Macroarea'di'Ingegneria' 'Chimica'9'CFU'

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1 MacroareadiIngegneria Chimica9CFU COMPITON.1 1) SapendocheilKpdellaseguentereazione: C (s )+2NO CO 2 +N 2 aunadatatemperaturatèparia0.014,calcolarelemolidiciascunaspeciepresentea equilibrioraggiuntose,allatemperaturat,4gdice0.5molidinosonofattireagirein unrecipientedelvolumedi5l. 2) CalcolarequantimLdiHNO 3 al65%(d=1.40g/ml)edih 2 Osononecessariperpreparare 0.5LdiunasoluzionediHNO 3 0.4M.IndicareinoltreilpHditalesoluzione. 3) Calcolarelapressioneosmotica(a25 C)diunasoluzioneottenutamescolando150mLdi HNO Mcon200mLdiunasoluzione0.05MdiNaOH 4) CalcolareilpHdellesoluzioniottenutemescolando10mLdiHCl10 W2 Mcon: a)10mldih 2 SO 4 10 W3 M b)20mldinh 3 10 W1 M Considerarel acidosolforicoforteinentrambeledissociazioni. K b pernh 3 =1,810 W5 5) Insoluzioneacidaipotenzialistandarddellecoppie(NO 3 ) W /NOeO 2 /H 2 O 2 sono! rispettivamente:!!!"!,!! /!" =0.96Ve!!!,!! /!!!! = 0.68V! a)#schematizzarelapilaincuiavvienelareazione,specificandonelapolarità. b)# Bilanciare con il metodo ionico elettronico la reazione redox tra ione nitrato e acqua ossigenata

2 MacroareadiIngegneria Chimica9CFU COMPITON.2 1. Bilanciarelaseguentereazione(metodoionicoWelettronico): P 4 +HNO 3 +H 2 OH 3 PO 4 +NO 2 CalcolarelamassadiH 3 PO 4 chesiformadallareazionedi15.0gdip 4 e20.0gdihno 3 se lareazionehaunaresadel70% 2. Inunrecipientedelvolumedi1.5dm 3,riempitocon1.5gdiammoniacaemantenutoalla temperaturadi448k,sistabiliscel equilibrio: NH 3 (g) 1/2N 2 (g)+3/2h 2 (g) CalcolarelaK p dellareazionesapendochenh 3 sidissociaperil15.4%. 3. CalcolarelamassadiNH 4 Clcheoccorrescioglierein0.1Ldiunasoluzione0.150Mdi ammoniacaperottenereunasoluzioneaph=9.5.siammettacheilvolumedella soluzionerestiinvariato.[k b (NH 3 )= W5 ] 4. Sciogliendo0.343gdiiodurodiunmetalloalcalinoin80gdiacidoacetico,ilpuntodi congelamentodell acidoaceticosiabbassadi0.25 C.Calcolareilpesoatomicodel metallo(k cr =3,90 CKgmol W1 ) 5. Datalapiladiseguitoschematizzataa25 C: Pt,H 2 (P=2.0atm) [H + ]0.02M [Fe 3+ ]10 W3 M,[Fe 2+ ]10 W2 M Pt Calcolarelaforzaelettromotrice,scriverelareazionecomplessivaecalcolarelacostante diequilibrio. E Fe 3+ /Fe 2+ =0.777V

3 MacroareadiIngegneria Chimica9CFU COMPITON.3 1) Sesivoglionoprodurre120gdiH 3 AsO 4 dallareazione(dabilanciare): As 2 O 3 +LiMnO 4 +H 2 SO 4 +H 2 O H 3 AsO 4 +MnSO 4 +Li 2 SO 4 calcolarequantoas 2 O 3 (puroall 87%)ènecessario,selaresadellareazioneèdel97%. 2) Inunrecipientedelvolumedi4.0dm 3 sonopostiugualivolumidich 4 eh 2 S. Quandoa973Kea488atmsistabiliscel equilibriodellareazione: CH 4 (g)+2h 2 S(g) CS 2 (g)+4h 2 (g) sonopresenti3molidih 2.CalcolarelaKpdellareazione. 3) CalcolarelamassadiCH 3 COONacheoccorrescioglierein0.1Ldiunasoluzione0.150Mdi acidoaceticoperottenereunasoluzioneaph=5.3.siammettacheilvolumedella soluzionerestiinvariato.(k a(ch3cooh) =1.85x10 W5 ). 4) Lasoluzioneacquosadiunasostanzaorganicadipesomolecolare215.1haunpuntodi congelamentodiw0.85 C.Calcolarelapressioneosmoticadellasoluzionea25 C,sapendo cheladensitàdellasoluzioneè1.035gcm W3 a25 C.(K cr =1.86 CKgmol W1 ) 5) Datalapiladiseguitoschematizzataa25 C: Cr [Cr 3+ ]10 W3 M [H + ]10 W1 M PtH 2 P=1.5atm calcolarelaforzaelettromotrice,scriverelareazionecomplessivaecalcolarnelacostante diequilibrio.!!!!! /!" =! 0.742!!

4 MacroareadiIngegneria Chimica9CFU COMPITON.4 1) Datalareazione(dabilanciare): Cr(OH) 3 +NaClO+NaOH NaCl+Na 2 CrO 4 +H 2 O Calcolare quanto Na 2 CrO 4 si forma per reazione di 1 litro di NaOH 0.4 M con 38 g di Cr(OH) 3,selaresadellareazioneèdel93%. 2) InunrecipientevengonointrodottiunamolediHCle0.5molidiO 2 elamiscelaviene portataa400 C.Quandosistabiliscel equilibriodellareazione: 4HCl(g)+O 2 (g) 2Cl 2 (g)+2h 2 O(g) sonopresentinelrecipiente0.38molidicl 2.Sapendochelapressionetotaledella miscelaallequilibrioèdi0.5atm,calcolarelakpdellareazione. 3) A250cm 3 diunasoluzionedihclaventeph=2.3,siaggiungono400cm 3 diunasoluzione diammoniaca0.01m(k b(nh3) =1.85x10 W5 ).CalcolareilpHdellasoluzionefinale considerandoivolumiadditivi. 4) Calcolarequalepercentuale(%p/p)diglicoletilenico,C 2 H 6 O 2,devecontenereuna soluzioneacquosaanticongelanteperautomobileperchéilsuopuntodicongelamentosia W8 C.(K cr =1.86 CKgmol W1 ) 5) CalcolareilKpsdellAg 3 PO 4,sapendochelaforzaelettromotricedellaseguentepilaa25 C: Ag [Na 3 PO 4 ]10 W1 M,Ag 3 PO 4 (sat) [AgNO 3 ]10 W1 M Ag misura0.3v.

5 MacroareadiIngegneria Chimica9CFU COMPITON.5 1) BilanciarelaseguentereazioneconilmetodoionicoWelettronico: Cr 2 O 3 +NaNO 3 +NaOH Na 2 CrO 4 +NO (g) +H 2 O CalcolarelaquantitàingrammidiNa 2 CrO 4 chesiottienefacendoreagire20gdinano 3 con30gdicr 2 O 3,selaresadireazioneèdel77%. 2) Inunrecipientevuotodivolume2Lvengonointrodotte0.1molidiuncompostoABe0.1 molidiuncompostoaelamiscelavieneportataa40 C.Quandosistabiliscel equilibrio dellareazione: 2AB (g) 2A (g) +B 2(g) lapressioneesercitatadallamiscelagassosaèparia3atm.calcolareilvaloredik p. 3) Unasoluzionecontiene2.14mg/mLdiKIO 3.Sapendocheladensitàdellasoluzioneè1.08 g/ml,calcolarelamolarità,lamolalitàelapressioneosmoticadellasoluzionea25 C. 4) CalcolareilpHdellasoluzioneottenutamescolando100mLdiunasoluzione0.1Mdi NaOHcon200mLdiunasoluzione0.08MdiCH 3 CO 2 H(K a = W5 ). 5) Calcolarelaf.e.m.dellaseguentepila,a25 C: Zn [ZnSO 4 ] 10 W2 M PbSO 4 (soluz.satura),[k 2 SO 4 ]10 W2 M Pb sapendochee (Pb 2+ /Pb)=W0.13V;E (Zn 2+ /Zn)=W0.76V;K ps (PbSO 4 )= W8.

6 1) K p = P N 2 P(CO 2) P 2 (NO) = n N 2 n(co 2) n 2 (NO) COMPITO N. 1 = 0,014 P i = n i RT V n i C = g PA = 4 12 = 0,33 C (s ) + 2NO CO 2 + N 2 n i 0,33 0,5 0 0 n eq 0,33-x 0,5-2x x x K p = P N 2 P(CO 2 ) P 2 (NO) = n N 2 n(co 2 ) n 2 (NO) = x 2 0,5 2x = 0,014 risolvendo: x = 0,07 = n eq (CO 2 ) = n eq (N 2 ) n eq (NO) = ) 1 L soluzione HNO 3 pesa 1400 g di cui: g(hno 3 ) = ,65 = 910 n(hno 3 ) = g PM = = 14,44 = M(HNO 3) M 1 V 1 = M 2 V 2 V 1 = M 2 V 2 /M 1 =0,40,5/14,44 = 0,014 L 14 ml HNO 3 conc L H 2 O [H 3 O + ] = [HNO 3 ] = 0,4 ph = - log 0,4 = 0,397 3) n i (HNO 3 ) = M V = 0,075 n i (NH 3 ) = M V = 0,01 HNO 3 H + + NO 3 - NaOH Na + + OH - H 2 O H + + OH - n(no 3 - ) = 0,0075 n(na + )= 0,01 n (OH - ) = 0,01 0,0075 = 0,0025 n TOT = 0, ,01 + 0,0025 = 0,02 c TOT = n TOT /V TOT = 0,02/0,35=0,057 = c TOT RT = 0,057 0, = 0,97 atm

7 4) n(hcl) = MV = 10-4 = n (H + ) da HCl a) 10 ml H 2 SO M H 2 SO 4 2 H + + SO 4 2- n (H + ) da H 2 SO 4 = 2 M V = n (H + ) TOT = 1, [H + ] = n TOT V ph = 2,22 = 1, ,02 = b) 20 ml NH M n (NH 3 ) = M V = HCl + NH 3 NH 4 Cl in fin si ha un tampone NH 3 /NH 4 + ph = pka + log NH 4 + =p K w + log NH + 4 = 9,26 NH 3 K a NH 3 5) a) NO e + 4H + NO + 2 H 2 O E = 0,96 V b) O 2 + 2e +2H + H 2 O 2 E = 0,68 V a) catodo + b) anodo - Pt,NO, P=1 atm/ NO 3 - // H 2 O 2 / O 2, P= 1 atm, Pt reazione completa di cella: 2NO H H 2 O 2 2NO + 4 H 2 O + 3O 2 2HNO H 2 O 2 2NO + 4 H 2 O + 3O 2

8 COMPITO N. 2 1) P 4 + H 2 O + HNO 3 H 3 PO 4 + NO 2 NO e + 4H + NO + 2 H 2 O 1 4 P H 2 O PO e + 8H P H 2 O + 5NO H + 3PO H + + 5NO + 10 H 2 O 3 4 P H 2 O + 5HNO 3 3H 3 PO 4 + 5NO con coefficienti interi: P H 2 O + 20 HNO 3 12 H 3 PO NO n(p 4 ) = g/pm = 15/124=0.12 n(hno 3 ) = 20/63=0.32 HNO 3 è il reagente limitante perché 0.12 moli di P 4 richiedono 0,12*20 = 2.4 moli di HNO 3 n(h 3 PO 4 ) = 12 n(p 4 ) = 1.44 (teoriche) n(h 3 PO 4 ) = = 1.08 (effettive) g(h 3 PO 4 ) = n PM = = ) n i (NH 3 ) = g/pm = 15/17=0.09 α = V = 1.5 L T = 448 K n eq NH N H 2 n i (1-α) 1 n i 2 α n 3 i 2 α n TOT = n i (1+ α) Allequilibrio: n(nh 3 ) = n i (1-α) = 0.09 ( )= n(n 2 ) = n i α = n(h 2 )= n i α= P(NH 3 ) =n(nh 3 ) RT/V=2.55 atm P(N 2 ) = n(n 2 ) RT/V =0.17 atm P(H 2 ) = n(h 2 ) RT/V =0.51 atm K p = P(N 2) 1/2 P(H 2 ) 3/2 P (NH 3 ) = 0.058

9 3) NH 3 /NH 4 Cl poh=pk b +log [NH 4 + ] [NH 3 ] = 4.5 [NH 4 + ] = 0.58 [NH 3 ] n(nh 3 ) = M V = n(nh 4 + ) = = g(nh 4 Cl) = n PM = = ) g MI in 80 g HAc MI M + + I - ΔT = 0.25 = K m 2 = 3.90 m 2 m = g/pm 0, = 0.08 PM PM = PA(M) = = 6.9 PA (Li) = 6.9 5) a) 2H + + 2e H 2 E = V b) Fe 3+ + e Fe 2+ E = V E a = log = V (0.02) 2 E b = a) ANODO 0,059 log = V b) CATODO reazione completa di cella: K =

10 COMPITO N. 3 1) As 2 O 3 + 5H 2 O 2 AsO e + 10 H + x 5 MnO e + 8 H + Mn H 2 O x 4 5As 2 O H 2 O + 4MnO H + 10 AsO H + + 4Mn H 2 O 5As 2 O 3 + 9H 2 O + 4LiMnO H 2 SO 4 10 H 3 AsO 4 + 4MnSO 4 + 2LiSO 4 g(h 3 AsO 4 ) richiesti 120 n(h 3 AsO 4 ) = G/PM = 120/ = 0.85 n(as 2 O 3 ) necessarie = 2 n(h 3 AsO 4 ) = 1.7 (teoriche) per 97 % resa: n(as 2 O 3 ) necessarie = /97= 1.75 g(as 2 O 3 ) = n PM = = puro g(as 2 O 3 ) = = ) V = 4 L V(CH 4 ) = V(H 2 S) T= 973 K P tot = 488 atm CH H 2 S CS 2 + 4H 2 n i n n 0 0 n eq n-x n-2x x 4x 4 x = 3 x = 0.75 n i = 2n = PV/RT = n = Allequilibrio: n(ch 4 )= n(h 2 S)=10.73 n(cs 2 )=0.75 n(h 2 )= 3 P(CH 4 ) = n(ch 4 )RT/V = 229 atm Analogamente: P(H 2 S)=214 atm P(CS 2 )=14.96 atm P(H 2 )= K p = P CS 2 P(H 2 ) 4 P(CH 4 )P 2 (H 2 S) = 18.30

11 3) n(ch 3 CCOH) = M V = ph = pka + log CH 3COO CH 3 COOH = pka + logn(ch 3COO ) n(ch 3 COOH) =5.3 n(ch 3 COO )= g (CH 3 COONa) = n PM = = ) m = T K cr = 0.46 = n Kg solvente in 1 Kg di solvente si hanno 0,46 moli di soluto g (C 2 H 6 O 2 ) =n PM = = peso totale soluzione = = g dal dato di densità: 1L : 1035 g = V : 1098,95 V = 1098,95/1035=1.061 perciò L di soluzione contengono 0.46 moli di soluto [soluto]= 0.46/1.061 = M = [soluto]rt = atm 5) a) Cr e Cr E = V anodo b) 2H + + 2e H 2 E = V catodo Reazione completa di cella: 2 Cr H + 2Cr + 3H 2 ΔE = V K = 10 E 6/RT = E a = log [Cr] = V 3 [Cr 3+ ] E b = log [H 2] = V 2 [H + ] 2 ΔE = = V

12 1) Cr OH - CrO e + 4 H 2 O x 2 ClO - + 2e + H 2 O Cl - + 2OH - x 3 COMPITO N. 4 2Cr OH - +3ClO - + 3H 2 O 2CrO H 2 O +3Cl - + 6OH - 2Cr(OH) 3 + 4NaOH +3NaClO 2Na 2 CrO 4 + 5H 2 O +3NaCl n(naoh) = M V = 0.4 n[cr(oh) 3 ] g/pm = 38/103= moli di NaOH richiedono 0.2 moli di Cr(OH) 3 ] perciò NaOH è il reagente limitante n(na 2 CrO 4 ) = 1/2 n(naoh) = 0.2 (teorico) n(na 2 CrO 4 ) = = (effettivo) 2) n i (HCl) = 2 n i (O 2 ) = 0.5 T = 673 K 4HCl + O 2 2Cl 2 + 2H 2 O n i N F 1-4x 0.5-x 2x 2x n tot = 1.5 -x x = 0.38/2=0.19 n(hcl) = 0.24 n(o 2 ) = 0.31 n(cl 2 ) = n(h 2 O) = 0.38 n tot = 1.31 x(hcl) = n(hcl)/n tot = 0.18 x(o 2 ) = 0.24 x(cl 2 ) = x(h 2 O) = 0.29 K P = P(Cl 2) 2 P(H 2 O) 2 P(HCl) 4 P(O 2 ) =P x(cl 2) 2 x(h 2 O) 2 x(hcl) 4 x(o 2 ) = ) 250 ml HCl ph=2.3 [H 3 O + ]=[HCl] = n(hcl) = MV= ml NH M n(nh 3 ) = M V = HCl + NH 3 + NH 4 n i n f poh = pk b + log NH 4 + NH 3 = 4.39 ph=14-poh=9.61

13 4) m = T K cr = 4.3 = n Kg solvente g(c 2 H 6 O 2 ) = n PM = in 1 Kg di solvente % p/p (C 2 H 6 O 2 ) = /1266.6= 21.05% 5) ΔE =0.059 log [Ag + ] conc [Ag + ] dil = log [0.1] conc [Ag + ] dil = V da cui: [Ag + ] dil = M Ag 3 PO 4(s) 3 Ag + + PO 4 3- K PS = [ Ag + ] 3 + [PO 4 3- ]= ( ) =

14 COMPITO N. 5 1) Cr 2 O OH - 2CrO e + 5 H 2 O NO e + 2H 2 O NO + 4OH - x 2 Cr 2 O OH - + 2NO H 2 O 2CrO H 2 O + 2NO + 8OH - Cr 2 O NaOH + 2NaNO 3 2Na 2 CrO 4 + 2NO + H 2 O n(nano 3 )= g/pm= 20/85= n(cr 2 O 3 )= g/pm= 30/151.98= moli di Cr 2 O 3 richiedono =0.394 moli di NaNO 3 : NaNO 3 è il reagente limitante n(na 2 CrO 4 )= n(nano 3 )= g(na 2 CrO 4 )= n PM = = 38.07(teorici) g(na 2 CrO 4 )= = 29.31(effettivi) 2) T = 313 K V = 2 L P = 3 atm 2AB 2A + B n i n eq 0.1-2x 0.1+2x x n TOT = 0.2 +x =PV/RT =0.234 x = =0.034 n(ab) = n(a) = n(b)= x(ab)=n(ab)/n TOT =0.137 x(a) = n(b)/n TOT = x(b)= n(b)/n TOT = x K P =P A xb tot x2 =11.94 AB 3) in 1 ml n(kio 3 ) =g/pm= [KIO 3 ]=n/v soluzione = / = M 1.08 g soluzione corrispondono a g KIO 3 e (1, )=1.077 g H 2 O m= n/kg solvente = / = KIO 3 K + + IO 3 - = 2 MRT = atm

15 4) 100 ml NaOH 0.1M 200 ML HAc 0.08M n = M V n(naoh) = 0.01 n(hac) =0.016 HAc + OH - Ac - + H 2 O n i n f tampone HAc/Ac - [HAc]= n(hac)/v = 0.006/0.3=0.02 [Ac - ]= n(ac - )/V = 0.01/0.3= ph = pk a + log Ac HAc = ) a) Zn e Zn E = V E a = log [Zn] = V 2 [Zn 2+ ] b) Pb e Pb E = V E b = log [Pb] 2 [Pb 2+ ] nella soluzione satura: PbSO 4 Pb 2+ + SO 4 2- [Pb 2+ ]= K PS /[SO 4 2- ]= / = perciò E b = V ΔE = Eb-Ea= V