COMPITO A DI CHIMICA DEL

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1 COMPITO A DI CHIMICA DEL A) Un campione impuro di bromito di potassio, del peso di 2,19 g, viene trattato in eccesso di acido solforico con del bicromato di potassio, ottenendo bromato di potassio e 1,48 g di solfato di cromo(iii). Bilanciare la reazione con il metodo ionico-elettronico, e calcolare il grado di purezza del campione iniziale. KBrO 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 KBrO 3 + Cr 2 (SO 4 ) 3 BrO H 2 O BrO e H + x 3 Cr 2 O e H + 2 Cr H 2 O 3 BrO Cr 2 O H + 3 BrO Cr H 2 O 3 KBrO 2 + K 2 Cr 2 O H 2 SO 4 3 KBrO 3 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO H 2 O n[cr 2 (SO 4 ) 3 ] = g / PM(392,18 g/mol) = 1,48 g / 392,18 g/mol = 3, mol = n(kbro 2 ) = n[cr 2 (SO 4 ) 3 ] 3 = 1, mol g(kbro 2 ) = n(kbro 2 ) PM(151,00 g/mol) = 1,72 g % p = (1,72 g/2,19 g) 100 = 78,5 % 2A) Si abbiano a disposizione due recipienti: nel recipiente A sono contenuti 200 g di acqua pura, in quello B è contenuto fruttosio (C 6 H 12 O 6 ) disciolto in 200 g di acqua. In entrambi i recipienti vengono disciolte 4 zollette di saccarosio (C 12 H 22 O 11 ) da 6,0 g l una. La temperatura di congelamento delle due soluzioni è rispettivamente di - 0,65 C per la soluzione in A e di - 1,74 C per la soluzione in B. Calcolare quanti grammi di fruttosio sono disciolti in B. In entrambe le soluzioni sono presenti 24,0 g di saccarosio. mm(sacc)= 342,3 g/mol Sono quindi presenti n A (sacc)= n B (sacc)= (24,0/342,3) mol = 7,01 x 10-2 mol moli di saccarosio. La molalità del saccarosio è quindi m A (sacc)= m B (sacc)= 7,01 x 10-2 mol / 0,2000 kg = 0,354 mol/kg Dall abbassamento crioscopico della soluzione A si può ricavare la costante crioscopica dell acqua: K cr = t B / m A (sacc) = 0,65/0,354 C kg /mol = 1,84 C Kg /mol Per la soluzione B vale quindi: m B (totale) = m B (sacc) + m B (frutt)= t B / K cr = 1,74 / 1,84 mol / kg = 0,946 mol/kg da cui m B (frutt) = (0,946-0,354) mol / kg= 0,592 mol / kg Conoscendo mm(frutt) = 180,16 g/mol si ricava che nella soluzione B sono disciolti 0,592 mol/kg x 0,200 kg x 180,16 g/mol = 21,3 g di fruttosio 3A) Calcolare il volume di metano (misurato in condizioni standard) che produce, per combustione, lo stesso calore prodotto dalla combustione di 1,5 L di C 3 H 7 OH (d = 0,80 kg/l). L entalpie molari di combustione del carbonio e dell idrogeno valgono rispettivamente: - 393,5 kj/mol e - 285,8 kj/mol;

2 l entalpie molari di formazione di C 3 H 7 OH e del metano valgono rispettivamente: - 302,6 kj / mol e -74,4 kj/ mol. C 3 H 7 OH + 9/2 O 2 3CO 2 + 4H 2 O C + O 2 CO 2 H 2 + ½ O 2 H 2 O 3C + 4H 2 +1/2 O 2 C 3 H 7 OH H co (C) = - 393,5 kj/mol H co (H 2 ) = -285,8 kj/mol H 0 f(c 3 H 7 OH) = -302,6 kj/mol H co (C 3 H 7 OH) = 3 H co (C) + 4 H co (H 2 ) - H 0 f(c 3 H 7 OH) = 3 (- 393,5)+ 4 (- 285,8) (- 302,6) kj / mol = = ,1 kj / mol massa C3H7OH = d V = 0,80 kg / L 1,5 L = 1,2 kg n C3H7OH = 1200 g / 60,1 g / mol = 20 mol Il calore prodotto dalla combustione di 20 mol di C 3 H 7 OH è : Q = H co (C 3 H 7 OH) n C3H7OH = = 2021,1 kj mol mol = kj CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O H co (CH 4 ) = H co (C) + 2 H co (H 2 ) - H 0 f(ch 4 ) = - 393,5+ 2 (- 285,8) (- 74,4) = - 890,7 kj /mol n CH4 = Q / H co (CH 4 ) = kj / 890,7 kj mol -1 = 45,4 mol V = nrt / P = 45,4 mol 0,0821 L atm K -1 mol ,16/ 1 atm = 1110,9 L 4A) Del bromuro di sodio è gradualmente aggiunto ad una soluzione di volume 1 litro che è 1, M in Cu + e 1, M in Ag +. Determinare: (a) Quale composto precipiterà per primo. (b) La concentrazione di ioni Ag + quando CuBr inizia a precipitare. (c) Quanti grammi di bromuro di sodio sono stati aggiunti in totale alla soluzione nella condizione (b). [K ps (AgBr) = 7, , K ps (CuBr) = 4, ] (a) Si ha precipitazione quando la concentrazione di Br- in soluzione è tale da verificare una delle due condizioni: [Ag + ][Br - ]=K ps (AgBr) [Cu + ][Br - ]=K ps (CuBr) Dato che le concentrazioni iniziali di [Ag+] e [Cu+] sono le stesse precipita per primo il composto con K ps minore, ossia AgBr. (b) CuBr inizia a precipitare quando la concentrazione di Br - in soluzione verifica la condizione: [Br - ]* = K ps (CuBr) / [Cu + ] = 4, / M = 4, M La concentrazione di Ag + in queste condizioni sarà: [Ag + ]*=K ps (AgBr)/ [Br - ]* = 7, / 4, M = 1, M (c) Le moli di Br- aggiunte in totale saranno: n(br-) aggiunte = n(nabr) aggiunte = n(br-) soluzione + n(br-) AgBr precipitato = 4, mol + (1, , ) = = 5, mol mm(nabr) = 102,9 g/mol In tutto sono stati quindi aggiunti 5, mol 102,9 g/mol = 5, grammi di NaBr. 5A) Calcolare i grammi di idrossido di sodio da aggiungere a 2,5 L di una soluzione acquosa di acido (orto)fosforico avente concentrazione 8, mol/l per preparare una soluzione tampone a ph = 11,9. [K a3 (acido fosforico) = 4, ].

3 H 3 PO 4 + H 2 O H 2 PO H 3 O + H 2 PO H 2 O HPO H 3 O + HPO H 2 O PO H 3 O + Per trasformare quantitativamente H 3 PO 4 in HPO 4 2- è necessaria una concentrazione di NaOH: [NaOH] = 2 8, = 1, M. Per calcolare la quantità di NaOH necessaria a trasformare HPO 4 2- in PO 4 3- per avere ph =11,9 si utilizza la terza dissociazione dell acido fosforico: 2- HPO H 2 O PO 4 + H 3 O + 8, , x x 1, K a3 = x 1, / (8, x) x / (8, x)= 4, / 1, = 0,35 x = 2, ,35 x x = 2, M La concentrazione di NaOH necessaria è : = mol L -1. Le moli sono 0,181 mol L -1 2,5 L = 0,452 mol I grammi di NaOH sono: 0,452 mol 40 g mol -1 = 18,1 g 6A) Si calcoli, a 25 C, la f.e.m della seguente pila: ( ) ( = ) ( ),, ( ) ( = ) noto, alla stessa temperatura, il valore della costante di dissociazione dell ammoniaca (K b =1, ). Definire inoltre la polarità degli elettrodi. [NH 4 + ] = 2, M + + = =1,05 10 =1,0 10 M = +0,059 log E Sx = 0,353 V = E + E Dx = 0,413 V = E E = 0, ,413 = 0,060 V COMPITO B DI CHIMICA DEL B) Un campione impuro di clorito di potassio, del peso di 12,23 g, viene trattato in eccesso di acido solforico con del bicromato di potassio, ottenendo clorato di potassio e 10,52 g di solfato di cromo(iii). Bilanciare la reazione con il metodo ionico elettronico e calcolare il grado di purezza del campione iniziale. KClO 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 KClO 3 + Cr 2 (SO 4 ) 3 ClO H 2 O ClO e H + x 3 Cr 2 O e H + 2 Cr H 2 O 3 ClO Cr 2 O H + 3 ClO Cr H 2 O

4 3 KClO 2 + K 2 Cr 2 O H 2 SO 4 3 KClO 3 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO H 2 O n[cr 2 (SO 4 ) 3 ] = g / PM(392,18 g/mol) = 10,52 g / 392,18 g/mol = 2, mol = n(kclo 2 ) = n[cr 2 (SO 4 ) 3 ] 3 = 8, mol g(kclo 2 ) = n(kclo 2 ) PM(106,55 g/mol) = 8,57 g % p = (8,57 g/12,23 g) 100 = 70,1 % 2B) Si abbiano a disposizione due recipienti: nel recipiente A sono contenuti 150 gr di acqua pura, in quello B è contenuto lattosio (C 12 H 22 O 11 ) disciolto in 150 gr di acqua. In entrambi i recipienti vengono disciolti 22,0 grammi di glucosio (C 6 H 12 O 6 ). La temperatura di ebollizione delle due soluzioni è rispettivamente di 100,42 C per la soluzione in A e di 100,58 C per la soluzione in B. Calcolare quanti grammi di lattosio sono disciolti in B. Soluzione In entrambe le soluzioni sono presenti 22,0 g di glucosio, mm(gl)= 180,2 g/mol Sono quindi presenti n A (gl) = n B (gl)= 22,0/180,2 mol = 0,122 mol moli di glucosio, La molalità dell glucosio è quindi m A (gl) = m B (gl) = 0,122 mol / 0,15 kg = 0,81 mol/kg Dall innalzamento ebullioscopico della soluzione A si può ricavare la costante ebullioscopica dell acqua: K eb = t A / m A (gl) = 0,42/0,81 C Kg /mol = 0,52 C kg /mol Per la soluzione B vale quindi: m B (totale) = m B (gl) + m B (lat) = t B / K eb = 0,58 / 0,52 mol / kg = 1,12 mol / kg da cui m B (Lat) = (1,12 0,81) mol/kg = 0,31 mol/kg Conoscendo mm(lat) = 342,3 g/mol si ricava che nella soluzione B sono disciolti 0,31 mol/kg x 0,150 kg x 342,3 g/mol = 16 g di lattosio 3B) Calcolare i grammi di butano (C 4 H 10 ) che producono, per combustione, lo stesso calore prodotto dalla combustione di 2,5 L di etanolo (C 2 H 5 OH, d = 0,789 kg/l -1 ). L entalpie molari di combustione del carbonio e dell idrogeno valgono rispettivamente: -393,5 kj/mol e -285,8 kj/mol; l entalpie molari di formazione del butano e dell etanolo valgono rispettivamente: -126,14 kj/mol e -277,69 kj/mol. C 2 H 5 OH + 3O 2 2CO 2 + 3H 2 O C + O 2 CO 2 H 2 + ½ O 2 H 2 O 2C + 3H 2 +1/2 O 2 C 2 H 5 OH H co (C) = - 393,5 kj / mol H co (H 2 ) = -285,8 kj / mol H 0 f(c 2 H 5 OH) = -277,69 kj / mol H co (C 2 H 5 OH) = 2 H co (C) + 3 H co (H 2 ) - H 0 f(c 2 H 5 OH) = 2 ( )+ 3 ( ) (- 277,69) kj / mol = = ,71 kj / mol massa C2H5OH = d V = 0,789 kg L -1 2,5 L = 1,973 kg n C2H5OH = 1973 g / 46,07 g mol -1 = 42,82 mol Il calore prodotto dalla combustione di 42,82 mol di C 2 H 5 OH è : Q = H co (C 2 H 5 OH) n C2H5OH = = 1366,71 kj mol -1 42,82 mol = kj C 4 H /2 O 2 4CO 2 + 5H 2 O H co (C 4 H 10 ) = 4 H co (C) + 5 H co (H 2 ) - H 0 f(c 4 H 10 ) = 4( )+ 5(-285,8) (-126,14) = -2876,9 kj mol -1

5 n C4H10 = Q / H co (C 4 H 10 ) = kj / 2876,9 kj / mol = 20,34 mol massa butano = 20,34 mol 58,13 g mol -1 = 1182,4 g 4B) Del cloruro di sodio è gradualmente aggiunto ad una soluzione di volume 1 litro che è 1, M in Cu + e 1, M in Tl +. Determinare: (a) Quale composto precipiterà per primo. (b) La concentrazione di ioni Cu + quando TlCl inizia a precipitare. (c) Quanti grammi di cloruro di sodio sono stati aggiunti in totale alla soluzione nella condizione (b). [Kps(CuCl) = 1,0 10-6, Kps(TlCl) = 2, ] (a) Si ha precipitazione quando la concentrazione di Cl - in soluzione è tale da verificare una delle due condizioni: [Tl + ][Cl - ]=Kps(TlCl) [Cu + ][Cl - ]=Kps(CuCl) Dato che le concentrazioni iniziali di [Tl + ] e [Cu + ] sono le stesse precipita per primo il composto con Kps minore, ossia CuCl. (b) TlCl inizia a precipitare quando la concentrazione di Cl - in soluzione verifica la condizione: [Cl - ]=Kps(TlCl) / [Tl + ] = 2, / 1, M = 2, M La concentrazione di Cu + in queste condizioni sarà: [Cu + ]=Kps(CuCl)/ [Cl - ] = 1, / 2, M = 3, M (c) Le moli di Cl- aggiunte in totale saranno: n(cl-) aggiunte = n(nacl) aggiunte = n(cl-) soluzione + n(cl-) CuCl precipitato = 2, mol + (1, , ) = 3, mol mm(nacl) = 58,4 g/mol In tutto sono stati quindi aggiunti 3, mol 58,4 g/mol = 2,17 grammi di NaCl. 5B) Calcolare i grammi di idrossido di potassio da aggiungere a 7,0 L di una soluzione acquosa di acido (orto)arsenico avente concentrazione 4, mol/l per preparare una soluzione tampone a ph = 11,2. [K a3 (acido arsenico) = 3, ]. H 3 AsO 4 + H 2 O H 2 AsO H 3 O + H 2 AsO H 2 O HAsO H 3 O + HAsO H 2 O AsO H 3 O + Per trasformare quantitativamente H 3 AsO 4 in HAsO 4 2- è necessaria una concentrazione di KOH = 2 4, = 8, mol L -1 Per calcolare la quantità di KOH necessaria a trasformare HAsO 4 2- in AsO 4 3- per avere ph =11,2 si utilizza la terza dissociazione dell acido arsenico: 2- HAsO H 2 O AsO 4 + H 3 O + 4, , x x 6, K a3 = x 6, /(4, x) x/(4, x)= 3, /6, = 0,51

6 x = 2, ,51 x x = 1, M La concentrazione di KOH necessaria è : 8, , = 9, Le moli sono 9, M 7,0 L = 0,654 mol I grammi di KOH sono: 0,654 mol 56,1 g mol -1 = 36,7 g M 6B) Si calcoli, a 25 C, la f.e.m della seguente pila: ( ) ( = ) ( ),, ( ) ( = ) noto, alla stessa temperatura, il valore della costante di dissociazione dell acido acetico (K a =1, ). Definire inoltre la polarità degli elettrodi. [CH 3 CO 2 ] = 2, M + + =3,0 10 = =3,33 10 =1, = +0,059 log E Sx = 0,503 V = E E Dx = 0,413 V = E + E = 0, ,503 = 0,090 V