ANNO ACCADEMICO Corso di Laurea in SCIENZE BIOLOGICHE (Corso A)

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1 ANNO ACCADEMICO Corso di Laurea in SCIENZE BIOLOGICHE (Corso A) Corso di CHIMICA I - Titolare: Prof. P. Capezzuto Si riportano alcuni quesiti tipici sugli argomenti svolti durante le lezioni. Per alcuni di essi sono riportati i risultati o indicazioni utili per rispondere in modo corretto. Ulteriori chiarimenti possono essere chiesti al docente durante le lezioni, nelle ore di ricevimento o per posta elettronica ( capezzuto@chimica.uniba.it). Si raccomanda un uso strettamente personale del contenuto di questo file e si ricorda che qualunque forma di commercializzazione è severamente vietato dalle leggi vigenti. Atomi, molecole e legami chimici Illustrare la struttura dell'atomo secondo la teoria quantistico-ondulatoria, partendo dal modello planetario di Rutherford. Sistema periodico degli elementi e Tabella di Mendeleev. Definire il potenziale di ionizzazione, l'affinità elettronica e l'elettronegatività e descrivere la loro variazione nella tabella periodica. Partendo dalla struttura elettronica degli atomi, descrivere e disegnare le formule di struttura delle seguenti molecole, secondo le teorie di Lewis, Valence bond (V.B.) e Molecular Orbital (M.O.): H 2 F 2 O 2 N 2 Partendo dalla struttura elettronica degli atomi, descrivere e disegnare le formule di struttura delle seguenti molecole, secondo la teoria V.B.: CH 4, C 2 H 4, C 2 H 2, SO 2, SO 3, H 2 SO 4, HNO 3,BF 3, NH 3, H 2 O

2 Scrivere le formule di struttura di alcune molecole come esempi di legame dativo. Scrivere le formule di struttura di alcune molecole come esempi del concetto di risonanza e spiegarne il significato. Ibridizzazione di orbitali ed esempi di applicazione in alcune molecole. Legame metallico. Le proprietà metalliche spiegate attraverso la teoria delle bande. Calcoli stechiometrici e rapporti ponderali in reazioni chimiche Peso atomico. Peso molecolare, Mole, Peso molare. Data la reazione: calcolare: - i grammi di CaCl 2 che si ottengono, mettendo a reagire 73 g di HCl (R: 111,1 g) - i grammi di H 2 O che si ottengono, mettendo a reagire 222,3 g di Ca(OH) 2 (R: 108 g) Data la stessa reazione del punto precedente, individuare l agente limitante e calcolare le moli di tutti i composti presenti a fine reazione, note le moli iniziali riportate nei seguenti schemi: (Moli iniziali) i 10 10

3 (Moli finali) f limitante: HCl (Moli iniziali) i 20 8 (Moli finali) f limitante: Ca(OH) 2 (Moli iniziali) i (Moli finali) f limitante: entrambi (Moli iniziali) i (Moli finali) f limitante: (Moli iniziali) i (Moli finali) f limitante: (Moli iniziali) i (Moli finali) f limitante: (Moli iniziali) i 15 8

4 (Moli finali) f limitante: (Moli iniziali) i 16 7,5 (Moli finali) f limitante: Suggerimenti: 1. Calcolare il numero delle moli dei prodotti di reazione (a destra della freccia) dal rapporto in cui stanno con il numero di moli del reagente limitante (assente a fine reazione). 2. Determinare l'agente limitante facendo a piacere una delle due ipotesi (il 1 o il 2 reagente), calcolare il numero di moli dell'altro reagente necessarie a farlo reagire completamente e confrontarlo con il numero di moli dato dal problema. Se quest'ultimo numero è maggiore di quello calcolato, l'ipotesi fatta è valida; se è minore, il limitante è l'altro reagente. Se invece il numero è uguale a quello calcolato, entrambi i reagenti si consumano completamente e non saranno più presenti a fine reazione. Esercitarsi con la generica reazione: 3A + 2B C + 4D o con coefficienti stechiometrici diversi, mettendo numeri di moli di reagenti a piacere (anche non interi) e calcolando il numero delle moli finali, dopo aver individuato l'agente limitante. Esempio: 3A + 2B C + 4D i f Nomenclatura e formule di composti 1. Scrivere le formule dei seguenti composti: (a) Nitrato di calcio (b) Cianuro di alluminio (c) Cloruro di Fe(III) 1a. Scrivere le formule dei seguenti composti: (a) Fosfato di sodio (b) Nitrato di alluminio (c) Cloruro di magnesio

5 1b. Scrivere le formule dei seguenti composti: (a) Solfato di calcio (b) Ipoclorito di magnesio (c) Carbonato di Fe(II) 1c. Scrivere le formule dei seguenti composti: (a) Carbonato di ammonio (b) Solfato di magnesio (c) Perclorato di calcio 1d. Scrivere le formule dei seguenti composti: (a) clorato di magnesio (b) Solfato di Fe(III) (c) Nitrato di berillio 1e. Scrivere le formule dei seguenti composti: (a) Carbonato di litio (b) Clorito di alluminio (c) Solfato di sodio Indicazioni: Derivare le formule dei composti da quelle dell'acido da cui derivano (Es: nitrato di calcio da acido nitrico (HNO 3 ), fosfato di sodio da acido fosforico (H 3 PO 4 ) ). Reazioni acido-base e calcolo delle moli 2. Completare e bilanciare la seguente reazione acido-base: Fe(OH) 2 + H 3 PO 4 e calcolare le moli di tutti i composti a fine reazione, se si mettono a reagire 7 moli di base con 4 moli di acido. (R: 1 mole di base, 0 moli di acido, 2 moli di sale, 12 moli di acqua). 2a. Completare e bilanciare la seguente reazione acido-base: Mg(OH) 2 + HClO 4 e calcolare le moli di tutti i composti a fine reazione, se si mettono a reagire 3 moli di base con 8 moli di acido. (R: 0 moli di base, 2 moli di acido, 3 moli di sale, 6 moli di acqua). 2b. Completare e bilanciare la seguente reazione acido-base: Al(OH) 3 + HClO e calcolare le moli di tutti i composti a fine reazione, se si mettono a reagire 8 moli di base con 21 moli di acido. (R: 1 mole di base, 0 moli di acido, 7 moli di sale, 21 moli di acqua).

6 Indicazioni: dopo aver scritto i prodotti della reazione (sale + acqua), bilanciarla e scrivere lo schema con moli iniziali e finali. Per calcolare il numero di moli finali, individuare prima l'agente limitante. Reazioni redox 2c. Bilanciare la seguente reazione redox: a Cr 2 O 3 + b NaNO 3 + c NaOH d Na 2 CrO 4 + e NO + f H 2 O e calcolare per ciascun reagente le moli necessarie a formare 7 moli di NO. R: , d. Bilanciare la seguente reazione redox: a MnO 2 + b HCl c MnCl 2 + d Cl 2 + e H 2 O e calcolare per ciascun reagente le moli necessarie a formare 4 moli di Cl 2. R: e. Bilanciare la seguente reazione redox: a NaI + b MnO 2 + c H 2 SO 4 d MnSO 4 + e NaHSO 4 + f I 2 + g H 2 O e calcolare per ciascun reagente le moli necessarie a formare 5 moli di I 2. R: Indicazioni: Nel primo rigo dei risultati si trovano, allineati, i coefficienti stechiometrici che vengono fuori dal bilancio redox; nel secondo si trovano le risposte al problema o o o o o

7 Bilancio di reazioni redox e relativi problemi Bilanciare le seguenti reazioni redox: 3. a K 2 Cr 2 O 7 + b H 2 S + c H 2 SO 4 d Cr 2 (SO 4 ) 3 + e S + f K 2 SO 4 + g H 2 O R: a. a Cu + b HNO 3 c Cu(NO 3 ) 2 + d NO + e H 2 O R: b. a KMnO 4 + b HCl c KCl + d MnCl 2 + e Cl 2 + f H 2 O R: c. a MnO 2 + b HCl c MnCl 2 + d Cl 2 + e H 2 O R: d. a K 2 MnO 4 + b H 2 O c KMnO 4 + d MnO 2 + e KOH R: e. Bilanciare la seguente reazione redox: a Cr 2 O 3 + b NaNO 3 + c NaOH d Na 2 CrO 4 + e NO + f H 2 O e calcolare per ciascun reagente le moli necessarie a formare 7 moli di NO. R: , f. Bilanciare la seguente reazione redox: a MnO 2 + b HCl c MnCl 2 + d Cl 2 + e H 2 O e calcolare per ciascun reagente le moli necessarie a formare 4 moli di Cl 2. R: g. Bilanciare la seguente reazione redox: a NaI + b MnO 2 + c H 2 SO 4 d MnSO 4 + e NaHSO 4 + f I 2 + g H 2 O

8 e calcolare per ciascun reagente le moli necessarie a formare 5 moli di I 2. R: Indicazioni (per gli esercizi a partire dal 3e): Nel primo rigo dei risultati si trovano, allineati, i coefficienti stechiometrici che vengono fuori dal bilancio redox; nel secondo si trovano le risposte al problema. Calcoli di ph 4. Calcolare il ph di una soluzione di CH 3 COOH 10-2 M (K a = 1, ). (R: ph = 3,37) 4a. Calcolare il ph di una soluzione ottenuta sciogliendo 0,5g di NaOH in 250ml di acqua. (R: ph = 12,7) 4b. Calcolare il ph di una soluzione contenente 12,6 mg di HNO 3 in 37 ml di acqua. (R: ph = 2,27) 4c. Calcolare il ph di una soluzione contenente 1 mg/l di HCN (K a = ). (R: ph = 6,98) 4e. Calcolare la concentrazione idrogenionica (di ioni H 3 O + ) di una soluzione con ph = 9,35. (R: [H 3 O + ]= 4, ) 4f. Calcolare il ph ed il poh di una soluzione di H 2 SO 4 M/50. (R: ph = 1,40; poh = 12,60) 4g. Calcolare il ph di una soluzione M/100 di NH 4 NO 3, sapendo che K NH4 OH = 1, (R: ph = 5,63) 4h. Calcolare il ph di una soluzione 0,1 M di ipoclorito di sodio, sapendo che la costante di dissociazione dell acido ipocloroso è K a = 2, (R: ph = 10,27) 4i. A 250 ml di una soluzione M/10 di acido formico (HCOOH) vengono aggiunti 3 grammi di formiato potassico (HCOOK). Calcolare il ph della soluzione, sapendo che K a = 2, (R: ph = 3,85) 4l. Calcolare il ph di una soluzione ottenuta miscelando 30 ml di HCl 0,5M e 5 ml di NaOH 1M. (R: ph = 0,54) 4m. Ad una soluzione di 20 ml di acido acetico 0.03N si aggiungono 30 ml di idrossido di sodio 0.02N. Calcolare il ph della soluzione iniziale di acido ed il ph della soluzione dopo l'aggiunta della base (K a = 1, ). (R: ph 1 = 3,13; ph 2 = 8,41) 4n. Calcolare il ph della soluzione ottenuta miscelando 200 ml di HNO 3 5x10-3 N con 300 ml di NH 4 OH 5x10-2 N (K b = 1, ). (R: ph = 10,40) 4o. Calcolare il ph della soluzione ottenuta miscelando 400 ml di idrossido di calcio 0.04 N con 200 ml di HCl 0.05 M. (R: ph = 12,00) Indicazioni (per esercizi a partire da 4l): Scrivere la reazione quantitativa fra acido e base e bilanciarla. Impostare lo schema con moli iniziali e finali e calcolare il ph finale prendendo in considerazione solo le moli presenti a fine reazione (individuando anche i casi in cui c'è idrolisi salina o soluzione tampone).

9 Proprietà colligative 5. Calcolare quanti grammi di Fe 2 (CO 3 ) 3 si devono sciogliere in 1200 g di acqua per farla bollire a 102 C (k eb( H2O)=0,52 C.Kg/mole). (R: 269,5 g) 5a. Calcolare la normalità di una soluzione di FeCl 3 che a 30 C presenta una pressione osmotica di 49,72 atm. (R: 1,5 N) 5b. Calcolare in quanti grammi di acqua si devono sciogliere 50 g di Fe 2 (SO 4 ) 3 per far congelare la soluzione a -4,65 C (k cr( H2O)=1,86 C.Kg/mole). (R: 250,2 g) Indicazioni: Dalla formula della proprietà colligativa interessata (contenente il coefficiente di van't Hoff) ricavare la concentrazione e quindi il dato richiesto. 5c. Calcolare la temperatura di ebollizione di una soluzione di Mg(ClO) 2 (d=1,25 g/ml) che a 25 C presenta una pressione osmotica di 95,35 atm (k eb( H2O)=0,52 C.Kg/mole). (R: 101,87 C) 5d. Calcolare la temperatura di congelamento di una soluzione di K 2 CO 3 (d=1,23 g/ml) che a 15 C presenta una pressione osmotica di 127,59 atm (k cr( H2O)=1,86 C.Kg/mole). (R: -10,2 C) 5e. Calcolare la pressione osmotica a 50 C di una soluzione di Li 2 SO 4 (d=1,28 g/ml) che congela a -9,2 C (k cr( H2O) = 1,86 C.Kg/mole). (R: 142,3 atm) Indicazioni: Dalla formula della proprietà colligativa nota (contenente il coefficiente di van't Hoff) ricavare la concentrazione. Questa va trasformata, attraverso il valore della densità della soluzione, nell'altro tipo di concentrazione necessaria a calcolare il dato richiesto. Equilibri 6. Calcolare il numero di moli di tutti i componenti dell'equilibrio: 2A + B 3C se all'inizio si mettono a reagire 6 moli di A e 6 moli di C e all'equilibrio si trova 1 mole di B. (R: 8 moli di A, 1 mole di B, 3 moli di C) 6a. Calcolare il numero di moli di tutti i componenti dell'equilibrio: A + 3B 2C + 3D

10 se all'inizio si mettono a reagire 6 moli di A, 8 moli di B e 4 moli di D e all'equilibrio si trovano 4 moli di C. (R: 4 moli di A, 2 moli di B, 4 moli di C, 10 moli di D) 6b. Calcolare il numero di moli di tutti i componenti dell'equilibrio: 5A B +3C se all'inizio si mettono a reagire 9 moli di A, 9 moli di B e 9 moli di C e all'equilibrio si trovano 3 moli di C. (R: 19 moli di A, 7 moli di B, 3 moli di C) Indicazioni: Impostare lo schema con moli iniziali e finali. Per scrivere queste ultime in funzione di un'incognita, stabilire in modo preliminare se, per raggiungere l'equilibrio, la reazione procede verso destra o verso sinistra. Calcolare infine l'incognita in base ai dati del problema e quindi il numero di moli presenti all'equilibrio. Pile 7. Calcolare la f.e.m. della seguente pila: Pt(H 2 ) Ca(OH) 2 0,15 M Cu(OH) 2 0,2 M Cu (P H2 = 1 atm ) sapendo che E Cu ++ /Cu = + 0,34 volt (R: 1,114 volt) 7a. Calcolare la f.e.m. della seguente pila: Pt(H 2 ) HCN 0,1 M HCl 0,1 M Pt(H 2 ) (P H2 = 1 atm) (P H2 = 1 atm ) sapendo che K HCN = 4, (R: 0,245 volt) 7b. Calcolare la f.e.m. della seguente pila: Zn ZnSO M NH 4 OH 10-4 M Pt(H 2 ) (P H2 = 1 atm )

11 sapendo che che E Zn ++ /Zn = - 0,76 volt e che K NH4OH = 1, (R: 0,251 volt) 7c. Calcolare la f.e.m. della seguente pila: Zn Zn(OH) M Zn(OH) 2 0,2 M Pt(H 2 ) (P H2 = 1 atm ) ++ sapendo che E Zn /Zn = - 0,76 volt. (R: 0,016 volt) 7d. Calcolare la f.e.m. della seguente pila: Pt Fe 2 (CO 3 ) 3 0,4 M + FeCl 2 0,3 M Ca(OH) 2 0,35 M Pt(H 2 ) (P H2 = 1 atm ) sapendo che E Fe /Fe = 0,77 volt. (R: 1,612 volt) 7e. Calcolare la f.e.m. della seguente pila: Pt(H 2 ) Ba(OH) M Al 2 (SO 4 ) 3 2,5 M Al (P H2 = 1 atm ) sapendo che E Al +3 /Al = - 1,66 volt. (R: 0,973 volt) Indicazioni: Calcolare separatamente i potenziali dei due elettrodi con la formula di Nernst e fare la differenza tra il maggiore ed il minore. Per calcolare il potenziale dell' elettrodo a idrogeno bisogna calcolare la concentrazione dello ione H 3 O +.