SOLUZIONI COMPITO A CHIMICA

SOLUZIONI COMPITO A CHIMICA 07-07-211 1A) Per combustione di una miscela (0,596 moli totali) di due idrocarburi di formula (C 7 H 16 e C 9 H 20 ) si ottengono 102.420 g di acqua ed anidride carbonica. Calcolare (a) la % p/p del C 7 H 16 nella miscela iniziale e (b) la pressione parziale dell anidride carbonica quando la pressione totale della miscela di combustione (acqua ed anidride carbonica) vale 760 torr. C 7 H 16 + 11 O 2 " 7 CO 2 + 8 H 2 O C 9 H 20 + 14 O 2 " 9 CO 2 + 10 H 2 O n(h 2 O) = 5.69 moli x = moli C 7 H 16 y = C 9 H 20! +! = 0.596 8! + 10! = 5.69 x = 0.135 moli y = 0.461 moli m(c 7 H 16 ) = 13.50 g m(c 9 H 20 ) = 59.00 g %(C 7 H 16 ) = 18.62 n(co 2 ) = 5.09 moli p!"# =!!"#!!"! P!"! =!"#!!"# 2A) 1,974 g di un composto organico solido non elettrolita sono sciolti in 47,2 g di etere dietilico (C 4 H 10 O): la tensione di vapore della soluzione, a 10 C, vale 287,5 torr. Sapendo che la tensione di vapore dell etere puro vale, alla stessa temperatura, 291,8 torr e che la soluzione ha una densità di 0,786 g ml -1, si determini la pressione osmotica della soluzione a 10 C. 564 mg dello stesso composto, costituito solamente da C, H, O vengono bruciati in eccesso di ossigeno: si formano 1,67 g di diossido di carbonio e 195,2 mg di acqua. Calcolare la formula molecolare del composto organico. Indico il composto incognito con C x H y O z. Dall abbassamento della tensione di vapore della soluzione ricavo la massa molare del composto ΔP/P = - x composto x composto = -(287,5 291,8)torr/291,8 torr = 1.47 10-2 x composto = n composto /(n composto + n solvente ) n solvente = 47,2 g/74 g mol -1 = 6,38 10-1 mol 1,47 10-2 = n composto /(n composto + 6,38 10-1 ) 1,47 10-2 n composto + 9,38 10-3 = n composto n composto = 9,52 10-3 mol n= massa/massa molare M composto = massa/n = 1,974g/9,52 10-3 mol = 207,4 g mol -1 564 mg del composto sottoposti a combustione equivalgono a n = 0,564 g/207,4 g mol -1 = 2.72 10-3 mol

La reazione di combustione è: C x H y O z + O 2 xco 2 + y/2 H 2 O Si ottengono: n CO2 = 1,67g/44.01 g mol -1 = 3,80 10-2 mol = moli carbonio n C = 3,80 10-2 mol = nx x = 3,80 10-2 /2,72 10-3 = 13.95 ~ 14 n H2O = 0,1952g/18.02 g mol -1 = 1,08 10-2 mol = moli idrogeno/2 n H = 1,08 10-2 2 = 2.16 10-2 mol = ny y = 2,16 10-2 /2,72 10-3 = 7.94 ~ 8 Posso ora calcolare i grammi di ossigeno e quindi le moli in 564 mg del composto. g O = 0,564 3,80 10-2 12.01 2.16 10-2 1.01 = 8,58 10-2 g moli ossigeno = 8,58 10-2 g/16 g mol -1 = 5,36 10-3 mol = nz z = 5,36 10-3 /2,72 10-3 = 1.97 ~ 2 La formula chimica del composto è: C 14 H 8 O 2 π = crt c = n/v n = 9,52 10-3 mol V = m/ρ = (1,974 + 47,2)g/0,786 g ml -1 = 62,56 ml π = (9,52 10-3 mol/62,56 10-3 L) 0,0821 L atm K -1 mol -1 283,16 K= 3,54atm 3A) Calcolare l entalpia standard di combustione di N 2 H 4 (g), sapendo che le entalpie standard di formazione di H 2 O(g), NO 2 (g) e N 2 H 4 (g) corrispondono rispettivamente a -241.8 kj/mol, 33.2 kj/mol e -47.6 kj/mol. 2 [ H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) H 2 O(g) ] 2ΔH 0 f(h 2 O) = -483.6 kj/mol 2 [O 2 (g) + 1/2 N 2 (g) NO 2 (g)] 2ΔH 0 f(no 2 ) = +66.4 kj/mol N 2 H 4 (g) N 2 (g) + 2 H 2 (g) -ΔH 0 f(n 2 H 4 ) = -47.6 kj/mol N 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) 2H 2 O(g) + 2NO 2 (g) ΔH 0 comb(n 2 H 4 ) =? ΔH 0 comb(n 2 H 4 ) = 2ΔH 0 f(h 2 O) + 2ΔH 0 f(no 2 ) -ΔH 0 f(n 2 H 4 ) = -464.8 kj/mol 4A) In un recipiente del volume di 5,0 L, ad un certa temperatura, l anidride solforosa ed il biossido di azoto sono in equilibrio con anidride solforica e monossido di azoto. Si introducono inizialmente 4,0 mol di anidride solforosa, 0,5 mol di biossido di azoto, 2,0 mol di monossido di azoto e 3,0 mol di anidride solforica. La costante di equilibrio alla stessa temperatura vale 2,97 10-2. Calcolare il numero di moli di monossido di azoto che devono essere aggiunte nel recipiente (a temperatura costante) affinché la concentrazione del diossido di azoto diventi 0,5 M. SO 2(g) + NO 2(g) SO 3(g) + NO (g) [ ] i 0,8 0,1 0,6 0,4 [ ] i 0,8 + x 0,1 + x 0,6 - x 0,4 - x

K p = K c = (0,6 - x) (0,4 - x) / (0,8 + x) (0,1 + x) = 2,97 10-2 da cui x = 0,343 M Aggiungo y (mol/l) di NO 2. SO 2(g) + NO 2(g) SO 3(g) + NO (g) [ ] i 1,143 0,443 0,257 0,057 + y [ ] e 1,143 + x 0,443 + x 0,257 - x 0,057 + y - x 0,443 - x = 0,5 e quindi x = 0,057 M. K = 0,2 (y) / (1,2 0,5) = 2,97 10-2 da cui y = [NO] = 8,91 10-2 M n(no) = M V(5,0 L) = 0,4455 mol 5A) Ad una soluzione acquosa 0,8 M di ammoniaca si aggiunge HCl gassoso fino ad ottenere una soluzione tampone a ph = 9,40 (a). Ad una seconda soluzione acquosa 0,6 M di ammoniaca si aggiunge HCl gassoso fino ad ottenere una soluzione tampone a ph = 8,90 (b). Calcolare il ph della soluzione che si ottiene mescolando 100,0 ml della soluzione (a) con 166,0 ml della soluzione (b). [K b (NH 3 ) = 1,80 10-5 ] a) [NH 3 ] = 0,8 M + HCl (g) con ph = 9,40 NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 0,8 x - [ ] e 0,8 - x - x + H 2 O NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - K b = 1,80 10-5 = ([NH 4 + ] [OH - ]) / [NH 3 ] = x 10 -poh / (0,8 - x) dove [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-9,40) M = 2,52 10-5 M quindi x = [NH 4 + ] e = 0,333 M e [NH 3 ] e = 0,467 M b) [NH 3 ] = 0,6 M + HCl (g) con ph = 8,90 NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 0,6 x - [ ] e 0,6 - x - x + H 2 O NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - K b = 1,80 10-5 = ([NH + 4 ] [OH - ]) / [NH 3 ] = x 10 -poh dove [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-8,90) M = 7,94 10-6 M quindi x = [NH + 4 ] = 0,416 M e [NH 3 ] e = 0,184 M / (0,6 - x ) V a = 0,100 L V b = 0,166 L n(nh 3 ) tot = (M V a ) + (M V b ) = (0,467 mol/l 0,100 L) + (0,184 mol/l 0,166 L) =

= 7,72 10-2 mol n(nh 4 + ) tot = (M V a ) + (M V b ) = (0,333 mol/l 0,100 L) + (0,416 mol/l 0,166 L) = = 10,24 10-2 mol [NH 3 ] tot = n / V = 0,290 M [NH 4 + ] tot = n / V = 0,385 M con V tot = 0,266 L [OH - ] = (K b [NH 3 ] ) / [NH 4 + ] = 1,36 10-5 M quindi poh = 4,87 e ph = 9,13 6A) Indicare la polarità degli elettrodi della cella galvanica rappresentata dal diagramma Ag AgBr soluz. satura NaBr 5 10 moll 2 1 AgBr soluz. satura e calcolare il valore del prodotto di solubilità del bromuro di argento, a 25 C, sapendo che la f.e.m. vale, a 25 C, 0.291 V. E una pila a concentrazione. La reazione distintiva degli elettrodi è: Ag + + e - Ag E sx = E Ag+ Ag - 0.059 log (1/[Ag + ] sx ) E dx = E Ag+ Ag - 0.059 log (1/[Ag + ] dx ) Ag Poiché [Ag + ] dx > [Ag + ] sx (effetto ione a comune) E dx > E sx L elettrodo schematizzato a destra è il polo +, quello a sinistra è il polo negativo. AgBr (s) Ag + + Br - K ps = [Ag + ][Br - ] [Ag + ] = K ps /[Br - ] [Ag + ] sx = K ps /[Br - ] sx [Br - ] sx = 5 10-2 mol L -1 [Ag + ] sx = K ps /5 10-2 [Ag + ] dx = K ps f.e.m. = E + - E - = 0.059 log ([Ag + ] dx /[Ag + ] sx ) = 0.291 V log ([Ag + ] dx /[Ag + ] sx ) = 4.932 [Ag + ] dx /[Ag + ] sx = 8.55 10 4 K ps /(K ps /5 10-2 ) = 8.55 10 4 5 10-2 / K ps = 8.55 10 4 K ps = 5.85 10-7 K ps = 3.42 10-13

SOLUZIONI COMPITO B CHIMICA 07-07-211 1B) Per combustione di una miscela (0,653 moli totali) di due idrocarburi di formula (C 8 H 18 e C 10 H 22 ) si ottengono 246,752 g di anidride carbonica ed acqua. Calcolare (a) la % p/p del C 10 H 22 nella miscela iniziale e (b) la pressione parziale dell acqua quando la pressione totale della miscela di combustione (acqua ed anidride carbonica) vale 760 torr. C 8 H 18 + 12.5 O 2 " 8 CO 2 + 9 H 2 O C 10 H 22 + 15.5 O 2 " 10 CO 2 + 11 H 2 O n(co 2 ) = 5.608 moli x = moli C 8 H 18 y = C 10 H 22 x + y = 0.653 8x + 10y = 5.608 x = 0.461 moli y = 0.192 moli m(c 8 H 18 ) = 52.55 g m(c 10 H 22 ) = 27.26 g %(C 10 H 22 ) = 34.15 n(h 2 O) = 6.261 moli p!"# =!!"#!!"! P!"! =!"#!!"# 2B) 1,51 g di un composto organico solido non elettrolita, sciolti in 75,0 g di benzene (K cr = 5,12 K Kg mol -1 ) ne abbassano la temperatura di congelamento di 0,32 C. Si calcoli la pressione osmotica di questa soluzione a 20 C sapendo che, a questa temperatura, la sua densità è pari a 0,91 kg L -1. 7,73 g dello stesso composto, costituito solamente da C, H, O vengono bruciati in eccesso di ossigeno: si formano 21,12 g di diossido di carbonio e 3,89 g di acqua. Si determini la formula molecolare del composto organico. Dall abbassamento della temperatura di gelo della soluzione ricavo la massa molare del composto ΔT = K cr m m = 0,32/5,12 = 6,25 10-2 mol kg -1 m = n composto /kg solvente n composto = 6,25 10-2 75 10-3 = 4,69 10-3 mol n= massa/massa molare M composto = massa/n = 1,51g/4,69 10-3 mol = 322 g mol -1 π = crt c = n/v n = 4,69 10-3 mol V = m/ρ = (1,51 + 75,0)g/0,91 10 3 g L -1 = 8,41 10-2 L π = (4,69 10-3 mol/8,41 10-2 L) 0,0821 L atm K -1 mol -1 293,16 K = 1,34 atm 7,73 g del composto sottoposti a combustione equivalgono a n = 7,73 g/322 g mol -1 = 2.40 10-2 mol La reazione di combustione è: C x H y O z + O 2 xco 2 + y/2 H 2 O Si ottengono:

n CO2 = 21.12g/44.01 g mol -1 = 0.480 mol = moli carbonio n C = 0,480 mol = nx x = 0,480/2,40 10-2 = 20 n H2O = 3,89g/18.02 g mol -1 = 0,216 mol = moli idrogeno/2 n H = 0,216 2 = 0,432 mol = ny y = 0,432/2,40 10-2 = 18 Posso ora calcolare i grammi di ossigeno e quindi le moli in 564 mg del composto. g O = 7,73 0,480 12.01 0,432 1.01 = 1,53 g moli ossigeno = 1,53g/16 g mol -1 = 9,56 10-2 mol = nz z = 9,56 10-2 /2,40 10-2 = 3.98 ~ 4 La formula chimica del composto è: C 20 H 18 O 4 3B) Calcolare l entalpia standard di formazione dell acido cloridrico (in fase gassosa), sapendo che le entalpie standard di formazione di NH 3 (g) e di NH 4 Cl(g) corrispondono a - 46.1 kj/mol e -314.4 kj/mol rispettivamente, e che l entalpia standard della seguente reazione NH 3 (g) + HCl(g) NH 4 Cl(s) è uguale a -176.0 kj/mol. NH 4 Cl(s) NH 3 (g) + HCl(g) -ΔH 0 r = 176.0 kj/mol 1/2N 2 (g) + 2H 2 (g) + 1/2Cl 2 (g) NH 4 Cl(s) ΔH 0 f(nh 4 Cl) = -314.4 kj/mol NH 3 (g) 1/2N 2 (g) + 3/2H 2 (g) -ΔH 0 f(nh 3 ) = 46.1 kj/mol 1/2H 2 (g) + 1/2Cl 2 (g) HCl(g) ΔH 0 f(hcl) =? ΔH 0 f(hcl) = -ΔH 0 r + ΔH 0 f(nh 4 Cl) - ΔH 0 f(nh 3 ) = -92.3 kj/mol 4B) In un recipiente del volume di 5,0 L, ad un certa temperatura, il monossido di carbonio ed il biossido di azoto sono in equilibrio con anidride carbonica e monossido di azoto. Si introducono inizialmente 4,0 mol di monossido di carbonio, 0,5 mol di biossido di azoto, 2,0 mol di monossido di azoto e 3,0 mol di anidride carbonica. La costante di equilibrio alla stessa temperatura vale 3,0 10-1. Calcolare il numero di moli di monossido di azoto che devono essere aggiunte nel recipiente (a temperatura costante) affinché la concentrazione del diossido di azoto diventi 0,3 M. CO (g) + NO 2(g) CO 2(g) + NO (g) [ ] i 0,8 0,1 0,6 0,4 [ ] i 0,8 + x 0,1 + x 0,6 - x 0,4 - x K p = K c = (0,6 - x) (0,4 - x) / (0,8 + x) (0,1 + x) = 3,00 10-1 da cui x = 0,193 M Aggiungo y (mol/l) di NO 2.

SO 2(g) + NO 2(g) SO 3(g) + NO (g) [ ] i 0,993 0,293 0,407 0,207 + y [ ] e 0,993 + x 0,293 + x 0,407 - x 0,207 + y - x 0,293 - x = 0,3 e quindi x = 0,007 M. K = 0,4 (0,2 + y) / (1,0 0,3) = 3,00 10-1 da cui y = [NO] = 0,025 M n(no) = M V(5,0 L) = 0,125 mol g(no) = n PM(30 g/mol) = 3,75 g 5B) Ad una soluzione acquosa 0,6 M di ammoniaca si aggiunge HCl gassoso fino ad ottenere una soluzione tampone a ph = 8,90 (a). Ad una seconda soluzione acquosa 0,8 M di ammoniaca si aggiunge HCl gassoso fino ad ottenere una soluzione tampone a ph = 9,40 (b). Calcolare i volumi delle due soluzioni da prelevare per ottenere 200,0 ml di una soluzione tampone a ph 9,13. [K b (NH 3 ) = 1,80 10-5 ] a) [NH 3 ] = 0,6 M + HCl (g) con ph = 8,90 NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 0,6 x - [ ] e 0,6 - x - x + H 2 O NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - K b = 1,80 10-5 = ([NH + 4 ] [OH - ]) / [NH 3 ] = x 10 -poh dove [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-8,90) M = 7,94 10-6 M quindi x = [NH + 4 ] = 0,416 M e [NH 3 ] e = 0,184 M / (0,6 - x ) b) [NH 3 ] = 0,8 M + HCl (g) con ph = 9,40 NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 0,8 x - [ ] e 0,8 - x - x + H 2 O NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - K b = 1,80 10-5 = ([NH 4 + ] [OH - ]) / [NH 3 ] = x 10 -poh / (0,8 - x) dove [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-9,40) M = 2,52 10-5 M quindi x = [NH 4 + ] e = 0,333 M e [NH 3 ] e = 0,467 M V a = x V b = y n(nh 3 ) tot = (M V a ) + (M V b ) = (0,184 mol/l x L) + (0,467 mol/l y L) n(nh 4 + ) tot = (M V a ) + (M V b ) = (0,416 mol/l x L) + (0,333 mol/l y L)

x + y = 0,2000 L [OH - ] = 10 -poh = 10 -(14-9,13) M = 1,35 10-5 M [NH 4 + ] / [NH 3 ] = K b / [OH - ] = 1,323 = (0,416x + 0,333y) / (0,184x + 0,467y) da cui V a = x = 124,6 ml e V b = y = 75,4 ml 6B) Per la cella galvanica rappresentata dal diagramma Ag AgIO3 soluz. satura AgIO3 1 KIO 0.01 moll soluz. satura 3 indicare la polarità degli elettrodi e calcolarne a 25 C e P = 1 atm la f.e.m. A 25 C il prodotto di solubilità di AgIO 3 è K ps = 3.09 10-8. E una pila a concentrazione. La reazione distintiva degli elettrodi è: Ag + + e - Ag E sx = E Ag+ Ag - 0.059 log (1/[Ag + ] sx ) E dx = E Ag+ Ag - 0.059 log (1/[Ag + ] dx ) Ag Poiché [Ag + ] dx > [Ag + ] sx (effetto ione a comune) E dx > E sx L elettrodo schematizzato a destra è il polo +, quello a sinistra è il polo negativo. AgIO 3(s) Ag + + IO 3 - K ps = [Ag + ][IO 3 - ] [Ag + ] = K ps /[IO - 3 ] [Ag + ] sx = K ps /[IO - 3 ] sx [IO - 3 ] sx = 0.01 mol L -1 [Ag + ] sx = 3.09 10-8 /0.01 = 3.09 10-6 mol L -1 [Ag + ] dx = K ps = 1.76 10-4 mol L -1 f.e.m. = E + - E - = 0.059 log ([Ag + ] dx /[Ag + ] sx ) = 0.059 log(1.76 10-4 /3.09 10-6 ) = 0.104 V