SOLUZIONI COMPITO A CHIMICA

SOLUZIONI COMPITO A CHIMICA 16-01-2012 1A) Il permanganato di ammonio si può ottenere dalla reazione tra permanganato di bario e solfato di ammonio, filtrando il precipitato di solfato di bario che si forma durante la reazione. Il permanganato di ammonio, per riscaldamento, si decompone (esplodendo) formando diossido di manganese solido, azoto ed acqua. Calcolare: (a) il volume di gas che si sviluppa a 500 C per decomposizione, a pressione atmosferica, di 685 g di permanganato di ammonio; (b) i volumi di soluzione acquosa di permanganato di bario al 45% p/p (d = 1.40 kg/dm 3 ) e di solfato di ammonio al 26% p/p (1.12 g/cm 3 ) che devono essere mescolati per ottenere 0.685 kg di permanganato di ammonio. Determinare altresì la quantità (in grammi) di solfato di bario precipitato. (a) mm = 137.0 g/mol n tot = 12.5 mol (b) 2 NH 4 MnO 4, (s) 2 MnO 2, (s) + N 2 + 4 H 2 O 685g/137 g/mol = 5.0 mol = =.. =. Ba(MnO 4 ) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 2 NH 4 MnO 4 + BaSO 4 2.5 mol 2.5 mol 5.0 mol 2.5 mol mm [Ba(MnO 4 ) 2 ] = 375 g/mol 2.5 moli = 937.5 g 45 : 100 = 937.5 : x x = 2083 g soluzione = 2083 1.4=!"" # mm [(NH 4 ) 2 SO 4 ] = 132 g/mol 2.5 moli = 330.0 g 26 : 100 = 330.0 : x x = 1269 g soluzione = 1269 1.12=!! # mm [BaSO 4 ] = 233 g/mol 2.5 moli = 582.5 g 2A) In un recipiente chiuso del volume di 10,0 L in cui è stato fatto il vuoto, vengono introdotti 2,0 L di una miscela di etere etilico (C 4 H 10 O) ed acetone (C 3 H 6 O). La frazione molare dell etere è pari a 0,5. Determinare: (a) la tensione di vapore della miscela a 25 C sapendo che, a questa temperatura, le tensioni di vapore dell etere e dell acetone valgono rispettivamente 442 e 185 torr; (b) la composizione della fase vapore; (c) il volume di ossigeno, misurato a c.n., necessario per bruciare completamente la miscela gassosa. Si consideri il volume della fase liquida costante. (a) ''(' /0' = 442 )*++; - ''(' = 0.5 = 185 )*++; - /0' =0.5 = ''(' - ''(' + /0' - /0' =!.2 3455

(b) 6 ''(' = - ''(' - ''(' 6 /0' =- /0' 6 - /0' = 7 /0' 6 =7 ''(' - ''( 8 = 9.92 - /0' 8 =9.:2 (c) = 0.413 ;)<; ''(' =0.291 ;)<; /0' = 0.122 ;)< C 4 H 10 O + 6 O 2 4 CO 2 + 5 H 2 O C 3 H 6 O + 4 O 2 3 CO 2 + 3 H 2 O ''(' = ''(' = =0.291 8> =0.0821 298> = 9.51 10? <*@ /0' = /0' ==0.122 8> =0.0821 298> =3.99 10? <*@ AB =C=6 9.51 10? >+=4 3.99 10? >D 22.414=!E.9 3A) Il carbonato di ammonio solido si decompone ad alta temperatura nei gas ammoniaca, diossido di carbonio ed acqua. In un recipiente di volume pari a 5 L, inizialmente vuoto, sono immessi 300 g del sale; quando la reazione ha raggiunto l equilibrio alla temperatura di 200 C, la pressione nel recipiente è pari a 6,04 atm. Calcolare la K p della reazione e la massa di carbonato di ammonio presente all equilibrio. (NH 4 ) 2 CO 3(s) 2 NH 3(g) + CO 2(g) + H 2 O (g) Le specie gassose presenti all equilibrio sono NH 3, CO 2 e H 2 O che si trovano nel rapporto molare di 2:1:1, di conseguenza anche le loro pressioni parziali si trovano in questo rapporto; per cui: p NH3 = 1/2 P = 6,04/2 = 3.02 atm e p CO2 = p H2O = 1/4 P = 1/4 6,04 = 1,51 atm K p = p 2 NH3 p CO2 p H2O = 3,02 2 1,51 1,51 = 20,80 n (NH4)2NO3 = 300 g/96 g mol -1 = 3,125 mol (NH 4 ) 2 CO 3(s) 2NH 3(g) + CO 2(g) + H 2 O (g) 3,125 - - - - x + 2 x + x + x 3,125 - x + 2 x + x + x K p = 20.80 = p 2 NH3 p CO2 p H2O = (P/n) 4 (2x) 2 x x = (RT/V) 4 (2x) 2 x x= (0,0821 473,16/5) 4 4x 4 = = 14574,2 x 4 x = (20,80/14574,2) (1/4) = 0,194 mol n NH4NO3 =3,125 x = 3,125-0,194 = 2,931 mol massa NH4NO3 = 2,931 mol 96 g mol -1 = 281,4 g 4A) La costante specifica per la reazione di decomposizione del 2 ordine del bromuro di nitrosile gassoso (NOBr (g) ) a monossido di azoto e bromo è pari a 30,0 L/mol min. In un recipiente dal volume di 3,0 L vengono introdotte 0,450 mol di NOBr (g) a 300 K. Calcolare le pressioni parziali dei componenti gassosi (considerando il loro comportamento come ideale), e la pressione totale, dopo 12 minuti e 30 secondi.

NOBr (g) NO (g) + ½ Br 2 [ ] 0 0,15 - [ ] t 0,15 - x x ½ x v = k [NOBr] 2 con k = 30,0 L/mol min t = 12 min 30 s = 12 + (30/60) = 12,5 min (1 / [NOBr] t ) - (1 / [NOBr] 0 ) = k t dove [NOBr] 0 = 0,450 mol / 3 L = 0,150 M quindi [NOBr] t = 2,62 10-3 M = (0,150 - x) da cui x = 0,147 M n(nobr) t = [NOBr] t V = 7,86 10-3 mol n(no) t = x V = 0,441 mol n(br 2 ) t = x/2 V = 0,220 mol n tot = 0,669 mol p tot = n tot R T / V = 5,49 atm p(nobr) t = 0,064 atm p(no) t = 3,62 atm p(br 2 ) t = 1,80 atm 5A) Si hanno a disposizione 100 ml di NaOH 0,01 M. Calcolare come varia il ph della soluzione nei tre casi seguenti, quando si aggiunge un volume di soluzione 0,01 M di acido acetico (K a = 1,8 10-5 ): a) corrispondente ai 2/3 della base presente b) uguale alla base presente c)in eccesso di 1/3 rispetto alla base presente All inizio ho [OH - ] = 0,01 M da cui poh = 2,00 e ph = 12,00 a) V(CH 3 COOH) i = 2/3 V(NaOH) i = 0,067 L V(NaOH) i = 0,100 L V tot = 0,167 L [OH - ] i = (M i V i ) / V tot = 6,0 10-3 M [CH 3 COOH] i = (M i V i ) / V tot = 4,0 10-3 M CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - + H 2 O [ ] i 4,0 10-3 6,0 10-3 - [ ] e - 2,0 10-3 4,0 10-3 [OH - ] e = 2,0 10-3 M da cui poh = 2,70 e ph = 11,30 ph a = 11,30-12,00 = - 0,70 b)

V(CH 3 COOH) i = V(NaOH) i = 0,100 L V tot = 0,200 L [OH - ] i = (M i V i ) / V tot = 5,0 10-3 M [CH 3 COOH] i = (M i V i ) / V tot = 5,0 10-3 M CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - + H 2 O [ ] i 5,0 10-3 5,0 10-3 - [ ] e - - 5,0 10-3 Rimane solo lo ione acetato che subisce idrolisi basica. [OH - ] e = (K i [CH 3 COO - ]) = (K w /K a ) [CH 3 COO - ] = 1,67 10-6 M da cui poh = 5,78 e ph = 8,22 ph b = 8,22-12,00 = - 3,78 c) V(CH 3 COOH) i = 4/3 V(NaOH) i = 0,133 L V(NaOH) i = 0,100 L V tot = 0,233 L [OH - ] i = (M i V i ) / V tot = 4,29 10-3 M [CH 3 COOH] i = (M i V i ) / V tot = 5,71 10-3 M Si ottiene un tampone. CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - + H 2 O [ ] i 5,71 10-3 4,29 10-3 - [ ] e 1,42 10-3 - 4,29 10-3 [H 3 O + ] e = K a ([CH 3 COOH] e / [CH 3 COO - ] e ) = 5,96 10-6 M da cui ph = 5,22 ph a = 5,22-12,00 = - 6,78 6A) In una cella elettrolitica contenente cloruro di magnesio fuso viene fatta passare una corrente di 1 Ampere per 3 giorni, 8 ore e 25 minuti. Calcolare l aumento di peso del metallo depositato al catodo ed il volume del gas prodotto all anodo a condizioni normali. Al catodo avviene la reazione: Mg 2+ + 2 e - Mg (s) All anodo avviene la reazione: 2Cl - Cl 2(g) + 2 e - 3 giorni, 8 ore e 25 minuti corrispondono a 289500 s. Una corrente di 1 A = 1 coulomb/s corrisponde quindi a Q = 289500 coulomb ossia 3.00 Faraday mm(mg)= 24.31 g/mol massa depositata al catodo: 24.31 * 3.00 / 2 g = 36.46 g

Numero di moli di Cl 2(g) che si sviluppano all anodo: n(cl 2 ) = Q/2F = 1.5 mol In condizioni di pressione e temperatura normali corrispondono ad un volume di V=n(Cl 2 )RT/P = 33.6 litri SOLUZIONI COMPITO B CHIMICA 16-01-2012 1B) Il solfato di ammonio si può ottenere dalla reazione tra carbonato di ammonio e solfato di calcio, filtrando il precipitato di carbonato di calcio che si forma durante la reazione. Il solfato di ammonio, per riscaldamento, si decompone formando anidride solforica, ammoniaca ed acqua. Calcolare: (a) il volume di gas (in m 3 ) che si sviluppa a 800 C per decomposizione, a pressione atmosferica, di 462 g di solfato di ammonio; (b) i volumi di soluzione acquosa di solfato di calcio al 2% p/p (d = 1.23 kg/dm 3 ) e di carbonato di ammonio al 26% p/p (1.07 g/cm 3 ) che devono essere mescolati per ottenere 4.6210 2 kg di solfato di ammonio. Determinare altresì la quantità (in grammi) di carbonato di calcio precipitato. (a) mm = 132.0 g/mol n tot = 14.0 mol (b) (NH 4 ) 2 SO 4 SO 3 + 2 NH 3 + H 2 O 462 g / 132 g/mol = 3.5 mol = = F.. =1233 G CaSO 4 + (NH 4 ) 2 CO 3 (NH 4 ) 2 SO 4 + CaCO 3 0.35 mol 0.35 mol 0.35 mol 0.35 mol =!.: # mm [CaSO 4 ] = 136 g/mol 0.35 mol = 47.6 g 2 : 100 = 47.6 : x x = 2380 g soluzione = 2380 1.23=!2 # mm [(NH 4 ) 2 CO 3 ] = 96 g/mol 0.35 mol = 33.6 g 26 : 100 = 33.6 : x x = 129 g soluzione = 129 1.07=!:! # mm [CaCO 3 ] = 100 g/mol 0.35 mol = 35.0 g 2B) In un recipiente chiuso del volume di 8.0 L in cui è stato fatto il vuoto, vengono introdotti 1.5 L di una miscela di etanolo (C 2 H 6 O) e toluene (C 7 H 8 ). La frazione molare dell etanolo è pari a 0.80. Determinare: (a) la tensione di vapore della miscela a 20 C sapendo che, a questa temperatura, le tensioni di vapore dell etanolo e del toluene valgono rispettivamente 42.98 e 21.75 torr; (b) la composizione della fase vapore; (c) il volume di ossigeno, misurato a c.n., necessario per bruciare completamente la miscela gassosa. Si consideri il volume della fase liquida costante.

(a) '/I = 42.98 )*++; - '/I = 0.80 = 21.75 )*++; - = 0.20 = '/I - '/I + - = ". 3455 (b) 6 6 '/I = - '/I - '/I = 7 '/I = - 6 6 - = 7 - - '/I 8 = 9.""" 8 =9.!!: (c) = 5.10 10? ;)<; '/I = 4.53 10? ;)<; = 5.71 10? ;)< C 2 H 6 O + 3 O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O C 7 H 8 + 9 O 2 7 CO 2 + 4 H 2 O '/I = '/I = =4.52 10? 6.5> =0.0821 293> = 1.22 10? <*@ = ==5.72 10? 6.5> =0.0821 293> = 1.54 10? <*@ AB =C=3 1.22 10? >+=9 1.55 10? >D 22.414 =!.! 3B) Il nitrato di ammonio solido si decompone per riscaldamento dando luogo ai gas ossido di diazoto ed acqua. In un recipiente di volume pari a 40 L, inizialmente vuoto, sono immessi 45 g del sale; quando la reazione ha raggiunto l equilibrio a 230 C, la pressione nel recipiente è pari a 1,47 atm. Calcolare la K p della reazione e la massa di nitrato di ammonio presente all equilibrio. NH 4 NO 3(s) N 2 O (g) + 2H 2 O (g) Le specie gassose presenti all equilibrio sono N 2 O e H 2 O che si trovano nel rapporto molare di 1:2, di conseguenza anche le loro pressioni parziali si trovano in questo rapporto, per cui: p N2O = 1/3 P = 1,47/3 = 0,49 atm e p H2O = 2/3 P = 2/3 1,47 = 0,98 atm K p = p N2O p 2 H2O = 0,49 0,98 2 = 0,47 n NH4NO3 = 45 g/80,04 g mol -1 = 0,562 mol NH 4 NO 3(s) N 2 O (g) + 2H 2 O (g) 0,562 - - - x + x + 2 x 0,562-x + x + 2 x K p = 0.47 = p N2O p 2 H2O = (P/n) 3 x(2x) 2 = (RT/V) 3 x(2x) 2 = (0,0821 503,16/40) 3 4x 3 x = [0,47/(1,101 4)] = 0,107 =0,474 mol n NH4NO3 =0,562 x = 0,562-0,474 = 0.088 mol massa NH4NO3 = 0,088 mol 80,04 g mol -1 = 7,04 g 4B) In un recipiente dal volume di 3,0 L vengono introdotte 0,450 mol di NOCl (g). Alla temperatura di 400 K avviene la reazione di decomposizione in monossido di azoto e cloro,

che segue una cinetica del secondo ordine (k = 2,96 10-3 L/mol s). Calcolare le pressioni parziali dei componenti gassosi (considerando il loro comportamento come ideale), e la pressione totale, dopo 6 ore 4 minuti e 9 secondi. NOCl (g) NO (g) + ½ Cl 2 [ ] 0 0,15 - [ ] t 0,15 - x x ½ x v = k [NOCl] 2 con k = 2,96 10-3 L/mol s t = 6 h 4 min 9 s = (6 3600) + (4 60) + 9 = 21849 s (1 / [NOCl] t ) - (1 / [NOCl] 0 ) = k t dove [NOCl] 0 = 0,450 mol / 3 L = 0,150 M quindi [NOCl] t = 0,014 M = (0,150 - x) da cui x = 0,136 M n(nocl) t = [NOCl] t V = 0,042 mol n(no) t = x V = 0,408 mol n(cl 2 ) t = x/2 V = 0,204 mol n tot = 0,654 mol p tot = n tot R T / V = 7,16 atm p(nocl) t = 0,46 atm p(no) t = 4,47 atm p(cl 2 ) t = 2,23 atm 5B) Si hanno a disposizione 100 ml di HCl 0,01 M. Calcolare come varia il ph della soluzione nei tre casi seguenti, quando si aggiunge un volume di una soluzione 0,01 M di ammoniaca (K b = 1,8 10-5 ): a) corrispondente ai 2/3 dell acido presente b) uguale all acido presente c) in eccesso di 1/3 rispetto all acido presente All inizio ho [H 3 O + ] = 0,01 M da cui ph = 2,00 a) V(NH 3 ) i = 2/3 V(HCl) i = 0,067 L V(HCl) i = 0,100 L V tot = 0,167 L [H 3 O + ] i = (M i V i ) / V tot = 6,0 10-3 M [NH 3 ] i = (M i V i ) / V tot = 4,0 10-3 M NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 4,0 10-3 6,0 10-3 - [ ] e - 2,0 10-3 4,0 10-3 + H 2 O

[H 3 O + ] e = 2,0 10-3 M da cui ph = 2,70 ph a = 2,70-2,00 = 0,70 b) V(NH 3 ) i = V(HCl) i = 0,100 L V tot = 0,200 L [H 3 O + ] i = (M i V i ) / V tot = 5,0 10-3 M [NH 3 ] i = (M i V i ) / V tot = 5,0 10-3 M NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 5,0 10-3 5,0 10-3 - [ ] e - - 5,0 10-3 + H 2 O Rimane solo lo ione ammonio che subisce idrolisi acida. [H 3 O + ] e = (K i [NH 4 + ]) = (K w /K b ) [NH 4 + ] = 1,67 10-6 M da cui ph = 5,78 ph b = 5,78-2,00 = 3,78 c) V(NH 3 ) i = 4/3 V(HCl) i = 0,133 L V(HCl) i = 0,100 L V tot = 0,233 L [H 3 O + ] i = (M i V i ) / V tot = 4,29 10-3 M [NH 3 ] i = (M i V i ) / V tot = 5,71 10-3 M NH 3 + H 3 O + + NH 4 [ ] i 5,71 10-3 4,29 10-3 - [ ] e 1,42 10-3 - 4,29 10-3 + H 2 O Si ottiene un tampone. [OH - ] e = K b ([NH 3 ] e / [NH 4 + ] e ) = 5,96 10-6 M da cui poh = 5,22 e ph = 8,78 ph a = 8,78-2,00 = 6,78 6B) In una cella elettrolitica contenente cloruro di gallio fuso viene fatta passare una corrente di 1 Ampere per 3 giorni, 8 ore e 25 minuti. Calcolare l aumento di peso del metallo depositato al catodo ed il volume del gas prodotto all anodo a condizioni normali. Al catodo avviene la reazione: Ga 3+ + 3 e - Ga (s) All anodo avviene la reazione: 2Cl - Cl 2(g) + 2 e -

3 giorni, 8 ore e 25 minuti corrispondono a 289500 s. Una corrente di 1 A = 1 coulomb/s corrisponde quindi a Q = 289500 coulomb ossia 3.00 Faraday mm(ga)= 69.72 g/mol massa depositata al catodo: 69.72 * 3.00 / 3 g = 69.72 g Numero di moli di Cl 2(g) che si sviluppano all anodo: n(cl 2 ) = Q/2F = 1.5 mol In condizioni di pressione e temperatura normali corrispondono ad un volume di V=n(Cl 2 )RT/P = 33.6 litri