Exercicis de sistemes materials — Física i Química 3r ESO
Saber classificar la matèria és el primer pas per treballar-hi al laboratori. Aquests exercicis et fan decidir si l'aire, el coure o l'aigua de mar són substàncies pures o mescles, i si una mescla és homogènia o heterogènia. Després tries el mètode adequat per separar cada mescla, com la filtració per a la sorra i l'aigua o la decantació per a l'oli i l'aigua, i justifiques per què un mètode serveix i un altre no. També calcules concentracions de dissolucions. Les solucions expliquen la propietat que s'aprofita en cada separació. Errors típics: confondre homogènia amb heterogènia i voler filtrar aigua salada, que és homogènia.
Nivell bàsic
Exercici 1
Digues si és substància pura o mescla: l'aire, el coure, l'aigua del mar.
Mostra la solució
L'aire és una mescla (de gasos). El coure és una substància pura. L'aigua del mar és una mescla (aigua amb sals dissoltes).
Exercici 2
Digues quin mètode de separació faries servir en cada cas i per què: (a) separar unes llimadures de ferro que no s'han dissolt en aigua; (b) recuperar el sucre d'un got d'aigua ensucrada.
Mostra la solució
(a) La filtració. Les llimadures no s'han dissolt, així que encara es distingeixen: n'hi ha prou amb un mètode mecànic, i el filtre les reté mentre l'aigua hi passa.
(b) L'evaporació (o la destil·lació). El sucre s'ha dissolt i no es pot filtrar: cal fer marxar l'aigua perquè el sucre quedi.
La pregunta que ho decideix sempre és la mateixa: s'ha dissolt o no?
Exercici 3
Posa nom als canvis d'estat següents: (a) sòlid a líquid; (b) líquid a gas; (c) gas a líquid; (d) líquid a sòlid.
Mostra la solució
(a) Fusió; (b) vaporització (evaporació o ebullició); (c) condensació; (d) solidificació.
Exercici 4
Quin estat d'agregació (sòlid, líquid o gas) té forma pròpia i volum propi? I quin no té ni forma ni volum propis?
Mostra la solució
El sòlid té forma i volum propis.
El gas no té ni forma ni volum propis: ocupa tot el recipient que el conté.
(El líquid té volum propi però pren la forma del recipient.)
Exercici 5
Quin mètode utilitzaries per separar (a) llimadures de ferro mesclades amb sofre en pols i (b) oli i aigua?
Mostra la solució
(a) Separació magnètica amb un imant, perquè el ferro és atret per l'imant i el sofre no.
(b) Decantació, amb un embut de decantació, perquè els dos líquids no es barregen i tenen densitats diferents.
Exercici 6
Defineix solut, dissolvent i dissolució i identifica'ls en l'aigua amb sal.
Mostra la solució
El solut és el component que es dissol i és en menor quantitat (la sal).
El dissolvent és el component en què es dissol el solut i sol ser el majoritari (l'aigua).
La dissolució és la mescla homogènia dels dos (l'aigua salada).
Exercici 7
Classifica aquestes substàncies pures en elements o compostos: oxigen, aigua, ferro, diòxid de carboni i sal comuna.
Mostra la solució
Elements: oxigen i ferro (formats per un sol tipus d'àtom).
Compostos: aigua, diòxid de carboni i sal comuna (formats per àtoms de diferents elements combinats en una proporció fixa).
Exercici 8
Es dissolen 10 g de sal en aigua fins a obtenir 2 L de dissolució. Calcula'n la concentració en g/L.
Mostra la solució
Concentració = massa de solut / volum de dissolució = 10 L = 5 g/L.
Exercici 9
Es barregen 20 g de sal amb 180 g d'aigua. Calcula el percentatge en massa de la dissolució.
Mostra la solució
Massa de la dissolució = 20 + 180 = 200 g.
% en massa = 20/200 · 100 = 10 %.
Compte: el denominador és la massa de la dissolució, no només la de l'aigua.
Exercici 10
Què significa que una dissolució està saturada?
Mostra la solució
Vol dir que ja no pot dissoldre més solut a aquella temperatura: si n'hi afegim més, es queda al fons sense dissoldre's.
Nivell intermedi
Exercici 11
Classifica en mescla homogènia o heterogènia: (a) aigua amb oli; (b) aigua amb sal dissolta; (c) sorra amb llimadures de ferro.
Mostra la solució
(a) Heterogènia (es distingeixen l'aigua i l'oli). (b) Homogènia o dissolució (no es distingeix la sal). (c) Heterogènia (es distingeixen la sorra i el ferro).
Exercici 12
Prepares un got amb 200 g d'aigua i hi dissols 15 g de sucre. (a) Quin és el solut i quin el dissolvent? Per què? (b) La mescla que en surt, és homogènia o heterogènia? (c) Es podria tornar a separar el sucre de l'aigua sense cap reacció química?
Mostra la solució
(a) El solut és el sucre i el dissolvent és l'aigua: el solut és el component que hi ha en menys quantitat (15 g) i el dissolvent el que hi ha en més (200 g).
(b) És homogènia, és a dir, una dissolució: un cop dissolt, el sucre no es distingeix a simple vista i tot el got sembla una sola cosa.
(c) Sí. És una mescla, i les mescles es poden separar per mètodes físics, sense cap reacció química: evaporant l'aigua, el sucre queda al fons.
Exercici 13
Quin mètode faries servir per separar la sorra de l'aigua, i quin per recuperar la sal de l'aigua salada?
Mostra la solució
Per separar la sorra (sòlid no dissolt) de l'aigua: la filtració. Per recuperar la sal (dissolta) de l'aigua salada: l'evaporació (o la destil·lació), fent marxar l'aigua perquè quedi la sal.
Exercici 14
Dues dissolucions tenen la mateixa massa de sal, però una té 1 L i l'altra 2 L. Quina és més concentrada?
Mostra la solució
La d'1 L. Com que c = , amb la mateixa massa, com més petit és el volum més gran és la concentració. La mateixa sal en menys aigua queda més concentrada.
Exercici 15
Hem dissolt 12,5 g d'un solut en aigua fins a obtenir 250 mL de dissolució. Calcula'n la concentració en g/L.
Mostra la solució
Primer passem el volum a litres: 250 mL = 0,25 L.
Concentració = 12,5 L = 50 g/L.
Exercici 16
Una dissolució té una concentració de 20 g/L. Quina massa de solut hi ha en 500 mL de dissolució?
Mostra la solució
500 mL = 0,5 L.
Massa = concentració · volum = 20 g/L · 0,5 L = 10 g.
Exercici 17
Una ampolla de vi de 750 mL indica «12 % vol». Quants mL d'alcohol conté?
Mostra la solució
El percentatge en volum indica els mL de solut per cada 100 mL de dissolució.
Volum d'alcohol = 750 · mL.
Exercici 18
Explica, amb la teoria cinètica, per què un gas tancat en un recipient exerceix pressió sobre les parets.
Mostra la solució
Segons la teoria cinètica, un gas està format per partícules que es mouen contínuament i desordenadament.
Aquestes partícules xoquen constantment contra les parets del recipient, i el conjunt d'aquests impactes produeix una força sobre la superfície, que és la pressió.
Exercici 19
Una substància té un punt de fusió de -10 °C i un punt d'ebullició de 80 °C. En quin estat d'agregació es trobarà a -20 °C, a 25 °C i a 100 °C?
Mostra la solució
A -20 °C és per sota del punt de fusió: sòlid.
A 25 °C és entre el punt de fusió i el d'ebullició: líquid.
A 100 °C és per sobre del punt d'ebullició: gas.
Exercici 20
Una dissolució té una concentració del 8 % en massa. Quina massa de solut hi ha en 40 g de dissolució? I quina massa de dissolvent?
Mostra la solució
Massa de solut = 40 · g.
Massa de dissolvent = 40 - 3,2 = 36,8 g.
Exercici 21
Descriu els passos per preparar al laboratori 100 mL d'una dissolució aquosa de sal de concentració 30 g/L. Quina massa de sal cal pesar?
Mostra la solució
Massa de sal = 30 g/L · 0,100 L = 3 g.
Passos: 1) pesar 3 g de sal a la balança; 2) posar-la en un matràs aforat de 100 mL amb una mica d'aigua i remenar fins que es dissolgui; 3) afegir aigua fins a la marca (enrasar) i tapar i agitar per homogeneïtzar.
Nivell avançat
Exercici 22
Per què l'oli i l'aigua es poden separar per decantació però l'aigua salada no?
Mostra la solució
Perquè l'oli i l'aigua no es barregen (formen dues capes separades) i es poden decantar. En canvi, a l'aigua salada la sal està dissolta i no forma cap capa, així que la decantació no serveix: cal evaporar l'aigua per recuperar la sal.
Exercici 23
Una dissolució conté 24 g de solut i té una concentració de 12 g/L. Quin volum de dissolució hi ha?
Mostra la solució
De c = m/V aïllem el volum: V = m/c.
V = 24/12 = 2 L.
Hi ha 2 L de dissolució.
Exercici 24
La solubilitat d'una sal en aigua a 20 °C és de 36 g per cada 100 g d'aigua. Si afegim 100 g de sal a 250 g d'aigua a 20 °C, quina massa de sal es dissol i quina en queda sense dissoldre? La dissolució queda saturada?
Mostra la solució
Quantitat màxima que es pot dissoldre en 250 g d'aigua: 36 · g.
Es dissolen 90 g i en queden 100 - 90 = 10 g al fons sense dissoldre.
Sí, la dissolució està saturada, perquè hi ha solut en excés.
Exercici 25
Una dissolució de 500 mL té una densitat d'1,1 g/mL i conté 55 g de solut. Calcula'n la concentració en g/L i el percentatge en massa.
Mostra la solució
Massa de la dissolució = densitat · volum = 1,1 g/mL · 500 mL = 550 g.
Concentració = 55 g / 0,5 L = 110 g/L.
% en massa = 55/550 · 100 = 10 %.
Exercici 26
Tenim 100 mL d'una dissolució de 40 g/L i hi afegim aigua fins que el volum és de 400 mL. Calcula la concentració final i explica què ha passat amb la massa de solut.
Mostra la solució
Massa de solut inicial = 40 g/L · 0,1 L = 4 g.
Afegir aigua no canvia la massa de solut: encara hi ha 4 g.
Concentració final = 4 L = 10 g/L. La dissolució s'ha diluït: té un quart de la concentració inicial.
Exercici 27
Tens una barreja de sorra, sal comuna i llimadures de ferro. Dissenya un procediment per separar els tres components i indica el mètode de cada pas.
Mostra la solució
1) Amb un imant se separen les llimadures de ferro (separació magnètica).
2) Es posa la resta en aigua i es remena: la sal es dissol i la sorra no.
3) Es filtra: la sorra queda al filtre.
4) Es deixa evaporar l'aigua del filtrat (o es cristal·litza) i s'obté la sal.
Exercici 28
S'escalfa gel de -10 °C fins a vapor d'aigua. Descriu què passa amb la temperatura mentre s'escalfa i explica per què hi ha trams on la temperatura es manté constant malgrat que es continua subministrant calor.
Mostra la solució
La temperatura puja de -10 °C a 0 °C (gel), es manté a 0 °C mentre el gel es fon, puja de 0 °C a 100 °C (aigua líquida), es manté a 100 °C mentre l'aigua bull i després pot pujar en estat de vapor.
En els canvis d'estat, la calor subministrada s'utilitza per trencar les unions entre partícules i no per augmentar-ne l'agitació, per això la temperatura no varia.
Exercici 29
Raona si són certes o falses: (a) tota mescla homogènia és una substància pura; (b) durant la fusió d'una substància pura la temperatura es manté constant; (c) en una dissolució el dissolvent és sempre l'aigua.
Mostra la solució
(a) Fals: l'aigua salada és una mescla homogènia i no és una substància pura (té composició variable).
(b) Cert: mentre dura el canvi d'estat la temperatura no varia.
(c) Fals: el dissolvent és el component majoritari, que pot no ser aigua (per exemple, en un aliatge o en una dissolució amb alcohol).
Exercici 30
Es dissolen 50 g de sal en 150 g d'aigua i la dissolució resultant té una densitat d'1,15 g/mL. Calcula'n (a) el percentatge en massa, (b) el volum de la dissolució i (c) la concentració en g/L.
Mostra la solució
(a) Massa de dissolució = 50 + 150 = 200 g; % en massa = 50/200 · 100 = 25 %.
(b) V = m/d = 200 g / 1,15 g/mL = 173,9 mL = 0,174 L.
(c) Concentració = 50 g / 0,174 L = 287,5 g/L (aprox. 288 g/L).
T'encalles amb aquest tema?
A L'Acadèmia de Vic t'ajudem amb classes individuals. Escriu-nos per WhatsApp.
Escriu-nos per WhatsApp (604 95 79 95)Més informació: Reforç d'ESO a Vic · Classes particulars
Preguntes freqüents
Es pot separar la sal de l'aigua filtrant?
No. L'aigua salada és una mescla homogènia i la sal està dissolta: passa pel filtre. Cal evaporar l'aigua o destil·lar-la.
Com es calcula la concentració en g/L?
Divideix la massa de solut, en grams, entre el volum de dissolució, en litres. 20 g de sucre en 0,5 L fan 40 g/L.