Exercicis: El model atòmic-molecular

Completa la frase amb les paraules que falten: «Segons el model atòmic-molecular, tota la matèria està formada per $\dots$. Aquests s'agrupen formant $\dots$ i, en una reacció química, no desapareixen: només es $\dots$ per donar substàncies noves».

La fórmula de l'aigua és $H_2O$. La figura mostra el seu model de boles.

1. a) Quants àtoms d'hidrogen té una molècula d'aigua?
2. b) Quants àtoms d'oxigen?
3. c) Quants àtoms hi ha en total a la molècula?

La fórmula del diòxid de carboni és $CO_2$. Indica quins elements formen la seva molècula i quants àtoms de cada element hi ha en ella.

Relaciona cada símbol químic amb el seu element: $H$, $O$, $C$ i $N$, amb els noms hidrogen, carboni, nitrogen i oxigen.

Observa la figura:

Explica la diferència entre escriure $O_2$ i escriure $2\ O$: quants àtoms d'oxigen hi ha en cada cas i com estan (units o solts)?

Volem construir un model de la molècula d'aigua amb boles de plastilina: fem servir boles vermelles per als àtoms d'oxigen i boles blanques per als d'hidrogen.

1. a) Quantes boles de cada color necessites per a una molècula d'aigua?
2. b) Descriu com estarien unides les boles.

En la formació de l'aigua, dues molècules d'hidrogen ($2\ H_2$) reaccionen amb una molècula d'oxigen ($O_2$) i es formen dues molècules d'aigua ($2\ H_2O$), com mostra l'esquema de partícules.

Compta els àtoms d'hidrogen i d'oxigen abans i després de la reacció. Ha desaparegut algun àtom?

Quan el gel es fon, les molècules continuen sent $H_2O$; quan l'aigua es descompon amb corrent elèctric, apareixen $H_2$ i $O_2$. La figura mostra les partícules en els dos processos.

Explica amb el model atòmic-molecular quin dels dos canvis és químic i per què.

Compta amb cura:

1. a) Quants àtoms d'hidrogen i d'oxigen hi ha a $3\ H_2O$?
2. b) Quants àtoms de carboni i d'oxigen hi ha a $5\ CO_2$?

La fórmula de l'amoníac és $NH_3$.

1. a) Quants àtoms hi ha en una molècula d'amoníac?
2. b) Quants àtoms de cada element hi ha a $2\ NH_3$?

La combustió del metà s'escriu així: $CH_4 + 2\ O_2 \rightarrow CO_2 + 2\ H_2O$. L'esquema representa les molècules abans i després.

Compta els àtoms de cada element abans i després de la reacció i comprova que es conserven.

En un model de boles, les negres són àtoms de carboni, les blanques d'hidrogen i les vermelles d'oxigen. Una bola negra unida a quatre blanques representa el metà, $CH_4$.

1. a) Quina molècula representa una bola negra unida a dues vermelles?
2. b) Descriu amb boles d'aquest model la molècula d'aigua.

A l'aire, les molècules de $N_2$ i de $O_2$ estan soltes i barrejades; a l'aigua, els àtoms d'hidrogen i d'oxigen estan units formant molècules $H_2O$, com mostra la figura.

Explica amb el model atòmic-molecular la diferència entre una mescla i un compost.

Explica, fent servir el model atòmic-molecular, per què la massa es conserva en una reacció química (llei de Lavoisier): què els passa als àtoms durant la reacció i què passa amb la seva massa?

L'aigua és $H_2O$ i l'aigua oxigenada és $H_2O_2$. La figura mostra el model de les dues molècules.

1. a) Contenen els mateixos elements?
2. b) Són la mateixa substància?
3. c) Relaciona la teva resposta amb la llei de les proporcions definides.

En bullir aigua, les molècules $H_2O$ se separen les unes de les altres, però no es trenquen.

1. a) Per què el vapor continua sent aigua?
2. b) Què els hauria de passar a les molècules perquè el vapor deixés de ser aigua?

La formació de l'aigua es representa així: $2\ H_2 + O_2 \rightarrow 2\ H_2O$.

1. a) Quantes molècules hi ha abans i després de la reacció?
2. b) Quants àtoms de cada tipus hi ha abans i després?
3. c) Fes servir el model atòmic-molecular per justificar la llei de conservació de la massa.

En cremar una cinta de magnesi a l'aire, l'òxid que es forma pesa més que la cinta original.

1. a) Explica aquest guany de massa amb el model atòmic-molecular.
2. b) Prediu què passaria amb la massa total si poguéssim pesar també tot l'aire que ha participat en la reacció.

En fer passar corrent elèctric per l'aigua, aquesta es descompon: $2\ H_2O \rightarrow 2\ H_2 + O_2$. La figura mostra l'aparell de l'experiment.

1. a) Compta els àtoms de cada element abans i després.
2. b) En l'experiment es recull el doble de volum d'hidrogen que d'oxigen: relaciona-ho amb el nombre de molècules de cada gas que es forma.
3. c) Es conserva la massa en aquesta descomposició? Justifica-ho.

La síntesi industrial de l'amoníac s'escriu: $N_2 + 3\ H_2 \rightarrow 2\ NH_3$.

1. a) Dissenya un model amb boles (tria un color per a cada element) que representi aquesta reacció, abans i després.
2. b) Comprova, comptant àtoms en el teu model, que es respecta la conservació de la massa.
3. c) Quantes molècules d'amoníac es formen per cada molècula de nitrogen?

Un alumne escriu al seu quadern la combustió del metà així: $CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$.

1. a) Compta els àtoms de cada element als dos costats de la fletxa.
2. b) Respecta el seu esquema la llei de conservació de la massa?
3. c) Corregeix l'escriptura perquè els àtoms quadrin i explica què has canviat.

La formació de l'òxid de ferro es pot escriure: $4\ Fe + 3\ O_2 \rightarrow 2\ Fe_2O_3$. L'esquema representa els àtoms abans i després.

1. a) Compta els àtoms de ferro i d'oxigen abans i després.
2. b) Una vella portalada de ferro molt oxidada pesa més que quan era nova: explica-ho amb el model atòmic-molecular.
3. c) D'on han sortit els àtoms que fan augmentar la seva massa?

En un recipient tancat hi ha $10$ molècules de $H_2$ i $10$ molècules de $O_2$, i es produeix la reacció $2\ H_2 + O_2 \rightarrow 2\ H_2O$. La figura mostra el recipient abans de la reacció.

1. a) Quantes molècules d'aigua es formen?
2. b) Sobren molècules d'algun gas? Quantes i de quin?
3. c) Relaciona el resultat amb la llei de les proporcions definides.

El model atòmic-molecular permet explicar les dues lleis de les reaccions químiques que has estudiat.

1. a) Explica amb el model la llei de conservació de la massa: per què no canvia la massa si els àtoms no desapareixen i cada tipus d'àtom té sempre la mateixa massa?
2. b) Explica amb el model la llei de les proporcions definides: per què un compost té sempre la mateixa proporció en massa si la seva fórmula és sempre la mateixa?

Repte del tema. Desapareix la massa en formar-se un gas? Comprovaràs a la teva cuina les lleis que van donar origen a la química moderna utilitzant vinagre, bicarbonat i una balança casolana de precisió (incertesa $\pm 0,1\text{ g}$).

1. Conservació de la massa (Lavoisier): Pesa una ampolla amb $50\text{ mL}$ de vinagre i un globus subjectat al coll que contingui $2\text{ g}$ de bicarbonat, sense barrejar encara. Aboca el sòlid al líquid dins del sistema tancat i torna a mesurar. Repeteix el procés en un got obert.

2. Proporcions definides (Proust): En tres gots oberts amb $50\text{ mL}$ de vinagre cadascun, afegeix $2\text{ g}$, $4\text{ g}$ i $8\text{ g}$ de bicarbonat. Mesura la massa inicial i final a cada assaig, calcula la massa de gas $\text{CO}_2$ perdut ($\Delta m = m_{\text{inicial}} - m_{\text{final}}$) i construeix una taula i una gràfica de $\Delta m$ enfront de la massa de bicarbonat.

3. Model atòmic i producte final: Elabora un breu informe on justifiquis la gràfica identificant el reactiu limitant (Proust) i il·lustris, mitjançant un esquema d'esferes (Dalton), com es reorganitzen els enllaços atòmics per explicar per què els àtoms es conserven.

Es valorarà:

• Rigor en el registre experimental casolà, expressió d'incerteses i traçat de la gràfica.

• Justificació coherent de les lleis de Lavoisier i Proust a partir dels teus resultats.

• Ús correcte del model atomicomolecular per explicar la conservació i el reordenament de partícules.