Chimica per il liceo/I passaggi di stato/Esercizi

Transizioni di Fase

Esercizio 30

Perché la temperatura dell'acqua in ebollizione non cambia quando si aggiunge calore? Cosa cambia?

Esercizio 31

Perché la temperatura del ghiaccio a 0 °C non cambia quando si aggiunge calore? Cosa cambia?

Esercizio 32

Quale caratteristica distingue l'equilibrio dinamico tra un liquido e il suo vapore in un contenitore chiuso?

Esercizio 33

Fornisci due osservazioni comuni che indicano che alcuni liquidi hanno pressioni di vapore sufficientemente alte da evaporare in modo evidente.

Esercizio 34

Fornisci due osservazioni comuni che indicano che alcuni solidi, come il ghiaccio secco e le naftaline, hanno pressioni di vapore sufficienti a sublimare.

Esercizio 35

Qual è la relazione tra le forze intermolecolari in un liquido e la sua pressione di vapore?

Esercizio 36

Qual è la relazione tra le forze intermolecolari in un solido e la sua temperatura di fusione?

Esercizio 37

Perché la benzina versata evapora più rapidamente in una giornata calda rispetto a una fredda?

Esercizio 38

Il tetracloruro di carbonio, CCl₄, aveva un tempo un utilizzo comune come solvente per lavaggio a secco, ma non è più utilizzato perché è cancerogeno. A 57.8 °C, la pressione di vapore di CCl₄ è 54.0 kPa e l'entalpia di vaporizzazione è 33.05 kJ/mol. Usa queste informazioni per stimare il punto di ebollizione normale di CCl₄.

Esercizio 39

Quando il punto di ebollizione di un liquido è uguale al suo punto di ebollizione normale?

Esercizio 40

In che modo l'ebollizione di un liquido differisce dalla sua evaporazione?

Esercizio 41

Usa le informazioni nella Figura 10.24 per stimare il punto di ebollizione dell'acqua a Denver, dove la pressione atmosferica è 83.3 kPa.

Esercizio 42

Una siringa a temperatura di 20 °C è riempita con etere liquido senza lasciare spazio per il vapore. Se il volume viene ampliato per creare spazio per il vapore, quale sarebbe la pressione approssimativa del vapore prodotto?

Esercizio 43

Spiega le seguenti osservazioni: (a) Occorre più tempo per cucinare un uovo a Ft. Davis, Texas (altitudine: 5000 piedi sul livello del mare) rispetto a Boston (a livello del mare). (b) Sudare è un meccanismo per raffreddare il corpo.

Esercizio 44

L'entalpia di vaporizzazione dell'acqua è maggiore dell'entalpia di fusione. Spiega perché.

Esercizio 45

Spiega perché le entalpie di vaporizzazione delle seguenti sostanze aumentano nell'ordine CH₄ < C₂H₆ < C₃H₈, sebbene il tipo di forza intermolecolare (forze di dispersione) sia lo stesso.

Esercizio 46

Spiega perché le entalpie di vaporizzazione delle seguenti sostanze aumentano nell'ordine CH₄ < NH₃ < H₂O, sebbene tutte e tre abbiano masse molari simili.

Esercizio 47

L'entalpia di vaporizzazione di CO₂(l) è 9.8 kJ/mol. Ti aspetteresti che l'entalpia di vaporizzazione di CS₂(l) sia 28 kJ/mol, 9.8 kJ/mol o −8.4 kJ/mol? Discuti la plausibilità di ciascuna risposta.

Esercizio 48

La molecola di fluoruro di idrogeno, HF, è più polare di una molecola di acqua, H₂O (ad esempio, ha un momento dipolare maggiore), tuttavia l'entalpia molare di vaporizzazione del fluoruro di idrogeno liquido è minore rispetto a quella dell'acqua. Spiega.

Esercizio 49

Il cloruro di etile (punto di ebollizione: 13 °C) viene utilizzato come anestetico locale. Quando il liquido viene spruzzato sulla pelle, raffredda la pelle abbastanza da congelarla e intorpidirla. Spiega l'effetto di raffreddamento del cloruro di etile liquido.

Esercizio 50

Quale tra i seguenti insiemi di composti è correttamente ordinato per punto di ebollizione crescente? (a) N₂ < CS₂ < H₂O < KCl

(b) H₂O < N₂ < CS₂ < KCl

(c) N₂ < KCl < CS₂ < H₂O

(d) CS₂ < N₂ < KCl < H₂O

(e) KCl < H₂O < CS₂ < N₂

Esercizio 51

Quanta energia è necessaria per convertire 422 g di H₂O liquida a 23.5 °C in vapore a 150 °C?

Esercizio 52

L'evaporazione del sudore richiede energia e porta via il calore in eccesso dal corpo. Se bevi una bottiglia d'acqua da 20 once refrigerata a 3.8 °C, quanta energia è necessaria per convertire tutta quest'acqua in sudore e poi in vapore? (Nota: Supponi che le proprietà termiche del sudore siano le stesse dell'acqua.)

Esercizio 53

Il tetracloruro di titanio, TiCl₄, ha un punto di fusione di −23.2 °C e una ΔH_fusione = 9.37 kJ/mol. (a) Quanta energia è necessaria per fondere 263.1 g di TiCl₄? (b) Per TiCl₄, quale valore avrà probabilmente una magnitudine maggiore: ΔH_fusione o ΔH_vaporizzazione? Spiega il tuo ragionamento.

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Risposte di OpenStax

Risposta 31

Il calore viene assorbito dal ghiaccio, fornendo l'energia necessaria per superare parzialmente le forze attrattive intermolecolari nel solido, causando la transizione di fase verso l'acqua liquida. La soluzione rimane a 0 °C finché tutto il ghiaccio non si è sciolto. Solo la quantità di acqua presente come ghiaccio cambia finché il ghiaccio non scompare. Successivamente, la temperatura dell'acqua può aumentare.

Risposta 33

Possiamo osservare la diminuzione della quantità di liquido in un contenitore aperto e possiamo sentire l'odore del vapore di alcuni liquidi.

Risposta 35

La pressione di vapore di un liquido diminuisce con l'aumentare della forza delle sue forze intermolecolari.

Risposta 37

Con l'aumento della temperatura, l'energia cinetica media delle molecole di benzina aumenta, e quindi una frazione maggiore di molecole ha energia sufficiente per sfuggire dal liquido rispetto a temperature più basse.

Risposta 39

Sono uguali quando la pressione del gas sopra il liquido è esattamente 1 atm.

Risposta 41

Circa 95 °C.

Risposta 43

(a) A 5000 piedi di altitudine, la pressione atmosferica è inferiore rispetto al livello del mare, quindi l'acqua bolle a una temperatura inferiore. Questa temperatura più bassa rallenta i cambiamenti fisici e chimici coinvolti nella cottura dell'uovo, richiedendo più tempo per cuocerlo completamente.

(b) Finché l'aria intorno al corpo contiene meno vapore acqueo rispetto al massimo che può trattenere a quella temperatura, il sudore evapora, raffreddando il corpo rimuovendo il calore di vaporizzazione necessario per vaporizzare l'acqua.

Risposta 45

Le forze di dispersione aumentano con la massa molecolare o la dimensione. Man mano che aumenta il numero di atomi che compongono le molecole in questa serie omologa, aumenta anche l'entità dell'attrazione intermolecolare tramite le forze di dispersione e, di conseguenza, l'energia necessaria per superare queste forze e vaporizzare i liquidi.

Risposta 47

Il punto di ebollizione di CS₂ è più alto di quello di CO₂, in parte a causa del peso molecolare maggiore di CS₂; di conseguenza, le forze attrattive sono più forti in CS₂. Si potrebbe quindi prevedere che il calore di vaporizzazione sia maggiore di 9.8 kJ/mol per CO₂. Un valore di 28 kJ/mol sembra ragionevole. Un valore di −8.4 kJ/mol indicherebbe un rilascio di energia durante la vaporizzazione, il che è chiaramente implausibile.

Risposta 49

L'energia termica (calore) necessaria per evaporare il liquido viene rimossa dalla pelle.

Risposta 51

1125 kJ.

Risposta 53

(a) 13.0 kJ.

(b) È probabile che il calore di vaporizzazione abbia una magnitudine maggiore poiché, nel caso della vaporizzazione, le interazioni intermolecolari devono essere completamente superate, mentre nella fusione vengono solo indebolite o distrutte in parte.

Risposte di ChatGPT (da controllare)

Risposta 30

La temperatura dell'acqua in ebollizione non cambia quando si aggiunge calore perché l'energia fornita viene utilizzata per rompere le forze intermolecolari e convertire il liquido in vapore. Ciò che cambia è lo stato fisico dell'acqua, non la sua temperatura.

Risposta 31

La temperatura del ghiaccio a 0 °C non cambia quando si aggiunge calore perché l'energia fornita viene utilizzata per rompere le forze intermolecolari e convertire il ghiaccio in acqua liquida. Ciò che cambia è lo stato fisico del ghiaccio, non la sua temperatura.

Risposta 32

L'equilibrio dinamico tra un liquido e il suo vapore in un contenitore chiuso è caratterizzato dal fatto che il tasso di evaporazione è uguale al tasso di condensazione. Non c'è variazione netta nella quantità di liquido o vapore, anche se le molecole si scambiano continuamente tra le due fasi.

Risposta 33

1. Odori evidenti, come quello di acetone o alcool, che indicano un'evaporazione rapida. 2. La formazione di una nebbia o goccioline su una superficie fredda, che indica una condensazione dovuta all'evaporazione del liquido.

Risposta 34

1. Il ghiaccio secco (CO₂ solido) forma una nebbia visibile quando sublima.

2. Le palline di naftalina si riducono di dimensioni nel tempo senza formare un liquido, indicando che sublimano direttamente in vapore.

Risposta 35

Le forze intermolecolari più forti in un liquido riducono la pressione di vapore, poiché più energia è necessaria per superare tali forze e permettere alle molecole di evaporare.

Risposta 36

Le forze intermolecolari più forti in un solido aumentano la temperatura di fusione, poiché più energia è necessaria per rompere tali forze e permettere il passaggio allo stato liquido.

Risposta 37

La benzina evapora più rapidamente in una giornata calda perché l'energia termica più elevata aumenta l'energia cinetica delle molecole, superando più facilmente le forze intermolecolari e favorendo l'evaporazione.

Risposta 38

Per stimare il punto di ebollizione normale di CCl₄, utilizza l'equazione di Clausius-Clapeyron e i dati forniti (pressione di vapore a 57.8 °C, entalpia di vaporizzazione). Il punto di ebollizione normale è vicino a 76.7 °C.

Risposta 39

Il punto di ebollizione di un liquido è uguale al suo punto di ebollizione normale quando la pressione atmosferica è pari a 1 atm (101.3 kPa).

Risposta 40

L'ebollizione coinvolge la formazione di bolle di vapore all'interno del liquido, mentre l'evaporazione avviene solo sulla superficie del liquido. L'ebollizione si verifica a una temperatura specifica, l'evaporazione a qualsiasi temperatura.

Risposta 41

A Denver, dove la pressione atmosferica è 83.3 kPa, il punto di ebollizione dell'acqua è stimato intorno a 94 °C, basandosi sulla relazione tra pressione e temperatura di ebollizione.

Risposta 42

La pressione del vapore prodotto sarebbe approssimativamente uguale alla pressione di vapore dell'etere liquido a 20 °C, pari a circa 48.3 kPa.

Risposta 43

(a) A Ft. Davis, la pressione atmosferica è più bassa rispetto a Boston, quindi l'acqua bolle a una temperatura più bassa, rallentando il processo di cottura. (b) Sudare raffredda il corpo perché l'evaporazione del sudore richiede energia, che viene sottratta dal calore corporeo.

Risposta 44

L'entalpia di vaporizzazione dell'acqua è maggiore dell'entalpia di fusione perché rompere completamente le forze intermolecolari per passare da liquido a vapore richiede più energia rispetto a indebolirle per passare da solido a liquido.

Risposta 45

Le entalpie di vaporizzazione aumentano nell'ordine CH₄ < C₂H₆ < C₃H₈ perché le molecole più grandi hanno forze di dispersione più forti, dovute a una maggiore polarizzabilità.

Risposta 46

Le entalpie di vaporizzazione aumentano nell'ordine CH₄ < NH₃ < H₂O perché H₂O ha legami a idrogeno più forti rispetto a NH₃, e CH₄ ha solo deboli forze di dispersione.

Risposta 47

L'entalpia di vaporizzazione di CS₂(l) è probabilmente 28 kJ/mol, poiché le molecole più grandi hanno interazioni intermolecolari più forti rispetto a CO₂(l).

Risposta 48

Nonostante HF sia più polare, l'acqua può formare una rete tridimensionale di legami a idrogeno più estesa, richiedendo più energia per la vaporizzazione.

Risposta 49

Il cloruro di etile evapora rapidamente, assorbendo calore dalla pelle. Questo calore latente di vaporizzazione raffredda la pelle, congelandola e intorpidendola.

Risposta 50

L'insieme correttamente ordinato per punto di ebollizione crescente è: (a) N₂ < CS₂ < H₂O < KCl.

Risposta 51

Calcola l'energia totale sommando il calore necessario per riscaldare l'acqua a 100 °C, vaporizzarla e riscaldare il vapore a 150 °C. L'energia totale è circa 118.5 kJ.

Risposta 52

Per convertire l'acqua refrigerata in sudore e poi in vapore, è necessario fornire circa 48.2 kJ, considerando il calore specifico, il riscaldamento e l'evaporazione.

Risposta 53

(a) L'energia necessaria per fondere 263.1 g di TiCl₄ è circa 14.2 kJ.

(b) ΔH_vaporizzazione è probabilmente maggiore di ΔH_fusione, poiché passare da liquido a vapore richiede la rottura completa delle forze intermolecolari.