SOLUZIONI COMPITO PARZIALE CHIMICA

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1 SOLUZIONI COMPITO PARZIALE CHIMICA A) Il permanganato di potassio reagisce con il cloruro di potassio in presenza di acido nitrico in eccesso dando luogo alla formazione di nitrato di potassio, nitrato di manganese (II), cloro molecolare ed acqua. Bilanciare la reazione con il metodo ionico-elettronico e calcolare il volume di cloro, misurato a 35 C e 698 torr, che si può ottenere facendo reagire 1.5 L di una soluzione acquosa di permanganato di potassio avente concentrazione 0.35 mol L -1 con 1.5 kg di una soluzione acquosa di cloruro di potassio avente molalità 0.51 mol kg -1, noto che la reazione ha un rendimento del 91%. KMnO 4 + KCl + HNO 3 KNO 3 + Mn(NO 3 ) 2 + Cl 2 + H 2 O Semireazione di riduzione: MnO e - + 8H 3 O + Mn H 2 O 2 Semireazione di ossidazione: 2Cl - Cl 2 + 2e - 5 2MnO H 3 O Cl - 2Mn H 2 O + 5Cl 2 2KMnO KCl + 16HNO 3 2 Mn(NO 3 ) 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O + 12KNO 3 n KMnO4 =0.35 mol L L = mol Calcolo le moli di cloruro di potassio: in 1.5 Kg di soluzione acquosa ho n KCl per cui conoscendo la molalità posso scrivere: 0.51 mol Kg -1 = n KCl /kg H2O = n KCl /(1.5kg - n KCl kg mol -1 ) n KCl = n KCl n KCl = 0.765/1.038 = mol Vedo qual è il reagente in difetto. n KMnO4 / n KCl = 0.525/0.737 = > 2/10 Il reagente in difetto è il KCl. Moli di Cl 2 ottenibili teoricamente dalla reazione = ½ n KCl = mol Resa % = (moli Cl 2 ottenute realmente/moli Cl 2 ottenibili teoricamente dalla reazione) 100 = 91 moli Cl 2 ottenute realmente = (91/100) mol = mol V = n Cl2 RT/P = ( mol L atm K -1 mol K)/(698/760) = 9.23 L 1B) Il benzene (C 6 H 6 ) reagisce con manganato di sodio in presenza di acido solforico in eccesso dando luogo alla formazione di diossido di carbonio, solfato di manganese (II), solfato di sodio ed acqua. Bilanciare la reazione con il metodo ionico-elettronico e calcolare il volume di diossido di carbonio, misurato a 40 C e 635 torr, che si può ottenere facendo reagire 2.5 L di una soluzione acquosa di manganato di sodio avente concentrazione 0.48 mol L -1 con 150 ml di benzene liquido (d = g ml -1 ), noto che la reazione ha un rendimento del 79%. C 6 H 6 + Na 2 MnO 4 + H 2 SO 4 CO 2 + MnSO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O

2 Semireazione di riduzione: MnO e - + 8H 3 O + Mn H 2 O 15 Semireazione di ossidazione: C 6 H H 2 O 6CO e - +30H 3 O + 2 2C 6 H MnO H 3 O H 2 O 12CO Mn H 2 O + 60H 3 O + 2C 6 H MnO H 3 O + 12CO Mn H 2 O 2C 6 H Na 2 MnO H 2 SO 4 12CO MnSO 4 +15Na 2 SO H 2 O n Na2MnO4 =0.48 mol L L = 1.2 mol massa benzene = ρ V = g ml ml = g n benzene = g/78.11 g mol -1 = 1.68 mol Vedo qual è il reagente in difetto. N Na2MnO4 / n benzene = 1.2/1.68 = 0.72 < 15/2 Il reagente in difetto è Na 2 MnO 4. Moli di CO 2 ottenibili teoricamente dalla reazione = (12/15) n Na2MnO4 = 0.96 mol Resa % = (moli CO 2 ottenute realmente/moli CO 2 ottenibili teoricamente dalla reazione) 100 = 79 moli CO 2 ottenute realmente = (79/100) 0.96 mol = mol V = n CO2 RT/P = ( mol L atm K -1 mol K)/(635/760) = L 1C) L anidride cromosa reagisce con nitrato di potassio per dare acido cromico e nitrito di potassio. Calcolare i grammi di anidride cromosa che devono essere utilizzati per ottenere 425 ml di una soluzione di acido cromico al 22,5% in peso ed avente densità pari a 1332 Kg/m 3. Si consideri il rendimento della reazione pari al 78 %. Cr 2 O H 2 O 2 CrO e H + NO e H + NO H 2 O (x 3) Cr 2 O KNO H 2 O 2 H 2 CrO KNO 2 d = 1332 Kg/m 3 = 1,332 g/ml m(h 2 CrO 4 ) = V d = 566,1 g 22,5 : 100 = x : 566,1 m(h 2 CrO 4 ) = 127,37 g n(h 2 CrO 4 ) = g/pm = 1,08 mol n(cr 2 O 3 ) = [n(h 2 CrO 4 ) /2] /0,78 = 0,69 mol g(cr 2 O 3 ) = n PM = 104,9 g 1D) Il bicromato di potassio reagisce con acido solfidrico gassoso (in presenza di acido solforico) per dare solfato di cromo (III), zolfo elementare e solfato di potassio. Calcolare il volume di acido solfidrico, misurato a c.n., necessario per ottenere 507 mg di solfato di cromo(iii), considerando che la reazione procede con un rendimento del 67%.

3 Cr 2 O e H + 2 Cr H 2 O S 2- S + 6 e - (x 3) K 2 Cr 2 O H 2 S + 4 H 2 SO 4 Cr 2 (SO 4 ) S + 7 H 2 O + K 2 SO 4 n[cr 2 (SO 4 ) 3 ] = g / PM = 1, mol n(h 2 S) = n[cr 2 (SO 4 ) 3 ] x 3 / 0,67 = 5, mol V(H 2 S) = n R T / p = 0,1298 l = 129,8 ml 2A) Calcolare di quanti gradi aumenta la temperatura di 7.0 kg di acqua se questa viene riscaldata utilizzando il calore sviluppato dalla combustione di 5.5 L di etano (C 2 H 6 ) gassoso (misurati a 20 C e 1.0 atm) sapendo che l entalpia molare standard di formazione dell etano gassoso, del diossido di carbonio gassoso e dell acqua liquida valgono rispettivamente: kj/mol, kj/mol e kj/mol. [Il calore specifico dell acqua è pari a J/g K]. C 2 H 6(g) + 7/2O 2(g) 2CO 2(g) + 3H 2 O (l) 1 H 0 comb(etano) = 2 1 H 0 f(co 2(g) ) H 0 f(h 2 O (l) ) - 1 H 0 f(etano) = 2( kj mol -1 ) + 3( kj mol -1 ) (-83.8 kj mol -1 ) = kj mol -1 Moli etano = PV/RT = (1.0 atm 5.5 L)/( L atm K -1 mol K) = mol Calore sviluppato dalla combustione dell etano = mol kj mol -1 = kj Q = m c p T T = Q/m c p = J/( g J g -1 K -1 ) = 12.2 C 2B) Data l entalpia molare standard della seguente reazione di idrogenazione: C 15 H 14 O 2 + H 2 C 15 H 16 O 2 (nabumetone, potente antiinfiammatorio) pari a - 510,4 KJ/mol, calcolare l entalpia molare standard di combustione del nabumetone, note le entalpie molari standard di combustione del C 15 H 14 O 2 (- 2240,0 KJ/mol), e l entalpia molari standard di formazione dell H 2 O (- 285,8 KJ/mol). Calcolare inoltre i grammi di nabumetone da bruciare per ottenere 3023,1 J. C 15 H 14 O /2 O 2 15 CO H 2 O C 15 H 14 O 2 + H 2 C 15 H 16 O 2 H 2 + 1/2 O 2 H 2 O 1 H = ,0 KJ/mol 2 H = - 510,4 KJ/mol 3 H = - 285,8 KJ/mol C 15 H 16 O O 2 15 CO H 2 O x H =? x H = + 1 H - 2 H + 3 H = ,4 KJ/mol n = Q / x H = 0,0015 mol g(c 15 H 16 O 2 ) = n PM = 0,0015 mol 228, 29 g/mol = 0,3424 g

4 2C) Il nabumetone (C 15 H 16 O 2 ), un potente antiinfiammatorio si ottiene dalla seguente reazione di idrogenazione: C 15 H 14 O 2 + H 2 C 15 H 16 O 2 Noti i valori delle entalpie molari standard di combustione del C 15 H 14 O 2 (- 2237,0 KJ/mol) e del nabumetone (- 2016,7 KJ/mol), calcolare l entalpia molare standard della reazione di idrogenazione. Calcolare inoltre il calore sviluppato dalla idrogenazione di 5,7 g di C 15 H 14 O 2 [l entalpia molare standard di formazione dell H 2 O è pari a - 285,8 KJ/mol]. C 15 H 14 O /2 O 2 15 CO H 2 O C 15 H 16 O O 2 15 CO H 2 O H 2 + 1/2 O 2 H 2 O 1 H = ,0 KJ/mol 2 H = ,7 KJ/mol 3 H = - 285,8 KJ/mol x H = 1 H - 2 H + 3 H = - 506,1 KJ/mol n(c 15 H 14 O 2 ) = g/pm = 5,7 g / 226, 27 g/mol = 0,025 mol Q = n x H = 12,65 kj 2D) Il calore sviluppato dalla combustione 30 ml di ottano (C 8 H 18 ) liquido viene utilizzato per riscaldare 11.0 kg di glicol etilenico (C 2 H 6 O 2 ) la cui temperatura viene innalzata da 25 C a 63 C. Calcolare il calore specifico del glicol etilenico sapendo che l entalpia molare standard di formazione dell ottano liquido, del diossido di carbonio gassoso e dell acqua liquida valgono rispettivamente: kj/mol, kj/mol e kj/mol e che la densità dell ottano è pari a g ml -1. C 8 H 18(l) + 25/2O 2(g) 8CO 2(g) + 9H 2 O (l) 1 H 0 comb(ottano) = 8 1 H 0 f(co 2(g) ) H 0 f(h 2 O (l) ) - 1 H 0 f(ottano) = 8( kj mol -1 ) + 9( kj mol -1 ) ( kj mol -1 ) = kj mol -1 Massa ottano = ρ V = g ml ml = g Moli ottano = massa/m = g/ g mol -1 = mol Calore sviluppato dalla combustione dell ottano = mol kj mol -1 = kj Q = m c p T c p = Q/m T = J/( g 38 K) = 2.41 J g -1 K -1 3A) Un certo composto organico solido, di natura non elettrolitica, presenta la seguente percentuale in peso: C = 60,00 %; H = 13,33%; O = 26,67 %. 5,77 g del composto vengono sciolti in 500,0 g di etanolo (C 2 H 5 OH) a 25 C. La soluzione presenta una pressione di vapore della soluzione pari a 0,669 atm. Si determini la formula molecolare del composto. [p (etanolo)25 C = 0,671 atm] Se considero 100 g di composto avrò: g(c) = 60,00 g da cui n(c) = g/pa = 5,00 mol /1,67 = 3

5 g(h) = 13,33 g da cui n(h) = g/pa = 13,33 mol = 8 g(o) = 26,67 g da cui n(o) = g/pa = 1,67 mol = 1 La formula minima sarà: C 3 H 8 O p = p (EtOH) X(EtOH) = p (EtOH) (1 - X sol ) X sol = 2, n(etoh) = g/pm = 10,85 mol n sol = 0,032 mol PM(soluto) = g/n = 180,7 g/mol La formula molecolare sarà: C 9 H 24 O 3 3B) Un certo composto organico solido, di natura non elettrolitica, presenta la seguente percentuale in peso: C = 32,00 %; H = 4,00 %; O = 64,00 %. 3,75 g del composto vengono sciolti in 500,0 g di benzene (C 6 H 6 ) a 25 C. La soluzione presenta una pressione di vapore pari a 641,5 torr. Si determini la formula molecolare del composto. [p (benzene)25 C = 644,0 torr] Se considero 100 g di composto avrò: g(c) = 32,00 g da cui n(c) = g/pa = 2,67 mol /2,67 = 1 g(h) = 4,00 g da cui n(h) = g/pa = 4,00 mol = 1,5 g(o) = 64,00 g da cui n(o) = g/pa = 4,00 mol = 1,5 La formula minima sarà: C 2 H 3 O 3 p = p (benzene) X(benzene) = p ( benzene) (1 - X sol ) X sol = 3, n(benzene) = g/pm = 6,401 mol n sol = 0,025 mol PM(soluto) = g/n = 150,0 g/mol La formula molecolare sarà: C 4 H 6 O 6 3C) Una soluzione acquosa di cloruro di calcio ha una pressione osmotica, a 30 C, pari a atm. Determinare la temperatura di ebollizione della soluzione sapendo che la densità della soluzione è pari a g cm -3. Calcolare inoltre la quantità di ghiaccio che si dovrebbe separare, da 1 kg di solvente, affinché la temperatura di congelamento della fase liquida diventi -20 C. (Per l acqua K eb = K kg mol -1 e K cr = 1.86 K kg mol -1 ). CaCl 2 Ca Cl - ν = 3 π = νcrt = atm L -1 c = π/νrt =52.12 atm/( L atm K -1 mol K) = mol T eb = K eb m ν Calcolo m = n soluto /kg solvente :

6 1 L di soluzione contiene mol di CaCl 2 e ha una massa pari a ρ V = 1071 g L -1 1L =1071 g = kg; la massa di acqua in 1L di soluzione è: kg mol kg mol -1 = kg m = mol/0.994 kg = mol kg -1 T eb = K kg mol mol kg -1 3 = 1.08 K T eb = = K = C T = K cr m ν = 1.86 K kg mol mol kg -1 3 = 3.92 K T congelamento della soluzione = C Calcolo la molalità della soluzione alla temperatura di congelamento di -20 C. 20 = 1.86 m 3 m = 3.58 mol kg -1 Poiché le moli di soluto sono sempre le stesse, la molalità è aumentata perché in soluzione ho una minore quantità di acqua, a causa della formazione di ghiaccio. Calcolo l acqua nella soluzione a -20 C e quindi la quantità di ghiaccio che si è formata mol kg -1 = moli soluto/kg di acqua = (0.698 mol)/kg di acqua kg di acqua = mol/3.58 mol kg -1 = kg Ghiaccio formatosi = =0.804 kg = 804 g 3D) In 350 ml di acqua sono sciolti 3 g di cloruro di sodio. Determinare la pressione osmotica (a 0 C) e la temperatura di congelamento della soluzione. Calcolare inoltre la quantità di ghiaccio che si dovrebbe separare affinché la temperatura di congelamento della fase liquida diventi -10 C. (Per l acqua K cr = 1.86 K kg mol -1, si assuma la densità dell acqua pari a 1.0 kgl -1 ) π = νcrt = 2 [(3/58.45)/0.35] = 6.58 atm T = K cr ν m = 1.86 K kg mol -1 2 [(3/58.45)mol/0.35kg] = 0.55 K T congelamento della soluzione = C 10 = m m = 2.69 mol kg mol kg -1 = (3/58.45)mol/kg di acqua] kg di acqua = kg = 19 g Ghiaccio formatosi = = 331 g

7 Scrivere la formula di struttura dei seguenti composti indicando l ibridizzazione dell atomo centrale e la corrispondenza con il modello VSEPR. Anidride nitrosa Ione diidrogeno(orto)fosfato Tricloruro di iodio sp 3 (O); sp 2 (N); AX 2 E 2 (O); AX 2 E (N) sp 3 ; AX 4 AX 3 E 2 Anidride clorosa Ione idrogeno(orto)fosfafo Tetrabromuro di zolfo sp 3 (O); sp 3 (Cl); AX 2 E 2 (O); AX 2 E 2 (Cl) sp 3 ; AX 4 AX 4 E Anidride antimoniosa Ione diidrogeno(orto)silicato Tetraioduro di selenio sp 3 (O); sp 2 (Sb); AX 2 E 2 (O); AX 2 E (Sb) sp 3 ; AX 4 AX 4 E Anidride iodosa Ione idrogeno(orto)borato Pentafluoruro di bromo sp 3 (O); sp 3 (I); AX 2 E 2 (O); AX 2 E 2 (I) sp 2 ; AX 3 AX 5