Corso di Chimica Generale Inorganica Soluzione degli Esercizi del Compito del 6 settembre 2010

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1 Corso di Chimica Generale Inorganica Soluzione degli Esercizi del Compito del 6 settembre 010 Si avvertono gli studenti che la verbalizzazione dei risultati dell esame è fatta esclusivamente per via elettronica. Quando saranno resi pubblici i voti lo studente riceverà una all indirizzo nome.cognome@studenti.unimi.it. Da quel momento scatta un periodo di due settimane durante il quale è possibile modificare il voto, dopo questo periodo il voto entra automaticamente nella carriera scolastica dello studente. Le persone interessate a prendere visione del compito devono prendere contatto con il sottoscritto inviando un a luigi.garlaschelli@unimi.it oppure telefonando al durante le normali ore d ufficio. Si ribadisce che un voto positivo entra automaticamente nella carriera scolastica di uno studente anche se lo studente non prende visione del compito o che dia il suo consenso in altre parole vale la regola silenzio-assenso. Milano, 9 settembre 010 L. Garlaschelli

2 Compito A 6 settembre 010 [1] Completare e bilanciare le seguenti trasformazioni chimiche: (A) Ca(OH) + H 3 PO 4 ; (B) Li O + CO ; (C) Mn + O ; (D) Al + H SO 4. Risposta (A) 3 Ca(OH) + H 3 PO 4 > Ca 3 (PO 4 ) + 6 H O (B) Li O + CO > Li CO 3 (C) Mn + ½ O > MnO (D) Al + 3 H SO 4 > Al (SO 4 ) H [] Considerare la seguente reazione già bilanciata: KBrO 3 + 5KBr + 6H + > 6K + + 3Br + 3H O. Calcolare quanti grammi di bromo si possono ottenere quando si mettono a reagire 33,4 g di KBrO 3 con 14,8 g di KBr, in presenza di un eccesso di acido. Sapendo che a 50 C, e alla pressione di,0 atm, il bromo si trova allo stato gassoso, calcolare il volume del bromo che si forma. [P.A.: K = 39,0; Br = 80,0; O = 16,0]. Risposta: g (Br ) = 96; V = 1,86 L Calcolo le moli iniziali dei reagenti e individuo il reagente limitante moli KBrO 3 = 33,4 g 167,0 g/ mole = 0,00 moli KBr = 14,8 g 119,0 g/mole = 1, Dalle quantità iniziali dei reagenti e dalla stechiometria di reazione risulta che il reagente limitante è KBrO 3 ; sarà quindi il KBrO 3 che condizionerà quante moli di Br si formeranno. KBrO 3 + 5KBr + 6 H + > 6 K Br + 3 H O I 0,00 1, ecc. ecc. -0,00-1,0-1, 1, 0,60 0,60 F -- 0,0 ecc 1, 0,60 ecc.

3 Alla fine si formeranno 0,60 moli di Br che peseranno: g(br ) = 0,60 moli x 160 g/mole = 96,0 g Quando si tratta di gas vale sempre l equazione di stato dei gas perfetti: nrt 0,60x0,08x53 PV = nrt quindi V = P,0 = 1,86 L [3] Una soluzione 0,00 M di KCl è alla temperatura di 7 C. Calcolare quale temperatura deve avere una soluzione di 0,15 M di MgCl perché presenti la stessa pressione osmotica di quella di KCl. Risposta: T = 30 K pari a 47 C Siamo nel campo delle proprietà colligative delle soluzioni ovvero di quelle proprietà che dipendono solamente dalla concentrazione di tutte le specie presenti in soluzione e non dalla loro natura. Quando si deve calcolare la pressione osmotica bisogna tener presente il comportamento dei soluti in soluzione ovvero se sciogliendosi si dissociano oppure no. In questo caso siamo presenza di due sali che sono elettroliti forti ovvero che si dissociano completamente in soluzione. KCl > K + (aq) + Cl - (aq) = MgCl > Mg + (aq) + Cl - (aq) = 3 Ricordando la formula per calcolare la pressione osmotica : V = nrt, applicandola ai due sali si ha: 0, xx0,08x300 (KCl) = 9,84 atm 1 0,15x3x0,08xT (MgCl ) = 0,03075T atm 1 Le due pressioni devono essere uguali e si ha 9,84 = 0,03075xT. Risolvendo: T = 30 K pari a 47 C [4] Una soluzione acquosa che per diluizione presenta un aumento del valore del suo ph è costituita da: (1) CH 3 OH, () KCl, (3) NaOH, (4) HNO 3, (5) CH 3 COOK.

4 Giustificare sia in senso positivo che negativo i cinque casi. Tutte le soluzioni hanno inizialmente la stessa concentrazione molare. Risposta: 4 Osservazione un aumento del ph vuol dire che la concentrazione degli ioni H + diminuisce. La soluzione (1) contiene l alcool metilico, che è completamente solubile in acqua, ma non influenza il ph perché non libera ioni H + o OH -. La stesse considerazioni le possiamo fare per la soluzione () contenente KCl, completamente solubile in acqua, un sale che non influenza il ph perché non libera ioni H + o OH -. La soluzione (3) contiene NaOH, una base forte, il ph di partenza sarà alcalino, supponiamo per comodità ph = 13, ma in seguito a diluizione il ph di questa soluzione andrà verso valori più piccoli, supponiamo per comodità ph = 10, la conseguenza di questo è che il ph diminuisce. Diluendo la soluzione (4) contenente HNO 3, un acido forte, si osserva un aumento del ph perché la concentrazione di ioni H + sarà inferiore a quella di partenza La soluzione (5) formata da CH 3 COOK, è basica per idrolisi (Arrhenius) o comportamento basico dello ione acetato (Broensted), e in seguito a diluizione ci sarà una diminuzione del ph. Si possono applicare le considerazioni fatte per la soluzione (3). [5] Cosa si intende per elettroliti? a) elettroliti sono quei composti che, una volta in soluzione, formano ioni aventi tutta la stessa carica; b) sono sostanze che si dissociano solo per effetto della corrente elettrica; c) elettroliti possono essere soltanto composti che prima di entrare in soluzione hanno una struttura ionica; d) sono composti che, indipendentemente dalla loro struttura originaria, in soluzione formano cationi e anioni; e) nessuna delle affermazioni suggerite è corretta. Risposta d: d

5 a) Un elettrolita è in origine un composto neutro cioè privo di carica netta e pertanto quando si scinde forma ioni di carica opposta in modo che la somma delle cariche risulti nulla; b) La dissociazione di un elettrolita dipende dalle proprietà del solvente; imponendo, mediante un circuito esterno, un passaggio di corrente, non si induce dissociazione ma soltanto movimento degli ioni presenti; c) Elettroliti possono essere anche composti covalenti o anche apolari. Nel passaggio in soluzione, qualora il soluto fosse apolare, potrebbe realizzarsi: polarizzazione indotta, formazione di una coppia ionica e dissociazione del sistema ionico formato. Un solvente polare (come l acqua) può creare una situazione come quella descritta. Un esempio potrebbe essere l acido cloridrico gassoso, che è un composto covalente polare ma sciolto in acqua si dissocia completamente in ioni H 3 O + (aq) e Cl - (aq); d) Dopo aver considerato e scartato le risposte a) e c) è evidente che gli ioni che si formano in una soluzione elettrolitica devono essere anioni e cationi; e) È corretta la risposta d). [6] Illustrare il principio di Le Chatelier. In un pallone di 1,0 litri una miscela gassosa è formata da 1,0 moli di H (g), 1,0 moli di I (g) e,0 moli di HI (g). Sapendo che la costante di equilibrio per la reazione: H (g) + I (g) HI (g) vale 36,0, stabilire se il sistema si trova in equilibrio in caso contrario giustificare il verso spontaneo della trasformazione e calcolare la nuova composizione d equilibrio. Risposta: Il sistema non si trova all equilibrio il verso spontaneo è da sinistra verso destra. [H ] = [I ] = 0,5; [HI] = 3 Il principio di Le Chatelier può essere formulato nel seguente modo: quando si disturba un sistema all equilibrio con uno stimolo esterno il sistema reagisce in modo da annullare, per quanto possibile, gli effetti dello stimolo stesso. H (g) + I (g) I 1 1 HI (g)

6 K c = H xi HI il quoziente di reazione per questo sistema è Q c = HI HxI = 4. Quindi K c diverso Q c Il sistema non si trova all equilibrio quindi c è reazione. A un attento esame del testo si nota che la reazione non comporta nessuna variazione del numero di moli nella trasformazione reagenti prodotti (ovviamente considerando la reazione bilanciata e facendo la differenza tra i coefficienti stechiometrici prodotti reagenti). Questo ha come conseguenza che i valori numerici delle diverse K con cui si esprimono le condizioni di equilibrio sono tutti numericamente uguali. Ovvero K p = K c = K x = K n. Oltre a questo i valori di K sono indipendenti dal volume del recipiente di reazione. Indico con x le moli di idrogeno che dovranno reagire con lo iodio per portare il sistema all equilibrio. Ovviamente in base alla stechiometria di reazione reagiranno un ugual numero di moli di iodio e si formeranno un numero di moli di HI doppio di quelle di idrogeno. La tabella all equilibrio è la seguente: H (g) + I (g) > HI (g) I 1 1 -x -x +x E q 1-x 1-x +x Le composizioni all equilibrio dovranno soddisfare la costante di equilibrio: 36,0 = HI H I x 36,0 = 1 x Risolvendo si ottiene x = 0,5. Quindi le composizioni all equilibrio sono: [H ] = [I ] = 0,5 [HI] = 3

7 [8] Ordinare in base al valore crescente di ph le seguenti soluzioni tutte alla stessa concentrazione: (A) HCl; (B) NaNO ; (C) NaCl. Risposta: (A), (C), (B) La soluzione (A) sarà quella più acida perchè l acido cloridrico è un acido forte e quindi sarà quello che porterà in soluzione una concentrazione maggiore di H 3 O + e avrà il ph più basso sicuramente inferiore a 7; la soluzione (B) avrà invece un ph maggiore di sette in quanto è alcalina. Il nitrito di sodio si idrolizza in acqua, Arrhenius, ovvero è una base secondo Brönsted in quanto contiene l anione di un acido debole, l acido nitroso. Comportamento in acqua di NaNO : dissociazione elettrolitica NaNO > Na + (aq) + NO - (aq), NO - (aq) + H O (l) HNO (aq) + OH - (aq); la soluzione (c) avrà ph neutro perchè è formata da un sale che contiene il catione di una base forte e l anione di un acido forte. [9] Addizionando 900 ml di acqua pura a 100 ml di una soluzione di acido forte avente ph = 4,0 il ph della soluzione risultante sarà? Risposta: ph = 5,0 In seguito all aggiunta di acqua ci sarà solamente diluizione e quindi una variazione di ph. Una soluzione di acido forte con ph = 4,0 avrà una concentrazione di H + pari a [H + ] = 1,0x10-4. In 100 ml di soluzione di questo acido le moli di H + presenti saranno: moli di H + = 1,0x10-4 moli/lx0,1 L = 1,0x10-5 La concentrazione di H + nella soluzione finale sarà [H + ] = 5 1, 0 x10 0,9 0,1 = 1,0x10-5 ph = 5,0 [10] Discutere tutte le affermazioni sotto riportate. In una reazione chimica bilanciata: (A) le moli dei prodotti sono uguali a quelle dei reagenti; (B) le molecole dei prodotti sono uguali a quelle dei reagenti; (C) gli indici nelle formule

8 dei prodotti sono uguali a quelle dei reagenti; (D) il numero di atomi di ciascun elemento è uguale nei prodotti e nei reagenti. Risposta: D Il modo migliore per rispondere a questa domanda è riportare delle reazioni che contraddicono le affermazioni fatte Affermazione (A) errata N + 3 H > NH 3 quattro moli fra i reagenti e due moli fra i prodotti Affermazione (B) errata Si può sfruttare la reazione precedente mettendo semplicemente in evidenza che e possibile passare da moli a molecole tramite il numero di Avogadro. Quindi se è errato pensare alle moli uguali fra reagenti e prodotti e altrettanto sbagliato pensare che le molecole dei prodotti sono uguali alle molecole dei reagenti. Affermazione (C) errata Gli indici sono i coefficienti stechiometrici che compaiono in una equazione bilanciata. Questi indici fanno in modo che il numero totale di atomi di un certo elemento risulti uguale sia nei reagenti che nei prodotti. Questa frase non è altro che il principio di Lavoisier: in una reazione chimica la somma dei masse dei reagenti è uguale alla somma della masse dei prodotti Fe + HCl > FeCl + H Affermazione (D) corretta Nel confutare la risposta (D) implicitamente è stata giustificata la risposta (D) 3 Ca(OH) + H 3 PO 4 > Ca 3 (PO 4 ) + 6 H O Scrivere il nome dei seguenti composti o ioni ed assegnare il numero di ossidazione ai vari elementi: PbO. Ossido di piombo(ii); Pb(+), O(-) CaS. Solfuro di calcio; Ca(+); S(-) (NH 4 ) CO 3. Carbonato d ammonio; N(+3); H(+1); C(+4); O(-)

9 Fe(NO 3 ). Nitrato ferroso o di Fe(II); Fe(+); N(+3); O(-) MnSO 4. Solfato di manganese; Mn(+); S(+6); O(-) PO 3-4. P(+5); O(-) Scrivere la formula dei seguenti composti o ioni: Solfato di piombo. PbSO 4 Carbonato di cesio. Cs CO 3 Solfato d'argento. Ag SO 4 Idrossido di alluminio. Al(OH) 3 Solfuro ferrico. Fe S 3 Cloruro mercurico. HgCl