Chimica A.A. 2017/2018

Chimica A.A. 2017/2018 INGEGNERIA BIOMEDICA Tutorato Lezione 9

Calcolare la solubilità molare del solfato di bario in una soluzione 0.020 M di solfato di sodio. Il prodotto di solubilità del solfato di bario vale K ps = 1.1 x 10-10 Il solfato di sodio è un sale completamente dissociato secondo la reazione: Na 2 SO 4 2 Na + (aq) + SO 4 (aq) quindi la concentrazione dello ione solfato derivante dalla dissociazione del solfato di sodio è pari a 0.020 M. L equilibrio di dissociazione del solfato di bario è: BaSO 4(s) Ba 2+ (aq) + SO 4 (aq) Dette x il numero di moli di BaSO 4 che si sciolgono per litro di soluzione, all equilibrio si avranno x mol/l di Ba 2+ e x mol/l di SO 4. Poiché nella soluzione la concentrazione di SO 4 è di 0.020 M all equilibrio si avrà: [Ba 2+ ] = 0.020 e [SO 4 ] = 0.020 + x

L espressione del prodotto di solubilità è: K ps = [Ba 2+ ][SO 4 ] Sostituendo nell espressione del K ps i valori ricavati si ha: 1.1 x 10-10 = (x)( x + 0.020) La risoluzione dell equazione di secondo grado può essere semplificata tenendo conto del fatto che, stante il fatto che il valore del K ps è molto piccolo, x può essere trascurata rispetto a 0.020 per cui l equazione diviene: 1.1 x 10-10 = (x)( 0.020) da cui x = 5.5 x 10-9 M

Calcolare la solubilita molare in acqua del Solfato di Bario (Kps = 1,1 10-10 ). La reazione di solubilizzazione di BaSO 4 (solfato di bario) e : BaSO 4 (s) Ba 2+ (aq) + SO 4 (aq) L espressione della Kps sarà quindi: Kps = [Ba 2+ ] [SO 4 ] = 1,1 10-10 Sia [Ba 2+ ] che [SO 4 ] rappresentano la solubilità molare (s) del solfato di bario, quindi: Kps =s s=s 2 ;ne consegue che s= K ps =1,05 10-5 M

Calcolare la solubilita molare di Carbonato di Calcio (Kps = 8,7 10-9 ). La reazione di solubilizzazione di CaCO 3 (carbonato di calcio) e : CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + CO 3 (aq) L espressione della Kps sarà quindi: Kps = [Ca 2+ ] [CO 3 ] = 8,7 10-9 Sia [Ca 2+ ] che [CO 3 ] rappresentano la solubilità molare (s) del carbonato di calcio, quindi: Kps =s s=s2 ;ne consegue che s= Kps =9,3 10-5 M

25.0 ml di una soluzione 0.0020 M di cromato di potassio vengono mescolati a 75.0 ml di una soluzione di nitrato di piombo (II) 0.000125 M. Sapendo che il K ps del cromato di piombo (II) vale 1.8 x10-14 prevedere se si ha formazione di precipitato. Le moli di K 2 CrO 4 sono pari a 0.0250 L x 0.0020 M = 5.00 x 10-5 Il cromato di potassio è un elettrolita forte e quindi le moli di cromato inizialmente presenti in soluzione sono pari a 5.00 x 10-5 Le moli di Pb(NO 3 ) 2 sono pari a 0.0750 L x 0.000125 M =9.38 x 10-6 Il nitrato di piombo è un elettrolita forte e quindi le moli di ione piombo inizialmente presenti in soluzione sono pari a 9.38 x 10-6 Supponendo i volumi additivi, il volume della soluzione finale è 25.0 + 75.0 = 100.0 ml

La concentrazione del cromato e del nitrato valgono rispettivamente: [CrO 4 ] = 5.00 x 10-5 / 0.100 L = 5.00 x 10-4 M [Pb 2+ ] = 9.38 x 10-6 /0.100 L= 9.38 x 10-5 M La reazione di precipitazione è: Pb 2+ (aq) + CrO 4 (aq) PbCrO 4(s) Usando le concentrazioni dello ione piombo e del cromato calcoliamo il quoziente di reazione che per un equilibrio eterogeneo di tale tipo è detto Q ps Q ps = [Pb 2+ ][CrO 4 ] = (9.38 x 10-5 )( 5.00 x 10-4 ) = 4.7 x 10-8 Poiché il valore di Q ps è maggiore rispetto al valore del K ps la precipitazione avviene

Calcolare il prodotto di solubilità del cloruro di piombo (II) se 50.0 ml di una soluzione satura di cloruro di piombo (II) contiene 0.2207 g di elettrolita (sale) disciolto Calcoliamo le moli di PbCl 2 disciolte: moli di PbCl 2 disciolte = 0.2207 g/ 278.1 g/mol = 0.0007936 consideriamo l equilibrio di dissociazione: PbCl 2 (s) Pb 2+ (aq) + 2 Cl (aq) Il rapporto stechiometrico è di 1:2 ciò implica che le moli di Pb 2+ presenti sono 0.0007936 e quelle di Cl sono 2 x 0.0007936 =0.001587 Il volume della soluzione è 50.0 ml = 0.0500 L quindi: [Pb 2+ ] = 0.0007936 / 0.0500 = 0.0159 M [Cl ] = 0.001587/ 0.0500 L =0.0317 M Il prodotto di solubilità per la dissoluzione di PbCl 2 è: K ps = [Pb 2+ ][Cl ] 2 Sostituendo i valori ricavati si ha: K ps = 0.0159 ( 0.0317) 2 =1.60 x 10-5

Calcolare le concentrazioni molari all'equilibrio di Cu + e l - in una soluzione satura di CuI, sapendo che il Kps del sale è 1,2 * 10-6 Scriviamo la reazione di dissociazione del sale in acqua: CuI Cu + + I - in base alla stechiometria della dissociazione, la solubilità del sale coincide con [Cu + ], che a sua volte coincide con [l - ]. Matematicamente S = [Cu + ] = [l - ] scriviamo l'equazione del Kps e sostituiamo con S [ Quindi [Cu + ] = [l - ] = 1,09 * 10-3

Calcolare quanti grammi di Cromato d Argento (massa molare = 332 g mol -1 ) si sciolgono in 0,1 litri di acqua (Kps = 1,2 10-12 ). La reazione di solubilizzazione di Ag 2 CrO4 (cromato di argento) e : Ag 2 CrO 4 (s) 2Ag + (aq) + CrO 4 (aq) L espressione della K ps sarà quindi: K ps = [Ag+]2 [CrO 4 ] = 1,2 10-12 CrO 4 ha lo stesso coefficiente stechiometrico del composto solido, quindi e uguale alla solubilità molare (s), la concentrazione di ioni argento sarà invece uguale alla solubilità molare moltiplicata per il coefficiente stechiometrico. In altre parole: [CrO 4 ] = s ; [Ag+] = 2s. Kps = [Ag+] 2 [CrO 4 ] = (2s) 2 s = 4s 3 Ne consegue che: Kps = 3 1,2 10-12 = 6,7 10-5 M Questo significa che (dalla definizione di molarita ) in un litro di soluzione si scioglieranno al massimo 6,7 10-5 moli di Ag 2 CrO 4. In 0,1 litri si sciogliera un decimo, cioe 6,7 10-6 moli. grammi di Ag 2 CrO 4 in 0,1 litri = 6,7 10-6 moli 332 g mol -1 = 2,2 10-3 grammi

Calcolare il prodotto di solubilità del cloruro di piombo (II) se 50.0 ml di una soluzione satura di cloruro di piombo (II) contiene 0.2207 g di elettrolita disciolto Calcoliamo le moli di PbCl 2 disciolte: moli di PbCl 2 disciolte = 0.2207 g/ 278.1 g/mol = 0.0007936 consideriamo l equilibrio di dissociazione: PbCl 2 (s) Pb 2+ (aq) + 2 Cl (aq) Il rapporto stechiometrico è di 1:2 ciò implica che le moli di Pb 2+ presenti sono 0.0007936 e quelle di Cl sono 2 x 0.0007936 =0.001587 Il volume della soluzione è 50.0 ml = 0.0500 L quindi: [Pb 2+ ] = 0.0007936 / 0.0500 = 0.0159 M [Cl ] = 0.001587/ 0.0500 L =0.0317 M Il prodotto di solubilità per la dissoluzione di PbCl 2 è: K ps = [Pb 2+ ][Cl ] 2 Sostituendo i valori ricavati si ha: K ps = 0.0159 ( 0.0317) 2 =1.60 x 10-5

Calcolare la Kps dell Idrossido di Calcio sapendo che la solubilita molare e 0,011 mol l -1. La reazione di solubilizzazione di Ca(OH) 2 (idrossido di calcio) e : Ca(OH) 2 (s) Ca 2+( aq) + 2OH - (aq) L espressione della K ps sarà quindi: K ps = [Ca 2+ ] [OH - ] 2 La solubilità molare (s) sarà uguale a [Ca 2+ ], mentre [OH - ] sarà uguale alla solubilità molare per il coefficiente stechiometrico di OH -, cioe [OH-] = 2s. Quindi: K ps =[Ca 2+ ] [OH - ]2 =s (2s) 2 =4s 3 =4 (0,011) 3 =5,3 10-6

Calcolare la solubilita molare del Bromuro di Argento in presenza di Bromuro di Sodio 1,0 10-3 M (K ps (Bromuro d Argento) = 7,7 10-13 ). Le reazioni presenti nell ambiente proposto sono: AgBr (s) Ag + (aq) + Br - (aq) reazione di solubilizzazione di AgBr (bromuro di argento) NaBr (aq) Na + (aq) + Br - (aq) reazione di dissociazione di NaBr (bromuro di sodio) in acqua. L espressione della Kps sarà quindi: Kps = [Ag + ] [Br - ] = 7,7 10-13 La concentrazione dello ione bromuro ([Br - ]) si può considerare uguale alla concentrazione di ione bromuro derivante dalla dissoluzione del bromuro di sodio. Ci si trova quindi in presenza di uno ione in comune. Quindi [Br-] = 1,0 10-3. La solubilità molare (s) di bromuro di argento sarà uguale alla concentrazione di ioni argento [Ag+]: K ps =s [Br-] quindi: s=k ps /[Br-]=7,7 10-13 /1,0 10-3 =7,7 10-10 M

Calcolare la solubilita molare dell Idrossido di Calcio (Kps = 5,5 10-6 ) a ph 2,0 e ph 7,0. La reazione di solubilizzazione di Ca(OH) 2 (idrossido di calcio) e : Ca(OH) 2 (s) Ca 2+( aq) + 2OH - (aq) L espressione della K ps sarà quindi: K ps = [Ca 2+ ] [OH-]2 = 5,5 10-6 La concentrazione di ioni OH - e fissata dal ph, quindi la solubilità molare di Ca(OH) 2 (s) e uguale alla concentrazione di ioni calcio. Cioe : [Ca 2+ ] = s. La solubilità molare a ph = 2,0: Se ph = 2,0 allora [H 3 O + ] = 10 -ph = 1,0 10-2 M [OH-]=Kw /[H 3 O + ]=1,0 10-14 /1,0 10-2 =1,0 10-12 M

Poiche K ps =s [OH - ] 2 allora: s=k ps /[OH-] 2 =5,5 10-6 /(1,0 10-12 ) 2 =5,5 10 +18 M s = 5,5 10 +18 M e un numero molto grande, molto superiore alla concentrazione molare dell acqua (ca. 55 M) e quindi non realistico. Si può dire che Ca(OH) 2 ha una solubilità molto elevata a ph = 2,0. La solubilità molare a ph = 7,0: Se ph = 10,0 allora [H 3 O + ] = 10 -ph = 1,0 10-7 M [OH-]=Kw /[H 3 O + ]=1,0 10-14 /1,0 10-7 =1,0 10-7 M Poiche Kps =s [OH-]2 allora s=kps /[OH-]2 =5,5 10-6 /(1,0 10-7)2 =5,5 10+8 M Anche in questo caso s = 5,5 10 +8 M e un numero superiore alla concentrazione molare dell acqua (ca. 55 M) e quindi poco realistico. Si può dire che Ca(OH) 2 ha una solubilità molto elevata anche a ph = 7,0 ma comunque inferiore alla solubilità dello stesso idrossido a ph acido.

Calcolare la solubilita molare dell idrossido di ferro (III) in acqua a ph 7 (Kps = 2,0 10-39 ) La reazione di solubilizzazione di Fe(OH) 3 (idrossido di ferro(iii)) e : Fe(OH) 3 (s) Fe 3+ (aq) + 3OH - (aq) L espressione della Kps sarà quindi: Kps = [Fe 3+ ] [OH - ] 3 = 2,0 10-39 La concentrazione di ioni OH - e fissata dal ph, quindi la solubilità molare di Fe(OH) 3 (s) e uguale alla concentrazione di ioni Fe 3+. Cioe : [Fe 3+ ] = s. Se ph = 7,0 allora [H 3 O + ] = 10 -ph = 1,0 10-7 M [OH - ]=Kw /[H 3 O + ]=1,0 10-14 /1,0 10-7 =1,0 10-7 M Poiche Kps =s [OH - ] 3 allora s = Kps /[OH-] 3 =2,0 10-39 /(1,0 10-7 ) 3 =2,0 10-18 M

Determinare il ph al quale inizia a precipitare il soluto in una soluzione 0,1 M di Ca(OH) 2 (Kps = 5,5 10-6 ) La reazione di solubilizzazione di Ca(OH) 2 (idrossido di calcio) e : Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2OH - (aq) L espressione della Kps sarà quindi: Kps = [Ca 2+ ] [OH - ]2 = 5,5 10-6 La soluzione di Ca(OH) 2 0,1 M e esattamente satura per una concentrazione di ioni OH - definita come segue: [OH ]= K /[Ca 2+ ]= 5,5 10-6 /0,1=7,4 10-3 M poh = -log10[oh - ] = 2,13 ph = 14 - poh = 14-2,13 = 11,87 A ph inferiori a 11,87 la soluzione e limpida, mentre a ph maggiori di 11,87 la soluzione presenta un corpo di fondo, cioe e presente un precipitato di Ca(OH) 2.

Indicare la Kps di Fe(OH) 2 a 25 C, sapendo che il ph di una sua soluzione acquosa satura vale 9.06 alla stessa temperatura. La reazione di solubilizzazione di Fe(OH) 2 (idrossido di ferro(ii)) e : Fe(OH) 2 (s) Fe 2+ (aq) + 2OH - (aq) L espressione della K ps sarà quindi: Kps = [Fe 2+ ] [OH - ] 2 Dall equazione chimica bilanciata si evince che [Fe 2+ ] = 1 2 [OH - ] L espressione della K ps sarà quindi: K ps = 1 2 [OH - ] [OH - ] 2 = 1 2 [OH - ] 3 poh = 14 - ph = 14-9,06 = 4,94 [OH-] = 10 -poh = 1,1 10-5 M K ps =0,5 (1,1 10-5 )3 =6,6 10-16

Calcolare la solubilità del Cromato d Argento in acqua conoscendo che il prodotto di solubilità del cromato di argento è pari a 1.1 x 10-12 L equilibrio di dissociazione del cromato di argento e : Ag 2 CrO 4 (s) 2 Ag + (aq) + CrO 4 (aq) Dette x il numero di moli di Ag 2 CrO 4 che si sciolgono per litro di soluzione, all equilibrio si avranno 2x mol/l di Ag + e x mol/l di CrO 4. L espressione del prodotto di solubilità per l equilibrio e pari a: K ps = [Ag + ] 2 [CrO 4 ] Sostituendo nell espressione del K ps i valori ricavati si ha: K ps = 1.1 x 10-12 = (x) (2x) 2 = 4x 3 Da cui x = 1.1 x 10-12 / 4 = 6.5 x 10-5 M All equilibrio quindi: [Ag + ] = 2 x 6.5 x 10-5 = 1.3 x 10-4 M e [CrO 4 ] = 6.5 x 10-5 M