QUIZ DI "CINETICA E TERMODINAMICA" - REGIONALI CATEGORIA B

La risposta corretta è la B: "variano le proprietà fisiche (energia, posizione, stato fisico, etc.) ma non quelle chimiche delle sostanze". Nelle trasformazioni fisiche, le proprietà chimiche delle sostanze coinvolte rimangono invariate, mentre si verificano cambiamenti nelle proprietà fisiche come energia, posizione, stato fisico e altre caratteristiche senza alterare la composizione chimica delle sostanze.

Quando si verifica una trasformazione fisica, la sostanza può subire cambiamenti di stato (ad esempio, solidificazione, fusione, evaporazione, condensazione) o può essere soggetta a variazioni di temperatura, pressione, forma o dimensioni, ma le molecole che compongono la sostanza rimangono le stesse. Queste trasformazioni non coinvolgono la rottura o la formazione di nuovi legami chimici, quindi le proprietà chimiche della sostanza rimangono costanti.

Ad esempio, il passaggio dell'acqua da stato liquido a stato gassoso (evaporazione) o da stato gassoso a stato liquido (condensazione) rappresenta una trasformazione fisica. Durante questi processi, le molecole di acqua mantengono la loro composizione chimica, ma cambia il loro stato fisico a causa della variazione della temperatura e della pressione. La stessa logica si applica a molti altri esempi di trasformazioni fisiche, come la fusione di un solido o la compressione di un gas.

In sintesi, nelle trasformazioni fisiche, le proprietà chimiche delle sostanze coinvolte non cambiano, mentre si osservano variazioni nelle proprietà fisiche senza alterare la composizione molecolare della sostanza stessa.

La relazione che descrive la dipendenza della costante cinetica k dalla temperatura è data dall'equazione di Arrhenius:

k = A e^-E_a/RT

Dove:
- k è la costante cinetica,
- A è il fattore di pre-esponenziale (frequenza di collisione delle particelle),
- E_a è l'energia di attivazione,
- R è la costante dei gas ideali (8.31 J/(mol·K)),
- T è la temperatura assoluta in Kelvin.

La tua domanda riguarda il calcolo della costante cinetica (k₁) a 20 °C (293 K), dato che conosci k a 10 °C (283 K).

Dall'equazione di Arrhenius, puoi riscrivere A come segue:

A = k e^E_a/RT

Sostituendo i valori noti:

A< = 8.5 × 10^-3 e^{100000/8.31 × 283}

Risolvendo questa espressione trovi il valore di A, che risulta essere 2.49 × 10¹⁶. Ora puoi usare questo valore per calcolare k₁ a 20 °C:

k₁ = A e^-E_a/RT₁

Dove T₁ è la temperatura a 20 °C in Kelvin (293 K). Sostituendo i valori noti:

k₁ = 2.49 × 10¹⁶ e^{-100000/8.31 × 293}

Risolvendo questa espressione, si ottiene che k₁ è circa 3.6 × 10^-2 s^-1. Quindi, la risposta corretta è la B) 3.6 × 10^-2 s^-1.

1. Calcolo della massa dell'acqua (H₂O):

La mole di acqua (H₂O) è data come 2,00 mol. La massa dell'acqua può essere calcolata moltiplicando la mole per la massa molare dell'acqua. La massa molare dell'acqua è approssimativamente 18 g/mol. Quindi, la massa dell'acqua è:

2,00 mol × 18 g/mol = 36 g.

2. Calcolo della variazione di temperatura (ΔT):

La relazione tra il calore (Q), la massa (m), la capacità termica specifica (c), e la variazione di temperatura (ΔT) è data da:

Q = m × c × ΔT.

Risolvendo per ΔT, otteniamo:

ΔT = Q / (m × c).

Sostituendo i valori noti, otteniamo:

ΔT = 452,0 J / (36 g × 4,184 J/(g·K)) ≈ 3,0 °C.

3. Calcolo della temperatura iniziale:

La temperatura iniziale dell'acqua (T_iniziale) può essere ottenuta sottraendo ΔT dalla temperatura finale (T_finale):

T_iniziale = T_finale - ΔT = 40,0 °C - 3,0 °C = 37,0 °C.

Quindi, la risposta corretta è 37,0 °C (opzione A).