SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL 22-06-11 1A) 258 g di un minerale contenente il 91% di solfuro di arsenico (III), vengono immessi in 4,0 L di una soluzione acquosa di acido manganico al 10% in peso avente densità ρ = 1,1 kg/l. Si ha la formazione di acido arsenico, acido solforico e diossido di manganese. Bilanciare la reazione con il metodo ionico elettronico e calcolare i grammi di acido solforico che si formano. As 2 S 3 + H 2 MnO 4 H 3 AsO 4 + H 2 SO 4 + MnO 2 2As 3+ + 24H 2 O 2AsO 3 4 + 4e - + 16H 3 O + 3S 2- + 36H 2 O 3SO 2-4 + 24e - + 24H 3 O + MnO 4 2- + 2e - + 4H 3 O + MnO 2 + 6H 2 O 14 2As 3+ + 3S 2- + 60H 2 O +14MnO 2-4 + 56H 3 O + 2AsO 3 +3SO 4 4 2- + 40H 3 O + + 14MnO 2 + +84H 2 O As 2 S 3 + 14H 2 MnO 4 2H 3 AsO 4 + 3H 2 SO 4 + 14MnO 2 + 8H 2 O Vedo qual è il componente in difetto. Grammi di As 2 S 3 presenti nel minerale = 258 (91/100) = 234.8 g n As2S3 = 234,8 g/246,05 g mol -1 = 0,954 mol massa di soluzione di acido manganico = ρv = 1,1 kg L -1 4,0 L = 4,4 Kg grammi H 2 MnO 4 = 4,4 10 3 (10/100) = 440 g n H2MnO4 = 440 g/120,96 g mol -1 = 3,64 mol n As2S3 /n H2MnO4 = 0,954/3,64 = 0,26 > 1/14 H 2 MnO 4 è il componente in difetto. n H2SO4 = (3/14) n H2MnO4 = (3/14) 3,64 = 0,78 mol grammi H2SO4 = 0,78 mol 98,08 g mol -1 = 76,5 g 2A) A 25 C la pressione osmotica di una soluzione satura di solfato d argento è di 1,9 atm. Calcolare la solubilità (in g/l) del sale in acqua pura ed in una soluzione 0,1 M di solfato si sodio, sempre a 25 C. : Ag 2 SO 4(s) 2 Ag + 2- + SO 4 [ ] 2 s s π = [ ] tot R T = ([Ag + ] + [SO 4 2- ]) = (2 s + s) R T(298,15 K) = 3 s = 1,9 atm s = π / (3 R T) = 2,59 10-2 M = 2,59 10-2 mol/l= 2,59 10-2 mol/l PM(311,8 g/mol) = 8,07 g/l K ps = [Ag + ] 2 [SO 4 2- ] = (2 s) 2 s = 4 s 3 = 6, 95 10-5
Ag 2 SO 4(s) 2 Ag + + SO 4 2- [ ] 2 x x + 0,1 K ps = [Ag + ] 2 [SO 4 2- ] = (2 x) 2 (x + 0,1) posso trascurare x rispetto a 0,1 M. Quindi x = [K ps / (4 0,1] 1/2 = 1,32 10-2 mol/l = 1,32 10-2 mol/l PM(311,8 g/mol) = 4,11 g/l 3A)In un recipiente chiuso del volume di 1,60 L contenente ossigeno gassoso a 22 C e 760 torr, si introducono 84,0 g di ossido di Niobio (III). Il recipiente viene riscaldato alla temperatura di 600 C alla quale si stabilisce l equilibrio: 2Nb 2 O 3(s) 4Nb (s) + 3 O 2(g) la cui costante vale K p = 148,8. Determinare le quantità in grammi di ossido di Niobio e Niobio presenti all equilibrio (NB: Si trascuri il volume dei solidi). = =148.8 =5.30 = 1 1.60 0.0821 295 =0.066 ; = 5.30 1.60 0.0821 295 = 84.0 =0.359 233.81 =0.118 ; 2Nb 2 O 3(s) 4 Nb (s) + 3 O 2(g) Inizio 0.359 0.066-2x +4x +3x Equilibrio 0.359-2x 4x 0.066+3x 0.066+3! =0.118!=0.0173 =0.359 2 0.0173=0.324 =0.324 233.81 $ =75.82 $ n Nb = 4 0.0173 = 0.0692 moli =0.0692 92.91 % &'( 4A) Una soluzione acquosa è ottenuta mescolando 300 ml di una soluzione acquosa di acetato di sodio avente concentrazione 0,2 mol/l con 500 ml di una soluzione acquosa di acetato di calcio avente concentrazione 0,1 mol/l. Calcolare la variazione che subisce il ph di tale soluzione quando ad essa vengono aggiunti 200 ml di una soluzione acquosa di acido solforico avente concentrazione 0,4 mol/l. (K acido acetico = 1,8 10-5, considerare l acido solforico forte-forte) CH 3 COONa CH 3 COO - + Na + (CH 3 COO) 2 Ca 2CH 3 COO - + Ca 2+ c CH3COO- = (0.3L 0.2mol L -1 + 2 0.5L 0.1mol L -1 )/0.8 L = 0.2 mol L -1 CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH + OH - 0.2 0.2-x x x K i = K w /1.8 10-5 = 5.56 10-10 = [CH 3 COOH][OH - ]/[CH 3 COO - ] = x 2 /(0.2 x) Trascurando x rispetto a 0.2
5.56 10-10 = x 2 /0.2 x = 5.56 10-10 0.2 = 1.05 10-5 moll -1 [OH - ] = 1.05 10-5 mol L -1 poh = -log[oh - ] = 4.98 ph = 14-4.32 = 9.02 Aggiungo H 2 SO 4 : acido forte-forte H 2 SO 4 + H 2 O HSO - 4 + H 3 O + HSO - 2-4 + H 2 O SO 4 + H 3 O + Le nuove concentrazioni sono: c CH3COO- = 0.8L 0.2mol L -1 /1.0 L = 0.16 mol L -1 c H2SO4 = 0.2L 0.4mol L -1 /1.0 L = 0.08 mol L -1 Dalla dissociazione dell acido solforico si generano 2 0.08 mol L -1 = 0.16 mol L -1 di H 3 O + che spostano di questa quantità l equilibrio dello ione acetato verso la formazione dell acido acetico per cui posso scrivere: CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH + OH - 0.16 Dopo l aggiunta 0.16-0.16 0.16 Ho una soluzione di acido acetico di concentrazione 0.16 mol L -1 di cui posso calcolare il ph. CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + 0.16 mol L -1 0.16 mol L -1 -x x x K a = [CH 3 COO - ][H 3 O + ]/[CH 3 COOH] = x 2 /(0.16 mol L -1 x) = 1.8 10-5 x 2 + 1.8 10-5 x -2.88 10-6 = 0 x = 1.69 10-3 [H 3 O + ] = 1.69 10-3 mol L -1 ph = -log[h 3 O + ] = 2.77 La variazione di ph è: 2.77-9.02 = -6.25 5A) Un contenitore contiene due composti A e B che si decompongono entrambi seguendo una cinetica del primo ordine. I tempi di dimezzamento sono 50 minuti per A e 18 minuti per B. Se le concentrazioni di A e B sono inizialmente uguali, quanto tempo ci vuole affinché la concentrazione di A sia il quadruplo di quella di B? L equazione integrata per la cinetica del primo ordine dei due composti è: [A(t)] = [A(t=0)]exp(-k A t) [B(t)] = [B(t=0)]exp(-k B t) Il tempo di dimezzamento t DIM è definito dall equazione ½ = exp(-kt DIM ), da cui t DIM = ln(2)/k quindik A = ln(2)/(50 minuti) = 1.39 x 10-2 min -1, k B = ln(2)/(50 minuti) = 3.85 x 10-2 min -1 Inizialmente [A(t=0)]=[B(t=0)] e dobbiamo imporre [A(t*)]=4[B(t*)] ossia A(t*) = [A(t=0)] exp(-k A t*) = 4 [A(t=0)] exp(-k B t*) Da cui si ricava exp(-k A t*) = 4 exp(-k B t*) ; -k A t* = ln(4) - k B t* Ossia t* = ln(4) / (k B -k A ) = ln(4)/((3.85-1.39) 10-2 )= 56.4 min 6A) Considerare la seguente pila: )*+, -./,- =0.11 2*3 567 8 567 : )*+, -./,- =0.11 2*3
A: 80,0 ml di nitrito di sodio 0,100 M + 80,0 ml di acido cloridrico 0,050 M + 40,0 ml di acqua. B: 120,0 ml di diidrogenoarseniato di sodio 0,050 M + 60,0 ml di acido cloridrico 0,050 M. Determinare la f.e.m. della pila indicando le reazioni che avvengono agli elettrodi. Determinare inoltre le polarità degli elettrodi.[k a (acido nitroso) = 7,1 10-4 ; K a1 (acido arsenico) = 6,5 10-3 ] Sol A: ;< = +> <? >;< +> < [NO 2 ] = 0.02 M; [HNO 2 ] = 0.02 M A> <? B= AC D B A D E B =7.1 10=F 2> <? +2G = 2> <+> E = 0.059 log [H 3 O + ] = 0.186 V Sol B: > HI< F = +> <? > HI< F +> < [H 2 AsO 4 ] = 0.017 M; [H 3 AsO 4 ] = 0.017 M A> <? B= AC JKL M B AC D KL M E B =6.5 10= 2> <? +2G = 2> <+> E = 0.059 log [H 3 O + ] = 0.129 V f.e.m. = 0.057 V
SOLUZIONI COMPITO B DI CHIMICA DEL 22-06-11 1B) 662 g di un minerale contenente il 78% di anidride arseniosa, 257 g di idrogeno solfuro di potassio e 485 g di iodato di potassio, vengono immessi in una soluzione acquosa concentrata di idrossido di potassio. Si ha la formazione di arseniato di potassio, ioduro di potassio e zolfo. Bilanciare la reazione con il metodo ionico elettronico e calcolare i grammi di arseniato di potassio che si formano. As 2 O 3 + KHS + KIO 3 + KOH K 3 AsO 4 + S + KI + H 2 O As 2 O 3 + 10OH - 2AsO 3 4 + 4e + 5H 2 O HS - + OH - S + 2e + H 2 O IO 3 + 6e + 3H 2 O I - + 6OH - As 2 O 3 + HS - + 11OH - + IO 3 + 3H 2 O 2AsO 3 4 + S + I - + 6H 2 O + 6OH - As 2 O 3 + KHS + KIO 3 + 5KOH 2K 3 AsO 4 + S + KI + 3H 2 O Vedo qual è il componente in difetto. Grammi di As 2 O 3 presenti nel minerale = 662 (78/100) = 516,36 g n As2S3 = 516,36 g/197,84 g mol -1 = 2,61 mol n KHS = 257 g/72.17 g mol -1 = 3,56 mol n KIO3 = 485 g/214,0 g mol -1 = 2,27 mol Il componente in difetto è lo iodato di potassio. n K3AsO4 = 2n KIO3 = 2 2,27 mol = 4,54 mol grammi K3AsO4 = 4,54 mol 256,21 g mol -1 = 1163,2 g 2B) A 27 C la solubilità di una soluzione satura di cromato d argento è di 21,7 mg/l. Calcolare la pressione osmotica della soluzione e la solubilità (in mg/l) in una soluzione 0,1 M di cromato di sodio, sempre a 27 C. Ag 2 CrO 4(s) 2 Ag + + CrO 4 2- [ ] 2 s s s = 21,7mg/L = 2,17 10-2 g/l/331,73g/mol = 6,54 10-5 M K ps = [Ag + ] 2 [CrO 4 2- ] = (2 s) 2 s = 4 s 3 = 1,12 10-12 π = ν[ ] R T = (3 s) R T(300,15 K) = 4,83 10-3 atm K ps = [Ag + ] 2 [CrO 4 2- ] = (2 x) 2 (x + 0,1) posso trascurare x rispetto a 0,1 M. Ag 2 MnO 4(s) 2 Ag + + CrO 4 2- [ ] 2 x 0,1 + x
Quindi x = [K ps / (4 0,1] 1/2 = 1,67 10-6 mol/l = 1,67 10-6 mol/l PM(331,73 g/mol) = = 5,55 10-4 g/l = 0,555 mg/l 3B) In un recipiente chiuso del volume di 1,60 L contenente ossigeno gassoso a 22 C e 760 torr, si introducono 84,0 g di ossido di Niobio (III). Il recipiente viene riscaldato alla temperatura di 600 C alla quale si stabilisce l equilibrio: 4Nb (s) + 3 O 2(g) 2Nb 2 O 3(s) la cui costante vale K p = 6,7 10-3. Determinare le quantità in grammi di ossido di Niobio e Niobio presenti all equilibrio (NB: Si trascuri il volume dei solidi). 1 1.60 = =0.066 0.0821N 295 = 84.0 =0.359 233.81 4 Nb (s) + 3 O 2(g) 2Nb 2 O 3(s) Inizio 0.066 0.359 +4x +3x -2x Equilibrio 4x 0.066+3x 0.359-2x = 1 =6.7 10= =5.30 = 5.30 1.60 =0.118 ; 0.0821 295 0.066+3! =0.118!=0.0173 =0.359 2 0.0173=0.324 =0.324 233.81 $ =75.82 $ n Nb = 4 0.0173 = 0.0692 moli =0.0692 92.91 % =6.43 $ &'( 4B) Una soluzione acquosa è ottenuta mescolando 150 ml di una soluzione acquosa di cloruro di ammonio avente concentrazione 0,2 mol/l con 250 ml di una soluzione acquosa di solfato di ammonio avente concentrazione 0,1 mol/l. Calcolare la variazione che subisce il ph di tale soluzione quando ad essa vengono aggiunti 100 ml di una soluzione acquosa di idrossido di calcio avente concentrazione 0,4 mol/l. (K ammoniaca = 1,8 10-5, considerare l idrossido di calcio forte-forte). NH 4 Cl NH + 4 + Cl - (NH 4 ) 2 SO 4 2NH + 2-4 + SO 4 c NH4+ = (0.15L 0.2mol L -1 + 2 0.25L 0.1mol L -1 )/0.4 L = 0.2 mol L -1 NH + 4 + H 2 O NH 3 + H 3 O + 0.2 0.2-x x x K i = K w /1.8 10-5 = 5.56 10-10 = [NH 3 ][H 3 O + ]/[NH + 4 ] = x 2 /(0.2 x) Trascurando x rispetto a 0.2 5.56 10-10 = x 2 /0.2 x = 5.56 10-10 0.2 = 1.05 10-5 moll -1 [H 3 O + ] = 1.05 10-5 mol L -1 ph = -log[h 3 O + ] = 4.98 Aggiungo Ca(OH) 2 : Ca(OH) 2 Ca 2+ + 2OH -
Le nuove concentrazioni sono: c NH4+ = 0.4L 0.2mol L -1 /0.5 L = 0.16 mol L -1 c Ca(OH)2 = 0.1L 0.4mol L -1 /0.5 L = 0.08 mol L -1 Dalla dissociazione dell idrossido di calcio si generano 2 0.08 mol L -1 = 0.16 mol L -1 di OH - che spostano di questa quantità l equilibrio dello ione ammonio verso la formazione di ammoniaca per cui posso scrivere: NH + 4 + H 2 O NH 3 + H 3 O + 0.16 Dopo l aggiunta 0.16-0.16 0.16 Ho una soluzione di ammoniaca di concentrazione 0.16 mol L -1 di cui posso calcolare il ph. NH 3 + H 2 O NH + 4 + OH - 0.16 mol L -1 0.16 mol L -1 -x x x K b = [NH + 4 ][OH - ]/[NH 3 ] = x 2 /(0.16 mol L -1 x) = 1.8 10-5 x 2 + 1.8 10-5 x -2.88 10-6 = 0 x = 1.69 10-3 [OH - ] = 1.69 10-3 mol L -1 poh = -log[oh - ] = 2.77 ph = 14-2.77 = 11.23 La variazione di ph è: 11.23-4.98 = 6.25 5B) Un contenitore contiene due composti A e B che si decompongono entrambi seguendo una cinetica del primo ordine. I tempi di dimezzamento sono 10 minuti per A e 20 minuti per B. Se la concentrazione di A è inizialmente il doppio di quella di B, quanto tempo ci vuole affinché le due concentrazione di A e B siano uguali? L equazione integrata per la cinetica del primo ordine dei due composti è: [A(t)] = [A(t=0)] exp(-k A t) [B(t)] = [B(t=0)] exp(-k B t) Il tempo di dimezzamento t DIM è definito dall equazione ½ = exp(-kt DIM ), da cui t DIM = ln(2)/k quindik A = ln(2)/(10 minuti) = 6.93 x 10-2 min -1, k B = ln(2)/(20 minuti) = 3.47 x 10-2 min -1 Inizialmente [A(t=0)]= 2 [B(t=0)] e dobbiamo imporre [A(t*)] = [B(t*)] ossia: A(t*) = [A(t=0)] exp(-k A t*) = 1/2 [A(t=0)] exp(-k B t*) Da cui si ricava exp(-k A t*) = 1/2 exp(-k B t*) ; -k A t* = -ln(2) - k B t* Ossia t* = ln(2) / (k A -k B ) = ln(2)/((6.93-3.47) 10-2 )= 20.0 min 6B) Considerare la seguente pila: 8O 5678 567 : 8O A: 220,0 ml di nitrato di argento 0,050 M + 220,0 ml di nitrato di sodio 0,050 M. B: 220,0 ml di nitrato di argento 0,100 M + 220,0 ml di cloruro di sodio 0,100 M. Determinare la f.e.m. della pila indicando le reazioni che avvengono agli elettrodi. Determinare le polarità degli elettrodi.determinare inoltre come varia la f.e.m. della pila in seguito all aggiunta di 0,002 mol/l di cloruro di sodio nella soluzione B. [K ps (AgCl) = 1,58 10-10 ]
Sol A:[Ag + ] = 0.025 M Sol B:[Ag + ] = 1 10-5 M H$? +G = H$ E 0 = 0.799 V E = E 0 + 0.059 log [Ag + ] E A = 0.704 V E B = 0.504 V f.e.m. = 0.200 V Aumenta