Corso di Laurea in Scienze Naturali. Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 07 Febbraio 2013

Transcript

1 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 07 Febbraio 2013 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) Il principio attivo dell aspirina comune è l acido acetilsalicilico. Questo acido ha formula bruta C9H8O4 e un pka pari a 3.5. (l acido acetilsalicilico è un acido debole monoprotico e può essere indicato come HA). Calcolare il ph di una soluzione che contiene una normale dose di aspirina per un adulto, mg, disciolta in 0.24 L di acqua. Soluzione Peso molecolare dell acido acetilsalicilico : uma Numero di moli: 0.65 g / g mol -1 = mol Concentrazione molare : mol / 0.24 L = M Tabella ICE: HA + H2O A - + H3O + Inizio Cambiamento -x +x +x Equilibrio (0.015-x) +x +x Ka = = [A - ][H3O + ]/[HA] = x 2 /0.015

2 x = M = [H3O + ] ph = -log [H3O + ] = -log ( ) = 2.7 2) Determinare il ph di una soluzione 0.10 M di NH4Cl. La costante di ionizzazione basica, Kb, di NH3 vale Soluzione NH4Cl NH4 + + Cl - Tabella ICE : NH4 + + H2O NH3 + H3O + Inizio Cambiamento -x +x +x Equilibrio (0.10-x) +x +x Ka = Kw / Kb = Ka = [NH3] [H3O + ]/[NH 4+ ] = = x 2 / 0.10 x = M = [H3O + ] ph = -log[h3o + ] = -log ( ) = ) Una cella elettrochimica è costituita dai seguenti semielementi : 1) Pb 2+ (aq) + 2e - Pb (s) E = V 2) MnO4 - (aq) + 4 H + (aq) + 3 e - MnO2 (s) +2 H2O (l) E = V

3 con [Pb 2+ ] = 0.10 M, [MnO4 - ] = 1.50 M, [H + ] = 2.0 M. Calcolare la forza elettromotrice a 25 C e scrivere il processo elettrochimico globale. Soluzione 1) E = E (0.0592/2 log (1/[ Pb 2+ ])) = (Ossidazione) 2) E = E (0.0592/3 log (1/[ MnO4 - ][ H + ] 4 )) = 1.71 (Riduzione) Fem = 1.71-(-0.16) = 1.87 V 3 Pb (s) Pb 2+ (aq) + 2e - 2 MnO4 - (aq) + 4 H + (aq) + 3 e - MnO2 (s) +2 H2O (l) 3 Pb (s) + 2 MnO4 - (aq) + 8 H + (aq) + 6 e - 3 Pb 2+ (aq) + 2 MnO2 (s) +4 H2O (l) + 6 e - 4) Calcolare il ph della soluzione ottenuta miscelando 50.0 ml di acido formico (HCOOH) 0.15 M e 75.0 ml di formiato di sodio (HCOONa) 0.13 M. La costante di ionizzazione acida, Ka, di HCOOH è Soluzione Con il mescolamento si ottiene una soluzione tampone. Moli di HCOOH : 0.15 : 1.0 L = x : L x = ( )/1.0 = mol Moli di HCOONa : 0.13 : 1.0 L = x : L x = ( )/1.0 = mol Volume totale = L L = L Concentrazione di HCOOH : = mol / L = M

4 Concentrazione di HCOONa : = mol / L = M Concentrazione di HCOO - : = M Tabella ICE HCOOH + H2O HCOO - + H3O + Inizio Cambiamento -x +x +x Equilibrio (0.060-x) (0.078+x) +x Ka = [HCOO - ] [ H3O + ]/[ HCOOH] Ka = = (0.078 x)/0.060 x = ( )/0.078 = M ph = -log( ) = 3.86

5 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 19 Febbraio 2013 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) La costante di equilibrio per la reazione CO (g) + H2O (g) H2 (g) + CO2 (g) alla temperatura di 800 K è I gas CO e H2O sono inseriti in un recipiente, la pressione parziale iniziale di CO è 1.0 bar e quella di H2O è 10.0 bar. Determinare le pressioni parziali di equilibrio di H2 e di H2O a 800 K. CO (g) + H2O (g) H2 (g) + CO2 (g) I C -x -x +x +x E 1.0-x 10.0-x +x +x All equilibrio: K = ph2 pco2/ (pco ph2o) 5.10 = x 2 / (1.0-x) (10.0-x) Dalla risoluzione di questa equazione si ha che x = 0.9 bar ph2 =0.9 bar e ph2o = 9.1 bar 2) Ad una certa temperatura la solubilità di Fe(OH)2 è mol dm -3. Calcolare il prodotto di solubilità dell idrossido.

6 Fe(OH)2 (s) Fe 2+ (aq) + 2 OH - (aq) I - - C s 2s E s 2s Kps = [Fe 2+ ] [OH - ] 2 = s (2s) 2 = 4 s 3 = 4 (7.7 x10-6 ) 3 = 1.8 x ) La concentrazione di una soluzione di KOH è M. A 200 ml di questa soluzione sono aggiunti 10 ml di una soluzione di HCl 0.1 M. Calcolare la variazione di ph della soluzione. Il ph della soluzione iniziale di KOH è 11.7 In 200 ml di soluzione di KOH ci sono moli di base ( 0.005:1 = x:0.2 da cui x = x 0.2 = 0.001). In 10 ml di soluzione di HCl ci sono moli di acido ( 0.1:1 = x: 0.01 da cui x = 0.1 x 0.01 = 0.001). Il mescolamento delle due soluzioni porta alla neutralizzazione della base con l acido: KOH + HCl -> KCl + H2O (KCl in soluzione è dissociato in K + e Cl - ) Il ph della soluzione finale dopo il mescolamento è 7.0. La variazione di ph è = 4.7 4) Determinare la f.e.m. della pila costituita dai seguenti semi-elementi: Pt / H2 (g), P = 1.0 bar / soluzione acquosa di KCl 0.1 M Pt / H2 (g), P = 1.0 bar / soluzione acquosa di KBr 0.1 M

7 I due semi-elementi a idrogeno hanno la stessa pressione di H2 (1.0 bar) e la stessa concentrazione di ioni [H + ] in soluzione ( ). Questo perché KCl e KBr non influenzano il ph di una soluzione acquosa. Quindi, essendo i due potenziali uguali, la f.e.m. è 0.0 V

8 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 4 Giugno 2013 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) Quanti grammi di Na2SO4 10 H2O (solfato di sodio decaidrato) devo pesare per avere 1 mole di questo sale idrato? Quanti grammi ne devo pesare per avere un numero di molecole pari al numero di Avogadro? p. m. di Na2SO4 10 H2O = uma Il peso di una mole è g, quindi per avere 1 mole devo pesare g. Una mole contiene una quantità di molecole pari al numero di Avogadro quindi devo pesare sempre la stessa quantità. 2) Calcolare il ph di una soluzione ottenuta sciogliendo 8.20 g di acetato di sodio (CH3COONa) in 400 ml di acqua. La Ka per l acido acetico è p.m. di CH3COONa = 82 uma peso di 1 mole = 82 g numero moli : 8.20 g/82 g = 0.1 mol concentrazione : 0.1 mol/0.400 l = 0.25 M In acqua CH3COONa si dissocia in: CH3COONa CH3COO - + Na + La concentrazione di [CH3COO - ] è uguale alla concentrazione di [CH3COONa] CH3COO - reagisce con l acqua secondo: CH3COO - + H2O CH3COOH + OH - Tabella ICE: CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- I C -x +x +x E 0.25-x +x +x

9 Kb = / = Kb = x 2 /(0.25-x) x 2 /(0.25) x = = [OH-] [H+]= /[OH - ] = ph = -log[h + ] = ) Bilanciare la seguente reazione di ossidoriduzione in ambiente basico: Cl2 (g) Cl - (aq) + ClO - (aq) E una reazione di disproporzione. 1) Cl2 (g) +2 e - 2 Cl - (aq) 2) Cl2 (g) +2 H2O + 4 OH - 2 ClO - (aq) + 2 e H++ 4 OH - 1) Cl2 (g) +2 e- 2 Cl - (aq) 2) Cl2 (g) +2 H2O + 4 OH - 2 ClO - (aq) + 2 e H2O Cl2 (g) + 4 OH- 2 Cl- (aq ) + 2 ClO- (aq) + 2 H2O 4) Calcolare la forza elettromotrice della pila ottenuta collegando opportunamente la semicella a) Ag (s)/ AgCl soluzione satura (Kps di AgCl = ) con la semicella b) Cu (s)/ [CuSO4] = 1 M (i potenziali standard vanno reperiti nelle apposite tabelle). a) La concentrazione di ioni Ag + da mettere nell equazione di Nernst si ottiene calcolando la solubilità dello ione nella soluzione satura (quindi dal prodotto di solubilità fornito). AgCl (s) Ag+(aq) + Cl - (aq) Kps = [Ag+] [Cl-] = s 2 s = = M [Ag + ] = M Ag+(aq) + 1 e - Ag(s) E0 = V E = E /1 log(1/[ Ag + ]) = V

10 b) La concentrazione degli ioni Cu 2+ è fornita dal solfato di rame (CuSO4). Cu 2+ (aq) +2e- Cu(s) CuSO4 Cu 2+ (aq) + SO4 2- (aq) [SO4 2- ]= [CuSO4] = 1 M Questo è un elettrodo standard quindi E = E0 = V f.e.m. = = V

11 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 4 Luglio 2013 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) Calcolare la massa in grammi di moli di CuSO4 (solfato di rame). Quante molecole di CuSO4 sono contenute in moli di questo sale? p. m. di CuSO4= uma Il peso di una mole è g, quindi moli di CuSO4 pesano: = = g In una mole sono contenute molecole, quindi in moli sono contenute = molecole. 2) In 800 ml di acqua sono presenti 0.06 moli di acido acetico (CH3COOH). A questa soluzione si aggiungono 4.1 g di acetato di sodio (CH3COONa). Calcolare il ph della soluzione finale. La Ka per l acido acetico è p.m. di CH3COONa = 82 uma; peso di 1 mole = 82 g numero moli : 4.10 g/82 g = 0.05 mol; concentrazione : 0.05 moli/0.800 l = M in soluzione CH3COONa CH3COO - + Na + e quindi [CH3COO - ] = [CH3COONa] concentrazione di acido acetico: 0.06/0.8 = M In acqua CH3COOH si dissocia in: CH3COOH CH3COO - + H + Tabella ICE:

12 CH3COOH CH3COO - + H + I C -x +x +x E x x +x Ka = = ( x) x/(0.075-x) x/0.075 x = Ka /0.065 = 2.08* 10-5 [H + ]= x ; ph = -log[h + ] = ) La concentrazione dello ione Ca 2+, determinata in una soluzione satura di CaF2 (fluoruro di calcio), è M. Scrivere l equilibrio di dissociazione di CaF2 e calcolare il valore del prodotto di solubilità. CaF2 (s) Ca 2+ (aq) + 2 F - (aq) I C s 2s E s 2s Kps = s (2s) 2 = 4 s 3 =4 ( ) 3 = ) Una pila a concentrazione usa due semicelle Zn/Zn 2+. Le concentrazioni dello ione Zn 2+ nelle due semicelle sono le seguenti: 2.0 M nella semicella (a) e M nella semicella (b). Stabilire quale semicella è l anodo e quale il catodo e calcolare la f.e.m. della pila (reperire i potenziali standard nelle apposite tabelle). (a) Zn 2+ (aq)+2e- Zn(s) E= Eo /2 - log(1/[ Zn 2+ ]) [ Zn 2+ ] = 2.0 M Eo= V E = V (catodo)

13 (b) Zn 2+ (aq)+2e - Zn(s) E= Eo /2 - log(1/[ Zn 2+ ]); [ Zn 2+ ] = M; Eo= V E = V (anodo) f.e.m. = (-0.85) = 0.10 V

14 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 9 Settembre 2013 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli (1) Scrivere e bilanciare la reazione: Idrossido di Sodio + Acido Solforico = Solfato di Sodio + H2O Determinare quanti g di idrossido di sodio reagiscono con 5.0 g di acido solforico. La reazione bilanciata è: 2 NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2 H2O Massa molare di NaOH: 40.0 g, di H2SO4 : g 5 g/98.09 g = = n delle moli di H2SO4 in 5 g Poiché dai coefficienti stechiometrici si evince che 1 mole di H2SO4 reagisce con 2 moli di NaOH, se ne deduce che moli di H2SO4 reagiranno con moli di NaOH. Quindi i grammi di NaOH sono: = 4.08 g (2) Determinare la f.e.m. della pila ottenuta collegando un elettrodo standard ad idrogeno al semielemento Zn / Zn(CN)2 sol. satura //. Stabilire il catodo e l'anodo della pila e scrivere il processo chimico che è alla base del funzionamento di questa pila (Kps di Zn(CN)2 = ). La pila è composta da un elettrodo standard ad idrogeno e un elettrodo Zn/Zn 2+. Per l elettrodo standard ad idrogeno E = 0.0 V; per l elettrodo Zn/Zn 2+ bisogna calcolare il potenziale con la relazione: E = E 0.059/n log(1/[zn 2+ ]). La concentrazione di ioni Zn 2+ si ricava dal prodotto di solubilità di Zn(CN)2.

15 Zn(CN)2 Zn CN - Inizio: - - Cambiamento: s 2s Equilibrio: s 2s Kps = s (2s) 2 = 4s 3 s= M = [Zn 2+ ] E = E 0.059/2 log(1/ ) E = V E= V elettrodo standard ad idrogeno : Catodo, riduzione 2H + + 2e - H2 (g) elettrodo Zn/Zn 2+ : Anodo, ossidazione Zn(s) Zn e - fem = 0.0 ( 0.878) = V Processo globale: 2H + + 2e - + Zn(s) H2 (g) + Zn e - (3) Determinare la concentrazione di ioni Fe 3+ presente in una soluzione acquosa satura di FePO4 (Kps di FePO4 = ). Quale deve essere il valore della concentrazione di ioni fosfato per ridurre la concentrazione di ioni Fe 3+ a M? FePO4 Fe 3+ + PO4 3- Inizio: - - Cambiamento: s s Equilibrio: s s Kps = s s = s 2 s = M Se la concentrazione di ioni Fe 3+ è pari a M allora: [PO4 3- ] = / = M (4) Determinare il ph di una soluzione M di perclorato di potassio (KClO4).

16 Il perclorato di potassio deriva da una reazione tra un acido forte e una base forte, quindi è un sale che non dà reazione di idrolisi. Il ph della soluzione è 7.0.

17 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 1 Ottobre 2013 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli (1) Calcolare quante moli e quante molecole si trovano in 10.0 g di solfato di sodio. Il peso di una mole di solfato di sodio è: g. Numero moli : 10.0/ = mol Ogni mole contiene un numero di Avogadro di molecole (NA = ) Numero di molecole: = (2) Calcolare il ph della soluzione ottenuta mescolando ml di NH M con ml di NH4Cl M (Kb per NH3 : ). Con il mescolamento si forma una soluzione tampone. n di moli di NH M contenute in ml: : x = 1 : 0.100; x = ( )/1 = mol n di moli di NH4Cl 0.10 M contenute in ml: : x = 1 : 0.100; x = ( )/1 = mol Dopo il mescolamento: Volume finale : = ml Concentrazione di NH3 nella soluzione finale : /0.375 = M Concentrazione di NH4Cl nella soluzione finale : /0.375 = M NH4Cl in H2O è dissociato come: NH4Cl NH4 + + Cl -

18 NH3 + H2O NH4 + + OH - I C -x +x +x E ( x) ( x) x Kb = [NH4 + ][OH - ]/[ NH3] = x ( x) / ( x) circa uguale a: x (0.0667) / (0.0333) Kb = 2.00 x; x = ( )/2.00 = M x è la concentrazione di ioni OH - in soluzione. poh = -log[oh - ] = 5.0 ph = = 9.0 (3) Calcolare la solubilità molare del fluoruro di calcio in acqua pura e in presenza di cloruro di calcio 0.15 M (Kps del fluoruro di calcio : ). L equilibrio di solubilità del fluoruro di calcio in acqua è descritto dalla seguente relazione: CaF2 (s) Ca F - I - - C s 2s E s 2s Kps = [Ca 2+ ][ F - ] 2 = s (2s) 2 = 4s 3 3 s = Kps/4 3 = /4 = M In presenza di cloruro di calcio la solubilità del fluoruro di calcio cambia a causa della presenza dello ione a comune, cioè lo ione Ca 2+. CaCl2 Ca Cl -

19 La concentrazione di ioni Ca 2+ è uguale a quella di CaCl2. CaF2 (s) Ca F - I C s 2s E (0.15+s) 2s Kps = [Ca 2+ ][ F - ] 2 = (0.15+s) (2s) s 2 (si trascura s rispetto a 0.15) Kps = s 2 = 0.60 s 2 s = KPs/60 = /60 = M 4) Una cella voltaica consiste di una semicella Zn/Zn 2+ e di una semicella Ni/Ni 2+. Le concentrazioni inziali sono: [Zn 2+ ] = M e [Ni 2+ ] = 1.50 M. Calcolare il potenziale di cella e scrivere il processo chimico globale che avviene nella cella voltaica. I potenziali per le due semicelle sono : a) Ni 2+ +2e- Ni(s) E = E /2 log ([Ni 2+ ]); E = V; E = V b) Zn 2+ +2e - Zn(s) E = E /2 log ([Zn 2+ ]); E = V E = V Quindi a) è il catodo e b) è l anodo. f.e.m = (-0.79) = 0.57 V Il processo globale è: Ni 2+ +2e - Ni(s) Zn(s) Zn 2+ +2e Ni 2+ +2e - + Zn(s) Ni(s) + Zn 2+ +2e -

20 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 4 Novembre 2013 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) Calcolare la massa molecolare in grammi del glucosio, C6H12O6. Quanto pesano 2 moli di glucosio? Massa molecolare = 6 (12.01)+12 (1.008)+6 (16.00)=180.2 uma (o g/mol) Massa molecolare in grammi: (g/mol)/ (molecole/mol) = g/molecola Massa di una mole =180.2 g/mol Il peso di 2 moli è g =360.4 g 2) L ammoniaca può essere sintetizzata con la seguente reazione: H2(g) + N2(g) NH3(g) Bilanciare la reazione e determinare quanti g di NH3 si possono formare a partire da 5.22 kg di H2 (l altro reagente è in largo eccesso). La reazione bilanciata è: 3 H2(g) + N2(g) 2 NH3(g) Massa molare di H2: 2.02 g/mol; numero moli = /2.02 = Massa molare di NH3: g/mol Dai coefficienti stechiometrici della reazione si vede che: H2 produce /3 moli di NH3 = moli

21 Grammi di NH3 prodotti: moli g/mol = g 3) Determinare la concentrazione di ioni OH -, il ph e il poh di una soluzione 0.15 M di ammoniaca. (Kb di NH3 = ) In soluzione acquosa: NH3(aq) + H2O(l) NH4 + (aq) + OH - (aq) I C -x +x +x E (0.15-x) +x +x Kb = = [ NH4 + ] [OH - ]/[ NH3] = x 2 /(0.15-x) x 2 /(0.15) x = [OH - ] = = M poh = -log[oh - ] = -log( ) = 2.8 ph = = ) Si prenda in esame la pila a concentrazione Zn / Zn 2+ ; c0 // Zn ; 2c0 / Zn In questa pila c0 e 2c0 sono le concentrazioni di Zn nei due semielementi. Stabilire il catodo e l'anodo della pila e determinare la sua f.e.m. Per quale valore di concentrazione di Zn 2+ la pila smette di funzionare? I potenziali dei due semielementi sono:

22 a) Ea = E +(0.059/2) log [Zn 2+ ] = E + (0.059/2) log (c0) b) Eb = E +(0.059/2) log [Zn 2+ ] = E + (0.059/2) log (2c0) Il potenziale di b) è superiore, quindi b) è il catodo (riduzione) e a) è l anodo (ossidazione) f.e.m. = Ecatodo Eanodo = Eb Ea = (E + (0.059/2) log (2c0)) (E + (0.059/2) log (c0)) = = 0.059/2 log (2c0/c0) = 0.059/2 log (2) = V La pila smette di funzionare quando la concentrazione degli ioni Zn 2+ nelle semicelle diventa uguale, ossia pari a 1.5 c0

23 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 5 Febbraio 2014 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) Stabilire la natura acida (ph<7), basica (ph > 7) o neutra (ph = 7) delle soluzioni acquose dei seguenti sali: LiNO3, KClO4, NaCN, HCOONa, NH4Br LiNO3, soluzione neutra, ph = 7 KClO4, soluzione neutra, ph = 7 NaCN, soluzione basica, ph > 7 HCOONa, soluzione basica, ph > 7 NH4Br soluzione acida, ph < 7 2) Calcolare il ph della soluzione tampone in cui la concentrazione di un certo acido debole monoprotico è M e quella del suo sale sodico è M. La Ka dell'acido è pari a Tabella ICE: HA(aq) + H2O(l) <=> A?(aq) + H3O + (aq) Inizio: Cambiamento: -x +x +x Equilibrio: ( x) ( x) +x Ka = 10-5 = [A?] [H3O + ] /[ HA] = ( x) x /( x) ( ) x /( ) 10-5 = ( ) x /( ) x = = [H3O + ] ph = -log ( ) = 5.3

24 3) Determinare la solubilità di Pb(C2O4) (ossalato di Pb II ) sapendo che Kps = Determinare quanti grammi di Pb 2+ sono presenti in un litro di soluzione satura. Quale deve essere il valore della concentrazione di C2O4 2- nella soluzione satura per ridurre la concentrazione del catione a 10-8 M? Pb(C2O4) (s) <=> Pb 2+ (aq) + C2O4 2- (aq) Inizio - - Cambiamento s s Equilibrio s s Kps = = [Pb 2+ ] [C2O4 2- ] = s s = s 2 s = M = solubilità di Pb(C2O4) in una soluzione acquosa La concentrazione di ioni Pb 2+ è pari a M. Poiché una mole di ioni Pb 2+ pesa g, in soluzione sono presenti = g di ioni Pb 2+. Kps = [Pb 2+ ] [C2O4 2- ] = [Pb 2+ ] [C2O4 2- ]= 10-8 [C2O4 2- ] [C2O4 2- ]= /10-8 = M 4) Una pila è costituita dai seguenti semi-elementi: Pt/HCl (2.25 x 10-3 M) / H2 (P=1 bar) e Pt/Cl2 (P=1 bar) / KCl ( M) Identificare il catodo e l'anodo della pila; determinare la f.e.m. della pila; esplicitare il processo chimico globale che determina il funzionamento della pila. Si calcolano i potenziali di elettrodo con l'equazione di Nernst: 1) 2H + (aq) + 2e - H2 (g); E = 0 V E = E - log (1 /[H + ] 2 ) = 0 - (0.059/2) log (1 /[ ] 2 ) = V 2) Cl2 (g) + 2e - 2 Cl - (aq); E = 1.36 V E = E - log ([Cl - ] 2 ) = (0.059/2) log ([ ] 2 ) = 1.52 V

25 Il semielemento 2) ha il potenziale maggiore ed è il catodo (vi avviene una riduzione) mentre il semielemento 1) è l'anodo (vi avviene una ossidazione). f.e.m. = Ecatodo - Eanodo = 1.52-(-0.16) = 1.68 V Processo chimico globale: 1) H2 (g) 2 H + (aq) + 2e - 2) Cl2 (g) + 2e- 2 Cl- (aq) H2 (g) + Cl2 (g) + 2e - = 2H + (aq) + 2e Cl - (aq)

26 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 19 Febbraio 2014 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) Calcolare la molarità di una soluzione ottenuta sciogliendo 20.0 g di Na2CO3 10 H2O (carbonato di sodio decaidrato) in 500 ml di acqua. Quale è la concentrazione molare degli ioni Na + in soluzione? La massa molecolare del carbonato di sodio decaidrato è uma. Una mole di carbonato di sodio decaidrato pesa g. Numero moli: 20.0/ = mol Molarità : /0.500 = M Poiché Na2CO3 in acqua si dissocia come: Na2CO3 2 Na + + CO3 2- la concentrazione di ioni Na + sarà = 0.28 M 2) Calcolare il ph di una soluzione 0.42 M di formiato di sodio (HCOONa). La Ka dell'acido formico (HCOOH) è In soluzione acquosa : HCOONa HCOO - + Na + La concentrazione dell'anione HCOO - è uguale a quella del sale. L'anione HCOO - è la base coniugata di un acido debole e in acqua da reazione di idrolisi: HCOO - + H2O HCOOH + OH - Tabella ICE: HCOO - + H2O HCOOH + OH - Inizio Cambiamento -x +x +x Equilibrio 0.42-x +x +x Kb = [HCOOH][ OH - ]/[ HCOO - ] = x 2 /(0.42-x) = x 2 /0.42

27 Kb = Kw/Ka = / = = x 2 /0.42 x 2 = = x = [OH - ]= M poh = -log([oh - ]) = -log ( ) = 5.32 ph = 14 - poh = ) Determinare il prodotto di solubilità del sale PbSO4 (solfato di piombo) sapendo che in un litro di soluzione acquosa satura di questo sale sono presenti g di Pb 2+. Quale deve essere il valore della concentrazione di SO4 2- nella soluzione satura per ridurre la concentrazione del catione a 10-6 M? Tabella ICE: PbSO4 (s) Pb 2+ (aq) + SO4 2- (aq) I C s s E s s Kps = [Pb 2+ ][ SO4 2- ] = s s = s 2 s rappresenta la solubilità cioè la concentrazione molare dello ione Pb 2+ in soluzione satura. La concentrazione molare dello ione Pb 2+ in soluzione satura è la seguente: Il peso di una mole di ioni Pb 2+ è g. Il numero delle moli è /207.2 = mol La concentrazione molare in soluzione è /1 = M Kps = s 2 =( ) 2 = Da Kps = = [Pb 2+ ][ SO42-] = s s si ha : = [10-6 ][ SO4 2- ] = 10-6 s s = /10-6 = Questo valore rappresenta la concentrazione richiesta di ioni SO ) Una pila è costituita dai seguenti semi-elementi: Pt/HClO4 ( M) / H2 (P=1 bar) e

28 Pt/ H2 (P=1 bar) / NaClO4 ( M) Identificare il catodo e l'anodo della pila; determinare la f.e.m. della pila ; esplicitare il processo elettrochimico globale che determina il funzionamento della pila. Si calcolano i potenziali di elettrodo nelle due semicelle con l'equazione di Nernst: 1) 2H + (aq) + 2e - H2 (g) E = 0 V E = E - log (1 /[H + ] 2 ) = 0 - (0.059/2) log (1 /[ ] 2 ) = V 2) 2H + (aq) + 2e - H2 (g) E = 0 V In questo caso il sale presente in soluzione (NaClO4) non influisce sul ph. Quindi la concentrazione di ioni H + è 10-7 M. E = E - log (1 /[H + ] 2 ) = 0 - (0.059/2) log (1 /[10-7 ] 2 ) = V La semicella 1) è il catodo e la semicella 2) è l'anodo. f.e.m. = Ecatodo - Eanodo = (-0.41) = 0.26 V Processo elettrochimico globale: 1) 2H + (aq) + 2e - H2 (g) 2) H2 (g) 2H + (aq) + 2e - 2H + (aq) + H2 (g) + 2e - H2(g) + 2H + (aq) + 2e -

29 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 4 Aprile 2014 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) Bilanciare la reazione : Idrossido di Magnesio + Acido Solforico = Solfato di Magnesio + H2O e determinare la quantità in grammi di solfato di magnesio che si ottiene facendo reagire 5.70 g di idrossido con 10.0 g di acido (è indispensabile individuare il reagente in difetto e quello in eccesso). Le masse molecolari relative sono: Idrossido di Magnesio g/mol, Acido Solforico g/mol, Solfato di Magnesio g/mol. Equazione bilanciata: Mg(OH)2 + H2SO4 = MgSO4 + 2 H2O Numero di moli di Mg(OH)2 = 5.70/58.32 = mol Numero di moli di H2SO4= 10.0/98.08 = mol Mg(OH)2 è il reagente in difetto e determina la quantità di MgSO4 che si forma. Poiché i coefficienti stechiometrici di Mg(OH)2 e MgSO4 sono 1 e 1, moli di Mg(OH)2 produrranno moli di MgSO4. La quantità in grammi di MgSO4 è : = 11.8 g. 2) Il ph di una soluzione acquosa di acido acetico (CH3COOH) 0.10 M è Determinare la costante di dissociazione e il grado di dissociazione dell'acido. CH3COOH + H2O CH3COO - + H3O + I C -x +x +x E (0.10-x) x x Ka = [CH3COO - ] [H3O + ] / [CH3COOH] = x 2 / (0.10-x) x 2 / 0.10 x rappresenta la concentrazione di ioni H3O + che si ricava dal ph.

30 [H3O + ] = = x 2 = ( ) 2 = Ka = x 2 / 0.10= /0.10 = Il grado di dissociazione è dato da ( /0.10) 100 =1.35 3) Calcolare la concentrazione dell'idrossido di calcio (Ca(OH)2) in una soluzione satura, sapendo che il suo Kps è Ca(OH)2 (s) Ca 2+ (aq) + 2OH - (aq) I - - C +s +2s E s 2s Kps = = [Ca 2+ ] [OH - ] 2 = s (2s) 2 = 4s 3 s 3 = ( /4) = s = = = M s rappresenta la solubilità, espressa in moli per litro, dello ione Ca 2+ ma anche dell'idrossido di calcio Ca(OH)2. 4) Una cella voltaica è costituita dai seguenti semi-elementi: 1)Pt Fe 3+ (aq, 0.20 M), Fe 2+ (aq, 0.10 M) e 2)Pt H2(p = 1 bar) HCl (aq, 0.10 M). Identificare il catodo e l'anodo, calcolare la f.e.m. della pila e scrivere il processo elettrochimico globale. 1) Fe 3+ (aq) + 1e - Fe 2+ (aq); E = 0.77 V E = E - (0.0592/1) log ([Fe 2+ ]/[Fe 3+ ]) = (0.0592/1) log(0.10/0.20) = V 2) 2H + (aq)+ 2e - H2 (g); E = 0.00 V La concentrazione di ioni H + in soluzione è determinata da HCl: HCl H + + Cl - (la concentrazione di ioni H + è la stessa di HCl). Quindi: E = E - (0.0592/2) log ([H2(g)]/[H + ] 2 ) = (0.0592/2) log(1/(0.1) 2 ) = V 1) è il catodo e 2) è l'anodo.

31 f.e.m. = ( ) = V Processo globale: Fe 3+ (aq) + 1e- Fe 2+ (aq) x 2 H2 (g) 2 H + (aq)+ 2e Fe 3+ (aq) + 2e - + H2 (g) 2Fe 2+ (aq) + 2H + (aq)+ 2e -

32 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 4 Giugno 2014 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) Bilanciare la redox: Cu(s) + H + (aq) + NO 3- (aq) Cu 2+ (aq) + NO(g) + H2O Determinare quanti grammi di Cu(s) bisogna far reagire per ottenere una mole di NO(g). Cu(s) Cu 2+ (aq) + 2e - x3 4H + (aq) + NO 3- (aq) + 3e - NO(g) + 2H2O x Cu(s) + 8H + (aq) + 2NO 3- (aq) 3Cu 2+ (aq) + 2NO(g) + 4H2O Dalla equazione bilanciata si vede che 3 moli di Cu(s) producono 2 moli di NO(g). Quindi si imposta la seguente proporzione: 3 : 2 = x : 1 x = 1 3/2 = 1.5 = numero di moli di Cu(s) I grammi di Cu(s) necessari sono = g. 2) Determinare le concentrazioni all'equilibrio di tutte le specie ioniche presenti in una soluzione acquosa di a) acido nitrico M e b) acido acetico 2.0 M (Ka = ). L'acido nitrico è un acido forte. In soluzione si dissocia completamente. HNO3 + H2O NO 3- + H3O + All'equilibrio la concentrazione di ioni NO 3- e H3O + è uguale a M (uguale a quella dell'acido di partenza). L'acido acetico è un acido debole. In soluzione si dissocia secondo il seguente equilibrio: CH3COOH + H2O CH3COO - + H3O + I C -x +x +x E (2.0-x) +x +x

33 Ka = = ([CH3COO - ] [H3O + ])/[CH3COOH] = x 2 /(2.0-x) x 2 /(2.0) x = [CH3COO - ] e [H3O + ] = M 3) Il prodotto di solubilità del carbonato di argento (Ag2CO3) in acqua è pari a Determinare la solubilità del sale. Ag2CO3 (s) 2Ag + (aq) + CO3 2- (aq) I - - C 2s s E 2s s Kps = = (2s) 2 s = 4s 3 3 s = /4 = M s rappresenta la solubilità del carbonato di argento. 4) Una pila è costituita dai seguenti semi-elementi: semi-elemento A: Pt/ MnO 4- (aq), 1.50 M ; Mn 2+ (aq), 1.00 M; ph=2; E = 1.51 V semi-elemento B: Pb/ Pb 2+ (aq), 1.00 M; E = V Stabilire il catodo e l'anodo della pila, la sua f.e.m e scrivere la reazione di ossido-riduzione associata alla pila. MnO 4- (aq) + 8H + + 5e - Mn 2+ (aq) + 4H2O E = E - (0.0592/5) log ([Mn 2+ ]/[ MnO 4- ][H + ] 8 ) [H+] = 10 -ph = 10-2 M E = (0.0592/5) log (1.00/ 1.50 (10-2 ) 8 ) = 1.70 V Catodo Pb 2+ (aq) + 2e - Pb(s) E = E - (0.0592/2) log (1/ [Pb 2+ ]) = V f.e.m.= (-0.13) = 1.83 V Anodo

34 Processo globale: MnO 4- (aq) + 8H + + 5e - Mn 2+ (aq) + 4H2O x2 Pb(s) Pb 2+ (aq) + 2e - x MnO 4- (aq) + 16H e - + 5Pb(s) 2Mn 2+ (aq) + 8H2O + 5Pb 2+ (aq) + 10e -

35 Corso di Laurea in Scienze Naturali Esame scritto di Chimica Generale ed Inorganica - 2 Luglio 2014 Prof. Luigi Bencivenni, Prof. Anna Rita Campanelli 1) a) Determinare la massa molecolare di CuSO4 in unità di massa atomica. b) Determinare la massa in grammi corrispondente ad una mole di molecole di CuSO4. c) Determinare la massa in grammi di una molecola di CuSO4. d) Quante molecole di CuSO4 sono contenute in una mole di questo sale? e) Quante molecole di CuSO4 sono contenute in 0.10 moli di questo sale? a) La massa molecolare di CuSO4 vale unità di massa atomica; b) Una mole di molecole di CuSO4 hanno una massa pari a g; c) massa molecola = massa UNA MOLE/N Avogadro = / = g; d) Una mole di CuSO4 contiene: n molecole= n moli numero di Avogadro = = molecole; e) In 0.10 moli di questo sale sono contenute: n molecole= n moli numero di Avogadro = = molecole; 2) Calcolare il ph delle seguenti soluzioni saline: a) soluzione 0.10 M di NaCl e b) soluzione 0.2 M di NH4Cl (la Kb di NH3 è ). Il ph di una soluzione salina 0.10 M di NaCl è 7.00 (non c'è idrolisi salina). Una soluzione 0.2 M di NH4Cl dà luogo ad idrolisi salina perché lo ione NH4 + proveniente dal cloruro di ammonio (NH4Cl) è l'acido coniugato della base debole NH3. NH4Cl NH4 + + Cl - NH4 + (aq) + H2O (l) NH3+(aq) + H3O + (aq) I C -x +x +x E ( 0.2-x) +x +x