Sistemi Gassosi. GAS = specie che occupa tutto lo spazio disponibile. VOLUME = spazio occupato si misura in: m 3, L (1L = 1dm 3 )

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1 Sistemi Gassosi GAS = specie che occupa tutto lo spazio disponibile VOLUME = spazio occupato si misura in: m 3, L (1L = 1dm 3 ) PRESSIONE = forza per unità di superficie Unità di misura: Forza Newton (N) = Kg m/s 2 Dine = N Pressione Pascal (Pa) = N/m 2 Dine/cm 2 Kg/cm 2 Bar = Pa Atmosfera (atm) = pressione che equilibra la pressione esercitata da una colonna di Hg alta 760 mm (a 0 C e al livello del mare) 1 atm = 760 mmhg = 760 torr = Pa TEMPERATURA Scala Kelvin (assoluta) (K) Scala Celsius ( C) 0 C = K (T(K) = T( C)) Scala Fahreneit ( F) 0 C = 32 F 100 C = 212 F EQUAZIONE DI STATO DEI GAS PERFETTI (O IDEALI)

2 PV = nrt dove: P = Pressione (atm) V = Volume (L) n = numero di moli R = Costante dei gas = L atm/mol K T = Tmperatura (K) Vale solo quando sono trascurabili le interazioni fra le molecole di gas e quando i loro volume è trascurabile rispetto al volume del recipiente. Deviazione dal comportamento ideale GAS REALI Per i quali vale: EQUAZIONE DI STATO DI VAN DER WAALS: P + n 2 a V V-nb = nrt dove a,b = costanti il cui valore dipende dal tipo di gas Condizioni normali (c.n.) T= 0 C, P = 1 atm Condizioni Standard (c.s.) T = 25 C, P = 1 atm Es. 1

3 Calcolare la pressione esercitata da moli di CO 2 contenute in un volume di 35.2 L a C nell ipotesi che si comporti come gas ideale. P = nrt/v = ( )/35.2 = 1.01 atm Es. 2 Calcolare il volume occupato da un gas ideale sapendo che 8.5 moli esercitano una pressione di Pa a 25 C. atm = Pa/101325= / = 5.74 atm V = nrt/p = ( )/5.74 = 36.2 L Es. 3 Calcolare la quantità in grammi di H 2 che esercita una pressione di 538 torr in un recipiente di 1460 ml alla temperatura di 20.5 C. atm = torr/760 = 538/760 = atm n = PV/RT = ( )/( ) = moli grammi = moli PM = = g Es. 4 Calcolare la massa molecolare di un gas sapendo che in c.n. occupa un volume di 21.54L e pesa 15.4g. n= PV/RT = ( )/( ) = 0.96 moli PM = g/mol = 15.4/0.96 = g/mol Es. 5

4 In un recipiente di 652 ml, a 195 C, è introdotto N 2 a atm. Calcolare la temperatura a cui la pressione della stessa quantità di N 2 raggiunge 1.2 atm. PV = nrt P1/T1 = P2/T2 P/T = cost 0.970/ = 1.2/T2 T2 = K = 306 C Es. 6 Calcolare il volume occupato da 1.53atm di O 2 a una data temperatura sapendo che alla stessa temperatura la stessa quantità di O 2 esercita una pressione di 2.14atm in un recipiente di 1.5L. PV = cost P1V1 = P2V V1= V1= 2.1L DENSITA DI UN GAS: Rapporto tra la massa di una certa quantità de gas e il volume da essa occupato. d = m/v = g/l Es. 1 Calcolare la massa di un gas che occupa il volume di 7.45 L alla temperatura di 50.5 C e alla pressione di 1.85 atm, sapendo che alla temperatura di 135 C e alla pressione di Pa ha una densità di g/l P1V1/T1 = P2V2/T2 P1= 1.85 atm V1= 7.45L T1 = K

5 P2 = / = atm V2 =? T2=408.15K V2=36.2 L grammi = =36.1 g Es.2 Calcolare la massa molecolare di un gas che ha una densità di g/l alla temperatura di 26.4 C e alla pressione di atm. PV = nrt n/l = P/RT d altra parte: MM = g/n e d= g/l g = MM n g = d L quindi: MM n=d L n/l = d/mm P/RT = d/mm MM= drt/p = g/mol Oppure: Considero 1L MM = g/moli Moli = PV/RT = Grammi = d L = MM= 1.435/0.034= 42.2 g/mol Es g di un composto contenente C, H e Cl occupano un volume di 1.28L alla pressione di 725 torr e alla temperatura di 65 C.

6 Determinare la massa molecolare e la formula molecolare sapendo che la composizione elementare è: C 14.16% H 2.36% Cl 83.48% P = 725/760 = atm n = PV/RT = ( )/( ) = moli MM = g/moli = 3.77/0.044 = 85.6 g/mol C 14.16/12 = 1.18/1.18 = 1 H 2.36/1 = 2.36/1.18 = 2 Cl 83.48/35 = 2.38/1.18 = 2 CH 2 Cl 2 MISCELE DI GAS NON REATTIVI Es. 3 gas A,B e C P tot V = n tot RT

7 n tot = n A + n B + n C Pressione parziale (Pi) = pressione che ciascun gas eserciterebbe se occupasse da solo l intero volume occupato dalla miscela (a pari temperatura) P A V = n A RT P B V = n B RT P A + P B + P C = P tot (Legge di Dal ton) P C V = n C RT Volume parziale (Vi) = volume che ciascun gas occuperebbe se si trovasse da solo alla P tot della miscela (a pari temperatura) V A + V B + V C = V tot Frazioni Molari (χ i ) = χ i = n i /n tot χ A = n A /n tot ; χ B = n B /n tot ; χ B = n B /n tot P i = χ i P tot Es.1 Calcolare la P tot esercitata da 10.5g di H 2 e molecole di N 2 in un V di 40.5l alla temp. di 18.5 C. moli H 2 = 10.5/2 = 5.25 moli moli N 2 = / = moli moli tot = = 5.37 Ptot = ( )/40.5 = 3.17 atm Es. 2 Calcolare le pressioni parziali e le quantità in grammi H 2, O 2 e N 2 presenti in una miscela che occupa un volume di 10L alla temp. di 32 C e alla pressione di 657 torr, sapendo che la composizione percentuale della miscela è:

8 H % O % N % Ptot = 657/760 = atm Consideriamo n tot = 100 P i = χ i P tot P H2 = (10.2/100) = P O2 = (14.9/100) = P N2 = (74.9/100) = ni = PiV/RT n H2 = n O2 = n N2 = g H2 = = 0.07g g O2 = = 1.63g g N2 = = 7.22g MISCELE DI GAS REATTIVI Es. 1 Sono dati 2,74L di C 3 H 8 a c.n. e 20.5L di O 2 a 725 torr e 27 C. Calcolare la massima quantità di CO 2, espressa in litri, a c.n., che si può formare dal processo di ossidazione a CO 2 e H 2 O. C 3 H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O

9 c.n. P =1atm; T=273.15K moli C 3 H 8 = (1 2,74)/( )=0.122 moli moli O 2 = ( )/( )=0.794 moli /5 = (eccesso) moli CO2 = = moli V CO2 = ( )/1= 8.2L Es. 2 E data una miscela di 100 ml di N 2 e 400 ml di H 2 a c.n. Si ha la formazione di NH 3 fino a esaurimento del reagente in difetto. Qual è la pressione esercitata in un recipiente di 700 ml a 225 C? 3H 2 + N 2 2NH 3 moli H 2 = (1 0.4)/( )= moli moli N 2 = (1 0.1)/( )= moli 3H 2 + N 2 2NH n tot = = Ptot = ( )/0.7 = 0.777atm

10 Es. 3 Una miscela di 200 ml di CH 4 e 500 ml di O 2 misurati a 1 atm e 128 C è fatta reagire con formazione di CO 2 ed H 2 O allo stato gassoso fino a completo esaurimento del reagente in difetto. Calcolare la pressione esercitata alla temp. di 203 C sapendo che il recipiente ha un volume di 1.5L. CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O P1V1/T1 = P2V2/T2 V1 = 700ml (1 0.7)/ = (P2 1.5)/ P2 = 0.554atm Es. 4 Calcolare la massima quantità di HCOOH ottenibile dall ossidazione di 5.8g di CH 3 OH con un volume di 7.8L di O 2 misurato a 1.06atm e a 35.5 C ed il numero di moli inalterate di reagente in eccesso. CH 3 OH + O 2 HCOOH + H 2 O moli CH 3 OH = 5.8/32 = (difetto) moli O 2 = ( )/( ) = 0.326

11 moli HCOOH = grammi HCOOH = = 8.69g moli O 2 non reagite = = moli DISSOCIAZIONE TERMICA E GRADO DI DISSOCIAZIONE Alcuni gas si decompongono per effetto del riscaldamento in altre sostanze che sono tutte o in parte allo stato gassoso. Se la dissociazione non è completa: Grado di dissociazione α = n d /n i n d = numero di moli dissociate n t = numero di moli iniziali Es. 2SO 3 2SO 2 + O 2 moli iniziali n i 0 0

12 moli presenti dopo la dissociazione n i -n d n d n d /2 Es.1 PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) 15.2g di PCl 5 in un volume di 2.12L esercitano all equilibrio con PCl 3 e Cl 2 una pressione di 1.85atm alla temp. di 232 C. Determinare il grado di dissociazione di PCl 5. Moli iniziali di PCl 5 = 15.2/208.2 = PCl 5 PCl 3 + Cl n d n d n d n tot = ( )/( ) = = ( nd) + nd + nd nd = α = nd/ni = / = Es. 2 N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) Calcolare il grado di dissociazione e le pressioni parziali di N 2 O 4 e NO 2 per un sistema in cui 0.858g di N 2 O 4, contenuti in un volume di 0.8L, esercitano, dopo che si è stabilito l equilibrio, una pressione di 0.59 atm alla temp. di 70.5 C. Moli iniziali N2O4 = 0.858/92 = Moli tot all eq. = ( )/( ) =

13 N 2 O 4 2NO n d 2n d = nd + 2 nd nd = α = nd/ni = / = Pi V= nirt n N2O4 = = n NO2 = = P N2O4 = ( )/0.8 = P NO2 = ( )/0.8 = Es. 3 Determinare il grado di dissociazione di NH 3 in H 2 e N 2 alla temp. di 305 C sapeno che 5g di NH 3 in un volume di 2.52L esercitano all equilibrio la pressione di 10.3atm. 2NH 3 3H 2 + N 2 moli iniziali di NH 3 = 5/17 = NH 3 3H 2 + N n d 3/2n d 1/2n d moli tot all eq = ( )/( ) = 0.547

14 0.547 = nd + 3/2nd + 1/2nd nd = α = nd/ni = 0.253/0.294 = REAZIONI CON GAS Es. 1 Zn + 2HCl ZnCl 2 + H 2 (g) Calcolare il volume di H 2, misurato alla temp. di 28 C e alla pressione di Pa che si ottiene trattando 1.544g di Zn con eccesso di HCl Moli Zn = 1.544/65.38 = = moli H 2 P = / = 5.95 atm V = ( )/5.95 = L Es. 2 Determinare il volume di NH 3 a 742 torr e 20 C formato nel processo di deamminazione ossidativa dell alanina quando sono disponibili moli di alanina e 1.09L di O 2 a 753 torr e 21.5 C.

15 2C 3 H 7 NO 2 + O 2 2C 3 H 4 O 3 + 2NH 3 moli O2 = ( )/( ) = /760 = /2 = reagente in difetto moli NH3 = V NH3 = ( )/0.976 = 1.47L 742/760 = Es. 3 Sono dati 2.74L di C 3 H 8 a condizioni normali e 20.5L di O 2 a 725 torr e 27 C. Calcolare la massima quantità di CO 2 espressa il litri, a c.n., che si possono formare nel processo di ossidazione a CO 2 e H 2 O. C 3 H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O Moli C3H8 = (1 2.74)/( ) = (difetto) Moli O2 = ( )/( ) = /5 = /760=0.954 moli CO2 = = V = ( )/1 = 8.2L

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