COMPITO DI CHIMICA DEL

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1 COMPITO DI CHIMICA DEL ) Una certa quantità di solfato di ferro (II), sciolta in una soluzione acquosa di acido solforico, viene trattata con mol di permanganato di potassio. Si ottengono solfato di manganese (II), solfato di ferro (III) e solfato di potassio. L eccesso di permanganato reagisce esattamente con 5.0 ml di una soluzione acquosa di acido ossalico (H 2 C 2 O 4 ) contenente 12.0 g di acido per litro di soluzione. La reazione, condotta in presenza di acido solforico, porta alla formazione di solfato di manganese(ii), diossido di carbonio e solfato di potassio. Bilanciare le due reazioni con il metodo ionico elettronico e calcolare la massa in grammi del solfato ferro(ii) usato inizialmente. Bilanciamento della prima reazione FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 MnSO 4 + Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 2Fe 2+ 2Fe e - 5 MnO e - + 8H 3 O + Mn H 2 O 2 10 Fe MnO H 3 O + 10 Fe Mn H 2 O 10 FeSO KMnO H 2 SO 4 2 MnSO Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 8H 2 O Bilanciamento della seconda reazione KMnO 4 + H 2 C 2 O 4 + H 2 SO 4 MnSO 4 + CO 2 + K 2 SO 4 MnO e - + 8H 3 O + Mn H 2 O 2 2- C 2 O 4 2CO 2 + 2e MnO H 3 O C 2 O Mn H 2 O + 10 CO 2 2 KMnO H 2 C 2 O H 2 SO 4 2 MnSO CO 2 + 8H 2 O +K 2 SO 4 I grammi di acido ossalico che reagiscono sono: 12 g L L = 0.06 g Per cui n H2C2O4 = 0.06 g /90.04 g mol -1 = mol Sapendo che il permanganato di potassio in eccesso nella prima reazione reagisce completamente con l acido ossalico nella seconda reazione posso calcolare (dalla stechiometria della seconda reazione) n KMnO4 = (2/5) n H2C2O4 = (2/5) = mol Le moli di permanganato di potassio che hanno reagito nella prima reazione con il solfato di ferro (II) sono: n KMnO4 = = mol Dalla stechiometria della prima reazione calcolo: n FeSO4 = (10/2) n kmno4 = mol = mol I grammi di solfato di ferro (II) utilizzati sono: g mol -1 = g 2) Una soluzione acquosa di (orto)fosfato ferroso ha una pressione osmotica, a 27 C, pari a atm. Determinare la temperatura di ebollizione della soluzione sapendo che la densità della soluzione stessa è pari a kg dm -3. Calcolare, inoltre, la quantità di ghiaccio che si dovrebbe separare, da 1 kg di solvente, affinché la temperatura di congelamento della soluzione diventi - 20 C. (Per l acqua K eb = K kg mol -1 e K cr = 1.86 K kg mol -1 ).

2 Fe 3 (PO 4 ) 2 3 Fe PO 4 3 ν = 5 π = νcrt = atm c = π/νrt =63.24 atm/( L atm K -1 mol K) = mol L -1 Calcolo la T di ebollizione della soluzione ΔT eb = K eb m ν Calcolo m = n soluto /kg solvente : 1 L di soluzione contiene 0.514mol di Fe 3 (PO 4 ) 2 e ha una massa pari a d V = 1124 g L -1 1L =1124 g = kg; la massa di acqua in 1L di soluzione è: kg (0.514 mol kg mol -1 )= kg m = 0.514mol/0.940 kg = 0.547mol kg -1 ΔT eb = K kg mol mol kg -1 5 = 1.40 K T eb = = K = C Calcolo la molalità della soluzione alla temperatura di congelamento di -20 C. 20 = 1.86 m 5 m = 2.15 mol kg -1 Le moli di soluto sono sempre le stesse; la molalità è aumentata perché in soluzione ho una minore quantità di acqua, a causa della formazione di ghiaccio. Calcolo l acqua nella soluzione a -20 C e quindi la quantità di ghiaccio che si è formata mol kg -1 = moli soluto/kg di acqua = 0.547mol kg di acqua = 0.547mol/2.15mol kg -1 = kg Ghiaccio formatosi = =0.746 kg = 746 g 3) In seguito alla combustione di 1.5 m 3, misurati in condizioni normali, di una miscela gassosa contenente propano (C 3 H 8 ), si sviluppa una quantità di calore pari a 5347 cal. Calcolare la % di propano contenuto nella miscela noto il calore di combustione del propano pari a 2220 kj/mol. Determinare inoltre il volume di CO 2, misurato a 25 C e 435 torr, sviluppato nella combustione. C 3 H 8 + O 2 3 CO H 2 O H comb = 2220 kj/mol

3 Il calore sviluppato (5347 cal = kj) corrisponde alla combustione di: n(c 3 H 8 ) = kj / 2220 kj/mol = mmol Calcolo il volume di propano a c.n. V = nrt/p = L Calcolo la % v/v % v/v = ( )/1500 = n(co 2 ) = 3 n(c 3 H 8 ) V = nrt/p = /0.572 = 1.30 L 4) Una miscela gassosa costituita da 3 parti in volume di idrogeno ed 1 parte in volume di azoto viene immessa in un recipiente termostatato alla temperatura di 300 C e fatta reagire alla pressione costante di 10 atm. Dalla reazione si forma ammoniaca che costituisce il 14.73% in volume della miscela gassosa all equilibrio. Calcolare la percentuale in volume di ammoniaca che si formerebbe alla stessa temperatura se la pressione fosse mantenuta costante al valore di 100 atm. La reazione che avviene è la seguente: 3H 2(g) + N 2(g) 2NH 3(g) Dalla percentuale in volume dell ammonica nella miscela gassosa all equilibrio conosco la frazione molare dell ammoniaca all equilibrio: x NH3 = Poiché idrogeno ed azoto inizialmente sono presenti in rapporto stechiometrico, anche all equilibrio saranno in questo rapporto e poiché la somma delle frazioni molari di idrogeno ed azoto all equilibrio è: x H2 + x N2 = posso ricavare: x H2 = /4 = e x N2 = /4 = Posso ora calcolare le pressioni parziali all equilibrio dei componenti la miscela gassosa: p NH3 = atm = atm p H2 = atm = atm p N2 = atm = atm Calcolo la costante di equilibrio K p : K p = (p NH3 ) 2 /[(p H2 ) 3 (p N2 ) = /( ) = Alla stessa temperatura, ma alla pressione di 100 atm ho: p NH3 = x NH3 100 p N2 = (1-x NH3 ) (1/4) 100 = (1-x NH3 ) 25

4 p H2 = (1-x NH3 ) (3/4) 100 = (1-x NH3 ) 75 Posso quindi scrivere: K p = = (p NH3 ) 2 /[(p H2 ) 3 (p N2 ) = (x NH3 100) 2 /{[(1-x NH3 ) 75] 3 [(1-x NH3 ) 25]} Da cui (x NH3 ) 2 /(1-x NH3 ) 4 = 4.1 x NH3 /(1-x NH3 ) 2 = Ricavo x NH3 = 0.50 % in volume di NH 3 = 50% 5) Gran parte delle montagne abruzzesi sono costituite da calcare (carbonato di calcio). Sapendo che la K ps del carbonato di calcio vale , calcolare la quantità di calcare per km 2 cheviene disciolto dall acqua piovana ogni anno considerando una piovosità media annua di 600 mm. (NB. La piovosità indica l altezza dello strato di acqua che ricopre uniformemente il suolo). Calcolo il volume di acqua piovana caduta in un km 2 V = ( ) m 3 = m 3 = L CaCO 3 Ca 2+ + CO 3 2 K ps = = S 2 da cui Le moli di carbonato disciolto per km 2 di superficie sono: n(caco 3 ) = L mol/l = mol mm(caco 3 ) = g/mol m(caco 3 ) = mol g/mol = g 6) La reazione che avviene nella pila Leclanché è la seguente: 2 MnO 2 + 2H 3 O + + Zn Mn 2 O 3 + Zn H 2 O Una di queste pile è costruita con 10.0 g di zinco e 17.0 g di diossido di manganese e viene utilizzata per fornire una corrente di 0.4 A. Scrivere le semireazioni che avvengono ai due poli e calcolare per quanto tempo la pila può funzionare. (+) 2 MnO 2 +2e H 3 O + Mn 2 O H 2 O (-) Zn Zn e - n Zn = 10.0 g/65.39 g mol -1 = mol n MnO2 = 17.0 g/86.94 g mol -1 = mol Vedo qual è il reagente in difetto: n Zn /n MnO2 = 0.153/0.196 = 0.78 > ½ (rapporto stechiometrico)

5 MnO 2 è il reagente in difetto. Posso quindi calcolare le moli di elettroni scambiati da cui si ottiene la quantità di carica circolante. n e- = n MnO2 = mol Q = mol C mol -1 = C Q = i t t = Q/i (1A = 1 C s -1 ) t = C/0.4 A = s = 13.1 h

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