Facoltà di Agraria. Corso di Chimica Generale Inorganica Soluzione degli esercizi del Compito del 24 giugno 2010

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1 Facoltà di Agraria Corso di Chimica Generale Inorganica Soluzione degli esercizi del Compito del 24 giugno 2010 Si avvertono gli studenti che la verbalizzazione dei risultati dell esame è fatta esclusivamente per via elettronica. Quando saranno resi pubblici i voti riceverete una all 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 dei compiti devono prendere contatto con il sottoscritto inviando un a 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 silenzioassenso. Milano, 28 giugno 2010 L. Garlaschelli 1

2 Compito B 24 giugno 2010 [1] Completare e bilanciare le seguenti trasformazioni chimiche: (A) Na + H 2 SO 4 ; (B) CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ; (C) HgO + HCl. Risposta. 2 Na + H 2 SO 4 > Na 2 SO 4 + H 2 CaCl 2 + CO 2 + H 2 O > CaCO HCl HgO + 2HCl > HgCl 2 + H 2 O [2] Mescolando una soluzione acquosa di nitrato d argento, AgNO 3, e una di cloruro di calcio, CaCl 2, si forma AgCl solido mentre il nitrato di calcio rimane in soluzione. Scrivere l equazione bilanciata della reazione. Calcolare quante moli di cloruro d argento si formano quando si mescolano 100 ml di una soluzione 0,100 M nitrato d argento con 100 ml di una soluzione 0,100 M di cloruro di calcio. Calcolare inoltre la molarità della soluzione di nitrato di calcio che si è formata. Risposta: [Ca(NO 3 ) 2 ] = 0,025 M, moli AgCl = 0,01 La reazione bilanciata è 2 AgNO 3 + CaCl 2 > 2 AgCl + Ca(NO 3 ) 2 Calcolo le moli iniziali dei reagenti e trovo il reagente in difetto; sarà quest ultimo che condizionerà l aspetto quantitativo della reazione. moli AgNO 3 = 0,1x0,1 = 0,01 moli CaCl 2 = 0,1x0,1 = 0,01 Dalla stechiometria di reazione e dalle moli iniziali dei reagenti risulta che il reagente in difetto è il AgNO 3. Il bilancio delle moli a reazione avvenuta è: 2 AgNO 3 + CaCl 2 > 2 AgCl + Ca(NO 3 ) 2 I 0,01 0,01-0,01-0,005 0,01 0,005 F -- 0,005 0,01 0,005 [Ca(NO 3 ) 2 ] = 0,005 moli 0,2 litri = 0,025 M 2

3 [3] Definire brevemente l equazione di stato dei gas perfetti. Una bombola del volume di 4,0 litri, alla temperatura di 25 C, contiene 5,6 g di azoto, 64,0 grammi di ossigeno e 11,0 grammi di anidride carbonica. Calcolare la pressione del recipiente.[p.a.: N = 14,0; O = 16,0; C = 12,0] Risposta: P = 14,96 atm L equazione matematica che lega P, V, T e n di una certa massa gassosa è chiamata equazione di stato dei gas ideali. La sua espressione matematica è PxV = nxrxt; dove P, pressione in atmosfere; V volume in litri; n moli della massa gassosa; R = costante universale dei gas perfetti, 0,082 L atm K -1 mole -1 ; T temperatura in gradi Kelvin. moli di N 2 = 5,6 g 28,0 g/mole = 0,2 moli di O 2 = 64,0 g 32,0 g/mole = 2,0 moli di CO 2 = 11,0 g 44,0 g/mole = 0,25 moli totali = 0,2 + 2,0 + 0,25 = 2,45 P = nrt V 2, 45x0, 082x298 40, = 14,96 atm [4] Si hanno quattro soluzioni acquose di uguale concentrazione (0,100 M) dei seguenti sali: (A) NaNO 3 ; (B) NH 4 Cl; (C) NaHSO 4 ; (D) Na 2 SO 4. Ordinare i sali in ordine di ph crescente. Risposta: NaHSO 4, NH 4 Cl, NaNO 3 = Na 2 SO 4 Quando si scioglie un sale in acqua un problema che sempre deve essere preso in considerazione è quello che il sale si idrolizzi ovvero che si comporti da acido o base secondo Broensted. I Sali che hanno questa caratteristica devono contenere o il catione o l anione che derivano rispettivamente da una base debole o da un acido debole. NaNO 3. Sia il catione che l anione derivano da una base forte, NaOH, che da un acido forte, HNO 3, e quindi non si idrolizzano in acqua ovvero non si 3

4 comportano da acidi o basi secondo Broensted. La soluzione sarà neutra ph = 7. NH 4 Cl. Il catione deriva da una base debole, infatti lo ione ammonio, NH + 4, è il catione dell ammoniaca, base debole. Lo ione si comporterà in questo modo in soluzione NH H 2 O > NH 3 + H 3 O + La soluzione risulterà acida. Considerando che la K b di NH 3 è circa 10-5 il ph della soluzione sarà intorno a 5. NaHSO 4. Questo è definito sale acido in quanto contiene l anione HSO4 - che è l anione di un acido sostanziale mentre forte. Il sale in acqua si comporterà in questo modo NaHSO 4 + H 2 O Na + + SO H 3 O + - Il ph di questa soluzione sarà intorno a 1 perché la K a di HSO 4 rigorosamente parlando è circa 10-2 ma con buona approssimazione possiamo considerare che il trasferimento del protone all acqua sia completo. Na 2 SO 4. Sia il catione che l anione derivano da una base forte, NaOH, che da un acido forte, H 2 SO 4, e quindi non si idrolizzano in acqua ovvero non si comportano da acidi o basi secondo Broensted. La soluzione sarà neutra ph = 7. [5] Illustrare la teoria di Broensted-Lowry degli acidi e della basi. Dopo aver classificato i seguenti acidi: HCl, H 3 PO 4, HNO 2 scrivere le reazioni di dissociazione secondo la teoria prima esposta. Risposta - Secondo Broensted-Lowry un acido è una sostanza capace di cedere protoni ad una base e una base è una sostanza capace di accettare i protoni. HCl acido forte HCl + H 2 O > H 3 O + + Cl - H 3 PO 4 acido poliprotico debole H 3 PO 4 + H 2 O > H 2 PO H 3 O + 4

5 H 2 PO H 2 O > H 3 O HPO 4 HPO H 2 O > H 3 O PO 4 HNO 2 acido debole HNO 2 + H 2 O > H 3 O NO 2 [6] Calcolare il ph di una soluzione ottenuta mescolando 100 ml di HCl 0,400 M con 200 ml di una soluzione di Ca(OH) 2 0,100 M. Risposta: ph = 7,0 Calcolo le mmoli iniziali di acido e base e ne faccio il bilancio a reazione avvenuta. mmoli HCl = 100x0,4 = 40 mmoli Ca(OH) 2 = 200x0,1 = 20 Ca(OH) 2 + 2HCl > CaCl 2 + 2H 2 O I ecc F ecc. Alla fine la soluzione contiene solamente CaCl 2 un sale che non ha caratteristiche acido-base di Broensted. Quindi il ph di questa soluzione sarà: ph = 7,0 [7] Illustrare che cosa è la tensione di vapore. Giustificare quale delle seguenti soluzioni ha una tensione di vapore più bassa alla stessa temperatura: (A) NaCl 0,100 M, (B) CaCl 2 0,100 M. Risposta: B, CaCl 2 La tensione di vapore è il valore della pressione in fase vapore quando, per un certo liquido, si è instaurato l equilibrio dinamico fra la fase liquida e la fase vapore. Quando si considera una soluzione formata da un soluto non volatile, la pressione di vapore della soluzione segue lo stesso concetto; è una proprietà colligativa. Quanto più concentrata è la soluzione tanto più bassa sarà la tensione di vapore di una soluzione. La legge di Raoult regola tutto questo. Per calcolare il valore della tensione di vapore di una soluzione o stimare i valori relativi delle tensioni di vapore di soluzioni diverse bisogna 5

6 conoscere le concentrazioni delle soluzioni; queste dipenderanno anche dalla eventuale dissociazione del soluto. A) NaCl > Na + + Cl - 0,1x2 = 0,2 B) CaCl 2 > Ca Cl - 0,1x3 = 0,3 E più concentrata la soluzione B e quindi avrà la tensione di vapore più bassa. [8] Illustrare il principio di Le Chatelier. In un pallone di 1,0 litri una miscela gassosa è formata da 1,0 moli di H 2(g), 1,0 moli di I 2(g) e 2,0 moli di HI (g). Sapendo che la costante di equilibrio per la reazione: H 2(g) + I 2(g) > 2HI (g) vale 4,0, stabilire se il sistema si trova in equilibrio in caso contrario giustificare il verso spontaneo della trasformazione. Risposta: il sistema si trova all equilibrio quindi dal punto di vista macroscopico non c è reazione 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 2(g) + I 2(g) > 2 HI (g) I K c = Q c = H 2 xi HI HI H2xI 2 il quoziente di reazione per questo sistema è = 4. Quindi K c = Q c il sistema si trova all equilibrio quindi dal punto di vista macroscopico non c è reazione. [9] Commentare le affermazioni che seguono. L addizione di acetato sodico solido a una soluzione acquosa di acido acetico, acido debole, causa: (A) un aumento della costante di ionizzazione dell acido; (B) una diminuzione della 6

7 concentrazione degli ioni OH - ; (C) una diminuzione della concentrazione degli ioni H 3 O + ; (D) un aumento del grado di ionizzazione dell acido acetico. Risposta: (A) falsa, (B) falsa, (C) vera, (D) falsa Anche se si mescolano soluzioni che hanno caratteristiche acido-base, questo è un classico problema di equilibrio chimico. L acido acetico si dissocia nel seguente modo: CH 3 COOH + H 2 O > CH 3 COO - + H 3 O + (A) Il valore della costante di ionizzazione, o costante di dissociazione, dipende solamente dalla temperatura. Affermazione falsa. L affermazione (B) è falsa e può essere giustificata in diversi modi. L acetato di sodio è un sale che si idrolizza in acqua liberando ioni OH -, come conseguenza la concentrazione degli ioni OH - aumenterà. L aggiunta di ioni CH 3 COO - alla soluzione farà retrocedere l equilibrio di dissociazione dell acido acetico, cioè il suo grado di dissociazione o di ionizzazione, e quindi diminuirà la concentrazione degli ioni H + ; come conseguenza dovrà aumentare la concentrazione degli ioni OH - per rispettare il prodotto ionico dell acqua. La risposta (C) è vera e la giustificazione è data nella risposta alla domanda (B). La risposta (D) è falsa. Anche in questo caso la giustificazione è data nella risposta alla domanda (B). [10] Commentare le affermazioni che seguono. Gli atomi di un elemento: (A) possono essere diversi per numero atomico; (B) possono essere diversi per numero di massa; (C) devono essere uguali per numero atomico e numero di massa; (D) se presentano numero atomico uguale ma numero di massa diverso hanno proprietà chimiche diverse. Risposta: (A) falsa, (B) vera, (C) falsa, (D) falsa. Per giustificare le diverse domande bisogna riportare che cosa si intende per numero atomico e numero di massa. 7

8 Le proprietà chimiche di un elemento dipendono dal numero di elettroni o di protoni (i due numeri coincidono) contenuti in un suo atomo, numero che viene chiamato numero atomico, Z. Atomi con lo stesso numero atomico hanno uguali proprietà chimiche dato che appartengono allo stesso elemento. I neutroni presenti nel nucleo atomico non influenzano le proprietà chimiche di un elemento, ma ne fanno variare la massa atomica. Atomi con uguale numero atomico, Z, e pertanto appartenenti allo stesso elemento, ma contenenti differenti numeri di neutroni, sono detti isotopi. Il numero totale di nucleoni presenti in un nucleo atomico è detto numero di massa, A. Pertanto, sono isotopi gli atomi con uguale numero atomico, Z, e differente numero di massa, A. Il numero di neutroni presenti nel nucleo atomico degli atomi di un dato elemento può variare entro un ristretto intervallo di valori, L affermazione (A) è falsa perché variando il numero atomico cambia il tipo di atomo. Esempio il sodio ha numero atomico 11 il magnesio ha numero atomico 12. L affermazione (B) è vera perché questo da origine GLI ISOTOPI. l affermazione (C) è falsa perché questo escluderebbe la presenza di isotopi naturali che sono invece molto comuni. L affermazione (D) è falsa perché le proprietà chimiche dipendono dal numero di elettroni nello strato di valenza e dal numero di protoni nel nucleo, in ultima analisi dal numero atomico. Scrivere il nome dei seguenti composti o ioni ed assegnare il numero di ossidazione ai vari elementi: BaO, ossido di bario; Ba(2+), O(-2) CaCl 2, cloruro di calcio; Ca(+2), Cl(-1) Fe(NO 3 ) 3, nitrato ferrico o di Fe(III); Fe(+3), N(+5), O(-2) Cu(ClO 3 ) 2, clorato rameico o di Cu(II); Cu(+2), Cl(+5), O(-2) CN -, ione cianuro; C(+2), N(-3) SO 2-4, ione solfato; S(+6), O(-2) 8

9 Scrivere la formula dei seguenti composti o ioni: Solfato di cesio, Cs 2 SO 4 Nitrato rameoso, CuNO 3 Acetato di cobalto, Co(CH 3 COO) 2 Cloruro di zinco, ZnCl 2 Fosfato di sodio, Na 3 PO 4 Cloruro d ammonio, NH 4 Cl 9

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