ESERCIZIO 1 Per combustione completa in eccesso di ossigeno di un composto costituito da calcio, carbonio e azoto, si formano CaO, CO 2 e NO 2 in
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- Amando Negro
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1 ESERCIZIO 1 Per combustione completa in eccesso di ossigeno di un composto costituito da calcio, carbonio e azoto, si formano CaO, CO 2 e NO 2 in quantità rispettivamente pari a 3,500, 2,747 e 5,743 g. Noto che la densità del composto relativa all aria è pari a 2,780, si determini: a) la formula minima e la formula molecolare del composto b) il volume di aria misurato a 298 K e 1 atm stechiometricamente necessario alla combustione completa di 10,0 g di composto. NOTE: Si assume che la composizione in volume dell'aria sia 80% azoto e 20% ossigeno m.a.r. C=12,01; N=14,01; O =16,00; Ca=40,08 ; R=0,0821 L atm / K mol
2 ESERCIZIO 1 Per combustione completa in eccesso di ossigeno di un composto costituito da calcio, carbonio e azoto, si formano CaO, CO 2 e NO 2 in quantità rispettivamente pari a 3,500, 2,747 e 5,743 g. Noto che la densità del composto relativa all aria è pari a 2,780, si determini: a) la formula minima e la formula molecolare del composto b) il volume di aria misurato a 298 K e 1 atm stechiometricamente necessario alla combustione completa di 10,0 g di composto. NOTE: Si assume che la composizione in volume dell'aria sia 80% azoto e 20% ossigeno m.a.r. C=12,01; N=14,01; O =16,00; Ca=40,08 ; R=0,0821 L atm / K mol Il composto si può schematizzare come: Ca x C y N z Utilizzando coefficienti generici, la reazione si può scrivere come: Ca x C y N z + O 2 xcao + yco 2 + zno 2 Si calcola il numero di moli di ciascun prodotto: n = m /P.M. P.M. CaO = 40, ,00 = 56,08 n CaO = x = 3,500 g/56,08 g mol -1 = 6, mol P.M. CO 2 = 12, ,00 = 44,01 n CO 2 = y = 2,747 g/44,01 g mol -1 = 6, mol P.M. NO 2 = 14, ,00 = 46,01 n NO 2 = z = 5,743 g/ 46,01 g mol -1 = 1, mol Ca x C y N z Sostituendo: Ca 0,0624 C 0,0624 N 0,125 Normalizzando: CaCN 2 formula minima
3 ESERCIZIO 1 Per combustione completa in eccesso di ossigeno di un composto costituito da calcio, carbonio e azoto, si formano CaO, CO 2 e NO 2 in quantità rispettivamente pari a 3,500, 2,747 e 5,743 g. Noto che la densità del composto relativa all aria è pari a 2,780, si determini: a) la formula minima e la formula molecolare del composto b) il volume di aria misurato a 298 K e 1 atm stechiometricamente necessario alla combustione completa di 10,0 g di composto. NOTE: Si assume che la composizione in volume dell'aria sia 80% azoto e 20% ossigeno m.a.r. C=12,01; N=14,01; O =16,00; Ca=40,08 ; R=0,0821 L atm / K mol Ca x C y N z + O 2 xcao + yco 2 + zno 2 Formula minima: CaCN 2 Peso formula minima = 40, , ,01 = 80,11 d / d aria = 2,780 d / d aria = P.M. / M aria P.M. = M aria 2,780 = (2 14,01 0, ,00 0,2) 2,780 = 80,11 Il P.M. coincide con quello della formula minima: le due formule coincidono. Formula molecolare: CaCN 2
4 ESERCIZIO 1 Per combustione completa in eccesso di ossigeno di un composto costituito da calcio, carbonio e azoto, si formano CaO, CO 2 e NO 2 in quantità rispettivamente pari a 3,500, 2,747 e 5,743 g. Noto che la densità del composto relativa all aria è pari a 2,780, si determini: a) la formula minima e la formula molecolare del composto b) il volume di aria misurato a 298 K e 1 atm stechiometricamente necessario alla combustione completa di 10,0 g di composto. NOTE: Si assume che la composizione in volume dell'aria sia 80% azoto e 20% ossigeno m.a.r. C=12,01; N=14,01; O =16,00; Ca=40,08 ; R=0,0821 L atm / K mol A questo punto si può bilanciare la reazione con i coefficienti numerici reali: CaCN 2 + 7/2 O 2 CaO + CO 2 + 2NO 2 Si calcola il numero di moli di CaCN 2 e O 2 : n = m /P.M. n CaCN 2 = 10 g /80,11 g mol -1 = 0,125 mol n O 2 = 7/2 0,125 mol = 0,437 mol Considerando la composizione dell aria: n O 2 : n aria = 20 :100 n aria = n O 2 100/20 = 2,185 mol Applicando l equazione di stato dei gas perfetti: PV = nrt V aria = 2,185 mol 0,0821 L atm K -1 mol K / 1 atm = 53,468 L
5 ESERCIZIO 2 L idrazina reagisce con O 2 secondo la reazione: N 2 H 4 (g) + O 2 (g) N 2 (g) + 2 H 2 O (l) Si assuma che l ossigeno necessario per la reazione si trovi in una bombola da 450 L a 296 K. a) Quale deve essere la pressione dell ossigeno nella bombola per averne una quantità sufficiente da consumare completamente 1,00 Kg di idrazina? b) Si immagini che il recipiente in cui avviene la reazione misuri 500 L e si calcoli la pressione finale P 1. Si calcoli la nuova pressione P 2 che si otterrebbe se, al termine della reazione, si aumentasse la temperatura a 423 K. c) Si calcoli la pressione finale a 296 K, se il volume del recipiente fosse di 25 L, sapendo che a =1,39 atm L 2 mol -2 e b = 0,0391 L mol -1. (m.a.r. H=1,01; N=14,01; O =16,00; R=0,0821 L atm / K mol)
6 ESERCIZIO 2 L idrazina reagisce con O 2 secondo la reazione: N 2 H 4 (g) + O 2 (g) N 2 (g) + 2 H 2 O (l) Si assuma che l ossigeno necessario per la reazione si trovi in una bombola da 450 L a 296 K. a) Quale deve essere la pressione dell ossigeno nella bombola per averne una quantità sufficiente da consumare completamente 1,00 Kg di idrazina? b) Si immagini che il recipiente in cui avviene la reazione misuri 500 L e si calcoli la pressione finale P 1. Si calcoli la nuova pressione P 2 che si otterrebbe se, al termine della reazione, si aumentasse la temperatura a 423 K. c) Si calcoli la pressione finale a 296 K, se il volume del recipiente fosse di 25 L, sapendo che a =1,39 atm L 2 mol -2 e b = 0,0391 L mol -1. (m.a.r. H=1,01; N=14,01; O =16,00; R=0,0821 L atm / K mol) Dall equazione di stato dei gas perfetti: PV = nrt P = nrt / V Si calcola il numero di moli di N 2 H 4 : n = m /P.M. P.M. N 2 H 4 = 2 14, ,01 = 32,06 n N 2 H 4 = 1000 g /32,06 g mol -1 = 31,19 mol Poiché, dalla stechiometria della reazione, N 2 H 4 e O 2 reagiscono in rapporto 1:1 n N 2 H 4 = n O 2 Sostituendo: P = 31,19 mol 0,0821 L atm K -1 mol K / 450 L = 1,684 atm
7 ESERCIZIO 2 L idrazina reagisce con O 2 secondo la reazione: N 2 H 4 (g) + O 2 (g) N 2 (g) + 2 H 2 O (l) Si assuma che l ossigeno necessario per la reazione si trovi in una bombola da 450 L a 296 K. a) Quale deve essere la pressione dell ossigeno nella bombola per averne una quantità sufficiente da consumare completamente 1,00 Kg di idrazina? b) Si immagini che il recipiente in cui avviene la reazione misuri 500 L e si calcoli la pressione finale P 1. Si calcoli la nuova pressione P 2 che si otterrebbe se, al termine della reazione, si aumentasse la temperatura a 423 K. c) Si calcoli la pressione finale a 296 K, se il volume del recipiente fosse di 25 L, sapendo che a =1,39 atm L 2 mol -2 e b = 0,0391 L mol -1. (m.a.r. H=1,01; N=14,01; O =16,00; R=0,0821 L atm / K mol) Dall equazione di stato dei gas perfetti: PV = nrt P = nrt / V Dalla stechiometria della reazione: n N 2 H 4 = n N 2 Sostituendo: P 1 = 31,19 mol 0,0821 L atm K -1 mol K / 500 L = 1,516 atm A 423 K, anche l acqua si trova allo stato aeriforme. Il numero di moli totali dei prodotti gassosi, quindi, è: n totali = n N 2 + n H 2 O Dalla stechiometria della reazione: n H 2 O = 2 n N 2 H 4 = 2 31,19 mol = 62,38 mol n totali = n N 2 + n H 2 O = 31,19 mol + 62,38 mol = 93,57 mol Sostituendo: P 2 = 93,57 mol 0,0821 L atm K -1 mol K / 500 L = 6,499 atm
8 ESERCIZIO 2 L idrazina reagisce con O 2 secondo la reazione: N 2 H 4 (g) + O 2 (g) N 2 (g) + 2 H 2 O (l) Si assuma che l ossigeno necessario per la reazione si trovi in una bombola da 450 L a 296 K. a) Quale deve essere la pressione dell ossigeno nella bombola per averne una quantità sufficiente da consumare completamente 1,00 Kg di idrazina? b) Si immagini che il recipiente in cui avviene la reazione misuri 500 L e si calcoli la pressione finale P 1. Si calcoli la nuova pressione P 2 che si otterrebbe se, al termine della reazione, si aumentasse la temperatura a 423 K. c) Si calcoli la pressione finale a 296 K, se il volume del recipiente fosse di 25 L, sapendo che a =1,39 atm L 2 mol -2 e b = 0,0391 L mol -1. (m.a.r. H=1,01; N=14,01; O =16,00; R=0,0821 L atm / K mol) Si ricordi l equazione di Van der Waals: P + a n2 V 2 (V nb) = nrt P covolume = nrt = 31,19 mol 0,0821 L atm K 1 mol K (V nb) 25 L 31,19 mol 0,0391 L mol 1 = 31,874 atm P reale = nrt (V nb) a n2 V 2 = 31,874 atm 1,39 atm L2 mol 2 (31,19 mol) 2 (25 L) 2 = 29,710 atm
9 ESERCIZIO 2 L idrazina reagisce con O 2 secondo la reazione: N 2 H 4 (g) + O 2 (g) N 2 (g) + 2 H 2 O (l) Si assuma che l ossigeno necessario per la reazione si trovi in una bombola da 450 L a 296 K. d) Si confronti il risultato ottenuto per P 1 con quello che si sarebbe ottenuto considerando il gas come reale. e) Si confronti il risultato ottenuto per la pressione finale al punto (c) con quello che si sarebbe ottenuto considerando il gas come ideale. d) Equazione di Van der Waals: P + a n2 V 2 (V nb) = nrt P = nrt (V nb) a n2 V 2 = 31,19 mol 0,0821 L atm K 1 mol K 500 L 31,19 mol 0,0391 L mol 1-1,39 atm L2 mol 2 (31,19 mol) 2 (500 L) 2 = 1,514 atm P reale P 1 e) Equazione di stato dei gas perfetti: PV = nrt P = nrt / V P ideale = 31,19 mol 0,0821 L atm K -1 mol K / 25 L = 31,319 atm P ideale < P covolume P ideale > P reale
10 ESERCIZIO 3 Una miscela di idrossido di magnesio Mg(OH) 2 e carbonato di magnesio MgCO 3 viene fatta reagire con acido cloridrico HCl in eccesso; si producono cloruro di magnesio MgCl 2, acqua e diossido di carbonio. Noto che la quantità di acqua e diossido di carbonio prodotti sono rispettivamente 50,8 g e 7,93 L misurati a 298 K e 1 atm, si calcoli la composizione percentuale in massa della miscela. (m.a.r. H=1,01; C=12,01; O = 16,00; Mg = 24,30; Cl = 35,45; R=0,0821 L atm / K mol) Il processo si può schematizzare con la seguente reazione (da bilanciare): Mg(OH) 2 + MgCO 3 + HCl MgCl 2 + H 2 O + CO 2 Bilanciando con coefficienti generici si ha: x Mg(OH) 2 + y MgCO (x + y) HCl (x + y) MgCl 2 + (2x + 2x + 2y)/2 H 2 O + y CO 2 x Mg(OH) 2 + y MgCO (x + y) HCl (x + y) MgCl 2 + (2x + y) H 2 O + y CO 2 n H 2 O = m H 2 O / P.M. H 2 O P.M. H 2 O= 2 1, ,00 = 18,02 n H 2 O = 2x + y = 50, 8 g / 18,02 g mol -1 = 2,82 mol n CO 2 = y = PV / RT = 1 atm 7,93 L / 0,0821 L atm K -1 mol K = 0,324 mol
11 ESERCIZIO 3 Una miscela di idrossido di magnesio Mg(OH) 2 e carbonato di magnesio MgCO 3 viene fatta reagire con acido cloridrico HCl in eccesso; si producono cloruro di magnesio MgCl 2, acqua e diossido di carbonio. Noto che la quantità di acqua e diossido di carbonio prodotti sono rispettivamente 50,8 g e 7,93 L misurati a 298 K e 1 atm, si calcoli la composizione percentuale in massa della miscela. (m.a.r. H=1,01; C=12,01; O = 16,00; Mg = 24,30; Cl = 35,45; R=0,0821 L atm / K mol) x Mg(OH) 2 + y MgCO (x + y) HCl (x + y) MgCl 2 + (2x + y) H 2 O + y CO 2 Dalla stechiometria della reazione: n CO 2 = n MgCO 3 = y m MgCO 3 = n MgCO 3 P.M. MgCO 3 P.M. MgCO 3 = 24, , ,00 = 84,31 m MgCO 3 = 0,324 mol 84,31 g mol -1 = 27,32 g n H 2 O = (2x + y) = 2,82 mol; y = 0,324 mol x = 1,25 mol n Mg(OH) 2 = x = 1,25 mol m Mg(OH) 2 = n Mg(OH) 2 P.M. Mg(OH) 2 P.M. Mg(OH) 2 = 24, , ,01 = 58,32 m Mg(OH) 2 = 1,25 mol 58,32 g mol -1 = 72,90 g Composizione percentuale: m MgCO 3 : m totale = MgCO 3 % : 100 MgCO 3 % = 27,32 g / (27,32+72,90) g 100 = 27,26% MgCO 3 % = 27,26% Mg(OH) 2 % =72,74%
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