Esame di Chimica Generale (Prof. Polini) 09/02/2018 Soluzioni degli esercizi

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1 Eme di Chimic Generle (Prof. Polini) 09/02/2018 Soluzioni degli eercizi 1) Per impedire il congelmento di 2000 L di cqu contenuti in un erbtoio, è più efficce ciogliervi 200 kg di BCl2, CuSO4 o KCl? Clcolre quindi l tempertur di congelmento dell oluzione preprt con il le più efficce (Kcr,cqu = 1,86 C kg/mol) Dobbimo cpire qule dei tre li, prità di m ciolt in un dto volume di cqu, produce il mggior bbmento criocopico. Quet'ultimo è dto d T cr = m c K cr = i m K cr, dove m c è l mollità colligtiv, ovvero il prodotto del binomio di Vn't Hoff, i, per l mollità del le, m. L oluzione col vlore mggiore di m c = i m drà il mggiore bbmento criocopico, e rà dunque l più efficce per prevenire il congelmento ll'interno del erbtoio. Clcolimo i m per le tre oluzioni (umimo pri 1,00 g/ml l denità dell'cqu, ovvero l m dell'cqu i pri 2000 kg): ) per BCl2 (p.f. = 208,24 g/mol) bbimo i = 3 (il le è totlmente diocito in un ctione brio e due nioni cloruro) e m = ( /208,24)/2000 = 0,480 mol/kg, d cui i m = 3 0,480 = 1,44 mol/kg b) per CuSO4 (p.f. = 159,6 g/mol) bbimo i = 2 e m = ( /159,6)/2000 = 0,627 mol/kg, e i m = 1,25 mol/kg c) per KCl (p.f. = 74,55 g/mol) bbimo i = 2 e m = ( /74,55)/2000 = 1,34 mol/kg, d cui i m = 2,68 mol/kg. È evidente che l mggiore mollità colligtiv e, quindi, il mggior "potere ntigelo" i h con l oluzione di KCl, il cui bbmento criocopico è T cr = m c K cr = i m K cr = 2,68 1,86 = 4,99 C. L tempertur di congelmento dell oluzione rà ( preione tmoferic) pri 4,99 C 5,0 C. 2) Dove verne dto il nome corretto, crivere le trutture di Lewi, con eventuli forme di rionnz, indicndo i l'ibridzione dell'tomo centrle i l geometri molecolre, delle eguenti pecie: ) BrF3; b) NO2; c) ione H2PO4 ; d) ione S2O3 2 ; e) PCl5. ) trifluoruro di bromo, con Br ibridto p 3 d, geometri T plnre; b) bioido di zoto, con N ibridto p², ordine di legme N-O pri 1,5; l molecol è tringolre, nonché prmgnetic in qunto h un elettrone pito:

2 c) ione diidrogenofofto, con P ibridto p 3, geometri tetredric; d) ione tioolfto, con S centrle ibridto p 3, geometri tetredric; e) pentcloruro di foforo, con P ibridto p 3 d, geometri bipirmide trigonle: 3) Clcolre l'entlpi tndrd dell rezione di intei dell'etnolo, C 2 H 5 OH, d etilene, C 2 H 4, e cqu: C 2 H 4 (g) + H 2 O (l) C 2 H 5 OH (l) pendo che 1) il clore tndrd di formzione dell'etnolo liquido è ugule 277,7 kj/mol, 2) il clore tndrd di formzione dell'etilene goo è +52,3 kj/mol e 3) H form di H 2 O (l) è kj/mol. Applichimo l Legge di He: C2H4 (g) 2 C () + 2 H2(g) H form = 52,3 kj H2O (l) H2 (g) + ½ O2 (g) H form = + 285,5 kj 2 C () + 3 H2(g) + ½ O2 (g) C 2 H 5 OH (l) H form = 277,7 kj C 2 H 4 (g) + H 2 O (l) C 2 H 5 OH (l) H rez = 44,2 kj/mol

3 4) Clcolre: ) il ph di un oluzione preprt d 0,900 L di cido cetico 0,400 M (CH3CO2H, K = 1, ) e 0,100 L di NOH 1,00 N; b) qunto vri il ph in eguito ll'ggiunt di 1,00 ml di HCl 1,00 M 100 ml di oluzione preprt come l punto ). L'cido cetico e l'idroido di odio ono ripettivmente un cido monoprotico debole e un be monobic forte. Pertnto, le loro normlità (N) coincidono con le molrità (M). Le moli di CH3CO2H e NOH ono ottenibili dl prodotto V(L)M(mol/L). ) CH3CO2H + NOH CH3CO2N + H2O moli inizili 0,360 0, moli finli 0, trcurimo l vrizione Abbimo un oluzione tmpone cotituit d cido debole e uo le (be coniugt); l concentrzione idrogenionic dell oluzione tmpone è: C [H3O + ] / n V n 0,260 K 1, K K 4, M, d cui ph = 4,34. C n / V n 0,100 b) Se prelevimo 100 ml di 1000 ml ottenuti l punto ), vremo prelevto un decimo delle moli di CH 3 CO 2 H e di CH 3 CO 2 N, ovvero ripettivmente 0,0260 moli di cido e 0,0100 moli del uo le odico. Per ggiunt di HCl, un prte del le rà convertito in cido, econdo l rezione e lo chem eguenti: HCl + CH3CO2N CH3CO2H + NCl moli inizili 1, ,0100 0, moli finli - 0, ,0270 1, d cui riclcolimo il ph: C [H3O + n 5 0,0270 ] K K 1,7610 5, M, d cui ph = 4,28. C n 0, ) Per l rezione CO (g) + H2O(g) CO2 (g) + H2 (g) il vlore del G 1018 K è 10,03 kj. Clcolre le concentrzioni delle pecie ll'equilibrio pendo che inizilmente erno tte introdotte nel rettore 1, mol/l di CO, 2, mol/l di H2O e 1, mol/l di CO2. Dl vlore dell vrizione di energi liber tndrd clcolimo l cotnte di equilibrio K p : G = RTlnK p, d cui K p = G e RT e , di moli in fe go (n = 0), e quindi K p = K c = 3,27. 3,27. Per l rezione dt, non i h vrizione del numero

4 Scrivimo lo chem di rezione e poi otituimo nell'epreione dell K c : CO (g) + H2O(g) CO2 (g) + H2 (g) mol/l inizili 1, , , vrizione x x + x + x mol/l finli 1, x 2, x 1, x x Abbimo: K c = 4 x (1,3010 x) 3 (1,0010 x)(2, ,27 x) Riolvendo l'equzione di 2 grdo in x ricvimo due oluzioni: x 1 = 1, e x 2 = 2, Poiché le moli inizili di CO erno 1,0010-3, l oluzione che h eno fiico non può eere mggiore di queto vlore (ltrimenti vremmo un vlore negtivo delle moli finli di CO). L rdice dell'equzione di 2 grdo che dobbimo utilizzre è pertnto x = 2, Ottenimo le eguenti concentrzioni delle vrie pecie goe ll'equilibrio: [CO] = 1, , = 7, M, [H 2 O] = 2, , = 3, M, [CO 2 ] = 1, , = 3, M, [H 2 ] = 2, M. 6) Clcolre l forz elettromotrice (f.e.m.), 25 C, e crivere l'oidoriduzione reltiv, dell eguente cell: Pt Fe 2+ (8, M); Fe 3+ (5, M) MnO 4 (0,100 M); Mn 2+ (5, M); ph = 0 Pt pendo che, empre 25 C, 0 E +1,51 Ve E 0 +0,77 V. MnO 4 / Mn 2 Fe 3 / Fe 2 Bilncimo cicun emirezione e moltiplichimo per vere lo teo numero di elettroni cmbiti: 1 MnO4 + 5e + 8 H + Mn H2O 5 Fe 2+ Fe 3+ + e Sommndo membro membro ottenimo: MnO4 + 5 Fe H + Clcolimo deo i potenzili di cicun emielemento: E E MnO 0 0,0592 [ MnO4 ][ H 2 E 2 log 4 / Mn MnO4 / Mn 2 5 [ Mn ] ] 8 Mn Fe H2O. 0,0592 0,100[1,0] 1,51 log 5 0, [ Fe ] 0,0592 5, E 3 2 0,0592log 0,77 log / Fe Fe / Fe 2 - [ Fe ] 5 8, Fe 2-3 0,699 V 8 1,513 V d cui ottenimo l f.e.m.: E = 1,513-0,699 = 0,814 V.

5 7) Stbilire e i bbi formzione di un precipitto qundo vengono mecolti 50,0 ml di AgNO3 2, M con 50,0 ml di NCl 1, M (Kp,AgCl = 1, ). Un precipitto di le poco olubile i può formre qundo il prodotto delle concentrzioni degli ioni, cicun concentrzione elevt l coefficiente techiometrico che compre nell'equilibrio di olubilità, egugli o uper il prodotto di olubilità, K p. Nel co del cloruro di rgento, AgCl, K p = [Ag + ][Cl ]. Dobbimo quindi cpire e il prodotto delle concentrzioni di ioni Ag + e Cl preenti dopo ver mecolto le due oluzioni i tle d uperre il vlore del K p. Le moli prelevte di Ag + ono 2, (50/1000) = 1, ; quelle di Cl ono 1, (50/1000) = 5, L concentrzione di ioni Ag + nell oluzione finle, di volume 100 ml = 0,100 L, è pri [Ag + ] finle = 1, /0,100 = 1, M; l concentrzione di ioni cloruro nell te oluzione è [Cl ] finle = 5, /0,100 = 5, M. Il loro prodotto vle (1, )( 5, ) = 5, ed è mggiore di K p = 1, ; pertnto, dopo ver mecolto le due oluzioni, i formerà un precipitto di AgCl.