Chimica per il liceo/I diagrammi di stato/Esercizi

Diagrammi di Fase

Esercizio 54

Dal diagramma di fase dell'acqua, determina lo stato dell'acqua nelle seguenti condizioni:

Diagramma di fase dell’acqua

(a) 35 °C e 85 kPa

(b) −15 °C e 40 kPa

(c) −15 °C e 0.1 kPa

(d) 75 °C e 3 kPa

(e) 40 °C e 0.1 kPa

(f) 60 °C e 50 kPa

Esercizio 55

Quali cambiamenti di fase si verificano quando l'acqua è soggetta a variazioni di pressione a temperatura costante di:

(a) 0.005 °C?

(b) 40 °C?

(c) −40 °C?

Esercizio 56

Le pentole a pressione permettono una cottura più rapida perché l'elevata pressione all'interno aumenta la temperatura di ebollizione dell'acqua. Una particolare pentola a pressione ha una valvola di sicurezza impostata per sfiatare il vapore se la pressione supera 3.4 atm. Qual è la temperatura massima approssimativa che può essere raggiunta all'interno di questa pentola? Spiega il tuo ragionamento.

Esercizio 57

Dal diagramma di fase del biossido di carbonio nella Figura 10.34, determina lo stato del CO₂ nelle seguenti condizioni:

(a) 20 °C e 1000 kPa

(b) 10 °C e 2000 kPa

(c) 10 °C e 100 kPa

(d) −40 °C e 500 kPa

(e) −80 °C e 1500 kPa

(f) −80 °C e 10 kPa

Esercizio 58

Determina i cambiamenti di fase che il biossido di carbonio subisce quando la pressione aumenta a temperatura costante di:

(a) −50 °C

(b) 50 °C Se la temperatura è mantenuta costante a −40 °C? E a 20 °C? (Consulta il diagramma di fase nella Figura 10.34.)

Esercizio 60

Il ghiaccio secco, CO₂(s), non fonde a pressione atmosferica. Sublima a una temperatura di −78 °C. Qual è la pressione più bassa alla quale CO₂(s) fonderà per formare CO₂(l)? A quale temperatura ciò avverrà approssimativamente? (Consulta il diagramma di fase nella Figura 10.34.)

Esercizio 61

Se una tempesta provoca un'interruzione di corrente, potrebbe essere necessario usare uno stendibiancheria per asciugare il bucato. In molte regioni in pieno inverno, i vestiti si congelano rapidamente quando sono appesi alla corda. Se non nevica, si asciugheranno comunque? Spiega la tua risposta.

Esercizio 62

È possibile liquefare l'azoto a temperatura ambiente (circa 25 °C)? È possibile liquefare il biossido di zolfo a temperatura ambiente? Spiega le tue risposte.

Esercizio 63

Il carbonio elementare ha una fase gassosa, una fase liquida e due fasi solide diverse, come mostrato nel diagramma di fase:

Carbon-phase-diagramp-ru

(a) Sul diagramma di fase, etichetta le regioni di gas e liquido.

(b) La grafite è la fase più stabile del carbonio in condizioni normali. Sul diagramma di fase, etichetta la fase della grafite.

(c) Se la grafite in condizioni normali viene riscaldata a 2500 K mentre la pressione viene aumentata a 10 GPa, viene convertita in diamante. Etichetta la fase del diamante.

(d) Circonda ciascun punto triplo sul diagramma di fase.

(e) In quale fase si trova il carbonio a 5000 K e 10^-1 GPa?

(f) Se la temperatura di un campione di carbonio aumenta da 3000 K a 5000 K a una pressione costante di 10^-3 GPa, quale transizione di fase si verifica, se si verifica?

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Risposte di OpenStax

Risposta 55

A basse pressioni e a 0.005 °C, l'acqua è in stato gassoso. Quando la pressione aumenta fino a 4.6 torr, l'acqua diventa solida; se la pressione aumenta ulteriormente, si trasforma in liquida. A 40 °C, l'acqua a bassa pressione è in fase di vapore; a pressioni superiori a circa 75 torr, si converte in liquido. A −40 °C, l'acqua passa da gas a solido quando la pressione aumenta oltre valori molto bassi.

Risposta 57

(a) gas;

(b) gas;

(c) gas;

(d) gas;

(e) solido;

(f) gas.

Risposta 61

Sì, il ghiaccio sublima, anche se può richiedere diversi giorni. Il ghiaccio ha una piccola pressione di vapore e alcune molecole di ghiaccio si trasformano in gas e sfuggono dai cristalli di ghiaccio. Con il passare del tempo, sempre più solido si converte in gas finché, alla fine, i vestiti risultano asciutti.

Risposte di ChatGPT (da controllare)

Risposta 54

(a) Liquido

(b) Solido

(c) Solido

(d) Liquido

(e) Gas

(f) Liquido

Risposta 55

(a) A 0.005 °C, l'acqua può passare da ghiaccio a liquido o da liquido a ghiaccio, a seconda della direzione del cambiamento di pressione.

(b) A 40 °C, l'acqua può passare da liquido a gas o da gas a liquido.

(c) A −40 °C, l'acqua può passare da solido a gas (sublimazione) o da gas a solido (brinamento).

Risposta 56

La temperatura massima all'interno della pentola a pressione sarà approssimativamente 140 °C. Questa temperatura corrisponde alla pressione di 3.4 atm secondo la relazione tra pressione e temperatura di ebollizione dell'acqua.

Risposta 57

(a) Liquido

(b) Liquido

(c) Gas

(d) Solido

(e) Solido

(f) Solido

Risposta 58

(a) A −50 °C, il biossido di carbonio sublima con l'aumento di pressione.

(b) A 50 °C, il biossido di carbonio passa da gas a liquido con l'aumento di pressione. A −40 °C, il CO₂ può passare da solido a liquido, a seconda della pressione. A 20 °C, il CO₂ passa da gas a liquido con l'aumento di pressione.

Risposta 60

La pressione più bassa alla quale il CO₂(s) fonde per formare CO₂(l) è circa 5.11 atm. Questo avviene a una temperatura di circa −56.6 °C.

Risposta 61

Sì, i vestiti si asciugheranno comunque, anche se congelati. L'acqua nel ghiaccio può sublimare direttamente in vapore, rimuovendo l'umidità dai vestiti.

Risposta 62

Non è possibile liquefare l'azoto a temperatura ambiente (25 °C) poiché la sua temperatura critica è −147 °C, ben al di sotto di 25 °C. Tuttavia, è possibile liquefare il biossido di zolfo a temperatura ambiente poiché la sua temperatura critica è 157.6 °C, superiore a 25 °C.

Risposta 63

(a) Le regioni di gas e liquido sono colorate rispettivamente in verde e viola sul diagramma di fase.

(b) La grafite è la fase stabile in condizioni normali ed è etichettata in grigio; in marroncino e rosa è indicata una fase intermedia grafite+diamante.

(c) La fase del diamante è indicata in giallino.

(d) I punti tripli sono quelli nel diagramma di fase dove coesistono almeno tre fasi.

(e) A 5000 K e 10^-1 GPa, il carbonio si trova in fase liquida.

(f) A una pressione di 10^-3 Pa, l'aumento della temperatura da 3000 K a 5000 K porterà il carbonio da solido a liquido.