SOLUZIONI COMPITO DI CHIMICA DEL

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1 SOLUZIONI COMPITO DI CHIMICA DEL A) 500 ml di una soluzione contengono 6,8 g di KMnO 4. L aggiunta di 20 ml di tale soluzione a 10 ml di una soluzione di SnCl 2 fa avvenire la seguente reazione (da bilanciare): MnO Sn 2+ + H + Mn 2+ + Sn 4+ + H 2 O Calcolare la concentrazione molare di Sn 2+ nella soluzione iniziale, ammettendo che lo stagno presente sia stato tutto ossidato. MnO e H + Mn H 2 O x2 Sn 2+ Sn e - x5 2 MnO Sn H + 2 Mn Sn H 2 O PM(KMnO 4 )= 158 g/mole [MnO - 4 ] = moli/l = (g/pm) /l = (6,8 g/ 158 g/mol) / 0,5 l = 0,086 mol/l in 20 ml ho n(mno - 4 ) = M V = 0,086 mol/l 0,02 l = 1, moli 2 moli di MnO - 4 ossidano 5 moli di Sn 2+. n(sn 2+ ) = 1, /2 = 4, moli presenti in 10 ml [Sn 2+ ] = 4, mol / 0,01 l = 0,43 M 1B) 50 ml di una soluzione contengono 14,8 g di KMnO 4. L aggiunta di 20 ml di tale soluzione a 75 ml di una soluzione di SnCl 2 fa avvenire la seguente reazione (da bilanciare): MnO Sn 2+ + H + Mn 2+ + Sn 4+ + H 2 O Calcolare la concentrazione molare di Sn 2+ nella soluzione iniziale, ammettendo che lo stagno presente sia stato tutto ossidato. MnO e H + Mn H 2 O x2 Sn 2+ Sn e - x5 2 MnO Sn H + 2 Mn Sn H 2 O PM(KMnO 4 )= 158 g/mole [MnO 4 - ] = moli/l = (g/pm) /l = (14,8 g/ 158 g/mol) / 0,05 l = 1,87 mol/l in 20 ml ho n(mno 4 - ) = M V = 1,87 mol/l 0,02 l = 0,0375 moli 2 moli di MnO 4 - ossidano 5 moli di Sn 2+. n(sn 2+ ) = 0,0375 5/2 = 0,0937 moli presenti in 10 ml [Sn 2+ ] = 0,0937 mol / 0,075 l = 1,25 M 2A) La tensione di vapore di CCl 4 puro a 25 C è 114 mmhg. Quale massa di iodio, I 2, si deve sciogliere in 1,00 l di CCl 4 (d = 1,60 g/ml) per abbassare la tensione di vapore di 1,00 mmhg? p = Χ(CCl 4 ) p Χ(CCl 4 ) = p/p = 113/114 = 0,991 Χ(CCl 4 ) = n(ccl 4 ) / [n(ccl 4 ) + n(i 2 )] Ricavo le moli di CCl 4

2 massa(ccl 4 ) = d V = 1,60 g/ml 1000 ml = 1600 g n(ccl 4 ) = g/pm = 1600 g/153,8 g/mol = 10,40 moli Sostituendo nella formula della frazione molare si ricavano il numero di moli di I 2 necessarie n(i 2 ) = 0,094 moli massa(i 2 ) = n(i 2 ) PM = 0,094 mol 253,8 g/mol = 23,97 g 2B) La tensione di vapore di CCl 4 puro a 25 C è 114 mmhg. Quale massa di bromo, Br 2, si deve sciogliere in 1,05 l di CCl 4 (d = 1,60 g/ml) per abbassare la tensione di vapore di 10 mmhg? p = Χ(CCl 4 ) p Χ(CCl 4 ) = p/p = 104/114 = 0,912 Χ(CCl 4 ) = n(ccl 4 ) / [(n(ccl 4 ) + n(br 2 )] Ricavo le moli di CCl 4 massa(ccl 4 ) = d V = 1,60 g/ml 1050 ml = 1680 g n(ccl 4 ) = g/pm = 1680 g/ 153,82 g/mol = 10,92 moli Sostituendo nella formula della frazione molare si ricavano il numero di moli di Br 2 necessarie n(br 2 ) = 1,05 moli massa(br 2 ) = n(br 2 ) PM = 1,05 mol 159,8 g/mol = 167,8 g 3A) Calcolare, a 25 C, il ph di una soluzione ottenuta mescolando 100,0 ml di una soluzione acquosa 0,40 N di acido acetico con 100,0 ml di soluzione acquosa di idrossido di calcio 0,20 M. [Ka (ac.acetico) = 1, ; idrossido di calcio: base forte-forte]. CH 3 COOH ml 0,40 N n(ch3cooh) = 0,04 moli Ca(OH) 2 100,0 ml 0.20 M n[ca(oh)2] = 0,02 moli n(oh ) = 0,04 moli [CH 3 COO ] = 0,2 M CH 3 COOH + OH CH 3 COO + H 2 O 0,04 0, ,04 OH = K w K CH 3 COO = ph = 9.02 a 3B) Calcolare, a 25 C, il ph di una soluzione ottenuta mescolando 200,0 ml di una soluzione acquosa 0,20 N di ammoniaca con 200,0 ml di soluzione acquosa 0,20 N di acido solforico. [Kb (ammoniaca) = 1, ; acido solforico: acido diprotico forte-forte]. NH 3 200,0 ml 0,20 N n(nh 3 ) = N V = 0,04 moli H 2 SO 4 200,0 ml 0,20 N n(h 2 SO 4 ) = N V = 0,02 moli n(h 3 O + ) = 0,04 moli NH 3 + H 3 O + NH H 2 O 0,04 0, ,04

3 [NH 4 + ] = n/v = 0,1 M H 3 O + = K w + NH 4 K = ph = 5,13 b 4A) In un recipiente ermeticamente chiuso del volume di 53,2 L ed alla temperatura di 648 K viene inserita una mole di cloruro di solforile (SO 2 Cl 2 ) ed una quantità incognita di anidride solforosa (SO 2 ) e si istaura il seguente equilibrio: SO 2 Cl 2(g) SO 2(g) + Cl 2(g) Raggiunto l equilibrio la pressione esercitata sulle pareti dei recipiente è di 2,5 atmosfere. Determinare la quantità di SO 2 presente inizialmente sapendo che la costante di equilibrio della reazione a 648 K è K c = 0,038. Soluzione Il recipiente di volume 53,2 L, alla temperatura di 648 K ed alla pressione di 2,5 atmosfere, contiene un numero di moli pari a n tot = PV / RT = (2,5 53,2 / (0, )) mol = 2,50 mol. Il numero di moli iniziali e finali sono SO 2 Cl 2(g) SO 2(g) + Cl 2(g) Inizio 1 x 0 Equilibrio 1 - y x + y + y Il numero di moli totali è dato da n tot = 1 + x + y = 2,50 mol La costante di equilibrio vale: K c = y(x + y)/(1 - y) / 53,2 = 0,038 Sostituento x + y = 1,5 mol della prima equazione nella seconda ottengo: y/(1 - y) 1,5/53,2 = 0,038 da cui y = 0,57 mol e quindi x = 0,93 mol 4B) In un recipiente ermeticamente chiuso del volume di 53,2 L ed alla temperatura di 648 K viene inserita una mole di cloruro di solforile (SO 2 Cl 2 ) ed una quantità incognita di anidride solforosa (SO 2 ) e si istaura il seguente equilibrio: SO 2 Cl 2(g) SO 2(g) + Cl 2(g) Raggiunto l equilibrio la pressione esercitata sulle pareti dei recipiente è di 3,5 atmosfere. Determinare la quantità di SO 2 presente inizialmente sapendo che la costante di equilibrio della reazione a 648 K è K c = 0,038. Soluzione Il recipiente di volume 53,2 L, alla temperatura di 648 K ed alla pressione di 3,5 atmosfere, contiene un numero di moli pari a n tot = PV / RT = (3,5 53,2 / (0, )) mol = 3,50 mol. Il numero di moli iniziali e finali sono SO 2 Cl 2(g) SO 2(g) + Cl 2(g) Inizio 1 x 0 Equilibrio 1 - y x + y +y

4 Il numero di moli totali è dato da n tot = 1 + x + y = 3,50 mol La costante di equilibrio vale: K c = y(x + y)/(1 - y) / 53,2 = 0,038 Sostituento x+y = 2,5 mol della prima equazione nella seconda ottengo: y/(1 - y) 2,5/53,2 = 0,038 da cui y = 0,45 mol e quindi x = 2,05 mol 5A) L idrossido di argento AgOH è poco solubile (K ps = 1, ). - Calcolare la solubilità di AgOH in acqua pura ed il ph della soluzione satura. - Per aumentare la solubilità è necessario aumentare o diminuire il ph della soluzione? - A quale ph bisogna tamponare la soluzione per poter sciogliere 20 g di AgOH in 1 litro? Soluzione AgOH Ag + + OH - [Ag + ][OH - ] = K ps Solubilità s: s (s )= K ps Risolvendo l equazione di secondo grado si trova: s = 1, mol/l ph = 14 + log[oh - ] = 10,1 Per aumentare la solubilità dell idrossido è necessario rendere più acida la soluzione, ossia diminuire il ph. In questo modo [OH - ] diminuisce e [Ag + ] può aumentare. Il peso formula di AgOH è mm(agoh)=124,9 g/mol 20 g di AgOH per litro corrispondono quindi ad una concentrazionedi [Ag + ] di 0,16 mol/l [Ag + ][OH - ] = K ps Da cui [OH - ] = 9, mol/l; ph = 6,97 5B) L idrossido di argento AgOH è poco solubile (K ps = 1, ). - Calcolare la solubilità di AgOH in acqua tamponata a ph 7,0 - Calcolare quanti grammi di AgOH bisogna aggiungere ad un litro di acqua pura per ottenere una soluzione a ph = 7,2. AgOH Ag + + OH - [Ag + ][OH - ]=K ps Solubilità s in acqua tamponata a ph 7 ([OH - ]=10-7 ): s(10-7 )= K ps s = 0,15 mol/l per avere ph = 7,2 [OH - ] = 10-6,8 = 1, [Ag + ][OH - ]=K ps x (1, ) = K ps Da cui x = 0,095 M Il peso formula di AgOH è mm(agoh)=124,9 g/mol In un litro di acqua vanno quindi disciolti: m(agoh)= n PM = 0, ,9 = 11,96 g

5 6A) Schematizzare la pila costituita da due semielementi i cui potenziali standard di riduzione siano: E (Ce 4+ /Ce 3+ ) = 1,610 V e E (Cl 2 /Cl - ) = 1,358 V, indicarne il catodo e l anodo, calcolarne la f.e.m. ed indicare la reazione di ossidoriduzione che avviene, a) quando, a 25 C, tutti i componenti disciolti sono in condizioni standard e b) quando le concentrazioni dei vari componenti sono, a 25 C, le seguenti: [Ce 4+ ] = 0,001 M, [Ce 3+ ] = 1 M, p(cl 2 ) = 0,9 atm, [Cl - ] = 0,001 M. Soluzione a) E (Ce 4+ /Ce 3+ )= 1,610 V > E (Cl 2 /Cl - ) = 1,358 V Pt (Cl 2, p = 1 atm) Cl -, 1M Ce 4+, 1M; Ce 3+, 1M Pt Catodo: Ce 4+, 1M; Ce 3+, 1M anodo: Cl 2, p = 1 atm; Cl -, 1M f.e.m. = E + - E - = E (Ce 4+ /Ce 3+ ) - E (Cl 2 /Cl - ) = 1,610-1,358 = 0,252V Essendo il potenziale della coppia Ce 4+ /Ce 3+ maggiore di quello della coppia Cl 2 /Cl - è maggiore la tendenza a ridursi dello ione Ce 4+. 2Ce Cl - 2Ce 3+ + Cl 2 Soluzione b) Ce 4+ + e Ce 3+ E(Ce 4+ /Ce 3+ )= E (Ce 4+ /Ce 3+ ) 0,059 log ([Ce 3+ ]/ [Ce 4+ ]) = 1,610 0,059 log (1/0.001) = 1,431 V Cl 2 + 2e 2Cl - E(Cl 2 /Cl - ) = E (Cl 2 /Cl - ) (0,059/2) log ([Cl - ] 2 /p Cl2 ) = 1,358 (0,059/2) log ( /0.9) = 1,535 V In questo caso E(Cl 2 /Cl - ) > E(Ce 4+ /Ce 3+ ) Pt Ce 4+, 0,001M; Ce 3+, 1M Cl -, 0.001M Pt (Cl 2, p = 0,9 atm) Catodo: Cl 2, p = 0,9 atm; Cl -, 0.001M anodo: Ce 4+, 0.001M; Ce 3+, 1M 2Ce 3+ + Cl 2 2Ce Cl - fem = 0,104 V 6B) Schematizzare la pila costituita da due semielementi i cui potenziali standard di riduzione siano: E (Pb 2+ /Pb) = -0,126 V e E (H 3 O + /H 2 ) = 0 V, indicarne il catodo e l anodo, calcolarne la f.e.m. ed indicare la reazione di ossidoriduzione che avviene, a) quando, a 25 C, tutti i componenti disciolti sono in condizioni standard e b) quando le concentrazioni dei vari componenti sono, a 25 C, le seguenti: [Pb 2+ ] = 0,5 M, p H2 = 1,2 atm, [H 3 O + ] = 0,001 M, Soluzione a) E (H 3 O + /H 2 ) = 0 V > E (Pb 2+ /Pb) = -0,126 V Pb Pb 2+, 1M H 3 O +, 1M Pt (H 2, p = 1 atm) Catodo: H 3 O +, 1M; H 2, p = 1 atm anodo: Pb 2+, 1M; Pb

6 f.e.m. = E + - E - = E (H 3 O + /H 2 ) - E (Pb 2+ /Pb) = 0 (-0,126) = 0,126V Essendo il potenziale della coppia H 3 O + /H 2 maggiore di quello della coppia Pb 2+ /Pb è maggiore la tendenza a ridursi dello ione H 3 O +. 2H 3 O + + Pb H 2 + Pb H 2 O Soluzione b) 2H 3 O + + 2e H 2 + 2H 2 O E(H 3 O + /H 2 )= E (H 3 O + /H 2 ) (0,059/2) log(p H2 / [H 3 O + ] 2 ) = 0 (0,.059/2) log(1,2/0,001 2 ) = -0,179 V Pb e Pb E(Pb 2+ /Pb) = E (Pb 2+ /Pb) (0,059/2) log (1/[Pb 2+ ]) = -0,126 (0,059/2) log (1/0,5) = -0,135 V In questo caso E(Pb 2+ /Pb) > E(H 3 O + /H 2 ) Pt (H 2, p = 1,2 atm) H 3 O +, 0.001M Pb 2+, 0,5M Pb Catodo: Pb 2+, 0,5M; Pb anodo: H 3 O +, 0,001M; H 2, p = 1,2 atm Pb 2+ + H 2 + 2H 2 O Pb + 2H 3 O + fem = 0,044 V