3) La reazione tra Mg metallico e CO 2 è 2Mg + CO 2(g) 2 MgO(s) + C (grafite)

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1 1) Determinare la variazione di entalpia associata alla seguente reazione e indicare se è esotermica o endotermica: a) Na(s) + ½Cl 2 (g) NaCl(s) Sono note le variazioni di entalpia delle seguenti reazioni: b) 2Na(s) + 2HCl(g) 2NaCl(s) + H 2 (g) ΔH = kj c) H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl(g) ΔH = kj Valutare inoltre il calore coinvolto nella reazione a) quando si fanno reagire 0.35 kg di Na e quanti m 3 (STP) di cloro sono necessari. 2) Nella caldaia di una centrale termica brucia una miscela di gas naturale che viene alimentata alla portata di 0.3 m 3 al minuto (in condizioni STP). Se il combustibile è costituito da CH 4 al 30% in moli e C 4 H 10 al 70% in moli, quale massa di CO 2 (g) e di H 2 O (g) si produce al minuto? Quanto calore si libera al minuto? Sono noti: H f (CO 2 ) = -393 kj/mole H f (H 2 O) = -285,80 kj/mole H f (C 4 H 10 ) = -126,15 kj/mole H f (CH 4 ) = - 74,81 kj/mole 3) La reazione tra Mg metallico e CO 2 è 2Mg + CO 2(g) 2 MgO(s) + C (grafite) Determinare l entalpia della reazione e spigare perché un estintore a base di CO 2 non è in grado di spegnere un incendio causato da Mg metallico. Determinare i grammi di MgO che si formano dalla reazione di 20 g di Mg con 20 dm 3 di CO 2 gassosa misurati a T= 25 C e P= 1 atm. Dati: DH f(mgo) = kj/mol DH f(co2) = kj/mol

2 4) 3,0 kg di butano (C 4 H 10 ) vengono bruciati in una caldaia con un eccesso di aria del 40% in moli. Determinare il calore sviluppato dalla combustione e quanti m 3 (STP) di CO2 vengono prodotti. Determinare inoltre le frazioni molari e le pressioni parziali dei fumi (P tot =1 atm) Sono noti: ΔH f CO 2(g) = kj/mol ΔH f H 2 O (l) = - 285,80 kj/mol ΔH f C 4 H 10(g) = kj/mol 5) Calcolare la variazione di entalpia standard della reazione di sintesi dell acido cloridrico (HCl): H 2(g) + Cl 2(g) 2HCl (g) Sono disponibili le seguenti informazioni: NH 3 (g) + HCl (g) NH 4 Cl (g) H = kj N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) H = kj N 2(g) + 4H 2(g) + Cl 2(g) 2NH 4 Cl (g) H = kj

3 Determinare la variazione di entalpia associata alla seguente reazione e indicare se è esotermica o endotermica: a) Na(s) + ½Cl 2 (g) NaCl(s) Sono note le variazioni di entalpia delle seguenti reazioni: b) 2Na(s) + 2HCl(g) 2NaCl(s) + H 2 (g) ΔH = kj c) H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl(g) ΔH = kj Valutare inoltre il calore coinvolto nella reazione a) quando si fanno reagire 0.35 kg di Na e quanti m 3 (STP) di cloro sono necessari. La reazione a) è ottenibile sommando b) e c) e moltiplicando il risultato finale per ½. La sua variazione di entalpia sarà quinidi ΔHa =(ΔHb + ΔHc)/2 = ( kj -184,6)/2 = kj E una reazione esotermica Per valutare il calore coinvolto quando si fanno reagire 0,35 kg di sodio, calcolo le moli di sodio: nna = 350/23 = 15,2 Poichè il ΔH della reazione a) rappresenta il calore sviluppato dalla reazione di una mole di sodio che reagisce, posso valutare il calore come: Q = nna*δh a =15,2*(411)=6254 kj I m 3 (STP) di cloro necessari, posso valutarli calcolando le moli di cloro necessarie per far reagire 15,2 moli di sodio: n Cl2 = ½*nNa = 7,6 Il volume in condizioni STP sarà: V Cl2 = n Cl2 RT/P = 170,3 dm 3 = 0,17 m 3

4 1) Nella caldaia di una centrale termica brucia una miscela di gas naturale che viene alimentata alla portata di 0.3 m 3 al minuto (in condizioni STP). Se il combustibile è costituito da CH 4 al 30% in moli e C 4 H 10 al 70% in moli quale massa di CO 2 (g) e di H 2 O (g) si produce al minuto? Quanto calore si libera al minuto? Sono noti: H f (CO 2 ) = -393 kj/mole H f (H 2 O) = -285,80 kj/mole H f (C 4 H 10 ) = -126,15 kj/mole H f (CH 4 ) = - 74,81 kj/mole 1) CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O 2) C 4 H /2 O 2 4CO 2 + 5H 2 O Numero di moli al minuto di gas: n=300/22.4=13.4 mol di cui: 4.02 di CH di C 4 H 10 Quindi le moli di CO 2 prodotte al minuto saranno: nco 2 =4.02+4*9.38=41.54 mol massa CO 2 al minuto = 41.54*44=1827 g/min e le moli di H 2 O prodotte al minuto saranno: nh 2 O=2*4.02+5*9.38=54.9 mol massa H 2 O al minuto = 54.9*18=989 g/min

5 1) CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O 2) C 4 H /2 O 2 4CO 2 + 5H 2 O Calcolo i H delle due reazioni di combustione: H(1)=[2*(-285,80)]+( -393)-( - 74,81)= kj/mole H(2)=[5*(-285,80)]+[4*( -393)]-( -126,15)= kj/mole Quindi il calore totale sviluppato al minuto è: Q=(4.02*889.79)+(9.38* )=30539 kj/min

6 La reazione tra Mg metallico e CO 2 è 2Mg + CO 2(g) 2 MgO(s) + C (grafite) Determinare l entalpia della reazione e spigare perché un estintore a base di CO 2 non è in grado di spegnere un incendio causato da Mg metallico. Determinare i grammi di MgO che si formano dalla reazione di 20 g di Mg con 20 dm 3 di CO 2 gassosa misurati a T= 25 C e P= 1 atm. Dati: DH f(mgo) = kj/mol DH f(co2) = kj/mol Calcolo il H della reazione: H = 2*(-610) - (-393) = -827 kj/mol La reazione tra magnesio e anidride carbonica è esotermica, pertanto l uso dell estintore a base di CO 2 comporta un incremento del calore sviluppato. Calcoli stechiometrici per determinare quanti grammi di MgO si formano: mol Mg: n Mg = 20/24,3 = 0,82 mol mol CO 2 : n CO2 = PV/RT = 1*20/(0,082*298,2) = 0,81 mol Mg è il reagente limitante perchè, per far reagire tutte le moli di CO2, sarebbero necessarie 0,81*2 =1,62 moli di Mg. Essendo MgO in rapporto 1:1 con il reagente limitante : n Mg = n MgO =0,82 g MgO = 0,82*40,3=33,04

7 3 kg di butano (C 4 H 10 ) vengono bruciati in una caldaia con un eccesso di aria del 40% in moli. Determinare il calore sviluppato dalla combustione e quanti m 3 (STP) di CO2 vengono prodotti. Determinare inoltre le frazioni molari e le pressioni parziali dei fumi (P tot =1 atm) Sono noti: ΔH f CO 2(g) = kj/mol ΔH f H 2 O (l) = - 285,80 kj/mol ΔH f C 4 H 10(g) = kj/mol La reazione di combustione bilanciata è: C 4 H /2 O 2 4CO 2 + 5H 2 O Calcolo il H della reazione di combustione: H=[5*(-285,80)+4*( -393)]-( -126,15)= kj/mole Questo valore rappresenta il calore sviluppato a pressione costante da una mole di butano che reagisce. Quindi il calore totale sviluppato è: Q = 51.7* = kj

8 C 4 H /2 O 2 4CO 2 + 5H 2 O Calcoli stechiometrici: moli di butano: n C4H10 = 3000/58 = 51.7 mol moli di ossigeno stechiometrico e volume: n O2 = 51.7 * 13/2 = 336 mol V O2 =336*22.4=7531 l moli di aria stechiometrica e volume: n aria stech = 336 * 5 = 1680 mol V aria stech =1680*22.4=37632 l moli di aria comprensive del 40% in eccesso: n aria = *0.4 = 1680* (1+0.4) = 2352 mol

9 C 4 H /2 O 2 4CO 2 + 5H 2 O Calcolo della composizione dei fumi: mol CO 2 prodotte: n CO2 = 51.7 *4 = 207 mol Volume di CO 2 = 207*22.4 = 4637 l = m 3 mol H 2 O prodotte: n H2O = 51.7 *5 = mol mol N 2 n N2 = 2352 * 0.8 = mol mol O 2 in eccesso n O2 = 336* 0.4 = 134 mol mol totali fumi = = 2481 mol Frazioni molari: X CO2 = 207/2481 = 0.08 X H2O = 258.5/2481 = 0.10 X N2 = /2481 = 0.76 X O2 = 134/2481 = 0.06 Pressioni parziali: p i =P*X i p CO2 = 0.08 atm p H2O = 0.1 atm p N2 = 0.76 atm p O2 = 0.06 atm

10 2) Calcolare la variazione di entalpia standard della reazione di sintesi dell acido cloridrico (HCl): H 2(g) + Cl 2(g) 2HCl (g) Sono disponibili le seguenti informazioni: NH 3 (g) + HCl (g) NH 4 Cl (g) H = kj N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) H = kj N 2(g) + 4H 2(g) + Cl 2(g) 2NH 4 Cl (g) H = kj Combinando le reazioni ottengo: (-2) NH 3 (g) + HCl (g) NH 4 Cl (g) (-1) N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) (1) N 2(g) + 4H 2(g) + Cl 2(g) 2NH 4 Cl (g) 2NH 4 Cl (g) 2NH 3 (g) + 2HCl (g) 2NH 3(g) N 2(g) + 3H 2(g) N 2(g) + 4H 2(g) + Cl 2(g) 2NH 4 Cl (g) H = kj * (-2) = 352 kj H = kj * (-1) = 92.2 kj H = kj H 2(g) + Cl 2(g) 2HCl (g) H = = kj