1) Bilanciare la seguente reazione redox con il metodo ionico-elettronico Ag (s) + H + (aq) + NO 3

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1 A ) Soluzioni Esercizi I esonero del 29/11/2005 1) Bilanciare la seguente reazione redox con il metodo ionicoelettronico Ag (s) + + (aq) + N 3 (aq) Ag + (aq) + N 2 (g) + 2 (l) Calcolare quanti grammi di acido nitrico sono necessari per ossidare 2.00 g di argento. Applicando il metodo ionicoelettronico si scrivono le due semireazioni di ossidazione e di riduzione tenendo presente la variazione del numero di ossidazione delle specie coinvolte, il numero di elettroni coinvolti, il bilancio della carica utilizzando ioni + (aq) (siamo in soluzione acida), il bilancio del numero di atomi utilizzando molecole di 2 (l). Le due semireazioni combinate ( bilancio degli elettroni nei due processi) danno luogo alla reazione globale. Si noti che abbiamo bisogno di due ioni + (aq) e quindi dobbiamo aggiungere uno ione nitrato a sinistra e uno a destra, cioè è solo l acido nitrico che fornisce gli ioni + (aq) Ag (s)) Ag + (aq) + e N 3 (aq (aq) +e N 2 (g) + 2 (l) Ag (s) (aq) + N 3 (aq) Ag + (aq) + N 2 (g) + 2 (l) Ag (s) (aq) + 2N 3 (aq) Ag + (aq) + N 3 (aq) + N 2 (g) + 2 (l) Le moli di acido nitrico necessarie sono il doppio delle moli di argento: n (N 3 ) = 2 n (Ag) = 2 x (2.00/ ) = mol. I grammi (m) di acido nitrico (N 3 M = gmol 1 ) sono m = n x M = x = 2.34 g. 2) Calcolare la composizione elementare in massa % del minerale spinello, un ossido con formula MgAl 2 4 Mg = gmol 1 Al = gmol 1 = gmol 1 MgAl 2 4 = gmol 1 % Mg = x100 / = % % = x4x100/ = % % Al = x2x100 / = % 3) Scrivere i nomi delle seguenti specie chimiche indicando il numero di ossidazione delle varie specie atomiche: a) N 2 ; b) N 3 ; c) C 3 ; d) S 4 2 ; e) I 3 ; f) Cl ; g) Cl ; h) P 4 3. a) acido nitroso, +1; N +3; 2 b) anione nitrato, N +5; 2 c) anione idrogeno carbonato (o bicarbonato), +1; C +4; 2 d) anione solfato, S +6; 2 e) anione iodato, I +5; 2 f) acido ipocloroso, +1; Cl +1; 2 g) anione cloruro, Cl 1 h) anione fosfato, P +5, 2

2 4) g di un composto contengono g di alluminio, g di zolfo e il resto ossigeno. Calcolare la composizione elementare in massa % e la formula minima del composto g di Al; g di S ; ( ) = g di La composizione in massa % è la seguente % Al = x 100 / = % % S = x 100 / = % % = x 100 / = % Le moli dei singoli elementi in g di composto sono: n Al = / = mol n S = / = mol n = / = mol Dividendo per le moli di Al (il numero più piccolo) otteniamo i seguenti rapporti molari n Al : n S : n = 1 : 1.5 : 6 I più piccoli valori interi nello stesso rapporto saranno n Al : n S : n = 2 : 3 : 12 La formula minima sarà Al 2 S 3 13 che possiamo scrivere come Al 2 (S 4 ) 3. 5) Bilanciare la reazione di combustione dell idrocarburo butano C 4 10 C 4 10 (g) + 2 (g) C 2(g) + 2 (l) Se otteniamo 4.00 L di C 2(g) misurati a 1.00 atm e 25.0 C quanti grammi di butano hanno reagito? Prendiamo 4 molecole di C 2(g) e 5 molecole di 2 (l) per bilanciare gli atomi di carbonio e di idrogeno nel butano. Scriveremo quindi 13/2 molecole di 2 (g). Moltiplichiamo tutti i coefficienti stechiometrici per 2 ed otteniamo 2 C 4 10 (g) (g) 8 C 2(g) (l) Le moli di butano sono quindi 1/4 delle moli di anidride carbonica. Le moli di anidride carbonica si ottengono applicando la legge dei gas ideali n C 2 = P V /( R T) = 1.00 x 4.00 / ( x 298.2) = mol n C 4 10 = /4 = mol I grammi (m) di butano (C 4 10 M = gmol 1 ) che hanno reagito sono m = n x M = x = 2.37 g. 6) Scrivere la configurazione elettronica dei seguenti elementi F, Co, Al e Na. Indicare gli elettroni interni e quelli di valenza e la relazione che esiste tra struttura elettronica e posizione nella tabella periodica degli elementi.

3 F : [e] 2s 2 2p 5 gruppo 17, 7 elettroni di valenza, gli elettroni con configurazione 1s 2 sono elettroni interni. Co : [Ar] 3 d 7 4s 2 gruppo 9, 9 elettroni di valenza, gli elettroni con configurazione 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 sono elettroni interni. Al: [Ne] 3s 2 3p 1 gruppo 13, 3 elettroni di valenza, gli elettroni con configurazione 1s 2 2s 2 2p 6 sono elettroni interni. Na: [Ne] 3s 1 gruppo 1, 1 elettrone di valenza, gli elettroni con configurazione 1s 2 2s 2 2p 6 sono elettroni interni. Il numero del gruppo secondo la convenzione IUPAC indica il numero degli elettroni di valenza, il periodo di appartenenza è indicato nella configurazione elettronica dal numero quantico principale più elevato : 2 periodo F; 4 periodo Co ; 3 periodo Al e Na. B) Soluzioni Esame appello straordinario del 29/11/2005 1) Bilanciare la seguente reazione di ossidoriduzione con il metodo ionicoelettronico: I (sol) + I 3 (sol) + + (sol) I 2(s) + 2 (l) Calcolare quanti grammi di NaI 3(s) hanno reagito se si sono formati g di I 2(s). Applicando il metodo ionicoelettronico si scrivono le due semireazioni di ossidazione e di riduzione tenendo presente la variazione del numero di ossidazione delle specie coinvolte, il numero di elettroni coinvolti, il bilancio della carica utilizzando ioni + (aq) (siamo in soluzione acida), il bilancio del numero di atomi utilizzando molecole di 2 (l). Le due semireazioni combinate ( bilancio degli elettroni nei due processi) danno luogo alla reazione globale. 5 x 2I (sol) I 2(s) + 2 e 1x 2I 3 (sol) +10 e (sol) I 2(s) (l) 10 I (sol) + 2I 3 (sol) (sol) 6I 2(s) (l) 5 I (sol) + I 3 (sol) (sol) 3I 2(s) (l) n I 2 = / (2x ) = 1.99 x 10 3 mol Le moli di iodato di sodio sono 1/3 delle moli di iodio, cioè n NaI mol. I grammi (m) di iodato di sodio ( NaI 3 M = gmol 1 ) sono m = n x M = x = g. 2) Scrivere la formula di struttura di Lewis dei seguenti composti, specificando la geometria molecolare secondo il modello VSEPR. Indicare inoltre l ibridazione degli orbitali atomici dell atomo centrale: i) anidride solforica; ii) acido fosforico; iii) ione ammonio; iv) ione clorato; v) solfuro di idrogeno. Anidride solforica S 3 : Struttura di Lewis S

4 S AX 3 triangolare planare. Secondo il metodo del legame di valenza gli orbitali di valenza dello zolfo sono ibridizzati sp 2. Gli elettroni sull orbitale p (1) e sugli orbitali d (2) non ibridizzati sono responsabili della formazione dei doppi legami. P Acido fosforico 3 P 4 : Struttura di Lewis P AX 4 tetraedrica. Secondo il metodo del legame di valenza gli orbitali di valenza del fosforo sono ibridizzati sp 3. Un elettrone occupa un orbitale d non ibridizzato responsabile della formazione del doppio legame. N N Ione ammonio N + 4 : Struttura di Lewis AX 4 tetraedrica. Secondo il metodo del legame di valenza gli orbitali di valenza dell azoto sono ibridizzati sp 3. Ione clorato Cl 3 : Struttura di Lewis

5 Cl Cl AX 3 E piramidale a base triangolare (l atomo di cloro è al centro del tetraedro di cui uno dei vertici è occupato da una coppia elettronica) Secondo il metodo del legame di valenza gli orbitali di valenza del cloro sono ibridizzati sp 3. Un orbitale ibrido contiene una coppia elettronica (E), due elettroni sono su orbitali d non ibridizzati e sono responsabili della formazione dei due doppi legami. Solfuro di idrogeno 2 S: Struttura di Lewis S AX 2 E 2 angolare. Secondo il metodo del legame di valenza gli orbitali di valenza dello zolfo sono ibridizzati sp 3. Due orbitali contengono ciascuno una coppia elettronica. S 3) Calcolare il p di una soluzione acquosa ottenuta mescolando 100 ml di una soluzione 0.15 M di acido ipocloroso con 75 ml di una soluzione di ipoclorito di sodio 0.25 M. (Per Cl Ka = 2.8x10 8 ) La soluzione che si ottiene è una soluzione tampone formata dall acido debole e dal suo sale. Il sale neutralizza le aggiunte di acido forte formando l acido debole, l acido debole neutralizza le aggiunte di base forte formendo il sale. Le moli di acido sono 0.015, le moli di sale sono Il volume totale della soluzione è L. L equazione che permette il calcolo del p è l equazione di endersonasselbalch: [ + ] = Ka Ca /Cs, quindi [ + ] = 2.8x10 8 x (0.015/0.175)/(0.019/0.175) = 2.2 x10 8 M p = log [ + ] = ) Calcolare la pressione osmotica a 20.0 C di una soluzione ottenuta aggiungendo 1.20 g di Na 2 S 4 (s) e 1.20 g di NaCl(s) a L di acqua.

6 Alla pressione osmotica contribuiscono i due soluti. Entrambi i soluti sono elettroliti forti: il grado di dissociazione α vale 1 ed il coefficiente di van t off, i = [1 + α ( ν 1) ] si identifica con il numero di ioni che vanno in soluzione per formula. Na 2 S 4 (s) 2 Na + (aq) + S 4 2 (aq) i = ν = 3 NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq) i = ν = 2 C NaCl = (1.20/58.44)/ = M C Na 2 S 4 = (1.20/142.04)/ = M La pressione osmotica Π = Ci RT si calcola in questo caso secondo l equazione seguente Π = RT (C NaCl x 2 + C Na 2 S 4 x 3) = x 293 x = 3.99 atm 5) Sapendo che per PbI 2(s) Kps = 8.4x10 9, calcolare la solubilità dello ioduro di piombo(ii) in mol/l ed in g/l, e dire se in una soluzione acquosa preparata in modo che [Pb 2+ ] = M e [I ] = M tale sale precipita oppure no. Indicando con s la solubilità in mol/l possiamo scrivere PbI 2(s) Pb 2+ (aq) + 2 I (aq) s 2s Kps = 8.4x10 9 = [Pb 2+ ] [I ] 2 = s (2s) 2 = 4s 3 s = 3 (8.4x10 9 / 4) = M Considerando la massa molare di PbI x = g/l. ( g/mol) la solubilità molare è equivalente a Per la soluzione acquosa preparata il quoziente di reazione vale Q = [Pb 2+ ] [I ] 2 = (0.010) 2 = Siccome Q > Kps dalla soluzione precipiterà PbI 2(s).