Física i química 4t ESO Ampliació

ACTIVITATS D’AMPLIACIÓ

1.

EL MOVIMENT DELS COSSOS Activitats

1.

Unes nenes juguen a pilota al costat d'un bloc de pisos i llancen la pilota cap amunt amb les mans, que es troben a 1 m de terra. La pilota puja a una altura màxima de 20 m del terra i en caure, una altra amiga que és a la finestra de casa, a 15 m del terra, treu la mà i la recull. Considerem el terra que es troba a la seva vertical com a origen del moviment: a) Indica la posició de la pilota en sortir, en el punt més alt i en la posició en què s'interromp el moviment perquè l'amiga la recull a la finestra.

b) Calcula els desplaçaments de la pilota des que surt fins que es troba en el punt més alt i des que surt fins que acaba el moviment.

c) Calcula els espais recorreguts en aquests mateixos intervals assenyalats per al desplaçament.

Física i química 4t ESO

1

1.

EL MOVIMENT DELS COSSOS

2.

Les dades del moviment d'un mòbil es recullen en aquesta taula: Posició (m)

2

4

6

5

4

3

2

1

0

Temps (s)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

a) Representa la gràfica corresponent.

b) Indica, raonadament, quin tipus de moviment porta el mòbil.

c) Indica'n la trajectòria.

d) Calcula'n el desplaçament total.

e) Calcula l'espai total recorregut.

f) Si suposem que la trajectòria és recta, dibuixa-hi el mòbil als instants t = 2 s i t = 4 s.

Física i química 4t ESO

2

1.

EL MOVIMENT DELS COSSOS

3.

Es veu un llamp i al cap de 5 s s'escolta el tro. La velocitat del so en l'aire és de 340 m/s i la velocitat de la llum és tan gran que considerem que veiem el llamp en el moment en què es produeix. a) A quina distància de l'observador que l'ha sentit s'ha produït el llamp?

b) Calcula el temps que ha trigat el llamp a recórrer aquesta distància si la seva velocitat és de 300 000 km/s, i explica per què hem considerat que veiem el llamp quan es produeix.

c) Compara la velocitat de la llum amb la del so.

4.

Les equacions del moviment de tres mòbils són: A: s = 2 + 5 t

B: s = 5 t

C: s = 2 + 2 t

a) En què s'assemblen els moviments de A i B?

b) En què s'assemblen els moviments de A i C?

c) Representa l'equació s-t de A i de B a la mateixa gràfica. Per què surten paral·leles? Quin tipus de moviments són, uniformes o variats? Quina trajectòria porten?

Física i química 4t ESO

3

1.

EL MOVIMENT DELS COSSOS

5.

Escriu l'equació del moviment d'aquestes situacions: a) Una corredora va a 3 m/s de velocitat cap a la dreta i comencem a cronometrar-ne el moviment quan es troba a 2 m a l'esquerra de l'origen.

b) Un passejant es troba a 50 m a la dreta de l'origen i es mou cap aquest origen amb una rapidesa d'1 m/s.

c) Una formiga surt d'un punt situat 3 cm a l'esquerra de l'origen i s'hi acosta a una velocitat de 2 cm per segon.

d) Un lleopard surt d'un punt situat a 8 m a l'esquerra de l'origen i se n'allunya 20 m en 2 s amb un moviment uniforme.

Física i química 4t ESO

4

2.

LES FORCES Activitats

1.

Podem assegurar que si damunt d'un cotxe actua una força resultant més gran que en un altre la seva acceleració serà superior?

2.

Sobre un bloc de 5 kg de massa que va amb una velocitat de 3 m/s actua una força de 10 N. Calcula'n la velocitat al cap de 2 s d'actuar així si: a) Actua en la mateixa direcció i el mateix sentit que la velocitat.

b) Actua en la mateixa direcció i sentit contrari que la velocitat.

c) Actua perpendicularment a la velocitat.

3.

A quina altura s'ha de trobar un cos perquè el seu pes es redueixi a la quarta part del valor que té sobre la superfície terrestre? Dada: RT = 6 370 km.

Física i química 4t ESO

5

2.

LES FORCES

4.

Per què quan portem una maleta plena agafada amb una mà caminem amb el cos inclinat cap a l'altra banda?

5.

Es vol comprovar la regla de comportament seguida per equilibrar dues forces paral·leles i de sentit contrari com F1 i F2. La taula que es presenta a continuació és el resultat d'un grup d'experiències en què en variar els valors de les forces paral·leles components es troba la resultant R i la seva posició respecte de les forces corresponents.

Experiència

F1 (N)

d1 (m)

F2 (N)

d2 (m)

R (N)

1

2

0,6

4

0,3

2

2

2

0,6

6

0,2

4

3

5

0,6

10

0,3

5

4

1

0,6

3

0,2

2

a) Busca algunes regles que segueixin aquests valors respecte del valor de les resultants en funció del dels components i la relació entre les forces i les seves distàncies al punt de la resultant.

b) Calcula el moment de les dues forces respecte al punt en què se situa la resultant. En què es diferencien?

c) Què és la força equilibradora? On es troba situada? Quin valor té?

Física i química 4t ESO

6

3.

LA HIDROSTÀTICA Activitats

1.

Quan es produeix una detonació, l'ona expansiva arriba fins a una certa distància segons la seva potència, però cada vegada més esmorteïda. Què passaria en aquest cas si ens trobéssim a sota el mar?

2.

Calcula la relació entre la pressió deguda als líquids i la profunditat en un punt qualsevol de la proveta de la figura.

3.

Tenim dos baròmetres, un d'aigua i l'altre de mercuri. Dades: Densitat del mercuri = 13 600 kg/m³; densitat de l'aigua = 1 000 kg/m³. a) A quina altura es quedarà l'aigua en el baròmetre?

b) Quantes vegades és més gran l'altura de l'aigua que la del mercuri?

Física i química 4t ESO

7

3.

LA HIDROSTÀTICA

4.

En un experiment es vol provar si la força ascensioal de l'aigua depèn del pes del cos que s'hi posa a dins. Sabem que el volum del cos sí que influeix en la força ascensional. Així doncs, dissenyem aquest experiment que veus a la figura.

Posem a dins de l'aigua, a la mateixa profunditat, dos cilindres, un d'acer i un d'alumini. El d'alumini és més gran que el d'acer perquè és menys dens. Però l'experiència està mal dissenyada. Explica per què i dissenya-la bé.

5.

Calcula la densitat d'un cos que fora de l'aigua pesa 5 N i dins de l'aigua pesa 4 N. Dada: Densitat de l'aigua = 1 000 kg/m³.

6.

Els resultats d'una experiència amb un gas tancat, a una temperatura constant, en un cilindre amb un èmbol i un manòmetre incorporat han estat: Pressió (atm) Volum (L)

1

2

3

4

150

75

50

37,5

Dada: Densitat del mercuri = 13 600 kg/m³. a) Expressa la pressió de 2 atmosferes en pascals.

b) Representa la relació entre la pressió i el volum del gas.

c) Calcula'n l'equació matemàtica. Física i química 4t ESO

8

4. LA TERRA A L’UNIVERS Activitats 1.

Quan estem a Girona mirant les estrelles el zenit és el mateix que si ens anem a Cadis? I els pols celestes són els mateixos?

2.

Com podries diferenciar, a ull nu, si un obejcte brillant és una estrella o no ho és?

3.

Indica el que s’entenia en el model de l’univers de Ptolomeu per l’epicicle i el deferents d’un planeta. Què s’aconseguia explicar amb aquests dos conceptes?

4.

Johannes Kepler proposa un model de l’univers que, igual que el model heliocèntric de Copèrnic, situa els planetes orbitant al voltant del Sol. Quines diferències introdueix Kepler en el model heliocèntric?

5.

Calcula el pes d’una persona de 70 kg de massa que es troba: a) Sobre la superfície terrestre. b) Al cim de l’Everest a una altitud de 8 000 m. 2

2

24

Dades: G = 6,67 · 10−11 Nm /kg ; MT = 5,98 · 10

kg; RT = 6 370 km

Física i química 4t ESO

9

4. LA TERRA A L’UNIVERS 6.

A quina altura ha d’estar un cos perquè el seu pes es redueixi a la quarta part del valor que té a la superfície terestre? Dada: RT = 6 370 km

7.

Indica si les afirmacions següents són vertaderes o falses: a) Tots els planetes tenen satèl·lits. b) Júpiter és el planeta més gran del sistema solar. c) La massa dels planetes disminueix amb la distància la Sol. d) Els satèl·lits giren al voltant dels planetes.

8.

Calcula el temps que triga la llum en arribar a Plutó. 9

Dades: Velocitat de la llum, c = 300 000 km/s; distància Sol-Plutó = 5,9 · 10 km

9.

Quin és el període de revolució de la Lluna al vontant de la Terra? Per quina raó des de la Terra sempre veiem la mateixa cara dela Lluna?

Física i química 4t ESO

10

5.

TRANSFERÈNCIA D'ENERGIA: TREBALL I CALOR Activitats

1.

És correcte dir que un pastís conté molta energia? I que en menjar-lo ens dóna molta energia?

2.

Quin tipus de transformacions energètiques expliquen el fet que una pilota de bàsquet boti a terra? Si provem de botar-la sobre un terra ple de fang, què passa?

3.

Una maleta, que té una massa de 15 kg, va en un tren que circula a 90 km/h. a) Quina energia cinètica porta respecte d'un observador situat fora del tren?

b) Quina energia cinètica porta respecte d'un observador que viatja assegut dins del mateix tren?

4.

Mitjançant dues forces, una F1 = 40 N i una altra F2 = 60 N, s'arrossega un tronc per un canal. 0

La força F1 forma un angle de 40 amb la direcció del canal, mentre que la F2 forma un angle de 0

30 amb la mateixa direcció. Calcula el treball efectuat per totes dues forces en desplaçar el tronc 15 m al llarg del canal.

Física i química 4t ESO

11

5.

TRANSFERÈNCIA D'ENERGIA: TREBALL I CALOR

5.

Un carro es troba sobre una carretera recta horitzontal, sense fricció. Calcula l'energia cinètica que guanya o perd el carro en els casos següents: a) Recorre 10 m amb un moviment uniforme a una velocitat de 5 m/s.

b) Una força constant de 80 N actua sobre el carro que es trobava en repòs, en la direcció de la carretera, i el desplaça 10 m.

0

c) Una força constant de 80 N, la direcció de la qual forma un angle de 60 amb la carretera, actua sobre el carro en repòs, que es desplaça 10 m.

d) Una força constant de 80 N actua en el sentit contrari al moviment i atura el carro en 10 m.

6.

Llancem verticalment cap amunt un objecte de 300 g de massa amb una velocitat de 30 m/s. Quan l'objecte assoleix una altura de 25 m respecte del terra, la seva velocitat és de 20 m/s. Calcula: Dada: g = 10 m/s². a) El treball efectuat pel pes de l'objecte; aplica la definició de treball.

b) El treball efectuat pel pes; aplica el teorema de les forces vives.

c) El treball efectuat pel pes com a diferències d'energia potencial gravitacional.

Física i química 4t ESO

12

5.

TRANSFERÈNCIA D'ENERGIA: TREBALL I CALOR

7.

Un cotxe de 900 kg es mou a una velocitat constant de 72 km/h. En un moment determinat accelera fins a assolir els 108 km/h. Calcula: a) El treball efectuat per la força resultant que actua sobre el cotxe quan va a una velocitat constant.

b) El treball efectuat per la força resultant que actua sobre el cotxe quan accelera.

8.

En unes muntanyes russes d'un parc d'atraccions, la vagoneta i els seus ocupants, de massa total m = 560 kg, passen per un dels cims, situat a 25 m d'altura respecte del terra, a una velocitat de 2 m/s. En passar pel proper cim, situat a 10 m sobre el terra, la vagoneta porta una velocitat d'11 m/s. Quin treball han efectuat les forces de fricció sobre la vagoneta? Dada: g = 10 m/s².

9.

Una bomba treu aigua d'un pou de 50 m de profunditat a raó de 500 litres per minut. Calcula: Dades: g = 10 m/s²; 1 CV = 735 W. a) El treball necessari per pujar l'aigua.

b) La potència de la bomba en CV.

c) L'energia que cal transferir a la bomba si el seu rendiment és del 40 %.

Física i química 4t ESO

13

5.

TRANSFERÈNCIA D'ENERGIA: TREBALL I CALOR

10.

Explica, mitjançant el model cinètic, per quina raó hi ha límit inferior de temperatures.

11.

Un producte alimentari indica a l'envàs que 100 g de producte tenen un valor energètic de 543 kcal. Expressa aquest valor en joules.

12.

Comprimim un gas en efectuar-hi un treball de 25 000 J. El procés és tan ràpid que no es produeix cap transferència d'energia, en forma de calor, a l'entorn. a) Calcula la variació de l'energia interna del gas.

b) La temperatura del gas, augmenta o disminueix?

13.

Un fogó elèctric subministra 2 000 J per segon. Quant de temps trigarà a escalfar mig litre 0

0

d'aigua, inicialment a 10 C, fins a una temperatura de 40 C? Dada: Calor específica de l'aigua = 4 180 J/kg K.

Física i química 4t ESO

14

5.

TRANSFERÈNCIA D'ENERGIA: TREBALL I CALOR

14.

Un cos de 2 kg es troba a 5 m d'altura. Calcula'n: 0

Dades: g = 10 m/s²; calor específica = 125,4 J/kg C. a) L'energia potencial gravitacional.

b) L'energia cinètica en arribar a terra.

c) Si el 80 % de tota aquesta energia s'inverteix a augmentar la temperatura del cos, quant varia la seva temperatura?

15.

Quanta energia s'ha de transferir a l'aire d'una habitació de 5 × 5 × 3 m³ per elevar la seva 0

0

temperatura de 15 C a 20 C? 0

Dades: A una pressió d'1 atm, la calor específica de l'aire és 0,24 cal/g C; densitat de l'aire = 1,29 g/L.

16.

0

Calcula la quantitat d'energia que cal transferir a 250 g de plata a 800 C per transformar-los en 0

plata líquida a 962 C i elabora un diagrama Q-T del procés. 0

0

Dades: Temperatura de fusió de la plata = 962 C; calor específica de la plata = 239 J/kg C; calor latent de fusió de la plata = 105 kJ/kg.

Física i química 4t ESO

15

5.

TRANSFERÈNCIA D'ENERGIA: TREBALL I CALOR

17.

En un calorímetre hi ha 250 cm³ d'aigua a 40 C. Hi introduïm 20 g de coure a 0 C. Al cap d'un

0

0

0

temps, la temperatura s'estabilitza a 39,7 C. Calcula la calor específica del coure. 0

Dada: Calor específica de l'aigua = 1 cal/g C.

18.

Una màquina tèrmica subministra 30 000 J cada segon i cedeix 22 000 J/s al refrigerant. Calcula: a) El treball desenvolupat per la màquina en un minut.

b) El rendiment de la màquina.

c) La potència de la màquina.

Física i química 4t ESO

16

6.

ENERGIA I ONES Activitats

1.

Fem oscil·lar, en la direcció d'una molla, la primera espira, i l'oscil·lació es propaga al llarg del ressort. Al cap d'un temps, la situació és la que mostra la figura. Si sabem que cada espira efectua una oscil·lació completa en 0,25 s i amb l'ajuda de l'escala superior en cm, determina les magnituds característiques de l'ona: període, freqüència, longitud d'ona i velocitat de propagació.

2.

La llum del Sol triga a arribar a la Terra, de mitjana, 8 minuts i 20 segons. Calcula la distància mitjana del Sol a la Terra. 8

Dada: c = 3 · 10 m/s.

3.

Un so en l'aire té una freqüència de 440 Hz. Quina és la seva longitud d'ona? Quina seria la longitud d'ona d'aquest so en l'aigua? Dades: Velocitat del so en l'aire = 340 m/s; velocitat del so en l'aigua = 1 450 m/s.

4.

Un mariner dispara un canó i comprova que transcorren 5 s des que veu l'explosió fins que percep el so. A quina distància del vaixell es troba la costa? Dada: Velocitat del so en l'aire = 340 m/s.

Física i química 4t ESO

17

6.

ENERGIA I ONES

5.

L'ull és capaç de distingir dues imatges que estiguin separades 1/20 s. Calcula la distància mínima a què s'hauria de col·locar un mirall dins de l'aigua perquè poguéssim apreciar el fenomen de "l'eco" amb ones lluminoses dins d'aquest medi. Dada: Velocitat de la llum en l'aigua = 225 000 km/s.

6.

L'índex de refracció de la sal comuna és d'1,6. Calcula la velocitat de la llum en aquesta substància. Dada: Velocitat de la llum en l'aire = 300 000 km/s.

7.

Dibuixa un esquema que mostri el recorregut d'un raig de llum monocromàtica i d'un raig de llum blanca a través d'un prisma òptic.

8.

Quan un raig passa d'un medi amb un índex de refracció superior a un altre d'un índex de refracció més petit, el raig refractat s'allunya de la normal. Aquest fet ens porta a afirmar que hi haurà un cert angle d'incidència per a cada medi per al qual el raig es refracti amb un angle de 0

90 , de manera que el raig no sortirà cap a l'exterior. Aquest angle d'incidència per al qual 0

l'angle de refracció és de 90 s'anomena angle límit. Calcula l'angle límit per al vidre (n1 = 1,5) col·locat en l'aire (n2 = 1).

Física i química 4t ESO

18

6.

ENERGIA I ONES

9.

L'energia que transporta una ona es conserva, és a dir, si un focus lluminós emet 100 J d'energia per segon, a un observador situat a 50 m de distància del focus li arriben els 100 J d'energia per segon. Però, a aquesta distància, li arriba menys intensitat lluminosa. Per què?

Física i química 4t ESO

19

7.

ELS ÀTOMS I ELS SEUS ENLLAÇOS Activitats

1.

Si mirem el sistema periòdic, hi podem trobar el mercuri. El mercuri és un element metàl·lic que condueix el corrent elèctric. a) Amb aquestes dades, quin tipus de substància podem assegurar que és el mercuri?

b) Es podria produir una electròlisi en el mercuri? Raona la resposta.

2.

El clorat de potassi en estat sòlid es descompon per mitjà de la calor i dóna lloc a substàncies noves. Diem que ha patit una descomposició tèrmica. Llegeix aquest paràgraf i justifica quin dels dos amics té raó. «Dos amics comenten el comportament del clorat de potassi i un d'ells diu que en tractar-se d'una sal ha de tenir un punt de fusió molt elevat. L'altre li contesta que no té sentit parlar del punt de fusió del clorat de potassi i que és impossible mesurar-lo.»

3.

El gas oxigen està format per agrupacions de dos àtoms d'oxigen. L'ozó està format per agrupacions de tres àtoms d'oxigen. Són elements diferents? Raona la resposta.

Física i química 4t ESO

20

7.

ELS ÀTOMS I ELS SEUS ENLLAÇOS

4.

Unim l'oxigen amb el nitrogen en dues experiències diferents en què canviem les condicions de realització. A les dues taules s'indiquen les masses d'oxigen i nitrogen utilitzades i la massa de substància obtinguda. Taula 1 Massa d'oxigen gastada (g)

32

16

8

64

Massa de nitrogen gastada (g)

28

14

7

--

Massa de la substància X obtinguda (g)

60

30

15

120

Taula 2 Massa d'oxigen gastada (g)

32

32

50

3

Massa de nitrogen gastada (g)

28

14

50

10

Massa de la substància Y obtinguda (g)

60

46

100

13

a) En una de les unions s'ha produït una mescla i en l'altra, una combinació. Dedueix quina és cada una.

b) Dedueix el valor del nombre que falta a la primera taula.

5.

La massa atòmica del clor és 35,5, com pots comprovar a la taula periòdica. a) Inventa't dos possibles isòtops del clor i indica-hi el nombre de protons i neutrons que tenen, el nombre atòmic i el nombre màssic.

b) Repeteix l'apartat a) per al ferro.

Física i química 4t ESO

21

7.

ELS ÀTOMS I ELS SEUS ENLLAÇOS

6.

L'aigua pesant és aigua en què la majoria dels àtoms d'hidrogen són isòtops de nombre màssic superior a 1. a) Es podria produir l'electròlisi a l'aigua pesant?

b) Com es comportaria l'aigua pesant en les reaccions químiques per comparació a l'aigua no pesant?

c) Què pesa més, l'aigua pesant o l'aigua normal?

d) Dibuixa l'àtom d'hidrogen que té de nombre màssic 2 i el que té de nombre màssic 1.

e) Escriu la fórmula de l'aigua pesant i la de l'aigua normal.

Física i química 4t ESO

22

7.

ELS ÀTOMS I ELS SEUS ENLLAÇOS

7.

Fes aquestes activitats: a) Indica quants electrons tenen a la seva capa de valència els elements següents: carboni - germani - iode - argó - radi - potassi Representa cada element amb el seu símbol.

b) Quin tipus d'enllaç tindrà cada un d'aquests elements si es combina amb el nitrogen?

8.

Relaciona cada tipus d'elements enllaçats amb l'estructura a què donen lloc. Parells d'elements

Estructures

Oxigen i oxigen

Molècula

Fluor i sodi

Àtoms aïllats

Sodi i sodi

Xarxa metàl·lica

Clor i oxigen

Xarxa covalent

Argó i xenó

Xarxa iònica

Física i química 4t ESO

23

7.

ELS ÀTOMS I ELS SEUS ENLLAÇOS

9.

Fes aquestes activitats: a) Busca en el sistema periòdic un metall, un no-metall, un semimetall i un gas noble.

b) Indica una propietat de cada un dels elements que has trobat.

c) Tria'n un parell que formin un enllaç iònic en unir-se.

d) Descriu com es forma aquest enllaç.

10.

Observa aquestes figures:

a) Indica quins dels models anteriors corresponen a un enllaç covalent.

b) Quines de les substàncies anteriors condueixen el corrent en estat sòlid?

c) Indica quines condueixen l'electricitat en estat líquid.

Física i química 4t ESO

24

7.

ELS ÀTOMS I ELS SEUS ENLLAÇOS

11.

Fes aquestes activitats: a) Tria dos grups del sistema periòdic que compleixin la condició que els elements d'un dels grups formen un enllaç iònic amb els de l'altre. Descriu la formació d'aquest enllaç agafant com a exemple un element de cada grup.

b) Tria dos grups del sistema periòdic que compleixin la condició que els elements d'un dels grups formen un enllaç covalent amb els de l'altre. Descriu la formació d'aquest enllaç agafant com a exemple dos elements de cada grup.

12.

Aquesta figura mostra l'estructura electrònica de tres elements:

a) En quin grup es troba cada un d'aquests elements?

b) Quins són els seus símbols?

c) Quants electrons ha de perdre o guanyar cada element per formar ions estables?

d) Com se simbolitzen aquests ions? Per què creus que les molses exerceixen un paper important en la formació i la constitució del bosc?

Física i química 4t ESO

25

8.

FORMULACIÓ DE COMPOSTOS. EL MOL Activitats

1.

Fes aquestes activitats: a) Classifica aquests tipus de compostos en hidrurs, òxids, hidròxids i àcids: H2SO4 - SO2 - HCl - Ag2O - HClO2

b) Calcula la massa molecular de cada un dels compostos anteriors i agafa les dades que necessitis del sistema periòdic.

c) Anomena cada un dels compostos anteriors.

2.

Calcula el nombre de mols que hi ha en 196 g d'àcid sulfúric.

3.

Volem preparar un litre de solució de 2 M de clorur de potassi. Quina quantitat de producte hem de pesar? Descriu el procediment que cal seguir per preparar aquesta solució.

4.

Indica la valència amb què actua el clor en cada un d'aquests compostos: a) NaCl

b) Cl2O3

c) HClO2

d) BaCl2

Física i química 4t ESO

26

8.

FORMULACIÓ DE COMPOSTOS. EL MOL

5.

Completa aquest quadre: Fórmula

Nomenclatura sistemàtica

Nomenclatura de Stock

CaCl2 Sulfur de magnesi N2O3 Clorur de coure (II) Hidrur de potassi H2Se Hidròxid de magnesi Triòxid de diclor AgOH MnO2 6.

Completa aquest quadre: Fórmula

Nomenclatura tradicional

Massa d'un mol

Na2SO3 KClO3 HNO2 HclO4

Física i química 4t ESO

27

9.

LES REACCIONS QUÍMIQUES Activitats

1.

Fes aquestes activitats: a) Escriu l'equació química ajustada corresponent a aquesta reacció: Molècules de clor + molècules d'oxigen → molècules d'òxid de clor (III)

b) Utilitza un model d'esferes per representar la reacció anterior.

c) Quins enllaços s'han trencat i quins nous enllaços s'han format en aquest procés?

2.

Ajusta aquestes equacions químiques i escriu la relació en mols que representa cada una: a) C3H8 + O2 → CO2 + H2O

b) MnO2 + HBr → MnBr2 + Br2 + H2O

c) Al2O3 + Mg → MgO + Al

d) N2O5 + H2O → HNO3

Física i química 4t ESO

28

9.

LES REACCIONS QUÍMIQUES

3.

Fem reaccionar òxid de clor (I) amb aigua per obtenir àcid hipoclorós. a) Escriu l'equació química corresponent al procés anterior.

b) Què representa aquesta equació?

c) Calcula la massa d'un mol de cada una de les substàncies que figuren a la reacció anterior.

d) Calcula el nombre de mols d'àcid hipoclorós que es formen si reaccionen dos mols d'òxid de clor (I).

4.

En aquesta reacció química: H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2, quin volum d'hidrogen, mesurat en condicions normals de pressió i temperatura, es recollirà si reaccionen 0,5 mols de zinc amb l'àcid sulfúric?

5.

Disposem d'una solució al 25 % de clorur d'hidrogen en aigua (àcid clorhídric). a) Quina massa de clorur d'hidrogen hi haurà en 200 g de solució?

b) A quants mols de clorur d'hidrogen correspon la massa anterior?

Física i química 4t ESO

29

9.

LES REACCIONS QUÍMIQUES

6.

La reacció entre el silici i el clor gasós produeix 657 kJ per cada 2 mols de clor: Si (s) + 2 Cl2 (g) → SiCl4 (g) + 657 kJ 0

Dada: Calor específica de l'aigua, ce = 4,18 J/g C. a) Si partim de 50 g de clor i un excés de silici, quina quantitat d'energia s'allibera?

0

b) Si aquesta energia s'usa íntegrament per escalfar 2 kg d'aigua inicialment a 15 C, quina serà la temperatura final de l'aigua? 7.

Una làmina de 50 grams d'un metall s'afegeix a una solució àcida i desapareix en 2,5 minuts. La mateixa quantitat de metall tallada en trossos petits desapareix en 55 segons. Calcula la velocitat de reacció en cada cas i compara-les.

Física i química 4t ESO

30

10. DIFERENTS TIPUS DE REACCIONS QUÍMIQUES Activitats 1.

Es dissolen 10 g de NaOH en aigua. Si es vol que la concentració de la solució obtinguda sigui 0,5 mol/L, quin ha de ser-ne el volum? Dades: Masses atòmiques: Na = 23 u; O = 16 u; H = 1 u.

2.

Calcula el volum d'una solució de 0,2 mol/L d'àcid clorhídric que es necessita per neutralitzar 15 g d'hidròxid de bari. Dades: Masses atòmiques: Ba = 137,34 u; O = 16 u; H = 1 u.

3.

Identifica l'oxidació, la reducció, l'oxidant i el reductor en aquesta reacció d'oxidació-reducció: Sn + 2 HCl → H2 + SnCl2

4.

L'aigua oxigenada (H2O2) es descompon lentament en aigua i oxigen si la deixem en un recipient obert en què rebi la llum solar. a) Escriu l'equació química que correspon al procés.

b) Calcula la quantitat d'aigua oxigenada que s'ha de descompondre per obtenir un mol d'oxigen, mesurat en condicions normals.

Física i química 4t ESO

31

10. DIFERENTS TIPUS DE REACCIONS QUÍMIQUES 5.

Explica l'electròlisi d'una solució aquosa de clorur de coure (II). Escriu les semireaccions que tenen lloc i la reacció global del procés.

6.

El metà, CH4, és el component principal del gas natural: a) Escriu la reacció ajustada de combustió del metà amb un excés d'oxigen i indica si s'absorbeix o s'allibera energia.

b) Calcula els grams d'oxigen que es consumeixen en cremar-se 10 mols de metà.

7.

La combustió de la glucosa (C6H12O6) allibera 629,76 kcal/mol. a) Escriu la reacció ajustada i indica si es tracta d'una reacció endotèrmica o exotèrmica.

b) Calcula quants grams de glucosa es necessiten per obtenir 3 500 kcal.

Física i química 4t ESO

32

11. EL CARBONI I ELS SEUS COMPOSTOS Activitats 1.

Calcula el volum de CO2, mesurat en condicions normals, que s'allibera en la combustió de 25 litres de gas butà (C4H10) de 0,85 g/cm³ de densitat.

2.

Escriu i anomena alguns isòmers de la propanona.

3.

Formula aquests compostos oxigenats: a) 2,3-butandiol

b) Etilpropilèter

c) 3-octanona

d) Butanoat de metil

Física i química 4t ESO

33

11. EL CARBONI I ELS SEUS COMPOSTOS 4.

A partir de 150 g d'àcid propanoic i etanol, s'obté un èster: a) Escriu i formula la reacció produïda i anomena l'èster obtingut.

b) Calcula la quantitat d'èster obtingut.

5.

Identifica el monòmer únic, que ha produït l'estructura polimèrica següent, i indica quin tipus de polimerització ha tingut lloc: -NH- CH2 - CO - NH - CH2 - CO -

Física i química 4t ESO

34

12. QUÍMICA I SOCIETAT Activitats 1.

Aquesta taula mostra l'ús que es dóna als diferents plàstics: Usos

Embalatges

Transport

Construcció

Cables

Ús domèstic

Fibres

Altres

%

29

15

12

10

6

3

25

a) Calcula els quilos utilitzats en la construcció per cada 500 kg de plàstic.

b) Indica les propietats que han de tenir els plàstics utilitzats en embalatges, construcció i cables.

2.

La fibra de vidre és un dels materials més utilitzats; busca informació sobre els usos que s'hi dóna actualment.

3.

Ens ofereixen dos adobs nitrogenats: la urea, de fórmula (NH2)2CO, i el nitrat d'amoni, de fórmula NH4NO3. Quin dels dos té més quantitat de nitrogen? Dades: Masses atòmiques: N = 14; H = 1; C = 12; O = 16.

Física i química 4t ESO

35

12. QUÍMICA I SOCIETAT 4.

Per obtenir 1 kg d'alumini de l'alúmina, es necessiten 13 kWh. Però l'obtenció de l'alumini a partir del seu reciclatge pot estalviar el 80 % d'aquesta energia. Si sabem que el cost del kWh és de 0,09 , quant s'estalvia en el reciclatge d'una tona d'alumini?

5.

La composició d'una pasta de dents és la que indica la taula: Compost

Grams

Nitrat de potassi

5,00

Fluorur de sodi

0,55

Sacarina de sodi

0,05

Excipient

100

Percentatge

a) Calcula els percentatges de cada un dels components.

b) Si el tub indica que és de 125 mL, calcula la densitat d'aquesta pasta de dents.

6.

Les capses de 250 g d'una marca determinada de cereals indiquen que per cada ració de 30 g obtenim, en menjar-los, 2,5 µg de vitamina D i 7 mg de ferro. a) Quina quantitat de vitamina D conté la capsa?

b) Quina quantitat de ferro contenen 100 g de cereals?

Física i química 4t ESO

36

INTRODUCCIÓ AL TREBALL CIENTÍFIC Activitats 1.

De quines variables depèn la velocitat amb què flueix un líquid a través d’un forat lateral en el recipient que el conté?

2.

Dissenya un experiment per comprovar la hipòtesi següent «La velocitat amb què que flueix un líquid a través d’un forat lateral en el recipient que el conté depèn de l’altura del lñíquid que hi hagi per sobre del forat.»

3.

Expressa en unitats del sistema internacional les mesures següents: a) 90 km/h b) 13,6 g/cm c) 14 g/cm

3

2

d) 0,5 g/L

4.

Expressa en notació científica, arrodonint a dos decimals, les quantitats següents: a) 826 751 000 b) 0,000064862 c) 0,00057312 d) 53 100 000 000

Física i química 4t ESO

37

INTRODUCCIÓ AL TREBALL CIENTÍFIC 5.

Quina precisió tenen els cronòmetres de la figura? Escriu correctament les mesures que mostren.

Cronòmetre digital en mil·lèsimes. Cronòmetre digital en centèsimes. Cronòmetre d’agulles en dècimes. 6.

S’han fet sis mesures de l’altura d’un got, i s’han obtingut els resultats següents: 85,3 mm – 85,5 mm – 85,7 mm – 85,6 mm – 85,4 mm a) Quin és l’error absolut mitjà? b) Quin és l’error relatiu comès? c) Quina seria l’expressió de la mesura de l’alatura del got, incloent-hi l’error comès?

7.

En el laboratori s’han recollit les dades de pressió i volum següents d’un gas a temperatura constant. Pressió (atm) Volum (L)

0,5 44,8

1,0 22,4

1,5 14,9

2,0 11,2

2,5 9,0

a) Representa aquests valors en una gràfica. b) Quin tipus de gràfica descriu millor aquests resultats? c) Com són les magnituds pressió i volum? d) Escriu l’equació matemàtica que representa la relació entre aquestes dues magnituds.

Física i química 4t ESO

38

SOLUCIONARI

1. El moviment dels cossos

c)

1. a) La posició de la pilota en sortir és: s = 1 m; en el punt més alt és: s = 20 m; i en cessar el moviment és: s = 15 m. b) El desplaçament des que surt fins que arriba al punt més alt és: 20 – 1 = 19 m cap amunt; i des que surt fins que s'atura és: 19 – 5 = 14 m c) L'espai recorregut fins que arriba a dalt és 19 m, i des que surt fins que s'atura és: 19 + 5 = 24 m. 2. a) 5. a) b) c) d)

Són paral·leles perquè tenen el mateix pendent, és a dir, la mateixa velocitat. Són moviments uniformes perquè les seves equacions són de primer grau i les seves representacions són rectes. No en sabem la trajectòria, ja que no s'esmenta a l'enunciat del problema. s = –2 + 3 t s = 50 – t s = –0,03 + 0,02 t s = –8 – 10 t

2. Les forces b) Porta un moviment variat, ja que en intervals iguals de temps recorre espais diferents. c) No en coneixem la trajectòria, ja que en l'enunciat del problema no ens la donen. d) El desplaçament total és –2, la posició final menys la inicial. e) L'espai total recorregut és 10 m, ja que ha recorregut 4 m cap a la dreta, de manera que s'allunyava de l'origen, i 6 m cap a l'esquerra, de manera que s'hi acostava. f)

3. a) x = 1 700 m –6 b) t = 5,7 · 10 s. És lògic, doncs, considerar que el llamp es veu al mateix instant que es produeix. 5 c) La velocitat de la llum és 8,8 · 10 més gran que la del so. 4. a) Els mòbils A i B porten la mateixa velocitat, però A surt d'un punt situat a 2 m de l'origen i B surt de l'origen, de manera que anirien l'un rere l'altre sempre a la mateixa distància. b) Tots dos surten del mateix punt, però el mòbil A va més de pressa, a 5 m/s de velocitat, que el C, que va a 2 m/s.

1. No, ja que depèn també de la massa dels dos cotxes. Si exercim una força petita sobre un cos de massa petita, hi podem provocar una acceleració més gran. Per exemple si fem una força de 10 N sobre una massa d'1 kg, l'accelera 10 m/s², mentre que una força de 30 N sobre un cos de 30 kg provoca una acceleració d'1 m/s². 2. L'acceleració que produeix sobre el cos és: F 10 (N) a= = = 2 m/s² m 5 (kg) a) Si actua en la mateixa direcció i el mateix sentit que la velocitat, la velocitat augmenta i el seu valor és: v = 3 + 2 t = 3 + 2 · 2 = 7 m/s b) Si el sentit de la força és contrari al de la velocitat inicial, el signe de l'acceleració també és contrari al de la velocitat inicial: v = 3 – 2 t = 3 – 2 · 2 = –1 m/s El bloc ha fet la volta, ja que té una velocitat negativa, en el mateix sentit que la força i que l'acceleració. c) Si actua perpendicularment a la velocitat, el mòdul no varia, només varia la direcció; per tant, el mòdul de la velocitat continuarà essent 3 m/s, però tindrà una direcció diferent, tangent a la trajectòria, que ja no serà recta, perquè la direcció ha canviat. 3. 6 370 km

Física i química 4t ESO

39

SOLUCIONARI 4. La maleta amb pes desplaça el nostre centre de gravetat cap a un costat i en tirar el cos cap a l'altre aconseguim que el nostre centre de gravetat es desplaci a l'altre costat, de manera que el centre de gravetat del conjunt es troba en la mateixa vertical que abans d'agafar la maleta, que és on es troba la resultant de la reacció del terra en aguantar el mateix pes tots dos peus. 5. a) Podem comprovar que: El mòdul de la resultant és sempre la diferència entre els mòduls de les dues forces components. Quan una de les forces s'obté multiplicant l'altra per un nombre, la distància a la resultant s'obté dividint la de l'altra força pel mateix nombre. Per exemple, quan F2 és el doble o el triple que F1, la seva distància a la resultant és la meitat o la tercera part, respectivament. b) El moment de la força de 2 N a la distància de 0,6 m és 2 · 0,6 = 1,2 Nm. El moment de l'altra força de la mateixa experiència és 4 · 0,3 = 1,2 Nm, el mateix valor. Si agaféssim la barra per la resultant, cada un d'aquests moments intentaria girar la barra en sentit contrari; per aquesta raó diem que els seus moments són iguals però de sentits contraris. També passa el mateix amb la resta de parelles de moments de totes les experiències. c) La força equilibradora és una sola força que equilibra el sistema. En aquest cas, el sistema de les dues forces que actuen es pot substituir per una sola força, que és la resultant. La força equilibradora és una força que té el mateix mòdul i la mateixa direcció que la resultant, però que és de sentit contrari.

3. La hidrostàtica 1. Sota el mar, la detonació arribaria molt més lluny. Si l'aigua tingués la superfície tapada, de manera que el seu volum no pogués variar per elevació, l'ona arribaria a tots els punts del mar. 2. L'aigua queda a dalt perquè és menys densa que el mercuri i no s'hi mescla. Si considerem un punt dins de l'aigua, l'expressió de la pressió seria: P = daigua gx, en què x és l'altura de l'aigua que hi ha damunt del punt considerat. La distància s'hauria d'expressar en m, ja que la densitat i la gravetat estan expressades en el SI. Si considerem un punt dins del mercuri, l'expressió seria: P = daigua g · 0,2 + dmercuri g · (x' – 0,2)

en què x' és la distància del punt a la superfície. 3. a) La pressió que marquen els baròmetres és la mateixa, ja que és la pressió atmosfèrica que hi ha en aquell lloc. Perquè l'aigua marqui la mateixa pressió que el mercuri ha de tenir una altura 13,6 vegades superior. P = dmercuri g hmercuri = daigua g haigua → → dmercuri hmercuri = daigua haigua L'altura de l'aigua és: haigua = dmercuri hmercuri = d aigua =

136 000 (kg / m) ⋅ 760 ⋅ 10 −3 (m)

= 10,336 m 1 000 (kg / m 3 ) b) haigua/hmercuri = 10,336/0,760 = 13,6. L'altura de l'aigua és 13 vegades superior a la del mercuri. 4. L'experiment està mal dissenyat perquè s'han posat dos cossos de diferent volum dins de l'aigua, i aquest factor podria influir en la força ascensional. Cal mantenir fixos tots els factors que podrien influir en la força ascensional, tret del que volem comprovar. Per dissenyar-lo bé, els dos cilindres han de tenir el mateix volum però un pes diferent. La resta estaria bé, ja que la profunditat també influeix en la força ascensional, però està controlada. 5. Com que sabem el pes del cos fora de l'aigua, en calculem la massa: m = P/g = 5 (N)/10 (m/s²) = 0,5 kg. Calculem la força ascencional i després el volum: Fasc. = 5 – 4 = 1 N; E = 1 N = = daigua g Vcos submergit = = 1 000 (kg/m³) · 10 (m/s²) · V en què V és el volum del cos submergit, i com que està submergit del tot coincideix amb el –4 volum del cos: V = 10 m³. La densitat, per tant, val: –4 d = 0,5 (kg)/10 (m³) = 5 000 kg/m³ cinc vegades superior a la de l'aigua. 6. a) P = 2 atm = 2 · dmercuri · g · 0,76 = = 2 · 13 600 (kg/m³) · 10 (m/s²) · 0,76 (m) = = 206 720 Pa b)

c) PV = 150 atm L

Física i química 4t ESO

40

SOLUCIONARI 4. La Terra a l’Univers 1. El zenit és el punt de l’esfera celeste oposat al centre de la Terra respecte de l’observador; per tant, a Girona i a Cadis seran punts diferents. Els pols, en canvi, són els punts d’intersecció de l’eix de la Terra amb l’esfera celeste; per tant seran els mateixos. 2. Si es mou a prop de l’eclíptica és un planeta. A més, les estrelles tenen una lluïssor cen, mentre que els planetes tenen una lluïssor fixa. 3. L’epicicle és la circumferència que recorre un planeta i el deferent és la circumferència que recorre, amb centre a la Terra, el centre de l’epicicle. Amb aquests conceptes s’aconseguia explicar el moviment dels planetes, el seu retrocés i les diferències de lluïssor. 4. Segons el model de Kepler, a més, les òrbites són el·líptiques. 5. a) Sobre la superfície de la Terra: 688 N b) Sobre el cim de l’Everest: 686,4 N 6. 6 370 km 7. a) Falsa. b) Vertadera c) Falsa. d) Vertadera 8. 5,46 h 9. 27,3 dies. Perquè té el mateix període de rotació respecte al seu eix que la Terra.

5. Transferència d'energia: treball i calor 1. El pastís conté hidrats de carboni i greixos. Aquestes substàncies contenen energia, de manera que en ingerir-lo aquesta energia s'incorpora a l'organisme. 2. A més de l'energia cinètica que hi donem, la pilota té una energia potencial gravitacional. L'energia mecànica, que és la suma de totes dues, es transforma en energia potencial elàstica que, al seu torn, es torna a transformar en energia cinètica, que es va transformant en energia potencial gravitacional. Si s'intenta botar sobre el fang, l'energia mecànica de la pilota es transfereix al fang i el deforma sense que hi hagi cap transformació que permeti que la pilota torni a adquirir energia per pujar. 1 3. a) Ec = mv² = 4 687,5 J 2 b) L'energia cinètica és zero, ja que la maleta no es mou respecte a ell. 4. La força total en la direcció del desplaçament és: 0 0 FT = F1 cos 40 + F2 cos 30 = 82,60 N Per tant, el treball és: W = FT s = 82,60 (N) · 15 (m) = 1 239 J

5. El treball és W = Ec; per tant: a) El carro no perd ni guanya energia cinètica, ja que no experimenta canvis de velocitat. b) Ec = W = Fs = 80 (N) · 10 (m) = 800 J Augmenta l'energia cinètica 800 J, ja que inicialment es trobava en repòs. 0 c) Ec = W = Fs cos 60 = 80 (N) · 10 (m) · 0,5 = = 400 J Augmenta l'energia cinètica 400 J, ja que inicialment es trobava en repòs. d) Ec = W = –Fs = –80 (N) · 10 (m) = –800 J La seva energia cinètica disminueix 800 J. 6. a) W = –ph = –mgh = –75 J 1 1 b) W = Ec = mv²f – – mv²i = –75 J 2 2 c) W = – Ep = –(mghf – mghi) = –mghf = –75 J 1 1 mv²f – – mv²i 7. W = Ec = 2 2 Per tant: a) Quan es mou amb una velocitat constant el treball és zero. b) Quan passa de 73 km/h a 108 km/h és: 1 W = · 900 (kg) · (30² – 20²) (m/s²)² = 2 = 225 000 J 8. En els sistemes amb fricció el principi de conservació de l'energia mecànica no es compleix, de manera que hi ha una variació de l'energia mecànica que és igual al treball efectuat per les forces de fricció: 1 1 Em(i) = mv²i + mghi = · 560 (kg) · 2 2 · 2² (m/s)² + 560 (kg) · 10 (m/s²) · 25 (m) = = 141 120 J 1 1 Em(f) = mv²f + mghf = · 560 (kg) · 2 2 · 11² (m/s)² + 560 (kg) · 10 (m/s²) · 10 (m) = = 89 880 J W = Em = Em(f) – Em(i) = 89 880 – 141 120 = = –51 240 J 9. a) W = mgh = 250 000 J T b) P = = 4 166,67 W = 5,7 CV t T c) E = = 625 000 J η 10. La temperatura és proporcional a l'energia cinètica mitjana de les partícules; per tant, quan les partícules no tinguin moviment la temperatura serà la més petita possible, és a dir, el límit inferior. 11. 543 kcal = 2 269 740 J 12. a) U = Q + T. Si no hi ha cap transferència de calor, Q = 0, de manera que: U = T = 25 000 J. b) Com que l'increment d'energia interna és positiu, la temperatura augmenta.

Física i química 4t ESO

41

SOLUCIONARI 13. La quantitat d'energia necessària per elevar la o temperatura de 0,5 kg d'aigua des de 10 C o fins a 40 C és: Q = mce T = 62 700 J La quantitat d'energia capaç de subministrar el fogó és: E = 2 000 · t; de manera que el temps és: t = 31,35 s 14. a) Ep = mgh = 100 J b) Ec = 100 J c) El 80 % d'aquesta energia és Q = 80 J. Aïllem de Q = mce T: Q o = 0,32 C T= mc e 15. La massa d'aire és: m = d V = 96 750 g I la calor que s'ha de transferir és: Q = mce T = 116 100 cal 16. En primer lloc, la calor per elevar la temperatura de la plata fins a la temperatura de fusió és: Q1 = mce T = 9 769,5 J En segon lloc, la calor per fondre la plata és: Q2 = mcf = 26 250 J Per tant, la calor total és: Q = Q1 + Q2 = 35 929,5 J

11

2. 1,5 · 10 m v 3. aire = = 0,77 m f v = 3,30 m aigua = f 4. 1 700 m 5. Com que la llum ha d'anar i tornar, la distància recorreguda és: 1 2d = vt = 225 000 (km/s) · (s) = 20 = 11 250 km; d = 5 625 km c 8 6. v = = 1,88 · 10 m/s n 7.

8. Apliquem la llei de Snell i tenim que la refracció des del vidre fins a l'aire és: o n1 sin îLím = n2 sin 90 ; n sin 90 o o sin îLím = 2 = 0,0667; îLím = 41,81 n1 9. Perquè la intensitat és inversament proporcional al quadrat de la distància, de manera que a una superfície esfèrica de 50 m de radi arriba una intensitat: E/ t 100 (J / s) E E = ISt → I = = = = 2 St 4πR 4π50 2 (m 2 ) –3

= 3,18 · 10 W/m²

17. La calor cedida per l'aigua del calorímetre és: Qc = maigua ce aigua T = –75 cal La calor absorbida pel coure és: Qa = mcoure ce coure T = 794 ce coure En l'equilibri: Qc + Qa = 0 → 794 ce coure = 75 → o → ce coure = 0,09 cal/g C 18. a) W = 480 000 J. Q − Q2 b) η = 1 · 100 = 26,7 % Q1 c) La potència de la màquina és: T P= = 8 000 W t

6. Energia i ones 1. T = 0,25 s 1 f= = 4 Hz T = 2 cm v = f = 8 cm/s

7. Els àtoms i els seus enllaços 1. a) Podem assegurar que és un element, ja que tots els elements estan recollits en el sistema periòdic. b) En l'electròlisi té lloc un canvi químic i una substància es transforma en d'altres. Si la substància és un element, no es pot descompondre en altres substàncies més senzilles; per tant, el corrent elèctric pot passar pel mercuri però no produirà electròlisi. 2. Té raó l'amic que diu que no es pot parlar del punt de fusió del clorat de potassi, ja que aquesta substància es descompon en altres substàncies més senzilles, per descomposició tèrmica, abans d'arribar al punt de fusió. 3. L'oxigen i l'ozó són el mateix element, ja que l'element es defineix com la substància formada per àtoms que tenen el mateix nombre atòmic, i tant l'oxigen com l'ozó ho compleixen.

Física i química 4t ESO

42

SOLUCIONARI 4. a) Ha tingut lloc una combinació, és a dir, una reacció química, en les unions recollides a la primera taula, ja que els components oxigen i nitrogen reaccionen sempre en la 32 16 8 mateixa proporció: = = . A la sego28 14 7 na taula, en canvi, això no es compleix, de manera que no es tracta d'una combinació, sinó d'una mescla. b) El valor de la primera taula que queda per deduir és 56, ja que s'ha de complir la llei de la conservació de la massa. Perquè sigui així, 120 ha de ser la massa de 64 + la massa del nitrogen. Per tant, la massa del nitrogen serà 56 g. 5. a) La massa atòmica de l'element es pot calcular com la mitjana ponderada dels diferents isòtops que el formen. Per tant, cada isòtop tindrà una massa, el nombre màssic, que serà molt proper al de la massa atòmica de l'element. A més, el nombre màssic ha de ser sempre un nombre enter, ja que és la suma dels protons i els neutrons que formen el nucli. Per a qualsevol àtom, el nombre de protons és igual al nombre atòmic, i aquest és fix. Per tant, els possibles isòtops del clor són: Cl amb 17 protons i 17 neutrons; Cl amb 17 protons i 18 neutrons; Cl amb 17 protons i 19 neutrons, etc. Sempre hi ha 17 protons i un nombre enter de neutrons proper a 35,5 – 17. b) Els possibles isòtops del ferro seguirien la mateixa dinàmica: Fe amb 26 protons i 30 neutrons, o amb 29 neutrons, etc. 6. a) Sí que es podria produir una electròlisi, però els àtoms d'hidrogen obtinguts serien els isòtops poc freqüents de l'hidrogen, el deuteri o el triti. b) Químicament es comportaria igual que l'aigua, ja que són àtoms del mateix element i en les reaccions químiques els àtoms no es trenquen. c) Pesa més l'aigua pesant, ja que té més neutrons en la composició i la resta de les partícules subatòmiques, protons i electrons, són iguals. d)

e) La fórmula química és la mateixa, ja que els elements que la formen són els mateixos i en la mateixa proporció.

7. a) Carboni (C): quatre electrons. Argó (Ar): vuit electrons. Germani (Ge): quatre electrons. Radi (Ra): dos electrons. Iode (I): set electrons. Potassi (K): un electró. b) El radi i el potassi formen un enllaç iònic amb el nitrogen, ja que són metalls. El carboni, el germani i el iode formen un enllaç covalent amb el nitrogen, ja que són no-metalls. L'argó no forma cap enllaç amb el nitrogen perquè és un gas noble. 8. Parells d'elements Estructures Oxigen i oxigen Molècula Fluor i sodi Àtoms aïllats Sodi i sodi Xarxa metàl·lica Clor i oxigen Xarxa covalent Argó i xenó Xarxa iònica 9. a) Metall: liti. No-metall: fluor. Semimetall: alumini. Gas noble: neó. b) Metall: condueix el corrent elèctric en estat sòlid. No-metall: és un gas a temperatura ambient (punt d'ebullició baix). Semimetall: amb els metalls forts es comporta com un no-metall, i amb els no-metalls forts es comporta com un metall. Gas noble: no reacciona. c) Liti i fluor. d) El liti perd un electró i es converteix en + – catió: Li → Li + e . El fluor guanya un – – electró i es converteix en anió: F + e → F . Tots dos s'uneixen en la mateixa proporció i + – formen la xarxa iònica: [Li , F ]. 10. a) La molècula d'amoníac, A, i la d'oxigen, D. b) La xarxa metàl·lica, C. c) El compost iònic, que és el clorur de sodi (B), i la xarxa metàl·lica, C. 11. a) Els grups 2 i 17. Del grup 2, el magnesi: 2+ – Mg → Mg + 2e Del grup 17, el clor: – – Cl + e → Cl La xarxa iònica que es forma és: 2+ – [Mg , 2 Cl ] b) Els grups 11 i 16. Del grup 11, el carboni, que té quatre electrons a l'última capa. Del grup 16, l'oxigen, que té sis electrons a l'última capa. El carboni ha de compartir els quatre electrons per arribar-ne a tenir vuit, i l'oxigen només n'ha de compartir dos, de manera que es necessitaran dos oxígens per a un carboni: O=C=O. 12. a) A: argó, grup 18; B: bari, grup 2; C: seleni, grup 16. b) Argó: Ar; bari: Ba; seleni: Se. c) L'argó és estable, de manera que ni guanyarà ni perdrà electrons. El bari ha de perdre dos electrons per aconseguir la configuració de gas noble. El seleni ha de captar dos electrons per completar l'última capa.

Física i química 4t ESO

43

SOLUCIONARI 2+

2–

d) Ba i Se . Les molses són capaces de retenir una gran quantitat d’aigua a través de tot el cos. Aquesta característica, juntament amb la capacitat que té de viure en llocs desfavorables, fa que afavoreixin el desenvolupament de sòls i evitin la dessecació i l’erosió d’aquests, i així permeten que a sobre s’hi implantin altres vegetals.

8. Formulació de compostos. El mol 1.

Fórmula H2SO4 SO2 HCl Ag2O HClO2

Tipus de Massa compost molecular Àcid 2 · 1 + 1 · 32 + + 4 · 16 = 98 u Òxid 1 · 32 + 2 · · 16 = 64 u Hidrur 1·1+1· · 35,5 = 36,5 u Òxid 2 · 108 + 1 · · 16 = 232 u Àcid 1 · 1 + 1 · 35,5 + + 2 · 16 = 68,5 u

Nom Àcid sulfúric Diòxid de sofre Òxid de sofre (IV) Clorur d'hidrogen Òxid de diplata Òxid de plata Àcid clorós

2. 2 mols 3. 1 mol KCl = 1 mol K + 1 mol Cl = 39 + 35,5 = = 74,5 g 2 (mols) · 74,5 (g/mol) = 149 g Es necessitaran 149 g de clorur de potassi. Procediment: a) Efectuem els càlculs anteriors. b) Pesem 149 g de clorur de potassi a la balança. c) Introduïm el clorur de potassi en un matràs aforat d'1 litre. d) Hi afegim aigua destil·lada fins a les tres quartes parts de la capacitat del matràs. e) Remenem fins a obtenir la dissolució del sòlid i si cal hi afegim aigua de mica en mica. f) Enrasem amb compte fins al senyal que indica 1 litre. 4. a) NaCl: valència Na + valència Cl = 0; (+1) + valència Cl = 0; valència Cl = –1 b) Cl2O3: 2 valència Cl + 3 valència O = 0; 2 valència Cl + 3 · (–2) = 0; valència Cl = +3 c) HClO2: valència H + valència Cl + + 2 valència O = 0; (+1) + valència Cl + + 2 · (–2) = 0; valència Cl = +3 d) BaCl2: valència Ba + 2 valència Cl = 0; (+2) + 2 valència Cl = 0; valència Cl = –1 5. Fórmula CaCl2 MgS N2O3 CuCl2 KH

Nomenclatura sistemàtica Diclorur de calci Sulfur de magnesi Triòxid de dinitrogen Diclorur de coure Hidrur de potassi

Nomenclatura de Stock Clorur de calci Sulfur de magnesi Òxid de nitrogen (III) Clorur de coure (II) Hidrur de potassi

6.

H2Se Mg(OH)2 Cl2O3 AgOH MnO2 Fórmula Na2SO3 KClO3 HNO2 HClO4

Selenur de dihidrogen Dihidròxid de magnesi Triòxid de diclor Hidròxid de plata Diòxid de manganès

Selenur d'hidrogen Hidròxid de magnesi Òxid de clor (III) Hidròxid de plata Òxid de manganès (IV)

Nomenclatura tradicional Sulfit de sodi Clorat de potassi Àcid nitrós Àcid perclòric

Massa d'un mol 2·23+1·32+3·16 = 126 g 1·39+1·35,5+3·16 = 122,5 g 1·1+1·14+ 2 · 16 = 47 g 1·1+1·35,5+4·16 = 100,5 g

9. Les reaccions químiques 1. a) 2 Cl2 + 3 O2 → 2 Cl2O3 b) Cl Cl OO O Cl O Cl O + OO → Cl Cl OO O Cl O Cl O c) S’han trencat els enllaços de les molècules de clor i oxigen i s’han format els enllaços de les molècules d’òxid de clor (III). 2. a) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O 1 mol de propà (C3H8) reacciona amb 5 mols d'oxigen per donar 3 mols de diòxid de carboni i 4 mols d'aigua. b) MnO2 + 4 HBr → MnBr2 + Br2 + 2 H2O 1 mol de diòxid de manganès reacciona amb 4 mols de bromur d'hidrogen per donar 1 mol de dibromur de manganès, 1 mol de brom i dos mols d'aigua. c) Al2O3 + 3 Mg → 3 MgO + 2 Al 1 mol de triòxid de dialumini reacciona amb tres mols de magnesi per donar 3 mols d'òxid de magnesi i 2 mols d'alumini. d) N2O5 + H2O → 2 HNO3 1 mol d'òxid de nitrogen (V) reacciona amb 1 mol d'aigua per donar 2 mols d'àcid nítric. 3. a) Cl2O + H2O → 2 HClO b) 1 mol d'òxid de clor (I) reacciona amb 1 mol d'aigua per donar 2 mols d'àcid hipoclorós. c) 1 mol Cl2O = 2 mol Cl + 1 mol O = = 2 · 35,5 + 16 = 87 g 1 mol H2O = 2 mol H + 1 mol O = = 2 · 1 + 16 = 18 g 1 mol HClO = 1 mol H + 1 mol Cl + 1 mol O = = 1 + 35,5 + 16 = 52,5 g d) D'acord amb la proporcionalitat establerta a l'equació, si per 1 mol d'òxid de clor (I) s'obtenen 2 mols d'àcid hipoclorós, a partir de 2 mols d'òxid de clor (I) es formaran 4 mols de HClO. 4. Es formaran també, per la proporció de l'equació, 0,5 mols d'hidrogen. 0,5 (mols) · 22,4 (l/mol) = 11,2 l d'hidrogen 25 (g HCl) x (g HCl) 5. a) = x = 50 g 100 (g solució) 200 (g solució) b) 1 mol HCl = 1 mol H + 1 mol Cl = 1 + 35,5 =

Física i química 4t ESO

44

SOLUCIONARI 50 (g) = 1,4 mols de HCl 36,5 (g/mol) 6. a) M (Cl2) = 2 · 35,5 = 71 u 50 (g) n= = 0,7 mol 71 (g/mol) D'acord amb l'estequiometria de la reacció, tenim: (s) + 2 Cl2 (g) → SiCl4 (g) + 657 kJ 2 (mol Cl 2 ) 0,7 (mol Cl 2 ) = 657 (kJ) x x = 229,95 kJ b) Q = mce(Tf – To) → 229 950 (J) = o o = 2 000 (g) · 4,18 (J/g C) · (Tf – 15) ( C) o Tf = 42,5 C 7. La velocitat de la reacció en cada cas és: quant. metall consumit vreacció = temps transcorregut 50 (g) 50 (g) v1 = = = 0,33 g/s 2,5 (min) 150 (s) 50 (g) v2 = = 0,91 g/s 55 (s) Per a una mateixa quantitat de metall, la reacció transcorre més de pressa com més gran és la superfície de contacte entre aquest i l'àcid. = 36,5 g

10. Diferents tipus de reaccions químiques 1. Calculem en primer lloc la massa molecular de l'hidròxid de sodi: M (NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 u mols de solut Molaritat = volum solució (l) 10 (g) 40 (g/mol) VNaOH = 00,5 l NaOH 0,5 (mol/l) 2. La reacció, ajustada, que té lloc és: 2 HCl + Ba(OH)2 → BaCl2 + 2 H2O Els mols d'hidròxid de bari que reaccionen són: M = 1 · 137,34 + 2 · 16 + 1 · 2 = 171,34 g/mol 15 (g) n= = 0,087 mol Ba (OH)2 171,34 (g/mol) Si tenim en compte l'estequiometria de la reacció: n = 2 · 0,087 = 0,174 mol HCl Per calcular el volum: 10,174 (mol) VHCl = = 0,87 l HCl 0,2 (mol/l) 3. Assignem a cada element el seu nombre d'oxidació: 0

+1 -1

0

+ 2 -1

Sn + 2 HCl → H 2 + Sn Cl 2

L'estany cedeix electrons, de manera que s'oxida. Per tant, és el reductor: Oxidació: 0

+2

Sn → + Sn + 2 e − L'hidrogen rep electrons, la qual cosa indica que no es redueix. Per tant, és l'oxidant: Reducció: +1

0

2 H + 2 e − → H2 4. a) 2 H2O2 → 2 H2O + O2 b) Per cada mol d'oxigen s'han de descompondre dos mols d'aigua oxigenada, o, el que és el mateix: M (H2O2) = 2 · 1 + 2 · 16 = 34 u; m = = 2 (mol) · 34 (g/mol) = 68 g de H2O2 5. Col·loquem la solució de CuCl2 en un recipient. La solució conté els ions formats per la dissociació iònica de la sal: 2+ – CuCl2(aq) → Cu (aq) + 2 Cl (aq) Introduïm dos elèctrodes a la solució i els connectem al generador. D'aquesta manera, es crea un camp elèctric que posa en moviment els ions de la solució. 2+ Els ions Cu , els cations, es dirigeixen cap a l'elèctrode negatiu o càtode. Allí, cada catió rep dos electrons i es forma coure metàl·lic, que es diposita damunt de l'elèctrode: 2+ – Cu (aq) + 2 e → Cu(s) – Els ions Cl , els anions, es dirigeixen cap a l'elèctrode positiu o ànode, on neutralitzen la seva càrrega en cedir un electró. Es comprova la formació de gas clor per les bombolles que es desprenen: – – 2 Cl (aq) → Cl2 (g) + 2 e El moviment dels electrons en transportar les càrregues constitueix un corrent elèctric. La reacció global de l'electròlisi es pot expressar així: 2+ – Cu (aq) + 2 Cl (aq) → Cu(s) + Cl2 (g) 6. a) La reacció és exotèrmica, ja que es tracta d'una reacció de combustió, de manera que s'allibera energia. La reacció ajustada és: CH4 (g) + 2 O2 (g) → → CO2 (g) + 2 H2O (g) + energia b) Si tenim en compte l'estequiometria de la reacció: 1 (mol CH 4 ) 10 (mol CH 4 ) = 2 (mol O 2 ) n n = 20 mol O2 La massa d'oxigen és: M (O2) = 2 · 16 = 32 u m = 20 (mol) · 32 (g/mol) = 640 g 7. a) La reacció és exotèrmica, ja que allibera energia (a més, es tracta d'una reacció de combustió, que sempre són molt exotèrmiques). La reacció ajustada és: C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → Física i química 4t ESO

45

SOLUCIONARI → 6 CO2 (g) + 6 H2O (g) + 629,76 kcal 1 (mol C 6H12 O 6 ) n (mol C 6H12 O 6 ) b) = 629,76 (kcal) 3 500 (kcal) 3 500 n= = 5,55 mol C6H12O6 629,76 La massa de glucosa és: M (C6H12O6) = 6 · 12 + 1 · 12 + 6 · 16 = 180 u m = 5,55 (mol) · 180 (g/mol) = 999 g

x = 206,75 g èster 5. Si s'ha format a partir d'un sol monòmer, aquest ha de posseir un grup amina i un grup àcid, és a dir, es tracta d'un aminoàcid. És una polimerització per condensació, ja que la unitat recurrent no coincideix amb el monòmer i s'allibera aigua: H2N-CH2-COOH + H2N-CH2-COOH → → H2N-CH2-CO-NH-CH2-COOH + H2O

11. El carboni i els seus compostos

12. Química i societat

1. La reacció de combustió del butà és: 13 C4H10 + O2 → 4 CO2 + 5 H2O 2 Els mols de butà cremats, si tenim en compte la densitat i la massa molecular (58 g/mol), són: 1 (mol) 1 000 (cm 3 ) 0,85 (g) 25 (l) · · · = 3 1 (l) 58 (g) 1 (cm ) = 366,38 mols de gas butà cremats Si tenim en compte l'estequiometria de la reacció: 4 (mol CO 2 ) = 366,38 (mol C4H10) · 1 (mol C 4 H10 ) = 1 465,5 mol CO2 El volum de CO2 que s'obté en condicions normals és: 22,4 (l) V = 1 465,5 (mol CO2) · = 1 (mol CO 2 ) = 32 827,5 l de CO2 2. Alguns isòmers de la propanona poden ser aquests: CH3-CO-CH3, propanona. CH3-CH2-CHO, propanal. CH2=CH-O-CH3, etenilmetilèter. CH2=CH-CH2OH, 2 propen-1-ol. Tots tenen la mateixa fórmula molecular (C3H6O) però una fórmula estructural diferent. 3. Les fórmules són aquestes: a) CH3-CHOH-CHOH-CH3 b) CH3-CH2-O-CH2-CH2-CH3 c) CH3-CH2-CO-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 d) CH3-CH2-CH2-COO-CH3 4. a) CH3-CH2-COOH + CH3-CHOH →

1. a) 500 · 0,12 = 60 kg b) Els plàstics utilitzats en embalatges han de ser lleugers i resistents a l'oxidació i altres reaccions químiques. Els utilitzats en la construcció han de ser durs i han de resistir grans esforços. Els usats en cables han de ser flexibles i aïllants. 2. La fibra de vidre és un material transparent que no s'oxida ni es crema. Es fa servir en la construcció d'embarcacions i automòbils. En les telecomunicacions s'utilitza com a fibra òptica, ja que la llum es pot propagar pels cables de fibra òptica encara que aquests estiguin doblegats. Aquestes fibres substitueixen els cables de coure en telefonia, ja que són capaces de transmetre molta més informació amb una gran qualitat i amb més rapidesa. 3. A la urea, de massa molecular 60 u, hi ha un percentatge de nitrogen de: 28 · 100 = 46,7 % 60 En el nitrat, de massa molecular 80 u, hi ha un percentatge de nitrogen de: 28 · 100 = 35 % 80 Té més quantitat de nitrogen la urea. 4. Una tona d'alumini requereix: 13 · 1 000 = 13 000 kWh d'energia A partir del reciclatge s'estalvia el 80 %, és a dir: 13 000 · 0,8 = 10 400 kWh, que representa un estalvi en euros de: 10 400 · 0,09 = 936 5. a) Compost Grams Percentatge Nitrat de potassi 5,00 4,73 Fluorur de sodi 0,55 0,52 Sacarina de sodi 0,05 0,05 Excipient 100 94,70

Àcid propanoic d'etil

Etanol

→ CH3-CH2-COO-CH2-CH3 + H2O Propanoat

Aigua

b) D'acord amb la relació estequiomètrica, 1 mol d'àcid origina 1 mol d'èster. Així doncs, calculem les masses moleculars de tots dos: Màcid = 12 · 3 + 16 · 2 + 1 · 6 = 74 g/mol Mèster = 12 · 5 + 16 · 2 + 1 · 10 = 102 g/mol 150 (g àcid) x (g èster) = 74 (g/mol) 102 (g/mol)

b) Si la massa total és de 105,6 g i el volum és de 125 mL, la densitat serà: m d= = 0,84 g/mL v 6. a) 20,8 µg de vitamina D. b) 23,3 mg de ferro. Física i química 4t ESO

46

SOLUCIONARI Introducció al treball científic 1. El valor de la gravetat, l’altura del fluid per sobre de forat, la forma del recipient, el tipus de fluid, la mida del forat, etc. 2. Es pot fer un muntatge com el que mostra la figura, de manera que totes les variables esmentades quedin fixades menys l’altura del fluid per sobre del forat, que és la variable objecte d’estudi.

8

4. a) 8,26 · 10 b) 6,49 · 10−5 c) 5,73 · 10−4 10 d) 5,31 · 10 5. a) (5,121 ± 0,001) s b) (5,12 ± 0,01) s c) (5,1 ± 0,1) s 6. a) 0,1 mm b) 0,1 % c) (85 ± 0,1) mm 7. a)

Obertura fixa

h fixa x fixa La mesura de la velocitat en què es buida el recipient es farà mesurant la distància sobre l’horitzontal a la qual inicialment arriba el raig de fluid utilitzat. 3. a) 25 m/s 3 b) 13 600 kg/m 2 c) 140 kg/m 3 d) 0,5 kg/m

b) Una hipèrbola equilàtera. c) Són inversament proporcionals. d) PV = constant.

Física i química 4t ESO

47