Università di Catania Facoltà di Ingegneria CdL Ingegneria Edile Architettura ESERCIZI DI CHIMICA Prof. Antonino Mamo 1) Scrivere le formule brute e di struttura dei seguenti composti: fosfato monoacido di magnesio, nitrato ferrico, bicarbonato di nichelio(ii), bisolfato di alluminio, pirofosfato di ammonio. 2) Calcolare il peso equivalente dei seguenti composti: H 3 PO 4, Zn(OH) 2, AlPO 4, FeCl 3. STECHIOMETRIA 1) Si ha un campione di ossidi di ferro FeO ed Fe 2 O 3; 1.00 g di miscela viene ridotta a metallo puro, e si ottengono 0.738 g di ferro. Trovare la composizione della miscela originale. 2) Facendo reagire del rame metallico con acido solforico si ottiene: solfato rameico, anidride solforosa ed acqua. Quanti grammi di rame e quanti grammi di acido solforico al 96% in peso si debbono usare per ottenere 32 g di anidride solforosa? 3) Calcolare i ml di acido solforico 0.2 M necessari per produrre 14.6 g di acido cloridrico dalla seguente reazione da bilanciare: cloruro di bario + acido solforico solfato di bario + acido cloridrico. REAZ. REDOX 1) Bilanciare e completare la seguente reazione che avviene in soluzione acquosa basica: Au 3+ (aq) + H 2 O 2 (l) Au (s) + O 2 (g) Calcolare poi la quantità in grammi di oro metallico che si ottiene, sapendo che dalla reazione si sviluppano 1000 dm 3 di ossigeno, misurati alla pressione di 380 torr ed alla temperatura di 30 0 C. Si consideri che la reazione proceda in modo completo. 2) Bilanciare e completare la seguente reazione che avviene in soluzione acquosa basica: Bi(OH) 3 + Na 2 SnO 2 Bi + Na 2 SnO 3 Calcolare inoltre i grammi di bismuto metallico che si formano da 0.98g di Na 2 SnO 2. 3) Bilanciare la seguente reazione redox::
H 2 O 2 + KI + H 2 SO 4 I 2 + K 2 SO 4 + H 2 O. 4) Bilanciare la seguente reazione redox: CdS + HNO 3 Cd(NO 3 ) 2 + S + NO + H 2 O 5) Bilanciare la seguente reazione redox: FeS + HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + NO 2 + S + H 2 O 6) Bilanciare, con il metodo delle semireazioni, la seguente reazione redox: Mn ++ + PbO 2 + H + MnO 4 - + Pb ++ + H 2 O 7) Bilanciare le seguenti rezioni: a) ClO 3 - + SO 2 + H 2 O Cl - + SO 4 2- + H + b) KMnO 4 + KI + H 2 SO 4 MnSO 4 + K 2 SO 4 + I 2 + H 2 O 8) Bilanciare la seguente reazione di ossido riduzione: bicromato di potassio + acido solforoso + acido solforico solfato di potassio +solfato di cromo(iii) + acqua. 9) Bilanciare la seguente reazione redox: bicromato di potassio + cloruro stannoso + acido cloridrico cloruro di potassio + cloruro di cromo(iii) + cloruro stannico + acqua. 10) Scrivere e bilanciare la seguente reazione: cloruro di tallio + ipoclorito di sodio + idrossido di sodio sesquiossido di tallio + cloruro di sodio + acqua 11) Bilanciare la seguente reazione redox: solfuro arsenioso (III) + perossido di idrogeno + idrossido di ammonio ortoarseniato di ammonio + solfato di ammonio + acqua. 12) Bilanciare la seguente reazione: HCl + MnO 2 + TeO 2 + H 2 O MnCl 2 + H 6 TeO 6 13) Bilanciare la seguente reazione che avviene in ambiente basico: VOCl 2 + I 2 + NaHCO 3 NaVO 3 + NaI + NaCl + CO 2 + H 2 O N.B. Il cloruro di vanadile VOCl 2 si dissocia in VO ++ + 2 Cl -. 14) Bilanciare la seguente reazione che avviene in ambiente basico: I 2 + N 2 H 4 + NaHCO 3 N 2 + NaI + CO 2 + H 2 O N.B. L idrazina N 2 H 4 non è un elettrolita. 15) Calcolare i coefficienti stechiometrici della seguente reazione: MnO 4 - + Cl - + H + Mn 2+ + Cl 2 + H 2 O 16) Bilanciare la seguente reazione: (Cr 2 O 7 ) 2- + H + + H 2 S Cr 3+ + H 2 O + S 17) Bilanciare le seguenti reazioni redox: a) Ione iodato + Ione ferroso + ione idrogeno Ione ferrico + acqua + Ione Ioduro; b) Zinco + Acido Nitrico Nitrato di Zinco + nitrato di ammonio + acqua
18) Bilanciare le seguenti reazioni redox: a) Ione perclorato + ione ferroso + ione idrogeno Cloro + ione ferrico + acqua b) Bicromato di potassio + perossido di idrogeno + acido solforico Solfato di cromo (III) + solfato di potassio + ossigeno + acqua. 19) Bilanciare la seguente reazione redox: Acido Ipofosforoso + Nitrato di Argento + H 2 O Argento + ac.fosforico + ac. nitrico GAS 1) Un recipiente a tenuta di gas ha un volume di 1000 m 3 ed è riempito con aria a 27 C e 1.00 atm. Assumendo che la composizione in volume dell'aria sia 21% di O 2 e 79% di N 2, calcolare: (a) La pressione parziale di O 2 ; (b) La pressione parziale di N 2 ; (c) se tutto l'ossigeno viene chimicamente rimosso, quale sarà la pressione nel recipiente? 2) Quale volume di gas si ottiene decomponendo 50g di perossido di bario(bao 2 ) in ossido di bario ed ossigeno a pressione atmosferica ed alla temperatura di 150 0 C. 3) Bilanciare e completare la seguente reazione che avviene in soluzione acquosa acida: As 2 O 3 (s) + Zn (s) + H 2 SO 4 (aq) AsH 3 (g) + ZnSO 4 (aq) Si calcoli poi il volume in litri di AsH 3 misurato alla pressione di 608 torr ed alla temperatura di 40 0 C, che si forma da 0.98g di As 2 O 3. Si consideri che la reazione proceda in modo completo. 4). Calcolare il volume occupato a c.n. da 3 x 10 18 molecole di etilene ed il loro peso. 5) Calcolare i grammi di solfuro antimonioso necessari per produrre 4 litri di acido solfidrico in c.n. secondo la reazione da bilanciare: solfuro antimonioso + acido cloridrico cloruro antimonioso + acido solfidrico. 6) Che volume, espresso in litri, occupano 5,25g. di azoto(considerandolo gas ideale) a 80 0 C e a 750mmHg.? 7) Un gas diffonde tre volte più lentamente dell elio. Qual è la densità di tale gas rispetto all elio? PROPRIETA COLLIGATIVE 1) Il benzene ha una tensione di vapore, a 40 C, di 195 torr. Una soluzione costituita da 20 g. di un soluto non volatile in 300 g di benzene ha, a 40 C, una tensione di vapore uguale a 190 torr.
Calcolare in peso molecolare della sostanza disciolta. 2) Una miscela di due sostanze organiche A e B bolle a 45 C. A questa temperatura, A pura misura una tensione di vapore uguale a 850 torr, mentre B pura 320 torr. Quale è la composizione della miscela espressa in frazione molare? 3) La tensione di vapore dell etere puro a 10 C è 291.8 torr. Sciogliendo 4.48 g di acido salicilico in 80.7 g di etere la tensione di vapore si abbassa di 8.5 torr. Calcolare il peso molecolare dell acido salicilico. La formula dell etere è C 2 H 5 OC 2 H 5. 4) Calcolare i grammi di cloruro di magnesio da aggiungere a 600 g di acqua per avere un abbassamento della temperatura di congelamento dell acqua pari a 4 C. (K cr = 1.86 C mol -1 Kg). 5) Una soluzione contenente 2 g di glucosio, C 6 H 12 O 6, ed una quantità incognita di saccarosio, C 12 H 22 O 11, in 700 ml di soluzione ha una pressione osmotica di 492 Torr alla temperatura di 27 C. Calcolare la quantità di saccarosio presente nella soluzione. 6) Determinare la temperatura a cui una soluzione contenente 0.55 g di glucosio, C 6 H 12 O 6, in 100 ml di soluzione è isotonica con una soluzione in cui sono contenuti 1.59 g di glicerolo, CH 2 OHCHOHCH 2 OH, in acqua in modo da avere 4.5 x 10 2 ml di soluzione alla temperatura di 25 C. 7) Determinare la concentrazione molale di una soluzione acquosa di cloruro di sodio che presenta lo stesso abbassamento crioscopico di una soluzione costituita da 5.8g di glucosio (P.M. = 180.096) in 50 g di acqua. K c per l acqua è 1.86 C x kg/mol. 8) Calcolare la pressione osmotica di una soluzione 0.3M di zucchero alla T=20 o C. 9) A 30 C la pressione di vapore del benzene è 118 torr e quella del toluene 36 torr. Calcolare a 30 C la pressione di vapore di una soluzione benzene-toluene con frazione molare del benzene pari a 0.4. 10) Calcolare la temperatura di congelamento di una soluzione che contiene 8.1 g di cloruro di calcio (elettrolita forte) in 750 g di H 2 O (K cr = 1.86 ). 11) Calcolare la pressione osmotica esercitata da una soluzione che contiene in 500 ml 25 g di cloruro di calcio (PM = 111; sale forte) e 7 g di zucchero (PM = 180) a 20 C. CALCOLO ph Idrolisi-Soluzioni Tampone 1) Calcolare la concentrazione degli ioni [H + ], quando ad un litro di una soluzione di acido cloridrico 0.1N vengono aggiunti 250 ml di una soluzione di idrossido di potassio 0.1N (trascurare la variazione di volume).
2) Determinare la K a di un acido debole sapendo che il poh di una sua soluzione a concentrazione 0.1M, è 11.13. 3) Si ha una soluzione di acido acetico e acetato di sodio a ph=4. Se la concentrazione di acido è 0.1M, calcolare la concentrazione del sale (K a =1,8.10-5 ). 4) Vengono mescolati 400 cc di una soluzione di acido acetico 10-3 M e 400 cc di una soluzione di idrossido di sodio 10-4 M. Calcolare il ph della soluzione finale. K a = 1.8 x 10-5. 5) Un litro di soluzione acquosa contiene disciolte 0.125 moli di acido acetico e 0.176 moli di acetato di sodio. Calcolare il ph di tale soluzione sapendo che la K a =1.75x10-5 6) L acido ipocloroso ha una K a =3.2x10-8 moli/l. Calcolare i grammi di acido necessari per ottenere un litro di una soluzione a ph=7.8 7) Calcolare i grammi di cloruro di ammonio (K b = 1.8 x 10-5 ) da sciogliere in 500ml di acqua per avere un ph pari a quello di una soluzione 0.01M di acido cianidrico (K a = 4.8 x 10-10 ). 8) L idrossido di ammonio è una base debole la cui K b = 1.8 x 10-5. Calcolare il ph di una soluzione contenente idrossido di ammonio 10-3 M ed acido acetico 10-4 M (K a = 1.8 x 10-5 ). 9) Calcolare il ph di un litro di soluzione contenente 10-4 moli di idrossido di ammonio e 10-4 moli di acido cloridrico (K b = 1.8 x 10-5 ). 10) Calcolare la variazione di ph quando 0.001 moli di acido cloridrico vengono rispettivamente aggiunti a: a) un litro di acqua b) un litro di una soluzione formata da 0.1 moli di acido acetico e 0.1 moli di acetato di sodio. In entrambi i casi si trascuri la variazione di volume (K a = 1.8 x 10-5 ). 11) Calcolare il peso molecolare di una base debole, sapendo che per ottenere una soluzione a ph=11.16 sono stati sciolti 2.5g di base in 600 ml di acqua. Si trascuri la variazione di volume. (K b = 1.8 x 10-5 ) 12) Calcolare la variazione di ph quando ad un litro di soluzione tampone costituita da 0.35M di NH 4 OH e 0.5M di NH 4 Cl, vengono aggiunti 0.025 moli di HCl. Si supponga che non vari il volume. K b =1.8 x 10-5. 13) In condizioni standard a 100 ml di una soluzione di HNO 3 0.01 N vengono aggiunti 100 ml di HCl gassoso. Calcolare il ph della soluzione risultante. 14) 80 ml di una soluzione di acido acetico vengono titolati con 20 ml di idrossido di sodio 0.1 N. Calcolare il ph al punto di equivalenza (K a = 1.8 x 10-5 ). 15) Calcolare il ph della seguente soluzione: 25 ml di idrossido di potassio 0.9 M + 75 ml di acido acetico 0.3 M. 16) Calcolare i grammi di idrossido di sodio che devono essere mescolati a 0.6 grammi di acido acetico per ottenere un litro di soluzione tampone a ph = 5. 17) Una soluzione viene preparata miscelando 50 ml di idrossido di sodio 0.16 M con 30 ml di
acido acetico 0.16 M. Calcolare il ph della soluzione, considerando per l acido una K a = 1.76 x 10-5 18) Una soluzione viene preparata miscelando 30 ml di idrossido di sodio 0.16 M con 50 ml di acido acetico 0.16 M. Calcolare il ph della soluzione, considerando per l acido una K a = 1.76 x 10-5 19) Calcolare i grammi di acido cianidrico necessari per preparare 400 ml di una soluzione acquosa di acido avente un ph= 5. (K a = 4.8 x 10-10 ). 20) Calcolare il ph di una soluzione di cloruro di ammonio contenente 5.8 g per 100 ml di soluzione. La Kb dell ammoniaca è 1.8 10-5 21) Una soluzione tampone viene preparata facendo gorgogliare 20 litri di NH 3 gassosa a condizioni normali e 10 litri di HCl gassoso a condizioni normali in 2.0 litri di H 2 O. Calcolare il Ph della soluzione (Kb NH3 = 1.75 10-5 ). 22) Ad un litro di soluzione tampone formata da acetato di sodio ed acido acetico entrambi 0.1 N vennero aggiunti 100 ml di HCl 0.5 N. Calcolare il ph della soluzione prima e dopo l aggiunta di HCl, descrivendo gli equilibri coinvolti. La costante dell acido acetico è Ka = 1.8 10-5 PRODOTTO SOLUBILITA 1) Calcolare la solubilità del cloruro di argento in una soluzione 0.01M di nitrato di argento. (Kps= 1.2 x 10-10 ). 2) Calcolare la solubilità in moli per litro dell idrossido ferrico prima a ph = 3 e poi a ph = 8. Per l idrossido ferrico K ps = 1.1 x 10-36. 3) Calcolare quanti grammi di cromato di piombo(ii) passano in soluzione prima a) in 1 litrodi acqua e poi b) in 1 litro di soluzione di cromato di sodio 0.1 M. Per il cromato di piombo(ii) il valore di K ps è 1.77 x 10-14. Si assuma che non vi siano variazioni di volume. 4)Considerando che il prodotto di solubilità del solfato di bario in acqua a 25 C è 1.07 10-10, si determini se, mescolando 100 ml di BaCl 2 10-3 M e 100 ml di Na 2 SO 4 10-3 M, si forma un precipitato di BaSO 4. Si calcolino altresì b) la massa eventualmente precipitata; e c) le concentrazioni degli ioni Ba ++ e SO 4 --. 5) Calcolare la solubilità in acqua dell ortofosfato rameico il cui prodotto di solubilità è 1,8.10-18. 6) Si abbia un litro di una soluzione contenente 10-3 moli di cloruro di bario e 10-3 moli di cloruro di zinco. Avendo a disposizione una soluzione 10-2 M di carbonato di calcio ed aggiungendola goccia a goccia alla prima soluzione quale ione precipiterà prima: Ba ++ oppure Zn ++? K ps (carbonato di bario)= 1.6 x 10-9 mol 2 /l 2 K ps (carbonato di zinco)= 2 x 10-10 mol 2 /l 2 7) Determinare il valore della costante del prodotto di solubilità del Zn(OH) 2 se la pila Zn/Zn(OH) 2, soluz.satura // Ni ++, 0.050M / Ni presenta una f.e.m. = 667mV.
8) Calcolare la solubilità del bromato di argento in una soluzione acquosa di bromato di sodio 1/10 M. (K ps = 5.77 x 10-5 ). 9) La solubilità a 25 C del fluoruro piomboso in una soluzione 0.1M di nitrato piomboso è 3.1x10-4 moli/l. Calcolare il K ps del fluoruro piomboso nella medesima soluzione. 10) Calcolare la solubilità del cloruro di argento in una soluzione 0.05M di nitrato di argento. (Kps= 1.2 x 10-10 ). PILE 1) Una pila fatta da un elettrodo di rame e da un elettrodo ad idrogeno secondo il seguente schema: Pt (H 2 = 1 atm.)/ H + //Cu ++ (1 M)/Cu mostra un E = 0.573 V. Calcolare il ph della soluzione acida in cui è immerso l elettrodo di platino. 2) Calcolare la f.m.e. ed il G della pila costituita da un semielemento di Sn 2+ /Sn (0.1M) e da un semielemento di Zn 2+ /Zn (0.2M). 3) Calcolare la f.e.m. e la G della pila costituita dai due semielementi: (i)elettrodo di platino sul quale gorgoglia cloro gas a 0.6atm, immerso in una soluzione di cloruro di sodio 10-2 M (ii) elettrodo di cadmio immerso in una soluzione di suoi ioni a concentrazione 0.1M. 4) Avendo i seguenti due semielementi: Co/Co ++ (0.05M) e Ag/Ag + (0.01M), dire se con essi è possibile formare una pila. Se si, dire in che verso decorre la reazione della pila, calcolare la f.e.m. e scriverne lo schema. 5) Schematizzare la pila formata da due semielementi di Ag/Ag + (0.01M) e Cd/Cd + (0.1M) collegati da un ponte salino contenente una soluzione di nitrato di potassio. Calcolare la f.e.m. e la variazione di energia libera. 6) Data la pila così schematizzata: Sn/Sn ++ (0.1M)//OH - aq(1m)/o 2 (g) (?atm), Pt Calcolare la pressione dell ossigeno gassoso richiesta per avere una f.e.m. di 0.574V. E 0 (Sn 2+ /Sn) = -0.136 V E 0 (O 2 /OH - ) = 0.401 V 7) Avendo a disposizione un pezzo di rame metallico, una soluzione contenente ioni Cu 2+ ad attività unitaria, un pezzo di stagno metallico ed un sale di Sn 2+, progettare una pila con f.e.m. di 0.5V. 8) In alcune acque di scarico industriali fu rilevata la presenza di ioni Cu 2+. Volendo determinare la concentrazione di questi ioni venne usato un elettrodo standard di argento quale semielemento di una pila di cui l altro semielemento era costituito da un elettrodo di rame immerso nella soluzione da esaminare. La f.e.m. della pila così ottenuta risultò uguale a 0.62V. a) Scrivere la reazione che si realizza durante il funzionamento della pila. b) Calcolare la concentrazione dello ione rameico nelle acque analizzate.
9) Una cella galvanica è formata da una lamina di cobalto metallico immersa in una soluzione 1M di ioni cobalto Co ++ e da un altro elettrodo costituito da un filo di platino immerso in una soluzione 1M di ioni cloro Cl -. Del gas cloro alla pressione di 1atm viene fatto gorgogliare in questa soluzione. La f.e.m. della osservata è di 1.63V. Si vuole conoscere: a) qual è la reazione spontanea della cella b) qual è la tensione normale dell elettrodo a cobalto c) come varia la f.e.m. della cella all aumentare della pressione parziale del cloro d)quale sarebbe la f.e.m. della cella se la concentrazione degli ioni cobalto fosse 0.01M. 10) Date le due semireazioni: ½ Cl 2 + e - Cl - E = 1.36 V ½ Cl 2 + 2 OH - ClO - + e - E = 0.38 V Dire quanto vale il ph all equilibrio se la pressione del cloro è di 2 atm e se [Cl - ] = [ClO - ] = 0.1 mol/l. 11) Calcolare la f.e.m. della segunte pila Cu/CuS (soluz. satura)//ag 2 S (soluz. satura)/ag, sapendo che Kps(Ag 2 S) = 10-50.26 e Kps(CuS)= 10-35.10. Scrivere inoltre la reazione chimica spontanea che avviene durante la scarica della pila. 12) Calcolare la f.e.m. e la G della pila costituita da: a) un elettrodo di platino immerso in una soluzione a ph = 3 di ioni (MnO 4 ) - (0.1 M) e Mn ++ (0.02 M) b) un elettrodo di rame immerso in una soluzione dei suoi ioni Cu 2+ (0.2 M). 13) Si abbia una pila così costituita: Ag / Ag + (0.02 M) // Ag + (0.1 M) / Ag Calcolare la f.e.m. e la variazione di energia libera della suddetta pila. 14) Mettendo a contatto un elettrodo ad H 2 con una soluzione di un acido debole HA si ottiene una pila dal seguente schema: Pt, H 2 (1 atm), / HA (C a = 0.1 M) // H + (1 M) / Pt, H 2 (1 atm) Sapendo che la f.e.m risulta uguale a 0.17 V, determinare la costante di dissociazione dell acido debole HA, supponendo che la sua concentrazione all equilibrio sia pari a quella iniziale. 15) Calcolare la f.e.m. di una pila costituita dalle seguenti semicelle: Ag/Ag + (5 x 10-2 M) Ag/Ag + (8 x 10-1 M) Schematizzare inoltre la pila. 16) Calcolare la f.e.m per l ossidazione del Cr 3+ a Cr 2 O 7 2- da parte di HSO 4 - (che si riduce ad SO 3 2- ) a ph = 4 in una soluzione in cui la concentrazione di tutte le specie, tranne H 3 O +, sia 1 M. Dire se la reazione è spontanea. N.B. E (Cr 3+ /Cr 2 O 7 2- ) = 1.33 V; E (HSO 4 - /SO 3 2- ) = 0.11 V 17) Calcolare la f.e.m. e la G di una pila costituita da: (i)un semielemento di rame immerso in una soluzione dei suoi ioni bivalenti a concentrazione 0.001M; (ii) un semielemento di zinco immerso in una soluzione dei suoi ioni bivalenti a concentrazione 0.1M. 18) Una pila è costituita da un elettrodo Zn ++ /Zn e da un altro elettrodo di Ag + /Ag. Sapendo che le concentrazioni dei due sali sono 0.1 M, calcolare la f.e.m della pila a 30 C.(R = 8.314 J/K)
19) Una pila fatta da un elettrodo di rame e da un elettrodo ad idrogeno secondo il seguente schema: Pt (H 2 = 1 atm.)/ H + //Cu ++ (1 M)/Cu mostra un E = 0.735 V. Calcolare il ph della soluzione acida in cui è immerso l elettrodo di platino. 20) Una pila chimica, costituita da un semielemento di Zn immerso in una soluzione acquosa 0.1M di solfato di zinco e da un semielemento di idrogeno [P(H 2, gas)=1 atm.], ha una f.e.m. di 0,35V. Calcolare il ph della soluzione del semielemento di idrogeno. ELETTROLISI 3. Un oggetto di Cu di superfice 200 cm 2 deve essere ricoperto di uno strato di Ag di spessore di 0.20 mm. Facendo funzionare l oggetto come catodo di una cella elettrolitica contenente una soluzione acquosa di AgNO 3, calcolare il tempo necessario al deposito di Ag richiesto se viene fatta passare una corrente di intensità 3.00 A (d Ag = 10.54 cm -3 ). 3) Dopo il passaggio di una certa quantità di elettricità attraverso due celle in serie, l una contenente una soluzione acquosa di AgNO 3 e l altra una soluzione acquosa di H 2 SO 4, sul catodo della prima cella si sono depositati 0.20 g di Ag. Si calcoli il volume di Idrogeno sviluppato al catodo della seconda cella, misurato a 20 C e 750 torr. 3) Una certa quantità di corrente fluisce attraverso due celle: una contiene una soluzione di nitrato di argento e l altra una soluzione di cloruro stannoso. Calcolare le quantità di stagno depositata sapendo che si depositano 2 grammi di argento.