro disposti in modo tale da formare una base triangolare, mentre al centro c'è l'atomo di antimonio (Sb). L'antimonio ha cinque elettroni di valenza, simili a azoto (N) e fosforo (P), e può espandere il suo ottetto usando orbitali d. Con questi cinque elettroni, l'antimonio lega i cinque atomi di cloro, e non ci sono coppie di elettroni solitari. Di conseguenza, la geometria molecolare è bipiramidale trigonale.