Examen de prova sobre la classificació de la matèria i dissolucions

1. Explica raonadament perquè l'aigua (H2O) és un compost i l'aigua amb sal és una mescla homogènia.

L'aigua és un compost perquè està format per dos elements (H2 i O) en proporció fixa i invariable, és a dir, una molècula d’aigua està formada per dos àtoms d’hidrogen i un d’oxigen. Els elements que la formen es poden separar per mètodes químics i les propietats de l’hidrogen i de l’oxigen són característiques d’ells i diferents de les de l’aigua, és a dir, no depenen de la quantitat de substàncies que continga ni de la forma com la densitat, la solubilitat, etc.

L’aigua amb sal és una mescla homogènia perquè està composta per dues o més substàncies que no estan combinades químicament i la proporció d’aquesta és variable. Les propietats d’aquesta dependrà de la quantitat de substàncies que la formen, com la densitat.

2.   Classifica les substàncies que s'anomenen segons siguen substàncies pures o mescles. Després classifica les substàncies en elements, compostos, mescles homogènies o mescles heterogènies. Les substàncies són les següents: aigua amb sucre, aigua destil·lada, aigua de mar, amanida, bronze, or, alumini, diòxid de carboni (CO2), aire, nitrogen, oxigen, roca granítica, aigua i oli.

Substàncies pures: aigua destil·lada (H2O), or (Au), alumini (Al), diòxid de carboni (CO2), nitrogen (N2), Oxigen (O2).

Mescles: aigua amb sucre, aigua de mar, amanida, bronze, aire, roca granítica, aigua i oli.

Les substàncies pures es classifiquen en:

-Elements: or, alumini, nitrogen, oxigen.

-Compostos: aigua destil·lada, diòxid de carboni (CO2).

Les mescles es classifiquen en:

-Mescles homogènies: aigua amb sucre, aigua de mar, bronze, aire.

-Mescles heterogènies: amanida, roca granítica, aigua i oli.

3.   Indica que significa la dada numèrica en cada apartat:

a) Una botella de vi diu que té un 7,4% de volum d'alcohol.

 Vol dir que per cada 100ml de vi hi ha 7,4ml d’alcohol.

b) La concentració de sal en una dissolució d'aigua amb sal és de 15 g/l.

Vol dir que per cada litre d’aigua amb sal hi ha 15g de sal.

c) Es prepara una dissolució de sucre en aigua al 18% en massa de sucre.

Vol dir que per cada 100g de dissolució d’aigua amb sucre hi ha 18g de sucre.

4.   Es va fer un experiment per investigar l'efecte de la solubilitat del sucre en aigua, mesurant la quantitat de sucre que es pot dissoldre en 1 l d'aigua a diferents temperatures. Després es van fer gràfics amb els resultats. Quins dels següents gràfics és més probable per mostrar els resultats de l'experiment que s'ha fet?

La c) perquè a major temperatura, més quantitat de sucre es pot dissoldre i més fàcil és la dissolució. 

5.   100 g de M&Ms contenen 65,5 g de sucre i 20,7 g de greix. Es mesura la massa de 20 M&Ms i resulta ser de 16 g. Calcula la massa de sucre i de greix que hi ha en 1 M&Ms.

Massa d’un M&Ms:

20 M&Ms ---------- 16g

1 M&Ms   ---------- x

X= 16g / 20 M&Ms = 0,8g

Per tant, 1 M&Ms tindrà una massa de 0,8g.

Per a calcular la massa de sucre i greix que hi ha en 1 M&Ms:

100g -------- 65,5g de sucre

0,8g --------- x

X= 65,5·0,8/ 100= 0,524g de sucre en 1 M&Ms

100g -------- 20,7g de greix

0,8g --------- x

X= 20,7·0,8/ 100= 0,1656g de greix en 1 M&Ms

6.   Es preparen 4 dissolucions d'aigua en sucre de manera que sempre hi ha 50 ml d'aigua i en la primera dissolució hi ha 5 g de sucre, en la segona 10 g de sucre, en la tercera 15 g de sucre i en la quarta 20 g de sucre.

a)  Si la densitat de l'aigua és de 1 g/ml, quina massa d'aigua hi ha en els 50 ml d'aigua?

Hi ha 50g, perquè 1ml equival a 1g de massa, per tant, en 50ml hi ha 50g.

b)  Calcula el % en massa de sucre en cada dissolució.

1a dissolució: 100g de dissolució· 5g de sucre/ 55g de dissolució= 9,1g de sucre

Hi ha un 9,1% en massa de sucre. 

2a dissolució: 100g de dissolució· 10g de sucre/ 60g de dissolució= 16,7g de sucre

Hi ha un 16,7% en massa de sucre. 

3a dissolució: 100g de dissolució· 15g de sucre/ 65g de dissolució= 23,1 g de sucre

Hi ha un 23,1% en massa de sucre. 

4a dissolució: 100g de dissolució· 20g de sucre/ 70g de dissolució= 28,6 g de sucre

Hi ha un 28,6% en massa de sucre. 

c)  Si el volum de cada dissolució és sempre de 50 ml, calcula la concentració de sucre en g/ml.

1a dissolució: 5g de sucre/ 50ml de dissolució= 0,1g/ml   

2a dissolució: 10g de sucre/ 50ml de dissolució= 0,2g/ml   

3a dissolució: 15g de sucre/ 50ml de dissolució= 0,3g/ml   

4a dissolució: 20g de sucre/ 50ml de dissolució= 0,4g/ml   

d)  Quina quantitat de sucre hi ha que afegir per a tindre una dissolució al 22% de massa en sucre si s'agafen 50 ml d'aigua?

100g de dissolució ---------- 22g de sucre
(50+x)g de dissolució ------ x grams de sucre
100·x = 22(50+x)
100x=1100+22x
100x-22x = 1100
78x = 1100
x= 1100/78= 14,1g de sucre

7.   Explica raonadament i pas per pas començant pels càlculs com es preparen 150 g de dissolució d'aigua en sucre al 20% en massa de sucre. Anomena tot el material de laboratori que s’ha d'utilitzar.

CÀLCULS

1er. Regla de tres.

150g de dissolució --------- x

100g de dissolució --------- 20% en massa

X=150· 20/ 100= 30% en massa

2n. Restar del total de grams de la dissolució els grams de sucre (component) per a obtenir els grams d’aigua.

150-30= 120g d’aigua

  

MATERIALS

- Aigua (120g)                                                                                                 - Vidre de rellotge

- Sucre (30g)                                                                                                    - Vas de precipitats

- Balança electrónica                                                                                       - Espàtula

- Vareta de vidre

PROCEDIMENT

1er. Pesar l’aigua i el café en la balança electrònica.

2n. Ficar en un vas de precipitats els 120g d’aigua, i en un vidre de rellotge els 30g de sucre.

3r. Tirar el sucre al vas de precipitats on està l’aigua.

4t. Mesclar-ho tot amb una espàtula.

5é. Ja tenim el resultat.

8.   Explica raonadament i pas per pas començant pels càlculs com es preparen 250 ml de dissolució d'etanol en aigua al 15% en volum a partir d'una botella d'alcohol de curar que té un 96 % d'etanol (suposa que la resta de la botella és aigua). Anomena tot el material de laboratori que s'ha d'utilitzar.

CÀLCULS

1er. Primer hem de saber la quantitat d’etanol que hi ha en 250 ml de dissolució. Per a saber açò, faré una regla de tres.

250ml de dissolució ---------- x

100ml de dissolució ---------- 15ml d’etanol

X= 250· 15/ 100= 37,5ml d’etanol

2n. Ara calcularé la quantitat d’alcohol de curar que necessite per a obtindre 37,5ml d’alcohol.

100ml d’alcohol de curar ----------- 96ml d’etanol

x ml d’alcohol de curar ------------- 37,5ml d’etanol

x= 100· 37,5/ 96= 39ml d’alcohol de curar

MATERIALS

- Proveta graduada

- Comptagotes

- Matràs aforat

- Aigua destilada (fins a obtindre 250ml)

- Alcohol de curar (39ml)

- Vas de precipitats

PROCEDIMENT

1r. En una proveta graduada ficar 39ml d’alcohol de curar amb ajuda d'un comptagotes.

2n. Posar l'alcohol en un matràs aforat de 250 ml i després afegir aigua destil·lada, que tindrem en un vas de precipitats, fins que arribe a 250 ml.

3r. Ja tenim el resultat.

Preparació d'una dissolució en el laboratori d'un sòlid en un líquid

Vaig a preparar una dissolució d’aigua amb café. Les dades d’aquest problema són:

120g d’una dissolució de café en aigua al 5% en massa.

CÀLCULS

1er. Una regla de tres

120g de dissolució -------- x % de massa

100g de dissolució -------- 5% de massa

x= 120·5/100= 6 g de café

2n. Restar del total de grams de la dissolució els grams del café (component) per a obtindre els grams d’aigua.

120-6= 114 g d’aigua

MATERIALS

- Aigua (114g)                                                                                                 - Vidre de rellotge

- Café (6g)                                                                                                       - Vas de precipitats

- Balança electrónica                                                                                       - Espàtula

- Vareta de vidre

PROCEDIMENT

1er. Pesar l’aigua i el café en la balança electrónica.     

                                               
                                                          

2n. Ficar en un vas de precipitats els 114g d’aigua, i en un vidre de rellotge els 6g de café.

3r. Tirar el café al vas de precipitats on està l’aigua.

4t. Mesclar-ho tot amb una espàtula.

5é. Ja tenim el resultat.

Exercicis matemàtics sobre dissolucions

He fet els exercicis del punt 6.2 del dossier i ho sé fer tot. Encara que em costa un poc entendre els enunciats.

Diferència entre substàncies pures i mescles homogènies

SUBSTÀNCIES PURES

Les substàncies pures estan formades per un sol tipus de component i la seua composició física és fixa i invariable.

L’aigua (H2O) és una substància pura, igual que l’oxígen (O2), la glucosa (C6H12O6), l’alumini (Al), el diòxid de carboni (CO2)…

Dins de les substàncies pures trobem:

-Les pures elementals o elements: O2, Al, etc.

Com veiem, les propietats dels elements que els diferencien són que estan formants per un sol tipus d’àtom i no es poden separaren altres més simples per mètodes químics.

-Les pures compostes o compostos: H2O, C6H12O6, CO2, etc.

Les propietats dels compostos són que estan formats per més d’un tipus d’àtom, és a dir, per diferents elements, en proporció fixa i invariable. Els elements que els formen es poden separar per mètodes químics i les propietats dels compostos són característiques d’ells i diferents dels elements que el formen. 

MESCLES

Les mescles estan formades per dues o més substàncies que no estan combinades químicament, les propietats de les quals depenen de la quantitat de les substàncies que la formen. Les substàncies que les formen conserven les seues característiques. Hi ha dos tipus:

-Mescles homogènies, també anomenades solucions. En aquestes el component majoritari s’anomena dissolvent, i el que es troba en menor quantitat solut. No és possible distingir els elements que la formen a simple vista.

Exemples: aigua amb café, llet amb cacau, aire.

-Mescles heterogènies, en aquestes els components es poden veure a simple vista. Poden ser mescla de líquids, sòlids o líquid i gas.

Exemples: aigua amb oli, granit, aigua amb gas.

En conclusió, la diferència entre un compost i una mescla homogènia és que els compostos estan formats per àtoms de dos o més elements units químicament en proporcions fixes (H2O), l’aigua conté dues molècules d’hidrogen i una d’oxigen, i les propietats d'aquests són diferents a les dels elements que els formen. En les mescles homogènies els seus components poden separar-se per mitjans físics i les propietats d'aquests no canvien la seua identitat, dependràn de les propietats de les substàncies que els formen.

Utilitzant simulacions sobre les lleis de gasos

He fet les activitats de simulacions sobre les lleis de gasos i no tinc cap dubte. Ho entenia tot abans de fer-les, però aquestes activitats m'han servit per a tindre-ho més clar.

Examen de prova de les lleis dels gasos

1. Enuncia la llei de Charles i justifica-la des del punt de vista de la teoria cinètica.

La llei de Charles diu que a pressió constant, el volum és directament proporcional a la temperatura absoluta del gas. És a dir, si la temperatura augmenta, el volum del gas augmenta; i si la temperatura del gas disminueix, el volum també disminueix.

Des del punt de vista de la teoria cinètica, ens diu que quan la pressió és constant, el nombre de xocs contra les parets del recipient és constant. Aleshores, en augmentar el volum que ocupa el gas les partícules aniran més ràpides (per a que xoquen el mateix nombre de vegades contra les parets del recipient han d'anar més ràpides), pel que la temperatura augmentarà. Si el volum disminueix, les partícules aniran més lentes, de la mateixa manera, la temperatura disminuirà.

2. La següent gràfica és el resultat d'un experiment que s'ha fet amb un gas. A partir del que es veu en la gràfica contesta les preguntes següents:

a)  Quina llei dels gasos s'ha intentat comprovar en l'experiment? Com ho saps.

La llei que s’ha intentat comprovar és la llei de Boyle, perquè aquesta llei diu que quan la temperatura és constant, el volum d’una massa fixa de gas és inversament proporcional a la pressió que aquest exerceix.

b)  Si suposes que l'experiment s'ajusta completament a la llei que s'intentava comprovar, cosa que mai passa perquè sempre hi ha errors, completa la taula següent de dades:

P (atm)	25	5	2,5	1,6	1,25	1	0,83
V (l)	1	5	10	15	20	25	30

c) En aquest experiment la pressió i el volum són magnituds directament proporcionals o inversament proporcionals? Justifica la teua resposta.

En aquest experiment, la pressió i el volum són magnituds inversament proporcionals, perquè dues magnituds són inversament proporcionals quan en multiplicar una de les magnituds per un nombre, l’altra es divideix també pel mateix nombre. És a dir, quan el volum augmenta, la pressió disminueix en la mateixa proporció; i quan el volum disminueix, la pressió augmenta de la mateixa manera.

3. Es fa un experiment a temperatura constant de manera que un gas ocupa un volum de 11,3 l quan la pressió que exerceix sobre la parets del recipient és de 40 mm Hg. Sense fer cap càlcul indica raonadament si el volum que ocuparà el gas serà major o menor quan la pressió és de 80 mm Hg. Raona la resposta.

Aquest experiment correspon a la llei de Boyle, perquè és un experiment amb un gas a temperatura constant. El volum del gas serà menor perquè el volum i la pressió són magnituds inversament proporcionals, per tant, si la pressió ha augmentat, el volum disminuirà.

4. En el laboratori s'ha fet un experiment per comprovar una de les tres lleis dels gasos: la llei de Boyle, la llei de Charles o la llei de Gay-Lussac. Si només tens la gràfica que s'ha obtingut amb les dades de l'experiment, sense tindre les magnituds representades, a quina o quines de les tres lleis podria correspondre la gràfica següent? Raona la resposta.

Aquesta gràfica podria correspondre a la llei de Charles o a la de Gay-Lussac. Perquè les dues lleis són directament proporcionals, i quan són magnituds directament proporcionals, es representen mitjançant una recta que passa per l’origen de les coordenades.

Direm que representa la llei de Charles perquè quan el volum augmenta la temperatura també, i en el cas de la llei de Gay-Lussac perquè la temperatura i la pressió augmenten.

5. Es fa en el laboratori un experiment a volum constant i es mesura com varia la pressió que exerceix un gas sobre les parets del recipient respecte a la temperatura del gas. Es fa una primera mesura i s'obtenen uns valors determinats de la pressió i la temperatura. Si es torna a fer una nova mesura i s'obté que la temperatura, mesurada en K, és el doble de la que era al principi, indica raonadament que pots dir de la pressió respecte a la que es tenia inicialment.

A aquest experiment  s’aplica la llei de Gay-Lussac perquè ens diu que es fa a volum constant i relaciona la pressió i la temperatura.
La fórmula matemàtica per a poder saber quina és la pressió respecte a la qual hi havia al principi és:

                        ó                           

L’explicació de la formula, és que si al començament d’un experiment tenim un gas a una temperatura (T1) i a una pressió (P1), en variar la temperatura a T2, la pressió també canviarà (P2) en la mateixa proporció en que ha variat la temperatura. Pressió I temperatura són magnituds directament proporcionals.

Per tant, si la temperatura en finalitzar l’experiment és el doble que al començament, la pressió també ho serà.

6. Un estudiant estava intentant demostrar si es complia la llei de Gay-Lussac en el laboratori i ha fet més d'un experiment amb gasos. Per mala sort totes les dades que tenia s'han mesclat i ha construït una taula de dades de manera que creu que totes aquestes dades corresponen a un experiment. Corresponen totes aquestes dades a un únic experimento o són de més d'un experiment? En cas de ser més d'un experiment, de quants experiments ha mesclat dades? Raona les respostes.

P (atm)	1	1,1	1,2	1,25	1,3	1,4	1,5	1,75	2
T (K)	100	132	144	125	156	168	150	175	240

En aquesta taula s’han mesclat dos experiments perquè en aplicar la llei de Gay-Lussac la pressió i la temperatura, encara que augmenten les dos, no augmenten proporcionalment, és a dir, si dividim P1 entre T1 (1/100)el resultat que ens dóna és 0,01 I en fer el mateix entre P2 i T2 (1,1/132) el resultat que ens dona és 0,083333, per tant aquests valors no augmenten proporcionalment i no es compleix la llei de Gay-Lussac.

7. Es fa un experiment en el laboratori en un recipient tancat, de manera que aquest recipient no pot expandir-se ni es pot contraure. En un moment determinat es mesura la pressió del gas i és de 0,85 atm a una temperatura de 125 ºC. Després es torna a mesurar la pressió i es de 800 mm Hg. Si es vol determinar la temperatura del gas per a aquesta última pressió, contesta les preguntes següents:

a)  Quina llei dels gasos s'ha d'utilitzar per calcular la temperatura demanada? Justifica com ho saps a partir del que diu l'enunciat.

S’ha d’utilitzar la llei de Gay-Lussac, perquè és un recipient tancat, per tant, el volum és constant. Només varien la pressió i la temperatura.

b)  Hi ha que fer canvis d'unitats abans de poder aplicar la llei dels gasos adient per resoldre l'exercici? En cas d'haver-se de fer canvis d'unitats indica la raó.

Sí que cal fer canvis d’unitats abans de poder aplicar la llei de Gay-Lussac. Perquè la llei diu que:

Per a poder operar aquestes magnituds, han d’estar a les mateixes unitats. En el cas de la pressió, una dada està en atm i l’altra en mmHg. Per tant, haurem de canviar una de les dues magnituds a les unitats de l’altra perquè estiguen iguals. En el cas de la temperatura, tindrà que estar en kelvin (K).

c)  Abans de resoldre l'exercici numèricament raona si la temperatura demanada serà major o menor de 125ºC.

La temperatura serà major perquè al augmentar la pressió, com són magnituds directament proporcionals, la temperatura també augmentarà.

  

d)  Calcula la temperatura quan la pressió és de 800 mm Hg.

Per a circular-ho aplicarem la llei de Gay-Lussac.

V= constant :  P1= 646 mmHg                      P2= 800mmHg

                        t1= 398,15 K                          t2= ?

 646/398,15 = 800/t2 → t2= 800·395,15/646=493,1 K