SOLUZIONI COMPITO A CHIMICA

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1 SOLUZIONI COMPITO A CHIMICA A) Per combustione di una miscela (0,596 moli totali) di due idrocarburi di formula (C 7 H 16 e C 9 H 20 ) si ottengono g di acqua ed anidride carbonica. Calcolare (a) la % p/p del C 7 H 16 nella miscela iniziale e (b) la pressione parziale dell anidride carbonica quando la pressione totale della miscela di combustione (acqua ed anidride carbonica) vale 760 torr. C 7 H O 2 " 7 CO H 2 O C 9 H O 2 " 9 CO H 2 O n(h 2 O) = 5.69 moli x = moli C 7 H 16 y = C 9 H 20! +! = ! + 10! = 5.69 x = moli y = moli m(c 7 H 16 ) = g m(c 9 H 20 ) = g %(C 7 H 16 ) = n(co 2 ) = 5.09 moli p!"# =!!"#!!"! P!"! =!"#!!"# 2A) 1,974 g di un composto organico solido non elettrolita sono sciolti in 47,2 g di etere dietilico (C 4 H 10 O): la tensione di vapore della soluzione, a 10 C, vale 287,5 torr. Sapendo che la tensione di vapore dell etere puro vale, alla stessa temperatura, 291,8 torr e che la soluzione ha una densità di 0,786 g ml -1, si determini la pressione osmotica della soluzione a 10 C. 564 mg dello stesso composto, costituito solamente da C, H, O vengono bruciati in eccesso di ossigeno: si formano 1,67 g di diossido di carbonio e 195,2 mg di acqua. Calcolare la formula molecolare del composto organico. Indico il composto incognito con C x H y O z. Dall abbassamento della tensione di vapore della soluzione ricavo la massa molare del composto ΔP/P = - x composto x composto = -(287,5 291,8)torr/291,8 torr = x composto = n composto /(n composto + n solvente ) n solvente = 47,2 g/74 g mol -1 = 6, mol 1, = n composto /(n composto + 6, ) 1, n composto + 9, = n composto n composto = 9, mol n= massa/massa molare M composto = massa/n = 1,974g/9, mol = 207,4 g mol mg del composto sottoposti a combustione equivalgono a n = 0,564 g/207,4 g mol -1 = mol

2 La reazione di combustione è: C x H y O z + O 2 xco 2 + y/2 H 2 O Si ottengono: n CO2 = 1,67g/44.01 g mol -1 = 3, mol = moli carbonio n C = 3, mol = nx x = 3, /2, = ~ 14 n H2O = 0,1952g/18.02 g mol -1 = 1, mol = moli idrogeno/2 n H = 1, = mol = ny y = 2, /2, = 7.94 ~ 8 Posso ora calcolare i grammi di ossigeno e quindi le moli in 564 mg del composto. g O = 0,564 3, = 8, g moli ossigeno = 8, g/16 g mol -1 = 5, mol = nz z = 5, /2, = 1.97 ~ 2 La formula chimica del composto è: C 14 H 8 O 2 π = crt c = n/v n = 9, mol V = m/ρ = (1, ,2)g/0,786 g ml -1 = 62,56 ml π = (9, mol/62, L) 0,0821 L atm K -1 mol ,16 K= 3,54atm 3A) Calcolare l entalpia standard di combustione di N 2 H 4 (g), sapendo che le entalpie standard di formazione di H 2 O(g), NO 2 (g) e N 2 H 4 (g) corrispondono rispettivamente a kj/mol, 33.2 kj/mol e kj/mol. 2 [ H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) H 2 O(g) ] 2ΔH 0 f(h 2 O) = kj/mol 2 [O 2 (g) + 1/2 N 2 (g) NO 2 (g)] 2ΔH 0 f(no 2 ) = kj/mol N 2 H 4 (g) N 2 (g) + 2 H 2 (g) -ΔH 0 f(n 2 H 4 ) = kj/mol N 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) 2H 2 O(g) + 2NO 2 (g) ΔH 0 comb(n 2 H 4 ) =? ΔH 0 comb(n 2 H 4 ) = 2ΔH 0 f(h 2 O) + 2ΔH 0 f(no 2 ) -ΔH 0 f(n 2 H 4 ) = kj/mol 4A) In un recipiente del volume di 5,0 L, ad un certa temperatura, l anidride solforosa ed il biossido di azoto sono in equilibrio con anidride solforica e monossido di azoto. Si introducono inizialmente 4,0 mol di anidride solforosa, 0,5 mol di biossido di azoto, 2,0 mol di monossido di azoto e 3,0 mol di anidride solforica. La costante di equilibrio alla stessa temperatura vale 2, Calcolare il numero di moli di monossido di azoto che devono essere aggiunte nel recipiente (a temperatura costante) affinché la concentrazione del diossido di azoto diventi 0,5 M. SO 2(g) + NO 2(g) SO 3(g) + NO (g) [ ] i 0,8 0,1 0,6 0,4 [ ] i 0,8 + x 0,1 + x 0,6 - x 0,4 - x

3 K p = K c = (0,6 - x) (0,4 - x) / (0,8 + x) (0,1 + x) = 2, da cui x = 0,343 M Aggiungo y (mol/l) di NO 2. SO 2(g) + NO 2(g) SO 3(g) + NO (g) [ ] i 1,143 0,443 0,257 0,057 + y [ ] e 1,143 + x 0,443 + x 0,257 - x 0,057 + y - x 0,443 - x = 0,5 e quindi x = 0,057 M. K = 0,2 (y) / (1,2 0,5) = 2, da cui y = [NO] = 8, M n(no) = M V(5,0 L) = 0,4455 mol 5A) Ad una soluzione acquosa 0,8 M di ammoniaca si aggiunge HCl gassoso fino ad ottenere una soluzione tampone a ph = 9,40 (a). Ad una seconda soluzione acquosa 0,6 M di ammoniaca si aggiunge HCl gassoso fino ad ottenere una soluzione tampone a ph = 8,90 (b). Calcolare il ph della soluzione che si ottiene mescolando 100,0 ml della soluzione (a) con 166,0 ml della soluzione (b). [K b (NH 3 ) = 1, ] a) [NH 3 ] = 0,8 M + HCl (g) con ph = 9,40 NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 0,8 x - [ ] e 0,8 - x - x + H 2 O NH 3 + H 2 O NH OH - K b = 1, = ([NH 4 + ] [OH - ]) / [NH 3 ] = x 10 -poh / (0,8 - x) dove [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-9,40) M = 2, M quindi x = [NH 4 + ] e = 0,333 M e [NH 3 ] e = 0,467 M b) [NH 3 ] = 0,6 M + HCl (g) con ph = 8,90 NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 0,6 x - [ ] e 0,6 - x - x + H 2 O NH 3 + H 2 O NH OH - K b = 1, = ([NH + 4 ] [OH - ]) / [NH 3 ] = x 10 -poh dove [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-8,90) M = 7, M quindi x = [NH + 4 ] = 0,416 M e [NH 3 ] e = 0,184 M / (0,6 - x ) V a = 0,100 L V b = 0,166 L n(nh 3 ) tot = (M V a ) + (M V b ) = (0,467 mol/l 0,100 L) + (0,184 mol/l 0,166 L) =

4 = 7, mol n(nh 4 + ) tot = (M V a ) + (M V b ) = (0,333 mol/l 0,100 L) + (0,416 mol/l 0,166 L) = = 10, mol [NH 3 ] tot = n / V = 0,290 M [NH 4 + ] tot = n / V = 0,385 M con V tot = 0,266 L [OH - ] = (K b [NH 3 ] ) / [NH 4 + ] = 1, M quindi poh = 4,87 e ph = 9,13 6A) Indicare la polarità degli elettrodi della cella galvanica rappresentata dal diagramma Ag AgBr soluz. satura NaBr 5 10 moll 2 1 AgBr soluz. satura e calcolare il valore del prodotto di solubilità del bromuro di argento, a 25 C, sapendo che la f.e.m. vale, a 25 C, V. E una pila a concentrazione. La reazione distintiva degli elettrodi è: Ag + + e - Ag E sx = E Ag+ Ag log (1/[Ag + ] sx ) E dx = E Ag+ Ag log (1/[Ag + ] dx ) Ag Poiché [Ag + ] dx > [Ag + ] sx (effetto ione a comune) E dx > E sx L elettrodo schematizzato a destra è il polo +, quello a sinistra è il polo negativo. AgBr (s) Ag + + Br - K ps = [Ag + ][Br - ] [Ag + ] = K ps /[Br - ] [Ag + ] sx = K ps /[Br - ] sx [Br - ] sx = mol L -1 [Ag + ] sx = K ps / [Ag + ] dx = K ps f.e.m. = E + - E - = log ([Ag + ] dx /[Ag + ] sx ) = V log ([Ag + ] dx /[Ag + ] sx ) = [Ag + ] dx /[Ag + ] sx = K ps /(K ps / ) = / K ps = K ps = K ps =

5 SOLUZIONI COMPITO B CHIMICA B) Per combustione di una miscela (0,653 moli totali) di due idrocarburi di formula (C 8 H 18 e C 10 H 22 ) si ottengono 246,752 g di anidride carbonica ed acqua. Calcolare (a) la % p/p del C 10 H 22 nella miscela iniziale e (b) la pressione parziale dell acqua quando la pressione totale della miscela di combustione (acqua ed anidride carbonica) vale 760 torr. C 8 H O 2 " 8 CO H 2 O C 10 H O 2 " 10 CO H 2 O n(co 2 ) = moli x = moli C 8 H 18 y = C 10 H 22 x + y = x + 10y = x = moli y = moli m(c 8 H 18 ) = g m(c 10 H 22 ) = g %(C 10 H 22 ) = n(h 2 O) = moli p!"# =!!"#!!"! P!"! =!"#!!"# 2B) 1,51 g di un composto organico solido non elettrolita, sciolti in 75,0 g di benzene (K cr = 5,12 K Kg mol -1 ) ne abbassano la temperatura di congelamento di 0,32 C. Si calcoli la pressione osmotica di questa soluzione a 20 C sapendo che, a questa temperatura, la sua densità è pari a 0,91 kg L -1. 7,73 g dello stesso composto, costituito solamente da C, H, O vengono bruciati in eccesso di ossigeno: si formano 21,12 g di diossido di carbonio e 3,89 g di acqua. Si determini la formula molecolare del composto organico. Dall abbassamento della temperatura di gelo della soluzione ricavo la massa molare del composto ΔT = K cr m m = 0,32/5,12 = 6, mol kg -1 m = n composto /kg solvente n composto = 6, = 4, mol n= massa/massa molare M composto = massa/n = 1,51g/4, mol = 322 g mol -1 π = crt c = n/v n = 4, mol V = m/ρ = (1, ,0)g/0, g L -1 = 8, L π = (4, mol/8, L) 0,0821 L atm K -1 mol ,16 K = 1,34 atm 7,73 g del composto sottoposti a combustione equivalgono a n = 7,73 g/322 g mol -1 = mol La reazione di combustione è: C x H y O z + O 2 xco 2 + y/2 H 2 O Si ottengono:

6 n CO2 = 21.12g/44.01 g mol -1 = mol = moli carbonio n C = 0,480 mol = nx x = 0,480/2, = 20 n H2O = 3,89g/18.02 g mol -1 = 0,216 mol = moli idrogeno/2 n H = 0,216 2 = 0,432 mol = ny y = 0,432/2, = 18 Posso ora calcolare i grammi di ossigeno e quindi le moli in 564 mg del composto. g O = 7,73 0, , = 1,53 g moli ossigeno = 1,53g/16 g mol -1 = 9, mol = nz z = 9, /2, = 3.98 ~ 4 La formula chimica del composto è: C 20 H 18 O 4 3B) Calcolare l entalpia standard di formazione dell acido cloridrico (in fase gassosa), sapendo che le entalpie standard di formazione di NH 3 (g) e di NH 4 Cl(g) corrispondono a kj/mol e kj/mol rispettivamente, e che l entalpia standard della seguente reazione NH 3 (g) + HCl(g) NH 4 Cl(s) è uguale a kj/mol. NH 4 Cl(s) NH 3 (g) + HCl(g) -ΔH 0 r = kj/mol 1/2N 2 (g) + 2H 2 (g) + 1/2Cl 2 (g) NH 4 Cl(s) ΔH 0 f(nh 4 Cl) = kj/mol NH 3 (g) 1/2N 2 (g) + 3/2H 2 (g) -ΔH 0 f(nh 3 ) = 46.1 kj/mol 1/2H 2 (g) + 1/2Cl 2 (g) HCl(g) ΔH 0 f(hcl) =? ΔH 0 f(hcl) = -ΔH 0 r + ΔH 0 f(nh 4 Cl) - ΔH 0 f(nh 3 ) = kj/mol 4B) In un recipiente del volume di 5,0 L, ad un certa temperatura, il monossido di carbonio ed il biossido di azoto sono in equilibrio con anidride carbonica e monossido di azoto. Si introducono inizialmente 4,0 mol di monossido di carbonio, 0,5 mol di biossido di azoto, 2,0 mol di monossido di azoto e 3,0 mol di anidride carbonica. La costante di equilibrio alla stessa temperatura vale 3, Calcolare il numero di moli di monossido di azoto che devono essere aggiunte nel recipiente (a temperatura costante) affinché la concentrazione del diossido di azoto diventi 0,3 M. CO (g) + NO 2(g) CO 2(g) + NO (g) [ ] i 0,8 0,1 0,6 0,4 [ ] i 0,8 + x 0,1 + x 0,6 - x 0,4 - x K p = K c = (0,6 - x) (0,4 - x) / (0,8 + x) (0,1 + x) = 3, da cui x = 0,193 M Aggiungo y (mol/l) di NO 2.

7 SO 2(g) + NO 2(g) SO 3(g) + NO (g) [ ] i 0,993 0,293 0,407 0,207 + y [ ] e 0,993 + x 0,293 + x 0,407 - x 0,207 + y - x 0,293 - x = 0,3 e quindi x = 0,007 M. K = 0,4 (0,2 + y) / (1,0 0,3) = 3, da cui y = [NO] = 0,025 M n(no) = M V(5,0 L) = 0,125 mol g(no) = n PM(30 g/mol) = 3,75 g 5B) Ad una soluzione acquosa 0,6 M di ammoniaca si aggiunge HCl gassoso fino ad ottenere una soluzione tampone a ph = 8,90 (a). Ad una seconda soluzione acquosa 0,8 M di ammoniaca si aggiunge HCl gassoso fino ad ottenere una soluzione tampone a ph = 9,40 (b). Calcolare i volumi delle due soluzioni da prelevare per ottenere 200,0 ml di una soluzione tampone a ph 9,13. [K b (NH 3 ) = 1, ] a) [NH 3 ] = 0,6 M + HCl (g) con ph = 8,90 NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 0,6 x - [ ] e 0,6 - x - x + H 2 O NH 3 + H 2 O NH OH - K b = 1, = ([NH + 4 ] [OH - ]) / [NH 3 ] = x 10 -poh dove [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-8,90) M = 7, M quindi x = [NH + 4 ] = 0,416 M e [NH 3 ] e = 0,184 M / (0,6 - x ) b) [NH 3 ] = 0,8 M + HCl (g) con ph = 9,40 NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 0,8 x - [ ] e 0,8 - x - x + H 2 O NH 3 + H 2 O NH OH - K b = 1, = ([NH 4 + ] [OH - ]) / [NH 3 ] = x 10 -poh / (0,8 - x) dove [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-9,40) M = 2, M quindi x = [NH 4 + ] e = 0,333 M e [NH 3 ] e = 0,467 M V a = x V b = y n(nh 3 ) tot = (M V a ) + (M V b ) = (0,184 mol/l x L) + (0,467 mol/l y L) n(nh 4 + ) tot = (M V a ) + (M V b ) = (0,416 mol/l x L) + (0,333 mol/l y L)

8 x + y = 0,2000 L [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-9,13) M = 1, M [NH 4 + ] / [NH 3 ] = K b / [OH - ] = 1,323 = (0,416x + 0,333y) / (0,184x + 0,467y) da cui V a = x = 124,6 ml e V b = y = 75,4 ml 6B) Per la cella galvanica rappresentata dal diagramma Ag AgIO3 soluz. satura AgIO3 1 KIO 0.01 moll soluz. satura 3 indicare la polarità degli elettrodi e calcolarne a 25 C e P = 1 atm la f.e.m. A 25 C il prodotto di solubilità di AgIO 3 è K ps = E una pila a concentrazione. La reazione distintiva degli elettrodi è: Ag + + e - Ag E sx = E Ag+ Ag log (1/[Ag + ] sx ) E dx = E Ag+ Ag log (1/[Ag + ] dx ) Ag Poiché [Ag + ] dx > [Ag + ] sx (effetto ione a comune) E dx > E sx L elettrodo schematizzato a destra è il polo +, quello a sinistra è il polo negativo. AgIO 3(s) Ag + + IO 3 - K ps = [Ag + ][IO 3 - ] [Ag + ] = K ps /[IO - 3 ] [Ag + ] sx = K ps /[IO - 3 ] sx [IO - 3 ] sx = 0.01 mol L -1 [Ag + ] sx = /0.01 = mol L -1 [Ag + ] dx = K ps = mol L -1 f.e.m. = E + - E - = log ([Ag + ] dx /[Ag + ] sx ) = log( / ) = V