COMPITO A DI CHIMICA DEL

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1 CMPIT A DI CHIMICA DEL ) Un campione minerale contenente carbonato di calcio, carbonato di magnesio e silice del peso di g viene trattato con 100 ml di acido cloridrico 1.0 M. Il trattamento porta alla solubilizzazione dei carbonati e lascia un residuo insolubile di silice pari a mg. L'acido cloridrico in eccesso presente nella soluzione viene successivamente neutralizzato con 41.3 ml di idrossido di sodio 0. M. Determinare la composizione percentuale in peso del campione. mm(cac3) = g/mol; m(si2) = g; mm(mgc3) = 4.31 g/mol m(cac3 + MgC3) = = g n(nah) = (0. x ) = mol = n(hcl)fin; n(hcl)in = mol n(hcl)reag = mol CaC 3 +2HCl CaCl 2 +C 2 + H 2 x 2x MgC 3 +2HCl MgCl 2 +C 2 + H 2 y 2y 2x +2y = x y = x = y y y = y = y x = y = x = m(si2) = g 12.02% m(cac3)= g/mol mol = 1.21 g 36.44% m(mgc3)= 4.31 g/mol mol = g 1.6% 2) Il punto di congelamento di una soluzione 0.30 M di un acido HA di peso molecolare 14.3 e di densità 1.02 kg/l è di C. Determinare: a) Il grado di dissociazione dell acido. b) la pressione osmotica a 2.0 C supponendo che il grado di dissociazione non vari nell intervallo di temperatura considerato. (Kcr(H2) = 1.3 K mol - 1 kg). La molalità della soluzione è m = M*1000 / [(d*1000) - (M*mM)] = mol/kg a) La molalità della soluzione, l abbassamento crioscopico ed il grado di dissociazione sono legati dalla relazione t = Kcr (1+ (ν- 1) α) m Con ν = 2 (acido monoprotico) e t = 0,90 C Dalla quale possiamo ricavare α = 0.36

2 b) La pressione osmotica è data da p=m(1+ α)rt con T = 301 K. Da cui p = 11. atm 3) In un recipiente a pareti rigide del volume di 7. L, termostatato alla temperatura di 33 C, vengono introdotti 20.0 L (misurati a 1 atm e 2 C) di CCl2 gassoso; avviene la seguente reazione: CCl2(g) C(g) + Cl2(g) Ad equilibrio raggiunto, si misura una pressione totale di 6.10 atm. Vengono ora introdotte 1.2 mol di CCl2 e 1.1 mol di cloro Calcolare il nuovo valore della pressione totale all equilibrio. n CCl2 = PV/RT = 1 atm 20.0 L/(0.021 L atm mol - 1 K K) = 0.17 mol CCl2(g) C(g) + Cl2(g) Inizio (mol) Δ (mol) - +x +x Equilibrio(mol) x x x ntot = x+x+x = x ntot = PV/RT = 6.10 atm 7. L/(0.021 L atm mol - 1 K K) = mol x = = 0.09 mol Kp = (pc pcl2 )/pccl2 = (P/ntot) Δn (nc ncl2 )/nccl2 = (6.10/0.912)( /0.722) = In seguito all aggiunta ho queste quantità: nccl2 = =1.922 mol, ncl2 = = 1.19 mol, nc = 0.09 mol. Per vedere come si sposta l equilibrio in seguito all aggiunta, devo calcolare il quoziente di reazione: Qp = (pc pcl2 )/pccl2 = (P/ntot) Δn (nc ncl2 )/nccl2 = (RT/V) Δn (nc ncl2 )/nccl2 = = (0.021 L atm K - 1 mol K/7. L) (0.09mol 1.19mol/1.922 mol) = 0.39 Qp > Kp l equilibrio si sposta a sinistra. Calcolo ora le moli di ciascuna specie quando si ristabilisce il nuovo equilibrio. CCl2(g) C(g) + Cl2(g) Inizio (mol) Δ (mol) +x - x - x Equilibrio(mol) x x x Kp = (pc pcl2 )/pccl2 = (P/ntot) Δn (nc ncl2 )/nccl2 = (RT/V) Δn (nc ncl2 )/nccl2 = = (0.021 L atm K - 1 mol K/7. L)[(0.09- x)(1.19- x)/(1.922+x)] = 6.69 [(0.09- x)(1.19- x)/(1.922+x)] x = 6.69 ( x + x 2 ) x = x 6.69x x 2.71 x = 0 x = mol nt = x x x = mol P = nt RT/V = mol L atm K - 1 mol K/7. L = 21 atm

3 4) Alla temperatura di 10 C, a causa di una reazione di dissociazione una sostanza impiega 20 minuti e 10 secondi per ridurre la sua concentrazione ad 1/10 del valore iniziale. La stessa variazione di concentrazione alla temperatura di 13 C si realizza in un tempo di 17 minuti e 1 secondi. Calcolare l energia di attivazione della reazione di dissociazione A 10 C; t1 = 1210 s A 13 C; t2 = 1030 s Le reazioni di dissociazione sono del primo ordine: c = - k dc/dt c(t) = c(0) exp(- kt) la prima condizione ci dice che: c(t1)=c(0) / 10 ossia: c(t1)=c(0)exp(- k t1) = 1/10 c(0) ossia k = ln(10) / t1 A 10 C (23K) quindi k1 = s - 1 A 13 C (26K) invece k2 = ln(10) / t1 = s - 1 Dall equazione di Arrhenius: k1= exp (- Ea/RT1) k2= exp (- Ea/RT2) da cui k1/k2=exp[(- Ea/R)(1/ T1-1/ T2)] ln(k1/k2)= (- Ea/R)(1/ T1-1/ T2) Ea=R ln(k1/k2) T1 T2 / (T1- T2) =. kcal /mol Usando R = 1.96 cal /(mol K) ) Si sciolgono 3.4 L di ammoniaca gassosa (a 400 torr e 2 C), in un volume di 10 ml di acqua [Kb(NH3) = 1, ]. Calcolare il ph della soluzione dopo l aggiunta di: a) 7 ml di acido cloridrico 0. M b) 7 ml di acido solforico 0. M c) 7 ml di idrossido di potassio 0. M a) n(nh3) = p V / RT = mol Vtot = 0.22 L [NH3]i = n / Vtot = M [H3 + ]i = Ma Va / Vtot = M Kb = 1, = ([NH4 + ] [H - ]) / [NH3] NH3 + H3 + NH4 + + H2 [ ]i [ ]e NH3 + H2 NH4 + + H -

4 da cui [H - ] = Kb ([NH3] / [NH4 + ]) Kb ph = 4.74 e ph = 9.26 b) [NH3]i = n / Vtot = M [H3 + ]i = 2 Mb Vb / Vtot = M Ki = Kw Kb = ([NH3] [H3 + ]) / [NH4 + ] da cui x = [H3 + ] = (Ki [NH4 + ]) 1/2 = M ph = 4.7 c) n(nh3) = p V / RT = mol Vtot = 0.22 L [NH3]i = n / Vtot = M [H - ]i = Mc Vc / Vtot = M da cui [H - ] = M ph = 0.7 e ph = NH3 + H3 + NH4 + + H2 [ ]i [ ]e NH4 + + H2 NH3 + H3 + [ ]i [ ]e x x x NH3 + H2 NH4 + + H - [ ]i ) Una soluzione viene preparata mescolando 0.0 ml di una soluzione di permanganato di potassio M e 0.0 ml di una soluzione di cloruro ferroso 1.00 M. Il volume viene poi portato a ml utilizzando una soluzione acida. La reazione porta alla formazione di ioni manganese (II), ioni ferrici e acqua. Determinare la costante di equilibrio Kc della reazione e calcolare la concentrazione residua del permanganato di potassio all'equilibrio.[nb. Riportare la reazione in forma ionica] Mn 4 + Fe 2+ + H 3 + Mn 2+ + Fe 3+ + H 2 Mn 4 +e +H 3 + Mn H 2 1 Fe 2+ Fe 3+ +1e Mn 4 +Fe 2+ +H 3 + Mn 2+ +Fe H 2 K c = Mn 4 Mn 2+ Fe3+ Fe3+ H 3 + G = 0 E = 0 E Mn = E Fe

5 E Mn = E Mn log Mn 4 H 3 + Mn 2+ E Fe = E Fe Fe log Fe 2+ E Mn E Fe 0.09 logk c = 0 logk C = K C = n(kmn 4 ) in = 0.01 mol; n(fecl 2 ) = 0.00 mol n(kmn 4 ) fin = 0.01 (0.00/) = 0.00 mol [KMn 4 ] = 0.02 M CMPIT B DI CHIMICA DEL ) Un campione minerale contenente ortofosfato di ferro (III), ortofosfato di zinco e silice del peso di g viene trattato con 20 ml di acido bromidrico 2.0 M. Il trattamento porta alla solubilizzazione dei fosfati e lascia un residuo insolubile di silice pari a 74. mg. L'acido bromidrico in eccesso presente nella soluzione viene successivamente neutralizzato con 96.2 ml di idrossido di potassio 0.7 M. Determinare la composizione percentuale in peso del campione. mm(fep4) = 10. g/mol; mm(zn3(p4)3) = 36.1 g/mol m(si2) = 0.74 g; m(znp4 + Zn3(P4)3) = =.61 g n(kh) = (0.7 x ) = mol = n(hbr)fin; n(hbr)reag = mol n(hbr)in = mol FeP 4 +3HBr FeBr 3 + H 3 P 4 x 3x Zn 3 (P 4 ) 3 +6HBr 3ZnBr 2 +2H 3 P 4 y 6 y 3x +6 y = x y = y y = x = y 10. x = 0.12 y = m(si2) = 0.74 g 3.24% m(fep4)= 10. g/mol 0.12 mol = 1. g 0.9% m(mgc3)= g/mol mol = 3.63 g 1.6%

6 2) Il punto di congelamento di una soluzione 0.20 M di un acido HA di peso molecolare 13.9 e di densità 1.02 kg/l è di C. Determinare: a) Il grado di dissociazione dell acido. b) la pressione osmotica a 2.0 C supponendo che il grado di dissociazione non vari nell intervallo di temperatura considerato. (Kcr(H2) = 1.3 K mol - 1 kg). La molalità della soluzione è m = M*1000 / [(d*1000) - (M*mM)] = 0.22 mol/kg La molalità della soluzione, l abbassamento crioscopico ed il grado di dissociazione sono legati dalla relazione t = Kcr (1+ (ν- 1) α) m Con ν = 2 (acido monoprotico) e t = 0,70 C Dalla quale possiamo ricavare α = 0.3 La pressione osmotica è data da p=m(1+ α)rt con T = 301 K. Da cui p = 9.4 atm 3) In un recipiente a pareti rigide di volume pari a 1.0 L, termostatato alla temperatura di 421 C, vengono introdotti 3.0 L (misurati a 1 atm e 20 C) di S2Cl2 gassoso; avviene la seguente reazione: S2Cl2(g) S2(g) + Cl2(g) Una volta raggiunto l equilibrio, il 2% di S2Cl2 è stato trasformato nei prodotti. Vengono ora introdotte 0. mol di S2Cl2 e 1.4 mol di cloro Calcolare quanto vale la pressione esercitata dalla miscela gassosa nel nuovo stato di equilibrio. n S2Cl2 = PV/RT = 1 atm 3.0 L/(0.021 L atm mol - 1 K K) = 1.04 mol S2Cl2(g) S2(g) + Cl2(g) Inizio (mol) Δ (mol) - +x +x Equilibrio(mol) x x x α = x/n0 x = /100 = 0.64 mol ns2cl2 = = 0.2 mol ns2 = ncl2 = 0.64 mol Posso calcolare la Kp Kp = (ps2 pcl2 )/ps2cl2 = (P/ntot) Δn (ns2 ncl2 )/ns2cl2 = (RT/V) Δn (ns2 ncl2 )/ns2cl2= (0.021 L atm mol - 1 K K/1.0 L)( /0.20) = 2.32 In seguito all aggiunta ho queste quantità: ns2cl2 = =1.32 mol, ncl2 = = mol, ns2 = 0.64 mol. Per vedere come si sposta l equilibrio in seguito all aggiunta, devo calcolare il quoziente di reazione: Qp = (ps2 pcl2 )/ps2cl2 = (P/ntot) Δn (ns2 ncl2 )/ns2cl2 = (RT/V) Δn (ns2 ncl2 )/ns2cl2 = = (0.021 L atm K - 1 mol K/1.0 L) (0.64mol 1.964mol/1.32 mol) = 3.2 Qp > Kp l equilibrio si sposta a sinistra. Calcolo ora le moli di ciascuna specie quando si ristabilisce il nuovo equilibrio.

7 S2Cl2(g) S2(g) + Cl2(g) Inizio (mol) Δ (mol) +x - x - x Equilibrio(mol) x x x Kp = (ps2 pcl2 )/ps2cl2 = (P/ntot) Δn (ns2 ncl2 )/ns2cl2 = (RT/V) Δn (ns2 ncl2 )/ns2cl2 = = (0.021 L atm K - 1 mol K/1.0 L)[(0.64- x)( x)/(1.32+x)] 2.32 = 3. [(0.64- x)( x)/(1.32+x)] x = 3. ( x + x 2 ) x = x 3.x 2 3. x x = 0 x = mol nt = x x x = mol P = nt RT/V = mol L atm K - 1 mol K/1.0 L = 14.2 atm 4) Alla temperatura di 20 C, a causa di una reazione di dissociazione una sostanza impiega 2 minuti e secondi per ridurre la sua concentrazione ad 1/ del valore iniziale. La stessa variazione di concentrazione alla temperatura di 2 C si realizza in un tempo di 1 minuto e 10 secondi. Calcolare l energia di attivazione della reazione di dissociazione. A 20 C; t1 = 12 s A 2 C; t2 = 70 s Le reazioni di dissociazione sono del primo ordine: c = - k dc/dt c(t) = c(0) exp(- kt) la prima condizione ci dice che: c(t1)=c(0) / ossia: c(t1)=c(0)exp(- k t1) = 1/ c(0) ossia k = ln() / t1 A 20 C (293K) quindi k1 = s - 1 A 2 C (29K) invece k2 = ln() / t1 = s - 1 Dall equazione di Arrhenius: k1= exp (- Ea/RT1) k2= exp (- Ea/RT2) da cui k1/k2=exp[(- Ea/R)(1/ T1-1/ T2)] ln(k1/k2)= (- Ea/R)(1/ T1-1/ T2) Ea=R ln(k1/k2) T1 T2 / (T1- T2) = 20.1 kcal /mol Usando R = 1.96 cal /(mol K) ) Si sciolgono 4.46 g di acido acetico, in un volume di 10 ml di acqua [Ka(acido acetico) = 1, ]. Calcolare il ph della soluzione dopo l aggiunta di: a) 7 ml di idrossido di potassio 0. M b) 7 ml di idrossido di calcio 0. M c) 7 ml di acido cloridrico 0. M

8 a) n(ch3ch) = g / PM = mol Vtot = 0.22 L [CH3CH]i = n / Vtot = M [H - ]i = Ma Va / Vtot = M Ka = 1, = ([CH3C - ] [H3 + ]) / [CH3CH] da cui [H3 + ] = Ka ([CH3CH] / [CH3C - ]) = Ka ph = 4.74 b) [CH3CH]i = n / Vtot = M [H3 + ]i = 2 Mb Vb / Vtot = M CH3CH + H - CH3C - + H2 [ ]i [ ]e CH3CH + H2 CH3C - + H3 + CH3CH + H - CH3C - + H2 [ ]i [ ]e CH3C - + H2 CH3CH + H - [ ]i [ ]e x x x Ki = Kw Ka = ([CH3CH] [H - ]) / [CH3C - ] da cui x = [H - ] = (Ki [CH3C - ]) 1/2 = M ph = 4.7 e quindi ph = 9.13 c) [CH3CH]i = n / Vtot = M [H3 + ]i = Mc Vc / Vtot = M da cui [H3 + ] = M e quindi ph = 0.7 CH3CH + H2 CH3C - + H3 + [ ]i B) Una soluzione viene preparata mescolando 2.0 ml di una soluzione di perclorato di potassio M e 6.0 ml di una soluzione di ioduro di potassio 1.00 M. Il volume viene poi portato a ml utilizzando una soluzione acida. La reazione porta alla formazione di ioni cloruro, iodio e acqua. Determinare la costante di equilibrio Kc della reazione e calcolare la concentrazione residua del perclorato di potassio all'equilibrio. [NB. Riportare la reazione in forma ionica]

9 Cl 4 + I + H 3 + Cl + I 2 + H 2 Cl 4 +e +H 3 + Cl +12H 2 1 2I I 2 +2e 4 Cl 4 +I +H 3 + Cl + 4I 2 +12H 2 K c = Cl 4 Cl I I 2 4 H 3 + G = 0 E = 0 E Cl = E I E Cl = E 0 Cl log Cl 4 H 3 + Cl E I = E 0 I log I 2 I 4 E 0 E 0 Cl I 0.09 logk K c c = n(kcl 4 ) in = 0.01 mol; n(ki) = mol n(kcl 4 ) fin = 0.01 (0.064/) = mol [KCl 4 ] = 0.03 M