Corso di Studi di Fisica

Corso di Chimica, A.A. 2009-2010

Prof. Luigi Cerruti

luigi.cerruti@unito.it

 

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Alcune possibili domande dell'esame scritto

 

All'esame scritto gli allievi devono venire muniti di una copia della tavola periodica e possono usare una calcolatrice elettronica.

La risposta alle domande precedute dall'asterisco * non è contenuta nelle diapositive. Si può ricorrere agli appunti delle lezioni o al libro di testo.

 

Sulle proprietà dell'atomo e il sistema periodico (Lezioni 1-6)

 

Date la definizione di 'corpo semplice' a livello macroscopico e di 'elemento' a livello microscopico. Discute il caso dei tre corpi semplici con cui si presenta il carbonio.
 



Come si distinguono quantitativamente il livello 'macroscopico' e il livello 'microscopico'?
 



Sia data la reazione N2 + H2 → NH3. Bilanciate la reazione con i coefficienti stechiometrici e discutetela dal punto di vista della legge di Gay-Lussac
 



Cosa è una 'grandezza molare'? Fate due esempi di grandezze molari.
 



* In riferimento all'effetto su una particella di massa m e di carica q di una differenza di potenziale elettrico V e di un campo magnetico di intensità B dimostrate la relazione q/m = 2V / B2 r2
 



In relazione al seguente diagramma:

 

 

 (a) definite le grandezze fisiche e le unità di misura sugli assi cartesiani; (b) indicate quali elementi sono indicati con le lettere a-e: (c) discutete l'andamento lungo i gruppi del sistema periodico della grandezza fisica indicata in ordinata.
 



Definite il potenziale di ionizzazione e discutetene l'andamento qualitativo nei primi due periodi del sistema periodico.
 



Quale relazione vi è fra l'elettronegatività di Pauling e il carattere ionico di un legame?
 



Significato e vincoli dei numeri quantici n, l, ml, ms
 



Date la definizione di 'orbitale atomico'.
 



Cosa indichiamo con rappresentazioni di questo tipo?





 


Confrontate la seguente immagine mnemonica con la tavola periodica e spiegate il significato delle notazioni (n)s, (n-1)d, ecc.




 


 

A quale elemento corrisponde questa configurazione elettronica 1s22s22p63s23p2 ?
 


 

Nomenclatura e reazioni (Lezioni 7-10)
 

Definite la formula minima e indicate per quali sostanze è necessario riferirsi alla formula minima

 



Indicate le unità di misura per la massa molare relativa

 



Definite il numero di ossidazione di un elemento in un composto

 


 

Assegnate i numeri di ossidazione agli elementi presenti nei seguenti composti:

Cr2O72-, NaBiO3, UO22+

 



Seguendo la nomenclatura IUPAC scrivete i nomi dei seguenti composti MgH2, SnS, Cr2O3, Ca(OH)2, KNO3

 


 

Quali formule corrispondono ai nomi "tetrossido di diazoto",  "trisolfuro di diantimonio", "idrossido di stagno due"

 


 

Indicate se la seguente reazione è di ossido-riduzione e bilanciatela assegnando i coefficienti stechiometrici:

Na2CO3 +HNO3 → NaNO3 + CO2 + H2O


 

Indicate se la seguente reazione è di ossido-riduzione e bilanciatela assegnando i coefficienti stechiometrici:

Ca + H2O →  Ca(OH) + H2

 


 

Legame chimico (Lezioni 11-14)

 

Definite le funzioni di stato e di processo in termodinamica, facendo degli esempi per entrambi i tipi di funzione

 



Facendo riferimento alle variazioni di entalpia date le definizioni di reazione esotermica e di reazione endotermica

 


 

Su cosa si basa la distinzione fra legami forti e legami deboli?

 



Fate un esempio di reazione esotermica e collegate la quantità di calore in gioco (a pressione costante) con la variazione di entalpia.
 



Nell'ambito di una classificazione dei legami chimici quali sono i legami forti?
 



Definite l'energia di legame per le molecole biatomiche
 



Quali sono i tipi fondamentali di legame chimico?

 



* Cosa si intende per 'repulsione di Pauli' nel modello di legame ionico?

 


A quale molecola biatomica si riferisce il seguente diagramma?

Discutetene il significato in relazione all'ordine di legame


 

Nel modello di Lewis in cosa consiste il legame chimico ?

 



Nel passaggio dal secondo al terzo periodo del sistema periodico il modello di Lewis fa ricorso alle 'ipervalenze'. Cosa sono le ipervalenze?

 



Rispetto al modello di Lewis quali nuove previsioni sono fornite dal modello VSEPR?

 



Quale differenza fondamentale vi è fra gli orbitali molecolari e gli orbitali ibridi?

 



Indicate le condizioni per cui diventa possibile una ibridazione ottaedrica

 



Perché nasce l'esigenza di considerare un particolare tipo di legame chiamato 'legame a idrogeno'?

 


 

Applicate il modello degli orbitali molecolari per spiegare la formazione delle bande di energia nei metalli

 



Proprietà dei gas e dei solidi (Lezioni 15-18)
 

Descrivete con un diagramma e commentate i tratti salienti di una analisi termica condotta mediante raffreddamento.

 



Quali sono e in cosa consistono i sei possibili cambiamenti di stato?

 



La costante che compare nella legge di Boyle ha le dimensioni di una energia. Da questo punto di vista quale è il significato fisico della legge di Boyle?

 



* Date la dimostrazione empirica dell'equazione di stato dei gas a partire dalle leggi di Boyle e di Charles.

 



Si considerino i gas N2O e CO2. Assumendo che si possa applicare la legge di Graham quale dei due gas avrà la maggiore velocità di diffusione?

 



Come si può valutare la durezza di un solido?

 



Quali sono i parametri fondamentali di una cella elementare?

 



Il cloruro di cesio cristallizza nella seguente struttura. Quante unità corrispondenti alla formula minima del cloruro di cesio sono contenute nella cella elementare?

 

 



Si sono stabilite diverse classi di solidi cristallini. Elencate queste classi e fate un esempio per ciascuna classe.

 



Confrontate le forze di London e le forze di van der Waals in quanto costituenti essenziali del legame di van der Waals.

 


 

Termodinamica (Lezioni 19-23)

 

Commentate il concetto di temperatura basato sullo zeresimo principio della termodinamica.

 



Cosa esprimono le due relazioni ΔE = qv  e ΔH = qp?

 



Definite l'entalpia di formazione di un composto.

 



Quale rapporto vi è fra la variazione entalpica di una reazione e le quantità di sostanza che intervengono nella trasformazione? Utilizzate la reazione generica A2 + B2
2AB con ΔH = 100 kJ per illustrare la vostra risposta.

 



Dimostrate che la legge di Hess deriva dal primo principio della termodinamica.

 



Cosa si intende per entalpia standard di formazione?

 



Discutete il rapporto fra variazione di entropia e cambiamenti stato sia nel caso di aumento di temperatura del sistema, sia nel caso di diminuzione della temperatura.

 



Perché è possibile definire l'entropia assoluta di un composto?

 



Discutete il diverso significato dei due criteri di spontaneità termodinamica espressi in funzione dell'entropia e dell'energia di Gibbs.

 



Sia data una certa reazione che avviene spontaneamente a temperatura ambiente. Aumentando la temperatura la reazione non è più spontanea. Date una spiegazione termodinamica di questo fenomeno.

 


 

Equilibrio chimico e cinetica chimica  (Lezioni 25-28)


Definite il potenziale chimico di Gibbs e fate un esempio specifico della sua utilità.

 



Quali sono le grandezze intensive fondamentali che partecipano alla definizione di equilibrio termodinamico?

 



Definite il grado di avanzamento di una reazione.

 


 

(a) Considerate il seguente diagramma. Definite le grandezze attribuite alle due variabili e indicatene le unità di misura

(b) Quale significato hanno le tre tangenti presenti nel diagramma?

 

 


 

Data la reazione A B esponete la relazione fra velocità di reazione ed equilibrio chimico.

 



Applicate il principio di Le Chatelier al caso in cui una certa quantità di un reagente sia aggiunta ad un sistema in equilibrio chimico.
 



Spiegate come sia possibile prevedere l'andamento di una reazione conoscendo il quoziente di reazione del sistema e la costante di equilibrio della reazione.

 



Dimostrate come sia possibile calcolare la costante di equilibrio di una reazione a partire dai valori tabulati di ΔHf° ed S° per ogni sostanza che partecipi alla reazione.

 



Data una reazione qualsiasi spiegate quale relazione ci sia fra la relativa legge cinetica e il suo ordine di reazione.

 



Dimostrate che il tempo di dimezzamento per una reazione del primo ordine è una costante.

 



Cosa si intende per 'stato di transizione'?

 



Illustrate con un diagramma l'azione di un catalizzatore su una reazione generica. Indicate e definite le grandezze fisiche rappresentate nel diagramma.
 


 

Elettrochimica Lezioni 29-33

Qual'è il problema fondamentale dell'elettrochimica. Rispondete tenendo conto di quanto avviene in una cella a combustibile (v. anche Lezioni 45-46).
 



Disegnate una cella Daniell e spiegatene il funzionamento.
 



Definite il potenziale di cella.
 



Una certa semicella funziona da catodo rispetto all'elettrodo a idrogeno. Il suo valore di potenziale di riduzione sarà positivo o negativo? Spiegate i motivi della vostra risposta.
 



Esponete la relazione fra energia di Gibbs e lavoro massimo.
 



Qual'è il significato fisico della costante di Faraday?
 



Dimostrate l'equazione di Nernst.

 



Quale è la differenza fondamentale fra una cella galvanica e una cella elettrolitica?

 



In riferimento alle leggi di Faraday sull'elettrolisi definite le grandezze che compaiono nella seguente formula, e spiegate il significato fisico della formula stessa



 


 

Liquidi, diagrammi di stato, soluzioni  Lezioni  34-38

Come dipende la solubilità dei gas nei liquidi dalla temperatura e dalla pressione?
 



In qual modo l'entropia ci aiuta a spiegare la scarsa solubilità dei gas nei liquidi?
 



Discutete le questioni energetiche relative alla solubilità nei liquidi di sostanze in stati condensati.
 



Dimostrate la regola delle fasi di Gibbs.
 



Disegnate un diagramma di fase generico e discutetene le caratteristiche principali (ricordate che per ogni diagramma occorre indicare con precisione le grandezze fisiche e le unità di misura coinvolte nelle variabili).
 



Qual'è il significato fisico della temperatura critica?
 



Spiegate con un diagramma isobaro il processo di distillazione.
 


 

* Discutete l'andamento del diagramma di analisi termica (a destra nella figura) facendo riferimento in particolare alla diversa pendenza dei quattro tratti della curva di raffreddamento.

 


 


 

Definite una proprietà colligativa e discutetene un caso particolare.
 



Discutete la relazione fra la legge di Raoult e le proprietà colligative.
 



Spiegate il significato fisico della costante Kc nella seguente relazione:

 

 


 

Qual'è la causa termodinamica della pressione osmotica?

 


 

Proprietà chimiche delle soluzioni  Lezioni 39-42

 

Perché è opportuno introdurre i concetti di fugacità e attività?
 



Qual'è la funzione dello ione di Zundel nella mobilità di H+ nelle soluzioni acquose?
 



Qual'è la relazione fra pOH e pH?
 



Cosa è una base coniugata secondo Brønsted?
 



* Spiegate il fenomeno di idrolisi in base alla teoria di Brønsted

 


 

Date la definizione di soluzione satura.
 



Cosa sono la solubilità e il prodotto di solubilità? Fate riferimento a Na2SO4
 


 

Elementi di chimica inorganica Lezioni 45-48

 


 

Esponete i dati essenziali della classificazione geochimica degli elementi.

 



Dite in cosa consiste il gas di sintesi e perché viene prodotto.
 



Quali sono i principali metodi di preparazione dell'idrogeno?
 



Descrivete la cella a combustibile basata sull'idrogeno.
 



Descrivete nei dettagli il processo Solvay per la produzione di Na2CO3.

 


 

Indicate quali sono le caratteristiche principali degli elementi del gruppo IV A.

 


 

Spiegate perché i fullereni sono così interessanti per fisici e chimici.

 


 

Indicate quali sono le caratteristiche principali degli elementi del gruppo V A.

 


 

Descrivete nei tratti qualitativi essenziali il ciclo del carbonio.

 


 

Descrivete nei tratti qualitativi essenziali il ciclo dell'azoto.