Scienziati in Erba Chimica

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1 Scienziati in Erba Chimica Acqua Oro Zucchero

2 Le soluzioni

3 La diluizione è il procedimento per preparare una soluzione meno concentrata da una soluzione più concentrata. Diluizione Aggiungi Solvente Moli di soluto prima della diluizione (i) = Moli di soluto dopo la diluizione (f) M i V i = M f V f

4 Come prepareresti 60.0 ml di HNO M da una soluzione standard di HNO M? M i V i = M f V f M i = 3.00 M f = V f = 0.06 L V i =? L V i = M f V f M i = x = L = 4 ml 4 ml di acido + 56 ml di acqua = 60 ml di soluzione

5 Relazioni di massa nelle reazioni chimiche

6 Il processo nel quale una sostanza (o più sostanze) si trasforma in una (o più) sostanza differente è detto reazione chimica Una equazione chimica utilizza simboli chimici per mostrare quello che avviene durante una reazione chimica reagenti prodotti

7 Come leggere un equazione chimica 2 Mg + O 2 2 MgO 2 atomi Mg + 1 molecola O 2 danno 2 unità formula MgO 2 moli Mg + 1 mole O 2 danno 2 moli MgO 48.6 grammi Mg grammi O 2 danno 80.6 g MgO NON E 2 grammi Mg + 1 grammo O 2 dà 2 grammi MgO

8 Bilanciare le equazioni chimiche 1. Scrivi la formula corretta per i reagenti e per i prodotti, che compaiono rispettivamente dal lato sinistro e destro dell equazione. L etano reagisce con l ossigeno per formare diossido di carbonio e acqua C 2 H 6 + O 2 CO 2 + H 2 O 2. Cambia i numeri dinanzi alle formule chimiche (coefficienti stechiometrici) per ottenere lo stesso numero di atomi di ogni elemento da entrambi i lati dell equazione. Non modificare gli indici. 2C 2 H 6 NON C 4 H 12

9 Bilanciare le equazioni chimiche 3. Inizia a bilanciare gli elementi che appaiono in un solo reagente e prodotto. C 2 H 6 + O 2 CO 2 + H 2 O Inizia con C o H ma non con O 2 carbonio a sinistra C 2 H 6 + O 2 1 carbonio a destra 2CO 2 + H 2 O moltiplica CO 2 per 2 6 idrogeno a sinistra C 2 H 6 + O 2 2 idrogeno a destra 2CO 2 + 3H 2 O moltiplica H 2 O per 3

10 4. Bilancia gli elementi che appaiono in due o più reagenti o prodotti. C 2 H 6 + O 2 Bilanciare le equazioni chimiche 2CO 2 + 3H 2 O moltiplica O 2 per ossigeno a sinistra 4 ossigeno (2x2) + 3 ossigeno (3x1) C 2 H O 2 2CO 2 + 3H 2 O 2 2C 2 H 6 + 7O 2 4CO 2 + 6H 2 O = 7 ossigeno a destra Rimuovi la frazione Moltiplica per 2 da entrambi i lati

11 Bilanciare le equazioni chimiche 5. Controlla di avere lo stesso numero di ogni tipo di atomo da entrambi I lati dell equazione. 2C 2 H 6 + 7O 2 4CO 2 + 6H 2 O 4 C (2 x 2) 4 C 12 H (2 x 6) 12 H (6 x 2) 14 O (7 x 2) 14 O (4 x 2 + 6) Reagenti 4 C 12 H 14 O Prodotti 4 C 12 H 14 O

12 Problema!!! Il metanolo brucia in aria secondo l equazione 2CH 3 OH + 3O 2 2CO 2 + 4H 2 O Se 209 g di metanolo sono utilizzati per la combustione, quanta massa di acqua viene prodotta?

13 Quantità di Reagenti e Prodotti 1. Scrivi l equazione chimica bilanciata 2. Trasforma in moli le quantità note di sostanze 3. Utilizza i coefficienti dell equazione chimica bilanciata per calcolare il numero di moli delle sostanze in quantità non nota 4. Trasforma le moli delle sostanze nelle unità richieste

14 Il metanolo brucia in aria secondo l equazione 2CH 3 OH + 3O 2 2CO 2 + 4H 2 O Se 209 g di metanolo sono utilizzati per la combustione, quanta massa di acqua viene prodotta? grammi CH 3 OH moli CH 3 OH moli H 2 O grammi H 2 O massa molare CH 3 OH coefficienti massa molare equazione chimica H 2 O 209 g CH 3 OH 1 mol CH 3 OH x 32.0 g CH 3 OH x 4 mol H 2 O 2 mol CH 3 OH 18.0 g H 2 O x = 1 mol H 2 O 235 g H 2 O

15 Acidi e basi

16 Acidi Hanno un sapore agro. L aceto deve il suo sapore all acido acetico. Gli agrumi contengono acido citrico. Reagiscono con alcuni metalli per produrre idrogeno gassoso. 2HCl (aq) + Mg (s) MgCl 2 (aq) + H 2 (g) Reagiscono con carbonati e bicarbonati per produrre diossido di carbonio gassoso 2HCl (aq) + CaCO 3 (s) CaCl 2 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O (l) Le soluzioni acquose di acidi conducono l elettricità.

17 Basi Hanno un sapore amaro. Sono lisciviose. Molti saponi contengono basi. Le soluzioni acquose di basi conducono l elettricità.

18 Un acido di Arrhenius è una sostanza che in acqua produce ioni H + (H 3 O + ) Una base di Arrhenius è una sostanza che in acqua produce ioni OH -

19 Ione Idronio, protone idratato, H 3 O +

20 Un acido di Brønsted è un donatore di protoni Una base di Brønsted è un accettore di protoni base acido acido base Un acido di Brønsted deve contenere almeno un protone ionizzabile!

21 Acidi monoprotici HCl H + + Cl - HNO 3 H + + NO - 3 CH 3 COOH H + + CH 3 COO - Acidi diprotici H 2 SO 4 H + + HSO 4 - Elettrolita forte, acido forte Elettrolita forte, acido forte Elettrolita debole, acdo debole Elettrolita forte, acido forte HSO 4 - H + + SO 4 2- Elettrolita debole, acido debole Acidi triprotici H 3 PO 4 H + + H 2 PO 4 - H 2 PO - 4 H + + HPO 2-4 HPO 2-4 H + + PO 3-4 Elettrolita debole, acido debole Elettrolita debole, acido debole Elettrolita debole, acido debole

22 Identificare le seguenti specie come acidi di Brønsted, basi, o entrambi. (a) HI, (b) CH 3 COO -, (c) H 2 PO 4 - HI (aq) H + (aq) + I - (aq) Acido di Brønsted CH 3 COO - (aq) + H + (aq) CH 3 COOH (aq) Base di Brønsted H 2 PO 4 - (aq) H + (aq) + HPO 4 2- (aq) Acido di Brønsted H 2 PO 4 - (aq) + H + (aq) H 3 PO 4 (aq) Base di Brønsted

23 Il Prodotto Ionico dell Acqua H 2 O (l) H + (aq) + OH - (aq) K c = [H+ ][OH - ] [H 2 O] [H 2 O] = costante K c [H 2 O] = K w = [H + ][OH - ] La costante del prodotto-ionico (K w ) è il prodotto delle concentrazioni molari degli ioni H + e OH - ad una determinata temperatura. La soluzione è A 25 0 C K w = [H + ][OH - ] = 1.0 x [H + ] = [OH - ] [H + ] > [OH - ] [H + ] < [OH - ] neutra acida basica

24 Qual è la concentrazione degli ioni OH - in una soluzione di HCl la cui concentrazione di ioni idrogeno sia 1.3 M? K w = [H + ][OH - ] = 1.0 x [H + ] = 1.3 M [OH - ] = K w [H + ] 1 x = = 7.7 x M 1.3

25 ph Una Misura dell Acidità ph = -log [H + ] La soluzione è At 25 0 C neutra [H + ] = [OH - ] [H + ] = 1 x 10-7 ph = 7 acida [H + ] > [OH - ] [H + ] > 1 x 10-7 ph < 7 basica [H + ] < [OH - ] [H + ] < 1 x 10-7 ph > 7 ph [H + ]

26 poh = -log [OH - ] [H + ][OH - ] = K w = 1.0 x log [H + ] log [OH - ] = ph + poh = Liceo Virgilio San Giorgio del Sannio 16.3 (BN)

27 Reazione di Neutralizzazione acido + base sale + acqua HCl (aq) + NaOH (aq) H + + Cl - + Na + + OH - H + + OH - NaCl (aq) + H 2 O Na + + Cl - + H 2 O H 2 O

28 Analisi Gravimetrica 1. Sciogli la sostanza incognita in acqua 2. Fai reagire la sostanza incognita con quella conosciuta per formare un precipitato 3. Filtra ed asciuga il precipitato 4. Pesa il precipitato 5. Usa la formula chimica e la massa del precipitato per determinare la quantità dello ione incognito

29 Titolazioni In una titolazione una soluzione di concentrazione accuratamente nota viene aggiunta gradualmente ad un altra soluzione di concentrazione incognita fino a che la reazione chimica tra le due soluzioni non sia completa. Punto di equivalenza il punto a cui la reazione è completa Indicatore sostanza che cambia colore al (o vicino al) punto di equivalenza Aggiungi lentamente una base ad un acido incongnito FINO A QUANDO l indicatore non cambia colore

30 Quale volume di una soluzione M di NaOH è necessario per titolare ml di una soluzione 4.50 M di H 2 SO 4? SCRIVI LA REAZIONE CHIMICA! M H 2 SO 4 + 2NaOH 2H 2 O + Na 2 SO 4 volume di acido moli di acido moli di base volume di base acido rx coef. M base 4.50 mol H 2 SO 4 2 mol NaOH 1000 ml soln ml x x x = 158 ml 1000 ml soln 1 mol H 2 SO mol NaOH

31 I gas

32 Elementi che esistono come gas a 25 0 C and 1 atmosfera

33 Caratteristiche fisiche dei gas Assumono il volume e la forma dei loro contenitori. Sono i più comprimibili tra gli stati della materia. Si mescolano completamente e in modo omogeneo se costretti in un medesimo contenitore. Hanno densità decisamente inferiore rispetto ai liquidi e ai solidi.

34 Pressione = Forza Area (forza = massa x accelerazione) Unità di pressione 1 pascal (Pa) = 1 N/m 2 1 atm = 760 mmhg = 760 torr Pressione atmosferica 1 atm = 101,325 Pa Barometro Barometer

35 Legge di Boyle P α 1/V P x V = costante P 1 x V 1 = P 2 x V 2 Temperatura costante Quantità di gas costante

36 Un campione di cloro gassoso occupa un volume di 946 ml ad una pressione di 726 mmhg. Qual è la pressione del gas (in mmhg) se il volume è ridotto a 154 ml a temperatura costante? P 1 = 726 mmhg P x V = costante P 1 x V 1 = P 2 x V 2 P 2 =? V 1 = 946 ml V 2 = 154 ml P 2 = P 1 x V 1 V mmhg x 946 ml = = 4460 mmhg 154 ml

37 Espansione e compressione di un gas Tubo capillare Mercurio Bassa temperatura All aumentare di T Alta temperatura V aumenta

38 Variazione del volume del gas con la temperatura a pressione costante. Legge di Charles e Gay- Lussac V α T V = costante x T V 1 /T 1 = V 2 /T T (K) = t ( 0 C) La temperatura deve essere in Kelvin

39 Un campione di monossido di carbonio gassoso occupa 3.20 L a C. A quale temperatura il gas occuperà un volume di 1.54 L se la pressione resta costante? V 1 /T 1 = V 2 /T 2 V 1 = 3.20 L T 1 = K V 2 = 1.54 L T 2 =? T 1 = 125 ( 0 C) (K) = K T 2 = V 2 x T 1 V L x K = = 192 K 3.20 L

40 Legge di Avogadro V α numero di moli (n) V = costante x n Temperatura costante Pressione costante V 1 / n 1 = V 2 / n 2 3H 2 (g) + N 2 (g) 2NH 3 (g) 3 molecole + 1 molecola 2 molecole 3 moli + 1 mole 2 moli 3 volumi + 1 volume 2 volumi

41 Equazione dei gas ideali Legge di Boyle:V α 1 (a n e T costanti) P Legge di Charles: V α T (a n e P costanti) Legge di Avogadro: V α n (a P e T costanti) V α nt P V = costante x nt P = R nt P R è la costante dei gas PV = nrt

42 Le condizioni 0 C e 1 atm sono dette temperatura e pressione normali (c.n.). Gli esperimenti mostrano che in c.n. 1 mole di un gas ideale occupa L. PV = nrt R = PV nt = (1 atm)(22.414l) (1 mol)( K) R = L atm / (mol K)

43 Qual è il volume (in litri) occupato da 49.8 g di HCl in c.n.? T = 0 0 C = K PV = nrt V = nrt P P = 1 atm 1 mol HCl n = 49.8 g x g HCl = 1.37 mol V = L atm 1.37 mol x x K mol K 1 atm V = 30.6 L

44 atm)? PV = nrt nr V P 1 T 1 L argon è un gas inerte utilizzato nelle lampadine per ritardare la vaporizzazione del filamento. Una lampadina contenente argo a 1.20 atm e 18 0 C è riscaldata a 85 0 C a volume costante. Qual è la pressione finale dell argon nella lampadina (in = P T = costante = P 2 T 2 P 2 = P 1 x T 2 T 1 n, V e R sono costanti P 1 = 1.20 atm T 1 = 291 K = 1.20 atm x 358 K 291 K P 2 =? T 2 = 358 K = 1.48 atm

45 Calcoli di densità (d) d = m V = PM RT m è la massa del gas in g M è la massa molare del gas Massa molare (M ) di una sostanza gassosa M = drt P d è la densità del gas in g/l

46 Reazioni di Ossido-Riduzione (reazioni di trasferimento di elettroni) 2Mg 2Mg e - O 2 + 4e - 2O 2- Semi-reazione di ossidazione (perdita di e - ) Semi-reazione di riduzione (acquisto di e - ) 2Mg + O 2 + 4e - 2Mg O e - 2Mg + O 2 2MgO

47 Zn (s) + CuSO 4 (aq) ZnSO 4 (aq) + Cu (s) Zn Zn e - Zn è ossidato Zn è l agente riducente Cu e - Cu Cu 2+ è ridotto Cu 2+ è l agente ossidante Un filo di rame reagisce con nitrato di argento per formare argento metallico. Qual è l agente ossidante nella reazione? Cu (s) + 2AgNO 3 (aq) Cu(NO 3 ) 2 (aq) + 2Ag (s) Cu Cu e - Ag + + 1e - Ag Ag + è ridotto Ag + è l agente ossidante