SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL

SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL 03-07-12 1) Il cloruro di manganese (II) reagisce con l'azoto gassoso in acqua per dare acido manganoso, idrazina gassosa (N 2 H 4 ) ed acido cloridrico. Bilanciare, con il metodo ionico elettronico, la reazione di ossidoriduzione e calcolare la massa di cloruro di manganese necessaria per ottenere un volume di 127 ml di idrazina, misurato alla pressione di 0.85 atm ed alla temperatura di 40 C, considerando che la reazione proceda con un rendimento del 58%. MnCl 2 + N 2(g) + HCl H 2 MnO 3 + N 2 H 4(g) ox Mn 2+ + 3 H 2 O MnO 2-3 + 2 e - + 6 H + (x 2) rid N 2 + 4 e - + 4 H + N 2 H 4(g) 2 Mn 2+ + 6 H 2 O + N 2 2 MnO 3 2- + N 2 H 4 + 8 H + 2 MnCl 2 + N 2 + 6 H 2 O 2 H 2 MnO 3 + N 2 H 4 + 4 HCl n(n 2 H 4 ) p V / R T 4.20 10-3 mol n(mncl 2 ) 2 n(n 2 H 4 ) / 0.58 1.45 10-2 mol g(mncl 2 ) n PM(125.84 g/mol) 1.823 g 2) Una soluzione viene ottenuta mescolando 40.0 ml di acido solforico 0.3 M con 20 ml di idrossido di sodio 2.0 M. Calcolare, alla temperatura di 25 C, la pressione osmotica e la tensione di vapore della soluzione. [NB. P H2O 23.756 torr; Si considerino i volumi dei soluti trascurabili e l'acido solforico come diprotico forte/forte; d(h 2 O) 1.00 g/cm 3 ] Iniz n(naoh) 40 mmol n(h 2 SO 4 ) 12 mmol H 2 SO 4 + 2H 2 O 2H 3 O + + SO 4 2 12 24 12 NaOH Na + + OH 40 40 40 H 3 O + + OH 2H 2 O 24 40 16 16 Finale n(na + ) 40 mmol; n(oh ) 16 mmol n(so 2-4 ) 12 mmol ntot 68 mmol Vtot 60 ml Π C R T (0.068 / 0.060) 0.0821 298 27.73 atm P sol P H2 χ O H2 O

n(h 2 O) 60 g/18 g/mol 3.33 mol n*tot ntot + n(h 2 O) 3.401 mol P sol P H2 O χ H2 O 23.756 3.333 3.401 23.281torr 3) L iso-ottano (C 8 H 18 ) ha una densità di 0.69 g/cm 3 a 25 C. a) Calcolare il calore prodotto dalla combustione completa, a condizioni standard, di un serbatoio della capacità di 60.0 L riempito di iso-ottano. b) Calcolare inoltre il calore prodotto dalla combustione, sempre a condizioni standard, del metano (d 0.72 Kg/m 3 ), nel caso in cui il serbatoio venga riempito al 30% della sua capacità totale (per una questione di sicurezza). [ H f (C 8 H 18 ) l -259.2 kj/mol; H f (CO 2 ) g -393.5 kj/mol; H f (H 2 O) l -285.9 kj/mol; H f (CH 4 ) g -74.8 kj/mol a) C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O.(g) H c (C 8 H 18 ) l? 8 C (s) + 9 H 2(g) C 8 H 18 (l) H f (C 8 H 18 ) l -259.2 kj/mol C (s) + O 2(g) CO 2 (g) H f (CO 2 ) g -393.5 kj/mol H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) H f (H 2 O) l -285.9 kj/mol H c (C 8 H 18 ) l - H f (C 8 H 18 ) l + 8 H f (CO 2 ) g + 9 H f (H 2 O) l -5461.9 kj/mol m(c 8 H 18 ) d V 0.69 [g/ml] 60000 [ml] 41400 g n(c 8 H 18 ) g / PM(114.23 g/mol) 362.43 mol Q n H c (C 8 H 18 ) l 1.98 10 6 kj b) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O.(g) H c (CH 4 ) g? C (s) + 2 H 2(g) CH 4(g) C (s) + O 2(g) CO 2 (g) H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) H f (CH 4 ) g -74.8 kj/mol H f (CO 2 ) g -393.5 kj/mol H f (H 2 O) l -285.9 kj/mol H c (CH 4 ) g - H f (CH 4 ) g + H f (CO 2 ) g + 2 H f (H 2 O) l -890.5 kj/mol m(ch 4 ) d V 0.30 0.72 [g/l] 60.0 [L] 0.30 12.96 g n(ch 4 ) g / PM(16.04 g/mol) 0.808 mol Q n H c (CH 4 ) g 719.5 kj 4) In un recipiente rigido del volume di 10.0 L, ad una certa temperatura T, 0.214 moli di NO 2 sono dissociate al 51% secondo il seguente equilibrio. 2NO 2(g) 2NO (g) + O 2(g) a) Determinare quante moli di NO 2 occorre aggiungere nel recipiente affinché il grado di dissociazione diventi uguale a 0.30. b) Determinare quante moli di NO bisogna introdurre nel recipiente affinché il grado di dissociazione diventi uguale a 0.30. La concentrazione iniziale di 2NO 2 è c o 0.0214 mol/l All equilibrio iniziale si ha

2NO 2 2NO + O 2 c o (1- α) c o α c o α/2 La costante di equilibrio sarà quindi con α 0.51 : K c (c o α /2)(c o α ) 2 / c 2 o (1- α) 2 ½ c o α 3 /(1-α) 2 5.912 10-3 a) Per avere una dissociazione α 0.30 K c ½ c x (0.3) 3 /(1-0.3) 2 Da cui c x 0.2146 mol/l che corrisponde a 2.146 mol Devono quindi essere introdotte un numero di moli pari a n x n o ossia n a n x n o 1.93 mol b) Per avere lo stesso grado di dissociazione α 0.30 è possibile introdurre inizialmente una concentrazione c i di NO 2NO 2 2NO + O 2 c o (1- α) c o α + c i c o α/2 La condizione di equilibrio è data da K c ½ c o α ( c o α + c i ) 2 / (c o (1-α)) 2 Da cui (c o α + c i ) 2 2K c c o 2 (1- α) 2 /c o α Si ricava c i 0.0139 mol/l ossia n i 0.139 mol 5) La chinina, un alcaloide di formula C 20 H 24 N 2 O 2 è una base debole diprotica le cui costanti di dissociazione sono K b1 1.10 10 6 e K b2 1.35 10 10. Calcolare il ph e la concentrazione di tutte le specie presenti all'equilibrio di una soluzione 1.45 10 2 M di chinina. Soluzione B + H 2 O BH + +OH 1.45 10 2 1.45 10 2 x x x K b1 OH BH + x 2 B 1.45 10 2 x 1.10 10 6 x 2 +1.10 10 6 x 1.60 10 8 x 1.26 10 4 BH + + H 2 O BH 2+ +OH 1.26 10 4 1.26 10 4 1.26 10 4 y y 1.26 10 4 +y K b2 OH BH + BH2+ y(1.26 10 4 +y) 1.35 10 10 1.26 10 4 y y 2 +1.26 10 4 y 1.70 10 14 0 y 1.35 10 10

[B] 1.44 10 2 M [BH + ] 1.26 10 4 M [BH 2+ 2 ] 1.35 10 10 M [OH ] 1.26 10 4 M poh 3.90 ph 10.10 6) Il clorato di potassio viene preparato per ossidazione anodica di una soluzione alcalina di cloruro di potassio. Calcolare per quanto tempo è necessario applicare una corrente di 2.12 A per preparare 1.0 kg di soluzione acquosa di clorato di potassio al 12.5% in peso sapendo che il rendimento della reazione è del 75.0%. La reazione che avviene all anodo è: Cl - + 6OH - ClO 3 - + 6e - + 3H 2 O Calcolo le moli di ClO 3 -. 1.0 kg di soluzione acquosa di clorato di potassio al 12.5% in peso contengono: 1.0 kg (12.5/100) 0.125 kg 125 g di clorato di potassio n(kclo 3 ) 125 g/122.55 g mol-1 1.024 mol Dalla stechiometria della reazione di ossidazione posso calcolare le moli di elettroni richieste teoricamente: n te- 1.024 mol 6 6.145 mol Poiché la reazione ha un rendimento del 75.0 % le moli di elettroni che sono necessarie nella realtà sono: n e- n te- 100/η 6.145 mol 100/75 8.193 mol La quantità di carica è: Q 8.193 mol 96485 C mol-1 7.91 105C Q i t t Q/i 7.91 105C / 2.12 A 3.73 105s 103.6 h

SOLUZIONI COMPITO B DI CHIMICA DEL 03-07-12 1) Il cloruro di manganese (II) reagisce con il difosfano (P 2 H 4 ) in acqua per dare acido manganoso, fosfina gassosa ed acido cloridrico. Bilanciare, con il metodo ionico elettronico, la reazione di ossidoriduzione e calcolare la massa di cloruro di manganese necessaria per ottenere un volume di 153 ml di fosfina, misurata alla pressione di 0.57 atm ed alla temperatura di 60 C, considerando che la reazione proceda con un rendimento del 77%. MnCl 2 + P 2 H 4(g) + HCl H 2 MnO 3 + PH 3(g) ox Mn 2+ + 3 H 2 O MnO 2-3 + 2 e - + 6 H + rid P 2 H 4 + 2 e - + 2 H + 2 PH 3 Mn 2+ + 3 H 2 O + P 2 H 4 MnO 3 2- + 2 PH 3 + 4 H + MnCl 2 + P 2 H 4 + 3 H 2 O H 2 MnO 3 + 2 PH 3 + 2 HCl n(ph 3 ) p V / R T 3.19 10-3 mol n(mncl 2 ) n(ph 3 ) / (2 0.77) 2.07 10-3 mol g(mncl 2 ) n PM(125.84 g/mol) 0.260 g 2) Una soluzione viene ottenuta mescolando 60.0 ml di acido cloridrico 1.0 M con 30 ml di idrossido di calcio 0.5 M. Calcolare, alla temperatura di 15 C, la pressione osmotica e la tensione di vapore della soluzione. [NB. P H2O 23.756 torr; Si considerino i volumi dei soluti trascurabili; d(h 2 O) 1.00 g/cm 3 ] Iniz n(ca(oh) 2 ) 15 mmol n(hcl) 60 mmol Ca(OH) 2 --> Ca 2+ + 2 OH 15 15 30 HCl + H 2 O --> H 3 O + + Cl 60 -- 60 60 H 3 O + + OH --> 2 H 2 O 60 30 -- 30 -- 30 Finale n(ca 2+ ) 15 mmol; n(h 3 O + ) 30 mmol n(cl - ) 60 mmol n tot 105 mmol V tot 90 ml Π C R T (0.105 / 0.090) 0.0821 288 27.58 atm P sol P H2 χ O H2 O n(h 2 O) 90 g/18 g/mol 5.00 mol n* tot n tot + n (H2O) 5.105 mol

0 P sol P H2 χ 23.756 5.000 O H2 O 5.105 23.267 3) L iso-ottano (C 8 H 18 ) ha una densità di 0.69 g/cm 3 a 25 C. a) Calcolare il calore prodotto dalla combustione completa, a condizioni standard, di un serbatoio della capacità di 40.0 L riempito di iso-ottano. b) Calcolare inoltre il calore prodotto dalla combustione, sempre a condizioni standard, del propano (C 3 H 8 ; d 2.00 Kg/m 3 ), nel caso in cui il serbatoio venga riempito al 80% della sua capacità totale (per una questione di sicurezza). [ H f (C 8 H 18 ) l -259.2 kj/mol; H f (CO 2 ) g -393.5 kj/mol; H f (H 2 O) l -285.9 kj/mol; H f (C 3 H 8 ) g -103.8 kj/mol a) C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O.(g) H c (C 8 H 18 ) l? 8 C (s) + 9 H 2(g) C 8 H 18 (l) H f (C 8 H 18 ) l -259.2 kj/mol C (s) + O 2(g) CO 2 (g) H f (CO 2 ) g -393.5 kj/mol H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) H f (H 2 O) l -285.9 kj/mol H c (C 8 H 18 ) l - H f (C 8 H 18 ) l + 8 H f (CO 2 ) g + 9 H f (H 2 O) l -5461.9 kj/mol m(c 8 H 18 ) d V 0.69 [g/ml] 40000 [ml] 27600 g n(c 8 H 18 ) g / PM(114.23 g/mol) 241.62 mol Q n H c (C 8 H 18 ) l 1.32 10 6 kj b) C 3 H 8 (g) + 5 O 2 (g) 3 CO 2 (g) + 4 H 2 O.(g) H c (CH 4 ) g? 3 C (s) + 4 H 2(g) C 3 H 8 (g) H f (C 3 H 8 ) g -103.8 kj/mol C (s) + O 2(g) CO 2 (g) H f (CO 2 ) g -393.5 kj/mol H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) H f (H 2 O) l -285.9 kj/mol H c (C 3 H 8 ) g - H f (C 3 H 8 ) g + 3 H f (CO 2 ) g + 4 H f (H 2 O) l ] -2220.3 kj/mol m(c 3 H 8 ) d V 0.80 2.00 [g/l] 40.0 [L] 0.80 64.0 g n(c 3 H 8 ) g / PM(44.10 g/mol) 1.45 mol Q n H c (C 3 H 8 ) g 3.22 10 3 kj 4) Ad una certa temperatura in un recipiente rigido del volume di 5.0 L, 0.123 moli di SO 3 sono dissociate al 50% secondo il seguente equilibrio. 2SO 3(g) 2SO 2(g) + O 2(g) a) Determinare quante moli di SO 3 occorre aggiungere nel recipiente affinché il grado di dissociazione sia pari a 0.25. b) Determinare quante moli di SO 2 bisogna introdurre nel recipiente affinché il grado di dissociazione sia pari a 0.25. Soluzione La concentrazione iniziale di 2NO 2 è c o 0.0246 mol/l All equilibrio iniziale si ha

2NO 2 2NO + O 2 c o (1- α) c o α c o α/2 La costante di equilibrio sarà quindi con α 0.50 : K c (c o α /2)(c o α ) 2 / c 2 o (1- α) 2 ½ c o α 3 /(1-α) 2 6.150 10-3 a) Per avere una dissociazione α 0.25 K c ½ c x (0.25) 3 /(1-0.25) 2 Da cui c x 0.443 mol/l che corrisponde a 2.214 mol Devono quindi essere introdotte un numero di moli pari a n x n o ossia n a n x n o 2.09 mol b) Per avere lo stesso grado di dissociazione α 0.25 è possibile introdurre inizialmente una concentrazione c i di NO 2NO 2 2NO + O 2 c o (1- α) c o α + c i c o α/2 La condizione di equilibrio è data da K c ½ c o α ( c o α + c i ) 2 / (c o (1-α)) 2 Da cui (c o α + c i ) 2 2K c c o 2 (1- α) 2 /c o α Si ricava c i 0.0199 mol/l ossia n i 9.95 10-2 mol 5) L'acido adipico, un composto di formula C 6 H 10 O 4 è un acido debole diprotico le cui costanti di dissociazione sono K a1 3.71 10 5 e K a2 3.89 10 6. Calcolare il ph e la concentrazione di tutte le specie presenti all'equilibrio di una soluzione 2.73 10 4 M di acido adipico. Soluzione H 2 A + H 2 O H 3 O + + HA 2.73 10 4 -- -- -x +x +x 2.73 10 4 x x x K a1 H 3 O+ HA H 2 A x 2 2.73 10 4 x 3.71 10 5 x 2 +3.71 10 5 x 1.01 10 8 0 x 8.35 10 5 HA + H 2 O H 3 O + + A 2 8.35 10 5 8.35 10 5 -- -y +y +y 8.35 10 5 y 8.35 10 5 + y y K a2 H 3 O+ A2 HA y ( 8.35 10 5 +y) 3.89 10 6 8.35 10 5 y y 2 +8.74 10 5 y 3.25 10 10 0 y 3.57 10 6

[H 2 A] 1.89 10 4 M [HA ] 7.99 10 5 M [A 2 ] 3.57 10 6 M [H 3 O + ] 8.71 10 5 M ph 4.06 6) Il bromato di potassio viene preparato per ossidazione anodica di una soluzione alcalina di bromuro di potassio. Calcolare la massa di soluzione acquosa di bromato di potassio al 14.5% in peso che può essere preparata facendo passare una corrente di 2.40 A viene per 95 h sapendo che il rendimento della reazione è del 78.0%. Soluzione La reazione che avviene all anodo è: Br - + 6OH - BrO 3 - + 6e - + 3H 2 O La quantità di carica che circola è: Q i t 2.4 A (95 3600)s 8.208 105C le moli di elettroni sono: ne- Q/F 8.208 105C/96485 C mol-1 8.51 mol Dalla stechiometria della reazione di ossidazione posso calcolare le moli teoriche di BrO 3 - : n t (BrO 3 - ) (1/6) ne - 8.51 mol/6 1.42 mol Poiché la reazione ha un rendimento del 78.0 % le moli di BrO 3 - che si ottengono effettivamente sono: n(bro 3 - ) n t (BrO 3 - ) η/100 1.42 mol 78/100 1.11 mol La massa di bromato di potassio è: 1.11 mol 167 g mol-1 185.37 g Massa soluzione 187.37 (100/14.5) 1278.4 g 1.28 kg