Esercizi: Soluzioni e loro proprietà

In laboratorio si sciolgono $0,5\ \text{mol}$ di cloruro di sodio in acqua fino a completare $2\ \text{L}$ di soluzione.

1. a) Scrivi la formula della molarità.
2. b) Calcola la molarità della soluzione.

Per reidratare uno sportivo si prepara una bevanda sciogliendo $20\ \text{g}$ di glucosio in $180\ \text{g}$ di acqua.

1. a) Qual è la massa totale della soluzione?
2. b) Calcola la sua percentuale in massa di glucosio.

Una soluzione di idrossido di sodio, $\text{NaOH}$, è $0,4\ \text{M}$. Dato: massa molare del $\text{NaOH}$, $40\ \text{g/mol}$.

1. a) Quante moli di $\text{NaOH}$ ci sono in $250\ \text{mL}$ di quella soluzione?
2. b) Quanti grammi di $\text{NaOH}$ sono?

Il limite legale di nitrati nell'acqua potabile è di $50\ \text{ppm}$, cioè $50\ \text{mg}$ di nitrato per ogni chilogrammo di acqua.

1. a) Quanti milligrammi di nitrato può contenere al massimo una tanica con $5\ \text{kg}$ di acqua?
2. b) In laboratorio si assume spesso $50\ \text{ppm}$ come $50\ \text{mg/L}$: ragiona su cosa si sta supponendo sulla densità dell'acqua affinché i due modi di esprimerlo coincidano.

La soluzione fisiologica usata negli ospedali è una soluzione di cloruro di sodio allo $0,9\ \%$ in massa.

1. a) Quanti grammi di sale contiene una sacca da $500\ \text{g}$ di soluzione fisiologica?
2. b) Quanti grammi di acqua?

Indica se ciascuna affermazione è vera o falsa e giustifica la risposta:

1. a) Se si trasferisce metà di una soluzione in un altro becher, la molarità in ciascun becher è la metà di quella iniziale.
2. b) Se il volume di una soluzione si dimezza facendo evaporare l'acqua, la sua molarità raddoppia.
3. c) Due soluzioni con soluti diversi possono avere la stessa molarità e, allo stesso tempo, diversa massa di soluto per litro.

Per preparare $100\ \text{mL}$ di una soluzione $0,5\ \text{M}$ di carbonato di sodio occorre pesare $5,3\ \text{g}$ di soluto. Riordina i seguenti passaggi della procedura di laboratorio, che sono in disordine, e spiega che cosa si fa in ciascuno:

1. a) Portare a volume con acqua distillata fino al segno sul collo del matraccio.
2. b) Pesare il soluto con la bilancia.
3. c) Sciogliere il soluto in un becher con una piccola quantità di acqua.
4. d) Travasare nel matraccio tarato da $100\ \text{mL}$ e completare con acqua quasi fino al segno.

Inoltre, spiega che cosa significa «portare a volume» e perché il matraccio tarato è lo strumento adatto. La figura mostra il matraccio tarato e, ingrandito, il dettaglio del raggiungimento del segno sul collo.

L'analisi di una sorgente rileva $30\ \text{mg}$ di fluoruro disciolto ogni $2\ \text{kg}$ di acqua. Il limite raccomandato per l'acqua potabile è di $1,5\ \text{ppm}$.

1. a) Esprimi la concentrazione di fluoruro della sorgente in ppm.
2. b) Supera il limite? Quante volte lo supera?

Si sciolgono $20\ \text{g}$ di idrossido di sodio, $\text{NaOH}$, in acqua fino a completare $500\ \text{mL}$ di soluzione. Dato: massa molare del $\text{NaOH}$, $40\ \text{g/mol}$.

1. a) Quante moli sono $20\ \text{g}$ di $\text{NaOH}$?
2. b) Esprimi il volume in litri e calcola la molarità della soluzione.

Ti viene chiesto di preparare $200\ \text{mL}$ di una soluzione $1\ \text{M}$ di cloruro di potassio, $\text{KCl}$. Dato: massa molare del $\text{KCl}$, $74,5\ \text{g/mol}$.

1. a) Quante moli di $\text{KCl}$ ti servono?
2. b) Quale massa devi pesare?
3. c) Descrivi la procedura completa in laboratorio, nominando la vetreria (bilancia, becher, matraccio tarato…) e il momento in cui si porta a volume.

Si prelevano $10\ \text{mL}$ di una soluzione di acido cloridrico, $\text{HCl}$, $2\ \text{M}$ e si aggiunge acqua fino a completare $100\ \text{mL}$ di soluzione. Osserva lo schema della diluizione.

1. a) Quante moli di $\text{HCl}$ contenevano i $10\ \text{mL}$ iniziali?
2. b) Calcola la molarità della soluzione diluita.
3. c) Verifica che vale la relazione $M_1\cdot V_1=M_2\cdot V_2$ e spiega quale grandezza si conserva in una diluizione.

Una farmacia diluisce $50\ \text{g}$ di una soluzione concentrata di sale al $20\ \%$ in massa con $150\ \text{g}$ di acqua per preparare collutori.

1. a) Quanti grammi di sale apporta la soluzione concentrata?
2. b) Qual è la massa totale della miscela?
3. c) Calcola la nuova percentuale in massa.

Un paziente deve ricevere $0,05\ \text{mol}$ di glucosio per via endovenosa e si dispone di una soluzione glucosata $0,5\ \text{M}$. Dato: massa molare del glucosio, $180\ \text{g/mol}$.

1. a) Quale volume di soluzione, in litri, contiene quella quantità di glucosio? Esprimilo anche in millilitri.
2. b) Quanti grammi di glucosio riceve il paziente?

Un laboratorio dispone di acido nitrico, $\text{HNO}_3$, $4\ \text{M}$ e deve preparare $500\ \text{mL}$ di soluzione $0,8\ \text{M}$.

1. a) Applica la relazione $M_1\cdot V_1=M_2\cdot V_2$ per calcolare il volume di acido concentrato da misurare.
2. b) Descrivi come si prepara la diluizione in sicurezza: quale vetreria si usa e perché si aggiunge l'acido all'acqua e non il contrario.

Le proprietà colligative delle soluzioni dipendono dal numero di particelle di soluto disciolto e non dalla loro natura.

1. a) Ordina dalla più bassa alla più alta temperatura di congelamento: acqua pura, soluzione di sale $0,5\ \text{M}$ e soluzione di sale $1\ \text{M}$. Motiva la risposta.
2. b) Ordina gli stessi tre campioni dalla più bassa alla più alta temperatura di ebollizione.
3. c) Il fatto che il soluto sia sale o zucchero influisce su questi ordinamenti? Spiega che cosa significa che sono proprietà colligative.

Una soluzione di glucosio ha una densità di $1,08\ \text{g/mL}$ e una concentrazione del $5\ \%$ in massa. Dato: massa molare del glucosio, $180\ \text{g/mol}$.

1. a) Calcola la massa di $1\ \text{L}$ di soluzione.
2. b) Quanti grammi di glucosio contiene quel litro?
3. c) Calcola la molarità della soluzione.

L'acido cloridrico commerciale usato in laboratorio ha una concentrazione del $37\ \%$ in massa e una densità di $1,19\ \text{g/mL}$. Dato: massa molare del $\text{HCl}$, $36,5\ \text{g/mol}$.

1. a) Calcola la massa di $1\ \text{L}$ di acido commerciale.
2. b) Quanti grammi di $\text{HCl}$ puro contiene quel litro?
3. c) Calcola la molarità dell'acido commerciale, con una cifra decimale.
4. d) Calcola, con una cifra decimale, quale volume di quell'acido occorre misurare per preparare $500\ \text{mL}$ di soluzione $1\ \text{M}$, e descrivi la procedura di diluizione in sicurezza.

In un laboratorio di analisi si mescolano $100\ \text{mL}$ di soluzione di $\text{NaCl}$ $0,5\ \text{M}$ con $300\ \text{mL}$ di soluzione di $\text{NaCl}$ $1,5\ \text{M}$. Supponi che i volumi siano additivi. Lo schema mostra la miscela.

1. a) Calcola le moli di sale apportate da ciascuna soluzione.
2. b) Calcola la molarità della miscela risultante.
3. c) Spiega perché il risultato non è $1\ \text{M}$, la media delle due concentrazioni iniziali.

Una pentola contiene $2\ \text{kg}$ di brodo con il $1\ \%$ in massa di sale.

1. a) Quanti grammi di sale contiene il brodo?
2. b) Cuocendo, evapora acqua finché il brodo pesa $500\ \text{g}$: qual è ora la percentuale in massa di sale?
3. c) Un cuoco vuole ottenere un brodo con il $2\ \%$ di sale: fino a quale massa totale deve ridurlo?
4. d) Spiega perché la concentrazione aumenta anche se non è stato aggiunto nemmeno un grammo di sale: quale grandezza si conserva?

In inverno, i servizi stradali spargono sale su ghiaccio e neve.

1. a) Che cosa succede alla temperatura di congelamento dell'acqua quando vi si scioglie un sale?
2. b) Spiega perché la miscela di acqua e sale può restare liquida a $-5\ \celsius$ anche se l'acqua pura sarebbe congelata.
3. c) Ragiona sul perché questo metodo perde efficacia quando fa molto freddo, per esempio a $-20\ \celsius$: che cosa pensi accada quando la temperatura scende troppo, per quanto sale si getti?
4. d) Metti in relazione il metodo con l'antigelo delle automobili: quale proprietà colligativa sfruttano entrambi?

Due compartimenti sono separati da una membrana semipermeabile, che lascia passare l'acqua ma non il glucosio. In uno c'è una soluzione di glucosio $0,1\ \text{M}$ e nell'altro una $1\ \text{M}$. Lo schema rappresenta la situazione iniziale.

1. a) Spiega che cos'è l'osmosi.
2. b) Prevedi verso quale lato passerà l'acqua attraverso la membrana e giustificalo.
3. c) Quale differenza si osserverà tra i due compartimenti col passare del tempo?
4. d) Che cos'è la pressione osmotica? Indica che cosa bisognerebbe fare per impedire quel passaggio di acqua.

Un impianto di dissalazione ottiene acqua potabile dal mare per osmosi inversa. Lo schema mostra il processo.

1. a) Spiega in che cosa consiste l'osmosi inversa e che cosa si ottiene applicando all'acqua di mare una pressione maggiore della sua pressione osmotica.
2. b) Quale caratteristica deve avere la membrana perché il processo funzioni?
3. c) L'acqua salmastra, meno concentrata in sali dell'acqua di mare, richiede meno pressione per essere dissalata: mettilo in relazione con la dipendenza della pressione osmotica dalla concentrazione.
4. d) Indica un vantaggio e uno svantaggio del processo pensando all'energia necessaria.

I globuli rossi sono circondati da una membrana semipermeabile e contengono un mezzo acquoso con sali e proteine disciolti.

1. a) Spiega perché la soluzione fisiologica iniettata in vena deve essere isotonica, cioè avere una concentrazione di soluti simile a quella del sangue. Quale fenomeno colligativo è in gioco?
2. b) Prevedi che cosa accadrebbe ai globuli rossi se la soluzione fosse molto più diluita del sangue: verso dove passerebbe l'acqua e quale rischio ci sarebbe?
3. c) E se fosse molto più concentrata? Giustificalo allo stesso modo.

L'antigelo delle automobili è una soluzione di glicole etilenico in acqua.

1. a) Quale proprietà colligativa sfrutta per proteggere il motore in inverno? Spiega come agisce a $-15\ \celsius$.
2. b) La stessa soluzione innalza anche la temperatura di ebollizione dell'acqua di raffreddamento: spiega perché ciò è utile in estate.
3. c) Un'officina prepara la miscela al $30\ \%$ in massa di glicole etilenico: calcola quanti chilogrammi di glicole etilenico e di acqua servono per ottenere $10\ \text{kg}$ di antigelo.
4. d) Se il circuito di raffreddamento di un'auto contiene $6\ \text{kg}$ di quella miscela, quale massa di glicole etilenico contiene?

Sfida del tema. Quanto gas contiene una bibita gassata e come influisce sulle proprietà della soluzione? Determina la concentrazione di $CO_2$ disciolto e il suo comportamento come gas ideale nella tua cucina.

1. Condizioni locali: Consulta sul sito del servizio meteorologico la pressione atmosferica ($P \pm 1\text{ hPa}$) e la temperatura ambiente ($T \pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) nel tuo comune.

2. Sperimentazione casalinga: Pesa una piccola bottiglia di acqua gassata con una bilancia da cucina (sensibilità $\pm 0,1\text{ g}$). Degassala progressivamente agitandola e aprendola con cautela in $4$ intervalli successivi, annotando la massa del sistema dopo ogni perdita di gas. Alla fine, degassala completamente (agitando finché la massa non varia più) per ottenere la massa finale $m_f$ e annota il volume di liquido $V_{\text{dis}}$ indicato sull'etichetta.

3. Elaborazione e calcolo: Costruisci una tabella con la massa di $CO_2$ persa e propaga la sua incertezza. Usando l'equazione di stato dei gas ideali ($PV = nRT$), ricava il volume di gas liberato e calcola la concentrazione molare del gas che restava disciolto in ogni fase.

4. Relazione finale: Rappresenta il grafico del volume di gas in funzione della massa persa (includendo le barre di errore) e spiega come pressione e temperatura influenzano la solubilità del gas.

Verranno valutati:

• Determinazione rigorosa delle misure casalinghe con le relative incertezze.

• Corretta applicazione della legge dei gas ideali e delle unità di concentrazione.

• Qualità analitica di tabella, grafico e interpretazione fisico-chimica dei risultati.