Esercizi: Sostanze semplici, ioni e composti inorganici

Sull'etichetta di una bevanda isotonica sono dichiarati gli ioni $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{Cl}^-$ e $\text{Mg}^{2+}$, che reintegrano i sali persi con il sudore durante l'esercizio fisico.

1. a) Scrivi il nome di ciascuno dei quattro ioni.
2. b) Classificali in cationi e anioni e spiega, a partire dal segno della loro carica, in che cosa si differenziano.
3. c) Ragiona sul perché lo ione sodio si chiama come l'atomo da cui deriva, mentre lo ione cloruro cambia la desinenza del nome del cloro.

L'aria è un miscuglio di sostanze: $\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{O}_3$ (nello strato di ozono), $\text{Ar}$, $\text{CO}_2$ e vapore acqueo, $\text{H}_2\text{O}$. La figura rappresenta le particelle dell'ossigeno e dell'ozono.

1. a) Scrivi il nome delle prime tre sostanze.
2. b) Classifica tutte e sei in sostanze semplici o composte e giustifica il criterio che hai applicato.
3. c) L'ossigeno e l'ozono sono formati soltanto da atomi di ossigeno e tuttavia sono sostanze diverse: spiega che cosa le differenzia e scrivi come si chiamano le sostanze semplici dello stesso elemento che presentano questa relazione.

Il tubo di scappamento di un'automobile emette monossido di carbonio e anidride carbonica (diossido di carbonio), e la calce viva usata in edilizia è ossido di calcio.

1. a) Scrivi le formule del monossido di carbonio e del diossido di carbonio a partire dai prefissi dei loro nomi sistematici.
2. b) Deduci la formula dell'ossido di calcio sapendo che il calcio forma lo ione $\text{Ca}^{2+}$ e l'ossigeno lo ione $\text{O}^{2-}$, e che ogni formula deve essere elettricamente neutra.
3. c) La ringhiera di un balcone si ricopre col tempo di un ossido di formula $\text{FeO}$, in cui il ferro ha numero di ossidazione $+2$: assegnagli il nome con la nomenclatura di Stock.

Lo sgrassatore per forni contiene $\text{NaOH}$ e la calce spenta con cui si imbiancano le pareti è $\text{Ca(OH)}_2$. Entrambi sono idrossidi, composti formati da un metallo e dallo ione idrossido, $\text{OH}^-$. Lo schema mostra come si compensano le cariche degli ioni in ciascuno.

1. a) Scrivi il nome dei due composti.
2. b) Spiega che cosa indica la parentesi nella seconda formula e conta quanti ioni idrossido ci sono in ciascuna unità formula dei due composti.
3. c) Ragiona, con le cariche degli ioni $\text{Na}^+$ e $\text{Ca}^{2+}$, quale dei due metalli richiede due ioni idrossido affinché la formula sia neutra.

La batteria di un'automobile contiene $\text{H}_2\text{SO}_4$, nei laboratori si utilizza $\text{HNO}_3$ e in una bibita gassata aperta si forma $\text{H}_2\text{CO}_3$. I tre sono ossiacidi.

1. a) Scrivi il nome dei tre acidi con la nomenclatura tradizionale.
2. b) Indica quale elemento non metallico dà il nome a ciascuno di essi.
3. c) Indica quali due elementi compaiono sempre nella formula di qualsiasi ossiacido, oltre a quello che gli dà il nome.

Il marmo di un piano da cucina è $\text{CaCO}_3$, un concime da giardino dichiara $\text{KNO}_3$ e il nitro del Cile, un fertilizzante naturale, è $\text{NaNO}_3$. Le tre sono ossisali: un metallo unito a uno ione negativo che contiene ossigeno.

1. a) Scrivi il nome dei tre sali.
2. b) Indica quale ione negativo è comune a due di essi e scrivi la sua formula con la sua carica.
3. c) Spiega da quali ossiacidi derivano gli ioni carbonato e nitrato e quale cambiamento subisce la desinenza del nome dell'acido (-ico) quando diventa ione (-ato).

Il bicarbonato che si assume contro l'acidità di stomaco è $\text{NaHCO}_3$; il suo nome secondo la IUPAC è idrogenocarbonato di sodio. Lo schema confronta lo ione idrogenocarbonato con lo ione carbonato.

1. a) Scrivi il nome dello ione negativo $\text{HCO}_3^-$ e spiega che cosa indica la parola «idrogeno» davanti a «carbonato».
2. b) Scrivi la formula e il nome dell'ossiacido da cui deriva questo sale.
3. c) Ragiona sul perché si dice che è un sale acido: che cosa conserva il suo ione negativo che un sale normale, come il carbonato di sodio, $\text{Na}_2\text{CO}_3$, non ha più?

Nella cooperativa agricola di un paese ci sono sacchi di cloruro di potassio, di nitrato di potassio, di solfato di calcio e di solfato di sodio. Dati: gli ioni $\text{K}^+$, $\text{Na}^+$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{NO}_3^-$ e $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Scrivi la formula di ciascuno dei quattro sali, applicando il fatto che ogni formula deve essere elettricamente neutra.
2. b) In quale di essi hai avuto bisogno di due ioni positivi per ogni ione negativo? Giustificalo con le cariche.

Il cloro disinfetta l'acqua delle piscine e quella potabile perché forma ossiacidi. A seconda che agisca con numero di ossidazione $+1$, $+3$, $+5$ o $+7$ forma gli acidi $\text{HClO}$, $\text{HClO}_2$, $\text{HClO}_3$ e $\text{HClO}_4$.

1. a) Scrivi il nome dei quattro acidi con la nomenclatura tradizionale, che usa i prefissi ipo- e per- e le desinenze -oso e -ico.
2. b) Assegna a ciascun acido il numero di ossidazione del cloro che gli corrisponde.
3. c) Scrivi il nome sistematico di $\text{HClO}$ e di $\text{HClO}_4$ (traccia: prefisso + «osso» + radice dell'elemento + «ato» + «di idrogeno»).

In laboratorio ci sono due flaconi di cloruro di ferro: uno con $\text{FeCl}_2$ e l'altro con $\text{FeCl}_3$. Il ferro può avere numeri di ossidazione $+2$ e $+3$, e il cloro forma lo ione $\text{Cl}^-$.

1. a) Dai il nome ai due composti con la nomenclatura di Stock.
2. b) Dai loro il nome con la nomenclatura tradizionale (suffissi -oso e -ico).
3. c) Giustifica, a partire dalle cariche degli ioni, perché uno dei due contiene due cloruri e l'altro tre.

Il permanganato di potassio, $\text{KMnO}_4$, viene usato molto diluito come disinfettante per la pelle e per rendere potabile l'acqua.

1. a) Deduci il numero di ossidazione del manganese sapendo che il potassio ha $+1$ e l'ossigeno $-2$, e che il composto è neutro.
2. b) Dai il nome al composto con la nomenclatura tradizionale.
3. c) Seguendo lo schema degli ossisali, dagli il nome con la nomenclatura di Stock (prefisso + «osso» + radice + «ato» + numero di ossidazione in numeri romani + «di» + metallo).

Nelle grotte, l'acqua ricca di ioni calcio, $\text{Ca}^{2+}$, e di ioni idrogenocarbonato, $\text{HCO}_3^-$, finisce per formare le stalattiti.

1. a) Deduci la formula dell'idrogenocarbonato di calcio e scrivi il suo nome sistematico.
2. b) Verifica che nella tua formula le cariche positive e negative sommano zero.
3. c) Per abbassare il pH di una piscina si usa l'idrogenosolfato di sodio, formato dagli ioni $\text{Na}^+$ e $\text{HSO}_4^-$: scrivi la sua formula e spiega perché si considera anche un sale acido.

Il solfato che si spruzza sulle viti contro i funghi è $\text{CuSO}_4 \cdot 5\ \text{H}_2\text{O}$ e il gesso usato nei lavori edili è $\text{CaSO}_4 \cdot 2\ \text{H}_2\text{O}$. Entrambi sono idrati: sali con molecole d'acqua di cristallizzazione. La figura rappresenta un'unità formula del solfato di rame idrato.

1. a) Dai il nome ai due sali senza contare l'acqua (il rame qui ha numero di ossidazione $+2$).
2. b) Spiega che cosa significa il punto seguito dalle molecole d'acqua in ciascuna formula.
3. c) Dai il nome ai due composti completi indicando l'idrato corrispondente (penta-, di-) e indica quante molecole d'acqua ci sono per ogni unità formula.

Molti fertilizzanti azotati contengono lo ione ammonio, $\text{NH}_4^+$, combinato con lo ione nitrato, $\text{NO}_3^-$, o con lo ione solfato, $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Scrivi il nome dello ione $\text{NH}_4^+$ e deduci la formula del nitrato di ammonio.
2. b) Deduci la formula del solfato di ammonio, prestando attenzione ai pedici e all'uso della parentesi.
3. c) Dai il nome ai due sali e spiega, con le cariche, perché in uno basta uno ione ammonio e nell'altro ne servono due.

L'acqua ossigenata della cassetta di pronto soccorso è una soluzione di $\text{H}_2\text{O}_2$, perossido di idrogeno. Nei perossidi l'ossigeno forma lo ione $\text{O}_2^{2-}$, diverso dallo ione ossido, $\text{O}^{2-}$. Lo schema confronta i due ioni.

1. a) Dai il nome a $\text{H}_2\text{O}_2$ e spiega che cosa hanno di particolare i perossidi rispetto agli ossidi.
2. b) Deduci la formula del perossido di sodio, sapendo che il sodio forma lo ione $\text{Na}^+$.
3. c) Con il tempo, l'acqua ossigenata si decompone secondo l'equazione $2\ \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$: dai il nome alle tre sostanze coinvolte e classificale in semplici o composte.

I razzi e le future automobili a celle a combustibile usano idrogeno, e immagazzinarlo è un problema: una soluzione allo studio sono gli idruri metallici, come $\text{NaH}$ e $\text{CaH}_2$. In essi l'idrogeno ha numero di ossidazione $-1$, cioè forma lo ione $\text{H}^-$.

1. a) Dai il nome ai due idruri.
2. b) Giustifica, con le cariche degli ioni $\text{Na}^+$ e $\text{Ca}^{2+}$, perché uno contiene un solo idrogeno e l'altro due.
3. c) Spiega che cosa c'è di notevole nel fatto che qui l'idrogeno abbia numero di ossidazione negativo, confrontandolo con l'acqua, $\text{H}_2\text{O}$, in cui ha $+1$.

Una bustina di sale di frutta effervescente contiene $\text{NaHCO}_3$ mescolato con un acido solido; versata in acqua, produce bollicine perché si libera $\text{CO}_2$.

1. a) Scrivi il nome IUPAC di $\text{NaHCO}_3$ e il nome del gas che si sviluppa.
2. b) Spiega perché $\text{NaHCO}_3$ è un sale acido: da quale ossoacido deriva e quale idrogeno conserva ancora il suo ione negativo.
3. c) Scrivi la formula e il nome del sale che si otterrebbe se anche il secondo idrogeno dell'acido fosse sostituito da sodio, e stabilisci se tale sale sarebbe acido o neutro.
4. d) Conta gli atomi di ossigeno dell'acido, del sale acido e del sale neutro, e spiega che cosa cambia realmente sostituendo idrogeno con sodio.

La candeggina è una soluzione di $\text{NaClO}$, ipoclorito di sodio, un sale che deriva dall'acido $\text{HClO}$.

1. a) Dai il nome a $\text{HClO}$ con la nomenclatura tradizionale e deduci il numero di ossidazione del cloro in esso (l'idrogeno ha $+1$ e l'ossigeno $-2$).
2. b) Dai il nome a $\text{NaClO}$ con la nomenclatura tradizionale e con quella sistematica, tenendo conto del numero di ossidazione che hai dedotto.
3. c) L'etichetta vieta di mescolare la candeggina con ammoniaca, $\text{NH}_3$, o con prodotti anticalcare, che contengono $\text{HCl}$: dai il nome a queste due sostanze (il nome «ammoniaca» è accettato dalla IUPAC e $\text{HCl}$ è un idracido) e spiega perché pensi che il produttore inserisca questo avvertimento.

Sull'etichetta di un insaccato compaiono i conservanti E-250 ed E-251, che sono i sali $\text{NaNO}_2$ e $\text{NaNO}_3$.

1. a) Dai il nome ai due sali con la nomenclatura tradizionale.
2. b) Deduci il numero di ossidazione dell'azoto in ciascuno (il sodio ha $+1$ e l'ossigeno $-2$).
3. c) Dai loro il nome con la nomenclatura di Stock.
4. d) Scrivi la formula e il nome tradizionale dei due ossoacidi da cui derivano, e metti in relazione i loro suffissi (-oso e -ico) con i numeri di ossidazione che hai calcolato.

Correggendo un compito in classe, un'insegnante trova scritte queste formule: $\text{CaCl}$, $\text{NaCO}_3$, $\text{AlOH}_3$ e $\text{Fe}_2\text{SO}_4$. Dati: gli ioni $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{Na}^+$, $\text{CO}_3^{2-}$, $\text{Al}^{3+}$, $\text{OH}^-$ e $\text{SO}_4^{2-}$; il ferro dell'ultimo composto ha numero di ossidazione $+3$.

1. a) Individua l'errore di ciascuna formula applicando la neutralità elettrica e scrivi le quattro formule corrette.
2. b) Dai il nome ai quattro composti corretti (l'ultimo con la nomenclatura di Stock).
3. c) Enuncia con parole tue la regola generale da applicare per collocare i pedici nella formula di un composto ionico.

Il ferro è ovunque: il pigmento ocra delle pitture rupestri è un suo ossido, gli integratori contro l'anemia contengono un solfato di ferro e le acque ferruginose contengono i suoi idrossidi. Il ferro ha numeri di ossidazione $+2$ e $+3$; hai a disposizione gli ioni $\text{O}^{2-}$, $\text{OH}^-$ e $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Scrivi le formule dell'ossido di ferro(II) e dell'ossido di ferro(III).
2. b) Scrivi le formule dei due idrossidi di ferro corrispondenti.
3. c) Scrivi le formule del solfato di ferro(II) e del solfato di ferro(III).
4. d) Dai il nome ai sei composti con la nomenclatura tradizionale (ferroso/ferrico) e spiega quale criterio segue tale nomenclatura rispetto ai numeri di ossidazione.

La pietra di allume venduta come deodorante minerale è un sale doppio idrato di formula $\text{KAl(SO}_4)_2 \cdot 12\ \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Verifica che la formula è elettricamente neutra sommando le cariche degli ioni $\text{K}^+$, $\text{Al}^{3+}$ e $\text{SO}_4^{2-}$ che contiene.
2. b) Dai il nome al composto sapendo che nei sali doppi i due metalli si citano in ordine alfabetico dopo lo ione negativo, e che l'acqua di cristallizzazione si indica alla fine con l'idrato corrispondente.
3. c) Indica quanti ioni di ciascun tipo e quante molecole d'acqua ci sono in un'unità formula.
4. d) Spiega perché ha senso chiamarlo sale doppio e non semplicemente miscuglio di due sali.

Molti dentifrici contengono $\text{NaF}$ e altri contengono $\text{Na}_2\text{PO}_3\text{F}$; entrambi i composti apportano fluoro per prevenire le carie.

1. a) Dai il nome a $\text{NaF}$.
2. b) Deduci, per neutralità elettrica, la carica dello ione $\text{PO}_3\text{F}$ che accompagna i due ioni $\text{Na}^+$ nella seconda formula.
3. c) Confronta tale ione con lo ione fosfato, $\text{PO}_4^{3-}$, e spiega in che cosa si differenziano e perché cambia la carica.
4. d) Sapendo che tale ione si chiama monofluorofosfato, scrivi il nome completo del sale $\text{Na}_2\text{PO}_3\text{F}$ e spiega a che cosa si riferisce il prefisso «mono-».

Le emissioni delle centrali termiche e del traffico contengono ossidi di zolfo e di azoto che, con l'acqua piovana, formano ossoacidi: sono le cosiddette piogge acide. Lo schema riassume il processo.

1. a) Dai il nome agli ossidi $\text{SO}_2$ e $\text{SO}_3$ con la nomenclatura sistematica.
2. b) Con l'acqua formano $\text{H}_2\text{SO}_3$ e $\text{H}_2\text{SO}_4$: dai il nome a questi due ossoacidi con la nomenclatura tradizionale e scrivi, con le formule, l'equazione di formazione del secondo a partire da $\text{SO}_3$ e acqua.
3. c) L'acido cade sulle facciate di marmo, $\text{CaCO}_3$, e le trasforma a poco a poco in $\text{CaSO}_4$, una crosta che si sbriciola: dai il nome ai due sali e spiega con parole tue il deterioramento che subisce un monumento esposto alla pioggia acida.
4. d) Gli ossidi di azoto del traffico originano inoltre acido nitrico: scrivi la sua formula e deduci in esso il numero di ossidazione dell'azoto (l'idrogeno ha $+1$ e l'ossigeno $-2$).

Sfida del tema. Quali sostanze chimiche abitano nella tua cucina? Diventa un revisore chimico domestico analizzando prodotti di consumo quotidiano.

1. Ricerca e nomenclatura: Esamina l'etichetta di un'acqua minerale e di due prodotti di uso quotidiano (sale comune e bicarbonato). Individua e dai il nome secondo la IUPAC (sistematica e Stock/addizione) a una sostanza semplice presente nell'ambiente ($O_2$ o $N_2$), a quattro ioni dell'etichetta ($Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Na^+$, $HCO_3^-$ o $Cl^-$) e a tre composti inorganici neutri ($H_2O$, $NaCl$, $NaHCO_3$).

2. Misure: Usando un misurino ($\pm 10\text{ mL}$) e una bilancia da cucina ($\pm 1\text{ g}$), misura la massa di quattro volumi crescenti di acqua del rubinetto: $100$, $150$, $200$ e $250\text{ mL}$.

3. Trattamento dei dati: Elabora una tabella con le tue misure e le incertezze ($V \pm 10\text{ mL}$; $m \pm 1\text{ g}$) e traccia il grafico di $m$ in funzione di $V$. A partire dalla pendenza, determina la densità del monossido di diidrogeno / ossidano ($H_2O$) espressa in $\text{g/cm}^3$, approssimando con la virgola decimale (es. $0,98\text{ g/cm}^3$).

4. Relazione finale: Consegna una proposta motivata (1-2 pagine) con la classificazione delle sostanze, la tabella, il grafico e una valutazione delle possibili impurità ioniche nell'acqua.

Verrà valutato:

• Correttezza e rigore nella scrittura delle formule e nella nomenclatura IUPAC di sostanze semplici, ioni e composti.

• Rigore metrologico nella registrazione dei dati, indicando le incertezze in tabella e nel grafico.

• Coerenza nell'interpretazione fisica della pendenza e qualità della relazione.