SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL

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1 SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL A) Il permanganato di potassio reagisce con il perossido di idrogeno in presenza di acido solforico dando luogo alla formazione di ossigeno, diossido di manganese e solfato di potassio. Bilanciare la reazione e calcolare il volume della soluzione acquosa al 79% in massa di perossido di idrogeno e con densità pari a g ml -1, necessario per ottenere un volume di ossigeno pari 320 ml (misurato a 700 torr e 20 C), noto che la reazione ha un rendimento del 91%. KMnO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 O 2 + MnO 2 + K 2 SO 4 MnO e - + 4H 3 O + MnO 2 + 6H 2 O x2 H 2 O 2 + 2H 2 O O 2 + 2e - + 2H 3 O + x3 2MnO H 3 O + +3H 2 O 2 + 6H 2 O 2MnO H 2 O + 3O 2 + 6H 3 O + 2MnO H 3 O + +3H 2 O 2 2MnO 2 + 6H 2 O + 3O 2 La reazione bilanciata è: 2KMnO 4 + 3H 2 O 2 + H 2 SO 4 3O 2 + 2MnO 2 + K 2 SO 4 + 4H 2 O n O2 = [(700/760) atm 0.32 L]/( atm L K -1 mol K)= mol Dalla stechiometria n H2O2 = n O2 = mol In base al rendimento della reazione, pari al 91%, le moli realmente necessarie di perossido di idrogeno sono: n H2O2 = /91 = mol grammi H2O2 = mol 34 g mol -1 = 0,456 g grammi soluzione H 2 O 2 = 0, /79 = 0,58 g Volume soluzione H 2 O 2 = (0,58 g)/(1.397 g ml -1 ) = 0,41 ml 2A) In un recipiente dal volume costante di 5,0 dm 3 si pongono 0,5 mol di azoto gassoso e 1,25 mol di ossigeno gassoso e si porta la temperatura a 900 K. Si instaura un equilibrio omogeneo che porta alla formazione di triossido di diazoto. A equilibrio raggiunto, si constata che il 51% in volume dell'ossigeno si è consumato. Si calcolino la K c e la K p del processo in questione. 2 N 2(g) + 3 O 2(g) 2 N 2 O 3(g) i 0,5 1,25-0,5-2x 1,25-3x 2x e 0,075 0,6125 0,4250 con 3x = 51% di 1,25 cioè x = 0,2125 mol K c = [N 2 O 3 ] 2 / [N 2 ] 2 [O 2 ] 3 = {(0,4250) 2 / [(0,075) 2 (0,6125) 3 ]} V 3 = 1, K p = K c (RT) n con n = -3 K p = 4,

2 3A) Calcolare a 25 C il ph e la pressione osmotica in torr della soluzione ottenuta mescolando volumi uguali di due soluzioni contenenti acido cloridrico 1, M e idrossido di potassio 1, M. Mescolando la soluzione acida e basica si ottiene una reazione di neutralizzazione in cui il volume totale raddoppia e le concentrazioni si dimezzano. HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - KOH + (H 2 O) K + + OH - H 3 O + + OH - H 2 O 6, , , Dato il valore della concentrazione degli ioni idrogenoidi rimasti non posso trascurare l'autoprotolisi dell'acqua. H 3 O + + OH - 2 H 2 O 1, , x 1, x K w = [H 3 O + ] [OH - ] = (1, , x ) (1, x) = da cui x = 0, e [H 3 O + ] = 2, M ph = 6,70 π = [ ] tot RT = ([H 3 O + ] + [Cl - ] + [K + ] + [OH - ]) RT = 3, atm = 0,24 Torr dove [H 3 O + ] = 2, M; [OH - ]= 0, M; [Cl - ] = 6, M; [K 2+ ] = 6, M [ ] tot = 1, M 4A) Calcolare il volume di metano (CH 4 ), misurato in condizioni standard, che bisogna bruciare per ottenere il calore necessario per la fusione di 20.0 g di ghiaccio a 0 C e per portare la temperatura dell acqua ottenuta a 25 C noto che: H f CH 4(g) = kj/mol; H f CO 2(g) = kj/mol; H f H 2 O (l) = kj/mol; H fusione H 2 O = 6.25 kj/mol. [La capacità termica dell acqua ovvero la quantità di calore necessaria per innalzare di un grado la temperatura di una mole della sostanza è C H2O(l) = J/(mol K)]. CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) C (s) + O 2(g) CO 2(g) H 2(g) + 1/2O 2(g) 2H 2 O (l) C (s) + 2H 2(g) CH 4(g) H 0 comb(metano) = H 0 f(co 2(g) ) + 2 H 0 f(h 2 O (l) ) - H 0 f(metano) = ( kj mol -1 ) + 2( kj mol -1 ) (-74,85 kj mol -1 ) = -890,25 kj mol -1 H 2 O (s) H 2 O (l) H 0 fus(acqua) = 6,25 kj/mol n(acqua) = g/pm = 1,11 mol Q fus (acqua) = n H 0 fus(acqua) = 6,94 kj Passaggio dell'acqua da 0 a 25 C: Q = n C T = 2,09 KJ

3 Q TOT = 9,03 KJ n(ch 4 ) = Q TOT / H 0 comb(ch 4 ) = 1, mol V(CH 4 ) = nrt / p = 0,248 l 5A) Ad una soluzione contiene cloruro di cadmio M e bromuro ferrico M si aggiunge idrossido di sodio solido. Calcolare a quale ph inizia la precipitazione, rispettivamente, di idrossido di cadmio [K ps = ] e idrossido ferrico [K ps = ]. Cd(OH) 2 Cd OH Kps = [Cd 2+ ] [OH ] 2 = = x 2 x = = [OH ] [H 3 O + ] = ph = 7.84 Fe(OH) 3 Fe OH Kps = [Fe 3+ ] [OH ] 3 = = x 3 x = = [OH ] [H 3 O + ] = ph = A) Una soluzione acquosa di solfato di sodio è sottoposta ad elettrolisi per 15 min utilizzando elettrodi inerti. Si sviluppano complessivamente ml di gas, misurati a 23 C e 650 mmhg. Si calcoli l intensità di corrente che ha attraversato il circuito. Le reazioni che avvengono agli elettrodi sono: (-) 2H 2 O + 2e - H 2 + 2OH - (+) 3H 2 O ½ O 2 + 2e - + 2H 3 O + 5H 2 O ½ O 2 + H 2 + 4H 2 O La reazione che avviene nella cella elettrolitica è: H 2 O ½ O 2 + H 2 Il gas che si sviluppa agli elettrodi è costituito da H 2 e O 2 rispettivamente nel rapporto 2:1. Le moli totali di gas che si sviluppano sono: n t = [(650/760) atm L]/( atm L K -1 mol K)= mol n H2 = (2/3) n t = mol n O2 = (1/3) n t = mol Riferendosi ad esempio alla reazione che avviene al polo negativo si ha: 1 mol (H 2 prodotto) : C mol -1 2 mol (elettroni messi in gioco) = mol : Q (C) Q = = C i = (Q/t) = 241.2/(15 60) = A SOLUZIONI COMPITO B DI CHIMICA DEL B) L anidride arseniosa reagisce con il perossido di idrogeno in presenza di idrossido di sodio dando luogo alla formazione di arseniato di sodio ed acqua. Bilanciare la reazione e

4 calcolare i grammi di arseniato di sodio che si ottengono mettendo a reagire 300 ml di una soluzione acquosa al 79% in massa di perossido di idrogeno avente densità pari a g ml -1 con g di triossido di diarsenico, noto che la reazione ha un rendimento del 73%. As 2 O 3 + H 2 O 2 + NaOH Na 3 AsO 4 + H 2 O semireazione di ossidazione: As 2 O OH - 2AsO e - + 5H 2 O semireazione di riduzione: H 2 O 2 + 2e - + H 2 O H 2 O + 2OH - semplificando H 2 O presente al primo ed al secondo membro ho: H 2 O 2 + 2e - 2OH - Moltiplico la semireazione di riduzione per 2 (stesso numero di elettroni scambiati) ed ho: As 2 O OH - +2H 2 O 2 2AsO H 2 O + 4OH - Semplificando gli OH - ottengo: As 2 O 3 + 6OH - +2H 2 O 2 2AsO H 2 O La reazione bilanciata è: As 2 O 3 + 6NaOH - +2H 2 O 2 2Na 3 AsO 4 + 5H 2 O La massa della soluzione acquosa di H 2 O 2 che viene messa a reagire è: m = ρv = g ml ml = g massa di H 2 O 2 nella soluzione = /100 = g n H2O2 = (331.1 g)/(34 g mol -1 ) = 9.74 mol n As2O3 = (247.0 g)/(197.8 g mol -1 ) = 1.25 mol As 2 O 3 è il reagente limitante n Na3AsO4 (teoriche) = 2n As2O3 = 2.50 mol n Na3AsO4 che si ottengono realmente = /100 = 1.82 mol grammi Na3AsO4 = 1.82 mol g mol -1 = g NOTA: può andare bene anche la reazione As 2 O 3 + 2H 2 O 2 + 2NaOH 2NaAsO 3 + 3H 2 O, nel qual caso i grammi finali di NaAsO 3 saranno 266,4 g) 2B) In un recipiente dal volume costante di 10,0 dm 3 si pongono 2,0 mol di cloro gassoso e 5,0 mol di ossigeno gassoso, e si porta la temperatura a 700 K. Si instaura un equilibrio omogeneo che porta alla formazione di anidride clorica. A equilibrio raggiunto, si constata che il 70% in volume dell'ossigeno si è consumato. Si calcolino la K c e la K p del processo in questione. 2 Cl 2(g) + 5 O 2(g) 2 Cl 2 O 5(g) i 2,0 5,0-2,0-2x 5,0-5x 2x e 0,6 1,5 1,4 con 5x = 70% di 5,0 cioè x = 0,7 mol K c = [Cl 2 O 5 ] 2 / [Cl 2 ] 2 [O 2 ] 5 = {(1,4) 2 / [(0,6) 2 (1,5) 5 ]} V 5 = 7,

5 K p = K c (RT) n con n = -5 K p = 1, B) Calcolare a 25 C il ph e la pressione osmotica in torr della soluzione ottenuta mescolando volumi uguali di due soluzioni contenenti acido nitrico 1, M e idrossido di calcio 6, M. Mescolando la soluzione acida e basica si ottiene una reazione di neutralizzazione in cui il volume totale raddoppia e le concentrazioni si dimezzano. HNO 3 + H 2 O H 3 O + + NO 3 - Ca(OH) 2 + (H 2 O) Ca OH - H 3 O + + OH - H 2 O 6, , , Dato il valore della concentrazione degli ioni idrogenoidi rimasti non posso trascurare l'autoprotolisi dell'acqua. H 3 O + + OH - 2 H 2 O 1, x 1, , x K w = [H 3 O + ] [OH - ] = (1, x) (1, , x) = da cui x = 0, e [OH - ] = 2, M poh = 6,70 ph = 7,30 π = [ ] tot RT = ([OH - ] + [H 3 O + ] + [NO 3 - ] + [Ca 2+ ]) RT = 2, atm = 0,18 Torr dove [H 3 O + ] = 0, M; [OH - ]= 2, M; [NO 3 - ] = 6, M; [Ca 2+ ] = 3, M [ ] tot = 9, M 4B) Calcolare il volume di butano (C 4 H 10 ), misurato in condizioni standard, che bisogna bruciare per ottenere il calore necessario per la fusione di 50.0 g di ghiaccio a 0 C e per portare la temperatura dell acqua ottenuta a 35 C noto che: H f C 4 H 10(g) = kj/mol; H f CO 2(g) = kj/mol; H f H 2 O (l) = kj/mol; H fusione H 2 O = 6.25 kj/mol. [La capacità termica dell acqua ovvero la quantità di calore necessaria per innalzare di un grado la temperatura di una mole della sostanza è C H2O(l) = J/(mol K). C 4 H 10(g) + 13/2O 2(g) 4CO 2(g) + 5H 2 O (l) C (s) + O 2(g) CO 2(g) H 2(g) + 1/2O 2(g) 2H 2 O (l) C (s) + 2H 2(g) CH 4(g) H 0 comb(butano) = 4 H 0 f(co 2(g) ) + 5 H 0 f(h 2 O (l) ) - H 0 f(butano) = 4( kj mol -1 ) + 5( kj mol -1 ) (-124,7 kj mol -1 ) = ,3 kj mol -1 H 2 O (s) H 2 O (l) H 0 fus(acqua) = 6,25 kj/mol n(acqua) = g/pm = 2,78 mol

6 Q fus (acqua) = n H 0 fus(acqua) = 17,36 kj Passaggio dell'acqua da 0 a 25 C: Q = n C T = 7,32 KJ Q TOT = 24,68 KJ n(c 4 H 10 ) = Q TOT / H 0 comb(c 4 H 10 ) = 8, mol V(C 4 H 10 ) = nrt / p = 0,210 l 5B) Ad una soluzione contiene cloruro di magnesio M e nitrato di argento M si aggiunge idrossido di sodio solido. Calcolare a quale ph inizia la precipitazione, rispettivamente, di idrossido di magnesio [K ps = ] e idrossido di argento [K ps = ]. Mg(OH) 2 Mg OH Kps = [Mg 2+ ] [OH ] 2 = = x 2 x = = [OH ] [H 3 O + ] = ph = 9.04 Ag(OH) Ag + + OH Kps = [Ag + ] [OH ]= = x x = = [OH ] [H 3 O + ] = ph = B) Una soluzione acquosa di acido solforico è sottoposta ad elettrolisi per 90 min con una corrente di 12.1 A utilizzando elettrodi inerti. Calcolare il volume complessivo di idrogeno ed ossigeno formati agli elettrodi, misurato a 25 C e 739 mmhg. Le reazioni che avvengono agli elettrodi sono: (-) 2H 3 O + + 2e - H 2 + 2H 2 O (+) 3H 2 O ½ O 2 + 2e - + 2H 3 O + La reazione che avviene nella cella elettrolitica è: H 2 O ½ O 2 + H 2 Q = i t = = C Riferendosi alla reazione che avviene al polo negativo si ha: 1 mol (H 2 prodotto) : C mol -1 2 mol (elettroni messi in gioco) = n H2 mol : C n H2 = 0.34 mol Al polo positivo si ha: ½ mol (O 2 prodotto) : C mol -1 2 mol (elettroni messi in gioco) = n O2 mol : C n O2 = 0.17 mol Le moli totali di gas che si sviluppano sono: n t = n H2 + n O2 = 0.51 mol V = (0.51 mol atm L K -1 mol K)/[ [(739/760) atm] = L