POLITECNICO DI MILANO ING. ENG AER MEC. Corso di FONDAMENTI DI CHIMICA ESAME del 09 Febbraio Compito A

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1 POLITECNICO DI MILANO ING. ENG AER MEC. Corso di FONDAMENTI DI CHIMICA ESAME del 09 Febbraio 01. Comito A Avvertenze: scrivere le soluzioni sull aosito foglio che va comletato con tutti i dati richiesti rima di iniziare la rova e che deve essere consegnato alla fine senza la minuta. Le soluzioni vanno scritte nello stesso ordine numerico degli esercizi roosti. I calcoli devono essere indicati er esteso e le risoste devono essere motivate. Esercizio 1 ( unti): Calcolare il H di una soluzione di NH NO M. La costante di dissociazione (K b ) di NH 3 è mol/l in solux si stabilisco i seguenti equilibri NH NO 3 NH + + NO 3 NH + + H O H 3 O + + NH 3 H O H 3 O + + OH NH + essendo l acido coniugato di una base debole roduce idrolisi rendendo il H acido K idrolisi = [NH 3 ] [H 3 O + ] / [NH + ] = K w / K b = 10 1 / = mol / L Dalla reax di idrolisi si ricava che [H 3 O + ] = [NH 3 ] E oichè K idrolisi è molto iccola, NH + rimane raticamente uguale alla concentrazione iniziale del sale cs quindi H 3 O + = (K idrolisi x cs) 1/ = ( x 0.7) 1/ = mol / L H = log ( ) =.69 Esercizio (3 unti): Siegare attraverso il metodo degli molecolari erché l ossigeno molecolare è aramagnetico. molecolari * x * y * z y z Energia x s * s s s Esercizio 3 (3 unti) Una sostanza ha le seguenti caratteristiche: 1) E solubile in acqua ) Il H della soluzione acquosa è 7 3) Conduce la corrente in soluzione acquosa e allo stato fuso, ma non allo stato solido. Dire, motivando la risosta, quale delle seguenti uò essere la sostanza in esame: C 6 H 6 ; KCN, KI; Zn. KI, erché è l unica sostanza che si scioglie in H O, non da luogo a reazioni di idrolisi e forma ioni in soluzione e allo stato fuso. Esercizio (3 unti). Scrivere la geometria molecolare di K CO 3 e CH 3 CCH. Discuterne la geometria e la olarità. A che tio di solidi otranno dare luogo? Quali di queste sostanze saranno solubili in acqua e quali in CCl? a) K CO 3 solido ionico. triangolare lanare in CO 3. Solubile in H O. b)h 3 C C C H, aolare. Deriva dall'etino: rimo C tetraedrico, gli altri due lineari. Solido molecolare a bassa T (a T ambiente è gassoso). Solubile in CCl.

2 Esercizio 5 ( unti). Un istone è adagiato sulla suerficie di acqua a 100 C contenuta in un serbatoio, ed esercita su di essa la ressione di 1 atm. La ressione viene diminuita di una quantità infinitesima (assumiamo che est = cost), col risultato di fare evaorare 10 gr. di acqua facendo assorbire. kj di calore. Calcolare w, U, H e H m (molare) er tale rocesso. Esercizio 6 (3 unti). 1 mol di CH e 1 mol di H S vengono introdotte in un reciiente inizialmente vuoto, alla temeratura T. Si stabilisce l equilibrio: CH (g) + H S (g) CS (g) + H (g) (da bilanciare). All equilibrio la P totale vale 1,00 atm, e la ressione arziale dell idrogeno vale 0, atm. Scrivere l esressione della K e calcolarne il valore alla temeratura T. CH (g) + H S (g) CS (g) + H (g) 1 1 (comosiz. iniziale, mol) 1 x 1 x x x (all eq., mol) n totali=+x. All eq.: H = 0, atm =(x / + x) * 1,00 atm, da cui x=0,136. Quindi CO = (x / + x) * 1,00 atm = 0,060 atm. Infine: K = H 0, 0,06 CS 3 5,1 10 atm CH H S 0,38 0,3 Esercizio 7 ( unti). Calcolare il otenziale, disegnare la ila e scrivere il rocesso elettromotore della cella elettrochimica qui riortata, individuando catodo e anodo. Pt/Fe + (8.00 x 10 M); Fe 3+ (5.00 x 10 3 M)//MnO (1.00 x 10 1 M), H 3 O + (1.00 M); Mn + (5.00 x 10 M)/Pt MnO + 8H 3 O Fe + Mn + + 1H O + 5 Fe 3+

3 ΔE = 0.7 V ΔE = 0.81 V Esercizio 8 (3 unti). In 750 litri di acqua si sciolgono 10.0 g di H SO, 6.0 g di Na O, 5.0 g di KClO e 9.5 g di HNO 3 (tutti elettroliti forti). Determinare il H della soluzione risultante (ritenere invariato il volume). KClO è un sale neutro che non idrolizza: ioni settatori. n (H 3 O + ) = (10/98) mol + (9.5/63) mol = 3.95 mol n (OH ) = (6/6) mol = mol [H 3 O + ]exc= 1,95 mol / 750 L =.0 x 10 3 M da cui si ricava H =.6. Esercizio 9 (3 unti). Il vaore d acqua, in resenza di metalli e a elevate temerature (vicine o oltre i 1000 C), forma H e si ha contemoraneamente l'ossidazione delle guaine in lega di zirconio che rivestono le astiglie di combustibile nucleare. (Il nocciolo del reattore di Fukushima ha raggiunto tali elevatissime temerature e l'eslosione ha danneggiato anche la struttura di contenimento vera e roria.) Si scriva la reazione di combustione. Se in un ambiente contenente aria in eccesso, 1,0 kg di idrogeno è fatto bruciare, si calcoli la massa di rodotto formatosi (ortato a 5 C) e il calore svoltosi dalla violenta combustione, suonendo la reazione comleta. Reazione: H (g) + O (g) H O(l) ; n H =1000 g / (g/mol) =500 mol, quindi n H O = 500 mol e m H O = 500 mol 18 g/mol = 9 kg. Calore svolto: Q= n H O ΔH f (H O) = 13 MJ. Esercizio 10 (3 unti). Dire, motivando, quali delle seguenti affermazioni sono vere e quali false: a) Il sodio ha un affinità elettronica maggiore risetto all alluminio. b) Il sodio ha un energia di ionizzazione maggiore risetto al cesio. c) Il sodio ha un raggio atomico inferiore a quello del magnesio. a) falso b) vero c) falso POLITECNICO DI MILANO ING. ENG AER MEC. Corso di FONDAMENTI DI CHIMICA ESAME del 09 Febbraio 01. Comito B Avvertenze: scrivere le soluzioni sull aosito foglio che va comletato con tutti i dati richiesti rima di iniziare la rova e che deve essere consegnato alla fine senza la minuta. Le soluzioni vanno scritte nello stesso ordine numerico degli esercizi roosti. I calcoli devono essere indicati er esteso e le risoste devono essere motivate. Esercizio 1 (3 unti). Il vaore d acqua, in resenza di metalli e a elevate temerature (vicine o oltre i 1000 C), forma H e si ha contemoraneamente l'ossidazione delle guaine in lega di zirconio che rivestono le astiglie di combustibile nucleare. (Il nocciolo del reattore di Fukushima ha raggiunto tali elevatissime temerature e l'eslosione ha danneggiato anche la struttura di contenimento vera e roria.) Si scriva la reazione di combustione. Se in un ambiente contenente aria in eccesso, 1,5 kg di idrogeno sono fatti bruciare, si calcoli la massa di rodotto formatosi (ortato a 5 C) e il calore svoltosi dalla violenta combustione, suonendo la reazione comleta. Reazione: H (g) + O (g) H O(l) ; n H =1500 g / (g/mol) =750 mol, quindi n H O = 750 mol e m H O = 750 mol 18 g/mol = 13.5 kg. Calore svolto: Q= n H O ΔH f (H O) = 1.5 MJ. Esercizio ( unti). Calcolare il otenziale, disegnare la ila e scrivere il rocesso elettromotore della cella elettrochimica qui riortata, individuando catodo e anodo. Pt/Sn + (1.00 x 10 1 M); Sn + (7.00 x 10 M)//Cr O 7 (.00 x 10 1 M), H 3 O + (1.00 M); Cr 3+ (8.00 x 10 M)/Pt Cr O 7 + 1H 3 O Sn + Cr H O + 3 Sn +

4 ΔE = 1.18 V ΔE = 1.1 V Esercizio 3 (3 unti). In 770 litri di acqua si sciolgono g di H SO, 6.0 g di Na O, 5.0 g di NaNO 3 e 9.5 g di HNO 3 (tutti elettroliti forti). Determinare il H della soluzione risultante (ritenere invariato il volume). NaNO 3 è un sale neutro che non idrolizza: ioni settatori. n (H 3 O + ) = (10/98) mol + (9.5/63) mol = 3.95 mol n (OH ) = (6/6) mol = mol [H 3 O + ]exc= 1,06 mol / 770 L = 1. x 10 3 M da cui si ricava H =.86. Esercizio ( unti): Calcolare il H di una soluzione di NH NO M. La costante di dissociazione (K b ) di NH 3 è mol/l in solux si stabilisco i seguenti equilibri NH NO 3 NH + + NO 3 NH + + H O H 3 O + + NH 3 H O H 3 O + + OH NH + essendo l acido coniugato di una base debole roduce idrolisi rendendo il H acido K idrolisi = [NH 3 ] [H 3 O + ] / [NH + ] = K w / K b = 10 1 / = mol / L Dalla reax di idrolisi si ricava che [H 3 O + ] = [NH 3 ] E oichè K idrolisi è molto iccola, NH + rimane raticamente uguale alla concentrazione iniziale del sale cs quindi H 3 O + = (K idrolisi x cs) 1/ = ( x 0.1) 1/ = mol / L H = log ( ) = 5.05 Esercizio 5 (3 unti). Scrivere la geometria molecolare di K CO 3 e CH 3 NH. Discuterne la geometria e la olarità. A che tio di solidi otranno dare luogo? Quali di queste sostanze saranno solubili in acqua e quali in CCl? a) K CO 3 solido ionico. triangolare lanare in CO 3. Solubile in H O. c) H 3 C NH. C e N tetraedrici. Polare. Solido molecolare a bassa T (a T ambiente è liquido). Solubile in H O, forma legami a idrogeno. Esercizio 6 (3 unti). Dire, motivando, quali delle seguenti affermazioni sono vere e quali false: a) Il sodio ha un affinità elettronica minore risetto all alluminio. b) Il cesio ha un energia di ionizzazione minore risetto al sodio. c) Il sodio ha un raggio atomico inferiore a quello del magnesio. a) vero b) vero c) falso Esercizio 7 (3 unti): Siegare attraverso il metodo degli molecolari erché l ossigeno molecolare è aramagnetico.

5 molecolari * x * y * z y z Energia x s * s s s Esercizio 8 (3 unti) Una sostanza ha le seguenti caratteristiche: 1) E solubile in acqua ) Il H della soluzione acquosa è 7 3) Conduce la corrente in soluzione acquosa e allo stato fuso, ma non allo stato solido. Dire, motivando la risosta, quale delle seguenti uò essere la sostanza in esame: C 6 H 6 ; LiCN, KCl; Fe. KCl, erché è l unica sostanza che si scioglie in H O, non da luogo a reazioni di idrolisi e forma ioni in soluzione e allo stato fuso. Esercizio 9 (3 unti). 1 mol di CH e 1 mol di H S vengono introdotte in un reciiente inizialmente vuoto, alla temeratura T. Si stabilisce l equilibrio: CH (g) + H S (g) CS (g) + H (g) (da bilanciare). All equilibrio la P totale vale 1,00 atm, e la ressione arziale dell idrogeno vale 0, atm. Scrivere l esressione della K e calcolarne il valore alla temeratura T. CH (g) + H S (g) CS (g) + H (g) 1 1 (comosiz. iniziale, mol) 1 x 1 x x x (all eq., mol) n totali=+x. All eq.: H = 0, atm =(x / + x) * 1,00 atm, da cui x=0,136. Quindi CO = (x / + x) * 1,00 atm = 0,060 atm. Infine: K = H 0, 0,06 CS 3 5,1 10 atm CH H S 0,38 0,3 Esercizio 10 ( unti). Un istone è adagiato sulla suerficie di acqua a 100 C contenuta in un serbatoio, ed esercita su di essa la ressione di 1 atm. La ressione viene diminuita di una quantità infinitesima (assumiamo che est = cost), col risultato di fare evaorare 10 gr. di acqua facendo assorbire. kj di calore. Calcolare w, U, H e H m (molare) er tale rocesso.

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