I)PROVA)IN)ITINERE)A)

Dimensione: px
Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "I)PROVA)IN)ITINERE)A)"

Transcript

1 POLITECNICODIMILANO.CorsodiCHMICAGENERALE IPROVAINITINEREA 3Maggio2016 Avvertenze: scrivere le soluzioni sull apposito foglio che va completato con tutti i dati richiesti prima di iniziare la prova e che deve essere consegnato alla fine senza la minuta. Le soluzioni vannoscrittenellostessoordinenumericodeglieserciziproposti.icalcolidevonoessereindicati perestesoelerispostedevonoesseremotivate.! Esercizio1(3punti.Descrivereiltipodisolidoelanaturadelleinterazioniinterparticellari esistentiinuncristallodeiseguenticomposti:nano 3,C(diamante, NH 3 especificaresetale cristalloesisteatemperaturaambienteepressioneatmosferica. Risp.&NaNO 3!solido!ionico;!legame!ionico!tra!ioni!Na+!e!ioni!NO34!(solido!a!Tamb!!!!!!!!!!!diamante:!solido!covalente;!legami!covalenti!tra!atomi!di!C!ibridati!sp3!(solido!a!Tamb!!!!!!!!!!!NH 3!solido!molecolare;!ponti!a!idrogeno!tra!molecole!di!NH 3!(non!esiste!come!solido!a!Tamb!! Esercizio2(4punti.L analisi di un clorofluorocarburo (C x Cl y F z gassoso mostra che esso contiene 11.79% di C e % di Cl. In un altro esperimento si trova che g del composto occupano un volume di 458 ml a 25 C ed esercitano una pressione di 21.3 mmhg. Di quale gas si tratta? Risp.100 g del composto contengono: g di C = mol g di Cl = 1.97 mol g di F = mol La formula minima pertanto è CCl 2 F il cui peso molecolare è g/mol Dalla legge dei gas ideali si ricava la MM del gas: MM = mrt/pv = [0.107g x (lxatm/kxmol x 298K]/[(21.3/760 atm x L] = g/mol La formula molecolare è C 2 Cl 4 F 2. Esercizio 3 (3 punti. Mettere in ordine di punto di ebollizione decrescente: CH 4, HF, HCl, CaO motivandolarisposta. Risp:! HFeHCl!sono!molecole!polari!(dipolo4dipolo!ma!HF!fa!anche!legami!a!ponte!di!idrogeno,! CaO!è!un!composto!ionicoCH 4 èunamolecolaapolare!(dispersione!di!london.!di!conseguenza,! l ordine!sarà!cao,!hf,!hcl,!ch 4.! Esercizio4(3punti.In condizioni ambiente il fluoro e il cloro sono gas, il bromo è un liquido e lo iodio è solido. Spiegare i motivi di questo andamento dello stato fisico degli alogeni. Risp:Lo stato di aggregazione di una sostanza dipende dall entità delle interazioni intermolecolari esistenti tra le molecole del composto. Tutti gli alogeni formano molecole biatomiche di formula generale X 2. Tali molecole sono apolari, perciò le uniche forze di interazione possibili sono del tipo dipolo istantaneo - dipolo istantaneo. L entità di queste forze aumenta scendendo lungo un gruppo, perché aumenta la polarizzabilità delle molecole. Infatti scendendo lungo il gruppo degli alogeni aumentano sia le dimensioni atomiche che quelle molecolari, perciò la nube elettronica nella molecola I 2 sarà più facilmente polarizzabile rispetto ad F 2. Questo significa il momento di dipolo associato al dipolo istantaneo che si viene a formare nella molecola di I 2 sarà maggiore. Ne deriva una maggiore forza di interazione tra le molecole.

2 Esercizio5(4punti.NominareedisegnarelastrutturadiLewisdelleseguentimolecole,indicare l orbitaleibridoutilizzatodall atomocentraleestabilirelageometriadeicampielettroniciedella molecola.h 3 PO 3,HBrO 2,K 2 SO 3 Risp: 1 tetraedica,tetraedicadistortasp3;tetraedica,piramidaletrigonale,sp3 2tetraedica,piegata,sp3 3compostoionico2K +,SO 3 2R chehaunageometriatrigonaleplanare,trigonaleplanare,sp2 Esercizio 6 (3 punti. Calcolare la capacità termica dello Zn sapendo che quando un pezzo di Zn di 130 g alla temperatura di 473K è immerso in un recipiente termicamente isolato contenente 150 g di acqua alla temperatura di 298 K, si raggiunge l equilibrio termico quando la temperatura dell acqua e dello Zn è 311 K. La capacità termica dell acqua è 75,3 J/mol K. Commentare il procedimento scelto per svolgere l esercizio. Risp. Q H2O = n H2O x C H2O x ΔT= (150g/18 gmol -1 x 75,3 J/mol K=8,15 x 10 3 J Q H2O =-Q Zn= n Zn x C Zn x ΔT C Zn =25,3 J/mol K Esercizio 7 (2 punti. Bilanciare le seguenti reazioni CaF 2 + SiO 2 + H 2 SO 4! CaSO 4 +SiF 4 +H 2 O AlCl 3 +H 2 O+NH 3! Al(OH 3 + NH 4 Cl TiF 4 +H 2 SO 4! SO 3 +HF+TiO 2

3 Risp 2CaF 2 + SiO 2 + 2H 2 SO 4! 2CaSO 4 +SiF 4 +2H 2 O AlCl 3 +3H 2 O+3NH 3! Al(OH 3 + 3NH 4 Cl TiF 4 +2H 2 SO 4! 2SO 3 +4HF+TiO 2 Esercizio 8 (4 punti. Calcolare il ΔH r della reazione, Na(s! Na + (aq + e -, sapendo che il ΔH di sublimazione del Na è uguale 104,6 kjmol -1, il ΔH di ionizzazione del Na(g è uguale a 493,7 kjmol -1 e che il ΔH di idratazione di Na + (g è uguale a -397,5 kjmol -1. Commentare il procedimento scelto per svolgere l esercizio. Risp. Scriviamo le reazioni: Sublimazione: Na(s! Na(g ΔH R=104,6 kjmol -1 Ionizzazione: Na(g! Na + (g + e - %ΔH R=%493,7 kjmol -1 Idratazione: Na + (g! Na + (aq ΔH R=%&397,5 kjmol -1 Per la legge di Hess, il ΔH r incognito è uguale: ΔH R%(sublimazione+%ΔH R(ionizzazione+%ΔH R(idratazione=208%kJmol &1% Esercizio9(4punti.Calcolarel entalpiastandarddiformazionedin 2 O 5 daiseguentidati: 2NO(g+O 2 (g!2no 2 (g ΔH =R114.1kJRmol 4NO 2 (g+o 2 (g!2n 2 O 5 (g ΔH =R110.2kJ/mol N 2 (g+o 2 (g!2no(g ΔH =180.5kJ/mol Risp: Esercizio 10. (3 punti Tracciare il diagramma dei livelli energetici OM e stabilire l ordine di legameprevistoperf 2 espiegareperche lamolecolae diamagnetica. a F 2 ; 18 elettroni totali, configurazione elettronica esterna: σ 12 σ 1 * 2 σ 22 π 4 π* 4 ordine di legame = 1, non sono presenti elettroni spaiati, perciò è diamagnetico

4 POLITECNICODIMILANO.CorsodiCHMICAGENERALE IPROVAINITINEREB 3Maggio2016 Avvertenze: scrivere le soluzioni sull apposito foglio che va completato con tutti i dati richiesti prima di iniziare la prova e che deve essere consegnato alla fine senza la minuta. Le soluzioni vannoscrittenellostessoordinenumericodeglieserciziproposti.icalcolidevonoessereindicati perestesoelerispostedevonoesseremotivate.! Esercizio1(3punti.Descrivereiltipodisolidoelanaturadelleinterazioniinterparticellari esistentiinuncristallodeiseguenticomposti:cacl 2,C(grafite, H 2 especificaresetalecristallo esisteatemperaturaambienteepressioneatmosferica. Risp.&CaCl 2!solido!ionico;!legame!ionico!tra!ioni!Na+!e!ioni!Cl4,!solido!a!T!amb!!!!!!!!!!!grafite:!solido!covalente;!legami!covalenti!tra!atomi!di!C!ibridati!sp2,!solido!a!T!amb!!!!!!!!!!!H 2!solido!molecolare;!interazioni!di!dispersione!di!London,!gassoso!a!T!amb! Esercizio2(4punti.Ilgessoperlavagneècostituitodacarbonatodicalcio,solfatodicalcioed altreimpurezze.soloilcarbonatodicalcioreagisceconhclsecondolareazione: CaCO 3(s +2HCl (aq CaCl 2(aq +CO 2(g +H 2 O (l Calcolarelapercentualedicarbonatodicalciopresenteinungessosapendocheunpezzodi1,85 gproduce0,350gdico 2. Risp.! In! questo! esercizio! si! deve! ricavare! la! quantità! di! reagente! conoscendo! la! quantità! di! prodotto.!0,350! g!di! CO 2!corrispondono! a! 0,350! (g! /! 44,0! (g/mol! =! 7,95! x10 43!mol.! Dalla! stechiometria! della! reazione! sappiamo! che! si! forma! 1! mol! di! CO 2!per! ogni! mole! di! carbonato! di! calcio.!questo!è!anche!il!numero!delle!moli!di!caco 3,!che,!essendo!la!massa!!molare!di!CaCO 3!!pari! a!100!g/mol,!corrispondono!a!7,95!x!10 43!(mol!x!100!(g/mol!=!0,795!g!di!CaCO 3.!La!percentuale!di! carbonato!presente!nel!gesso!sarà!pertnato:![0,795!(g!/1,85!(g]!!x!100!=!43,0%.! Esercizio3(3punti.Mettereinordinedipuntodiebollizionedecrescente:CH 3 CN,Na 2 O,Cl 2,N 2 motivandolarisposta. Risp:! CH 3 N! è! una! molecola! polare! (dipolo4dipolo,! Na 2 O! è! un! composto! ionico,! Cl 2! e! N 2! sono! molecole!apolari!ed!n 2! è!più!leggera!(dispersione!di!london.!di!conseguenza,!l ordine!sarà!na 2 O,! CH 3 Cl,!Cl 2,!N 2.! Esercizio 4 (3 punti. Il potenziale di prima ionizzazione del sodio è minore di quello del Mg, mentreilpotenzialedisecondaionizzazionedelsodioèmoltopiùgrandediquellodelmg.dare unaspiegazionediquestoandamento. Risp.!Il!potenziale!di!prima!ionizzazione!del!Na!è!minore!del!Mg!perché!Na!ha!un!solo!elettrone!di! valenza! e! rimuovendo! questo! elettrone! raggiunge! una! configurazione! elettronica! stabile! con! l ottetto! completo.! Mentre! per! il! Mg! si! va! a! rimuovere! un! elettrone! da! un! orbitale! s! pieno,! che! rappresenta!comunque!una!situazione!di!particolare!stabilità!energetica.! La! seconda! ionizzazione! del! Na! è! difficile! perché! Na+! ha! raggiunto! una! configurazione! stabile,! mentre! la! seconda! ionizzazione! del! Mg! produce! una! configurazione! da! gas! nobile,! perciò! il! potenziale!di!seconda!ionizzazione!di!mg!è!minore!di!na.!!

5 Esercizio5(4punti.NominareedisegnarelastrutturadiLewisdelleseguentimolecole,indicare l orbitaleibridoutilizzatodall atomocentraleestabilirelageometriadeicampielettronici H 3 PO 4,ClO 3 Q,CaCO 3 Risp: 1 acidofosforico,tetraedica,tetraedicadistorta,sp3(formerisonanti 2 ioneclorato,tetraedica,trigonalepiramidale,sp3 3carbonatodiCa,trigonaleplanare,trigonaleplanare,sp2 Esercizio 6 (3 punti. Supponiamo di immergere un pezzo di Cu del peso di 140,5 g alla temperatura di 373 K in un recipiente termicamente isolato contenente 100 g di acqua alla temperaturadi298k.calcolarelatemperaturadell acquaquandosiastatoraggiuntol equilibrio termicosapendochenell intervalloditemperaturaconsideratolacapacitàtermicadelcuè24,1 J/molKgeperl acqua75,3j/molkg.commentareilprocedimentosceltopersvolgerel esercizio. Risp.!Essendo!il!recipiente!isolato!dall esterno!4q Cu =Q H2O.!Poiché!Q=CxnxΔT,!calcolando!le!moli!di!Cu! (2,21!moli!ed!acqua!(5,55!moli!si!ha!che:!! 4[2,21!mol!x!24,1!J/molKg!x!(T K]=5,55!x!75,3!1!J/molKg!x!(T24298K! T 2 =!306!K! Esercizio7(2punti.Bilanciareleseguentireazioni AgNO 3 +NaHS+NaOH!Ag 2 S+NaNO 3 +H 2 O KAlSi 3 O 8 +CaCO 3 +NH 4 Cl!CaSiO 3 +Al 2 O 3 +KCl+NH 3 +H 2 O+CO 2 H 3 AsO 3 +H 2 S!H 2 O+As 2 S 3

6 Risp. 2AgNO 3 +NaHS+NaOH!Ag 2 S+2NaNO 3 +H 2 O! 2KAlSi 3 O 8 +6CaCO 3 +2NH 4 Cl!6CaSiO 3 +Al 2 O 3 +2KCl+2NH 3 +H 2 O+6CO 2! 2H 3 AsO 3 +3H 2 S!6H 2 O+As 2 S 3! Esercizio8(4punti.DuranteunaspedizioneinHimalaya,unodeimembridelgruppodecidedi preparare del tè e, viste le condizioni, utilizza del ghiaccio come sorgente di acqua. Considerando che inizialmente il ghiaccio sia alla T di Q20 C, calcolare quanti g di propano (propano,c 3 H 8 presentenellabombolettadaviaggiodevonoesserebruciati(combustioneper portareall ebollizione1000gdiacqua(considerarechetuttal H 2 Oliquidabollea100 C.c p H 2 O (s =2.06J/ C. g;c p H 2 O (l =4.186J/ C. g;dh fus H 2 O=335J/g,DH comb propano=q2220kj/mole Risp: H 2 O (s Q20 C!H 2 O (s 0 C!H 2 O (l 0 C!H 2 O (l 100 C!H 2 O (vap 100 C Q tot =(1000x2.06x20+(1000x335+(1000x4.186x100=795kJ DH comb propano=q2220kj/mole;mpropano=44.09g/mol gpropanonecessari=(q tot / DH comb xm propane =(795/2220x44.09=15.79gdiGPLbruciati Esercizio 9 (4 punti. Il calore di ossidazione di NO a dare NO 2 è pari a Q57.1 KJ/mol, quello di formazionedinoèpari90.3kj/mol,mentrequellodidecomposizionedin 2 OadareN 2 eo 2 èpari a Q81.6 KJ/mol. Una volta trascritte queste tre reazione opportunamente bilanciate, calcolare il ΔH perlaseguentereazione:n 2 O(g+NO 2 (g NO(g(dabilanciare. Risp odanche ΔH 0 (NO 2 =ΔH 0 1+ΔH 0 (NO=33,2Kj/mol ΔH 0 (reaz=3δh 0 (NOQΔH 0 (NO 2 QΔH 0 (N 2 O=156,1KJ Esercizio10.(3puntiTracciareildiagrammadeilivellienergeticiOMestabilirel ordinedilegame previsto per ognuna delle seguenti specie: a O 2 Q ; b O 2 + ; c O 2 2Q. Dire se gli ioni in esame sono diamagneticioparamagneticieindicareilnumerodielettronispaiatisepresenti.

7 a O 2 - ; 17 elettroni totali; configurazione elettronica esterna σ 12 σ 1 * 2 σ 22 π 4 π* 3 ordine di legame=1.5; è presente 1 elettrone spaiato perciò è paramagnetico b O 2 + ; 15 elettroni totali: configurazione elettronica esterna: σ 12 σ 1 * 2 σ 22 π 4 π* 1 ordine di legame =2.5 è presente 1 elettrone spaiato perciò è paramagnetico c O 2 2- : 18 elettroni totali; configurazione elettronica esterna: σ 12 σ 1 * 2 σ 22 π 4 π* 4 ordine di legame = 1, non sono presenti elettroni spaiati, perciò è diamagnetico