N.B. Indicare i passaggi dei calcoli

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1 Corso Corso di di Laurea Laurea in in Fisica ca COMPITO N 3 DA CONSEGNARE ENTRO IL 11/12/09 Cognome Nome....N di Matricola scrivere in stampatello N.B. Indicare i passaggi dei calcoli 1. Il cloro è un (metallo, metalloide, non metallo) Non metallo con simbolo_cl numero atomico 17 che appartiene al gruppo 7A e periodo 3 della tavola periodica. L'elemento ha 17 protoni nel nucleo, ha configurazione elettronica _1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 = [Ne]3s 2 3p 5 e 7 elettroni nel guscio di valenza. Ha due isotopi 35 Cl di massa circa 35 e 37 Cl di massa circa 37; il suo peso atomico è l'isotopo più abbondante è 35 Cl perché il peso atomico, che è la media pesata delle masse (o pesi) degli isotopi è più vicina a 35 che a 37. Se l abbondanza di ciascun isotopo fosse del 50%, per il peso atomico si otterrebbe un valore di 36 Poiché è inferiore a 36 il 35 Cl è l isotpo con abbondanza superiore al 50% e quindi il più abbondante tra i due. Se invece il peso atomico fosse stato maggiore di 36 sarebbe il 37 Cl ad essere l isotopo più abbondante. 2 Una bombola da 100L che si trova alla temperatura di 25 C contiene molecole di cloro. Esse equivalgono a 500 moli e grammi ed esercitano all interno della bombola una pressione di atm. molicl 2 = molecole / molecole mol -1 = mol = 500 mol P.M. Cl 2 = 35.45g mol -1 2 = 70.90g mol -1 (la molecola è biatomica) grammicl 2 = 500mol 70.90g mol -1 = g Da PV = nrt si ha: P = nrt/v P = (500mol atm L mol -1 k k)/100l = atm

2 3 Dati gli elementi zolfo, cloro, potassio e calcio: a) mettere gli elementi in ordine crescente di raggio atomico r Cl < r S < r Ca < r K b) elencare gli ioni che possono formare perdendo o acquistando elettroni. K + Ca 2+ Cl - S 2- c) mettere gli ioni in ordine crescente di raggio rca 2+ < rk + < rcl - < rs 2- d) indicare la particolarità che accomuna questi ioni Sono tutti ioni isoelettronici con N elettroni (18e-) pari a quelli del gas Argon e) indicare l elemento con la minore energia di 1 a ionizzazione e quello con la maggiore K (minore Ei) Cl(maggiore Ei) f) indicare l elemento che ha la maggiore elettronegatività e quello che ce l ha minore Cl(maggiore AE) K (minore AE) 4 Assegnare caso per caso il nome al composto ed agli ioni costituenti e scriverne la formula. Valutare la solubilità in acqua. Li + litio PO fosfato Fosfato di litio Li 3 PO 4 Solubile Fe 2+ Ione ferro (II) K + Ione potassio Na + Ione sodio Ag + Ione argento + NH 4 Ione ammonio Pb 2+ Ione piombo Na + Ione sodio Ba 2+ Ione Bario Zn 2+ Ione zinco Mg 2+ Ione magnesio 2- SO 4 Ione solfato - ClO 2 Ione clorito 2- SO 3 Ione solfito I - Ione ioduro - CH 3 CO 2 Ione acetato 2- CrO 4 Ione cromato - HCO 3 Ione idrogenocarbonato 2- SO 4 Ione solfato S 2- Ione solfuro - HSO 3 Ione idrogenosolfito Solfato di ferro (II) FeSO 4 Solub. Clorito di potassio KClO 2 Solub. Solfito di sodio Na 2 SO 3 Solub. Ioduro d argento AgI Insolub. Acetato d ammonio CH 3 CO 2 NH 4 Solub. Cromato di piombo PbCrO 4 Insolub. Idrogenocarbonato di sodio NaHCO 3 Solub. Solfato di bario BaSO 4 Insolub Solfuro di zinco ZnS Insolub Idrgenosolfito di magnesio Mg(HSO 3 ) 2 Solub.

3 5 Assegnare il nome o la formula ai composti sotto indicati, scrivere l equazione chimica della loro reazione con l acqua e indicare il nome dei prodotti, seguendo l esempio riportato nella prima riga della tabella. SO 2 Biossido di zolfo SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 Acido solforoso Na 2 O Ossido di sodio Na 2 O +H 2 O = 2NaOH Idrossido di sodio Cl 2 O 3 Triossido di dicloro Cl 2 O 3 +H 2 O = 2HClO 2 Acido cloroso NH 3 Ammoniaca NH 3 + H 2 O = NH 4 OH Idrossido d ammonio CaO Ossido di calcio CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 Idrossido di calcio K Potassio 2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2 Idrossido di potassio + idrogeno CO 2 Biossido di carbonio CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 Acido carbonico SO 3 Triossido di zolfo SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 Acido solforico Ba Bario Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2 Idrossido di bario + idrogeno ml di glicole etilenico (d = 1.12 g/ml, P.M. = 62.1 g/mol) sono stati miscelati con 900 ml di acqua (d = 1.0 g/ml, P.M. = 18.0 g/mol). Definire e calcolare: a) la percentuale in volume, b) la percentuale in peso, c) la frazione molare, d) la molalità, e) la molarità del solo glicole nella soluzione risultante. a) V% = V glic /V soluz. 100 = 100mL/ ( )mL 100 = 100/ = 10% b) P% = P glic / P soluz. 100 = (V glig d glic )/( V glic d glic + V acq d acq ) 100 P% = (100mL 1.12 g/ml)/( 100mL 1.12 g/ml + 900mL 1.0 g/ml) 100 P% = 112g/ ( )g 100 = 11.07% c) X = mol glic / mol soluz = mol glic /(mol glic + mol acq ) = =(112 g/62.1 g mol -1 )/( 112 g/62.1 g mol g/18.0 g mol -1 ) = 1.803mol glic / (1.803mol glic + 50mol acq ) = N.B. La frazione molare si indica esclusivamente con X d) molalità m = mol soluto /Kg solvente = mol glic /Kg acq = mol glic / 0.900Kg acq = molkg -1 e) molatrità M = mol soluto /V(L) soluzione V(L) = volume in litri M = mol glic /( V glic + V acq) = mol glic /1L = mol L -1

4 7 0.6 moli di cloro vengono fatti reagire con L di idrogeno a 0 C e 1atm. Il prodotto della reazione viene utilizzato per preparare 1000L di soluzione acquosa. Scrivere l equazione della reazione, classificare la reazione e calcolare il ph della soluzione. Prima di tutto occorre trasformare il volume di idrogeno in moli per verificare se i reagenti sono in quantità stechiometrica o se uno di loro è reagente limitante. Come si può vedere dai calcoli che seguono, le moli di H 2 sono effettivamente 0.6, uguali a quelle di cloro ma non era assolutamente scontato come è stato erroneamente ritenuto da molti che ne hanno omesso il calcolo. A questi non è venuto in mente che l avere dato la quantità di H 2 in volume e non direttamente in moli aveva un qualche motivo? A cosa è servito il dato L? La via più semplice era quella di applicare l equazione di stato dei gas ideali. Quelli che si sono serviti della densità in vario modo non hanno sbagliato ma sono stati troppo macchinosi. molih 2 : Da PV = nrt n = PV/RT molh 2 = 1atm L / atm L mol -1 K K = = 0.6 Da: H 2 + Cl 2 2HCl 0.6H Cl HCl = 1.2HCl 0 Reazione di sintesi Redox. Infatti l idrogeno passa da H 2 a 2H +1 e il cloro da Cl 0 2 a 2Cl -1 L idrogeno si ossida e agisce da riducente mentre il cloro si riduce agendo da ossidante. N.B.: +1 per l H e -1 per il Cl non sono, in questo caso, le cariche degli ioni ma i rispettivi numeri di ossidazione che assumono nel composto molecolare HCl e non ionico come ritenuto da alcuni. Solo quando viene disciolto in acqua HCl subisce da parte di quest ultima la dissociazione in ioni H + e Cl - che contemporaneamente vengono idratati a H 3 O + (aq) e Cl - (aq) [HCl] = mol HCl / V(L)soluzione [HCl] = 1.2 mol/ 1000L = mol L -1 Piohè HCl + H 2 O H 3 O+(aq) + Cl-(aq) è totalmente dissociato [H 3 O + ] = [HCl] = ph = -Log [H 3 O + ] = -Log = 2.92 N.B. ph e non Ph 8 Quanti ml di soluzione di HCl al 12.51% in peso e avente densità Kg/L sono necessari per preparare 1.5 L di soluzione 3.64x10-2 M? La sequenza con cui può essere svolto questo esercizio è molto soggettiva. Infatti si può iniziare a calcolare quante devono essere le moli di HCl necessarie per preparare la soluzione finale (step a) e successivamente calcolare la concentrazione molare della soluzione iniziale (stepb) da cui prelevare il volume che contiene le moli di HCl richieste (step c). Alternativamente si può calcolare prima la concentrazione della soluzione di partenza (step b) passare quindi allo (step a) ed infine calcolare il volume incognito nello (step c). a) molihcl richieste = moll L = mol b) [HCl] soluz.iniziale = (1060 g L )/ g mol -1 = mol L -1 = Mi

5 c) Mi Vi = molihcl richieste mol L -1 Vi = mol Vi = mol / mol L -1 = L = ml = 15.0 ml Un altra via può essere quella di partire dalla % della soluzione iniziale e trasformare i grammi di soluto (HCl) presenti in 100 g soluzione in moli dividendoli per il P.M. di HCl. Successivamente calcolare le moli di HCl richieste per preparare la soluzione finale e, attraverso una proporzione, calcolare i grammi di soluzione iniziale da utilizzare. Questi grammi possono essere infine trasformati in volume dividendoli per la densità della stessa soluzione espressa in g/ml. In questo caso i calcoli sono: a) molihcl in 100g di soluzione = g/ g mol -1 = mol b) molihcl richieste = moll L = mol c) 0.343mol : 100g(soluzione) = mol : Xg(soluzione) Da cui: Xg (soluzione) = mol 100g(soluzione)/ 0.343mol = V(soluzione) = Xg(soluzione)/ densità(soluzione) = g / g ml -1 = 15.0 ml g di CaCO 3 vengono messi in un becher contenente 750 ml di HCl 0.125M. Quale massa di CaCl 2 si forma? Avanza del carbonato di calcio alla fine della reazione? Che volume di CO 2 si ottiene se il gas viene raccolto a 25 C e alla pressione di 1 atm? (P.F. CaCO 3 = g/mol) Quando nell esercizio è coinvolta una reazione è buona norma prima di tutto scrivere e bilanciare l equazione della reazione in base alla quale si imposteranno i calcoli successivi. 1) CaCO 3 (s) + 2HCl(aq) CaCl 2( aq) + H 2 O(l) + CO 2 (g) Per rispondere alle 1 e due domande: a) Rapporto molare teorico: 2molHCl/1molCaCO 3 = 2/1 b) molihcl = mol L L = c) moli CaCO 3 = 7.68 g / g mol -1 = d) Rapporto molare effettivo: molHCl/0.0767molCaCO3 = 1.22 Poiché il rapporto molare effettivo è minore di quello teorico si ha che HCl è il reagente limitante e pertanto i calcoli vanno basati sulle moli di questo reagente. e) Fattore stechiomentrico 1mol CaCl 2 /2mol HCl = 1/2 f) mol CaCl 2 = mol HCl 1/2 = /2 = g) grammicacl 2 = molcacl 2 P.F.CaCl 2 = g mol -1 = 5.20g

6 h) mol CaCO 3 consumate = molcacl 2 prodotte = i) grammi CaCO 3 consumate = molcaco 3 P.F. CaCO 3 = mol g mol-1 = 4.69 l) grammicaco 3 residui = 7.68 g 4.69 g = 2.99g Per rispondere alla 3 e domanda: m) Fattore stechiomentrico 1mol CO 2 /2mol HCl = 1/2 n) mol CO 2 = mol HCl 1/2 = /2 = Da: PV = nrt V = nrt/v o) V = ( mo l atm L mol -1 K K )/1atm = L Anche questo esercizio poteva essere risolto con sequenze di calcoli diverse da quella adottata qui. Tuttavia, quando è coinvolta una reazione, è buona norma iniziare sempre con la scrittura ed il bilanciamento della equazione corrispondente. Successivamente, attraverso il confronto dei rapporti molari teorici ed effettivi, si controlla se vi è qualche reagente limitante e, in tal caso, si basano su di esso i calcoli relativi alla reazione. 10 a) Indicare l ibridazione degli atomi di C, O, e N nei seguenti composti: b) Indicare la geometria delle rispettive molecole e se sono polari o apolari NH 3 (polare) H 2 O (polare) CH 4 (apolare) H 2 C=CH 2 (apolare) Ammoniaca acqua metano etilene o etene sp 3, piramide a sp 3, angolare sp 3, tetraedrica sp 2 bitriangolo base triangolare planare (angoli 120 ) O=C=O (apolare) Biossido di carbonio o anidride carbonica sp, lineare HC CH (apolare) acetilene o etino sp, lineare

7 N.B. le coppie elettroniche solitarie non determinano la geometria della molecola ma ne influenzano solo gli angoli di legame. Non si deve confondere la geometria delle coppie elettroniche che stanno attorno all atomo centrale con la geometria della molecola che è quella determinata esclusivamente dalla posizione dei suoi atomi nello spazio. Perciò, per es., in NH 3 la geometria delle coppie elettroniche attorno all azoto è di tipo tetraedrico, distorto a causa di una coppia elettronica solitaria sull atomo di azoto, ma la geometria della molecola è piramidale a base triangolare ovvero (trigonale piramidale) con angoli di H-N-H di 107.5, sempre a causa della presenza della coppia solitaria. Nell acqua ancora una volta la geometria delle coppie elettroniche è di tipo tetraedrico distorta ma la molecola è angolare o piegata V. pag Con l aiuto della Fig di pag 574 rispondere alle seguenti domande: a) Qual è la pressione di vapore dell etere dietilico a 20 C? b) Disporre i tre composti in ordine di forza intermolecolare crescente c) Se la pressione all interno di un contenitore è di 400 mmhg e la temperatura è di 40 C, qual è lo stato di aggregazione (liquido o gas) di ciascuno di questi tre composti? Rispote: a) 400mmHg b) Etere dietilico < Etanolo < Acqua c) Etere di etilico (gas) Etanolo (liquido) Acqua (liquido)

8 Esaminando le curve di pressione di vapore saturo di ciascuna sostanza si ha che, nei punti sopra la rispettiva curva, la sostanza si trova allo stato liquido mentre, nei punti sotto, essa si trova allo stato di vapore. Es.: nelle condizioni di temperatura e pressione indicate dal punto blu, l etere di etilico è allo stato di vapore mentre l etanolo e l acqua sono liquidi; nelle condizioni del punto rosso etere di etilico ed etanolo sono allo stato di vapore ma l acqua è ancora liquida. Affinché l acqua possa trasformarsi in vapore alla stessa pressione esterna dei due casi precedenti (400mmHg) occorre portare la temperatura a valori superiori a quella indicata dalla linea tratteggiata rossa ( T > di circa 85 C). Nelle condizioni che coincidono con i punti della curva ciascuna sostanza si trova in equilibrio dinamico in entrambi gli stati liquido e vapore