Appello del 6 luglio 2017 ESERCIZI NUMERICI Fila A 1C) L acido solforico ossida a caldo il rame con formazione di solfato di rame(ii), biossido di zolfo e acqua, secondo la seguente reazione (da bilanciare): H2SO4 + Cu CuSO4 +SO2 + H2O Calcolare le quantità in grammi di solfato di rame e di biossido di zolfo che possono essere preparate facendo reagire 50.8 g di Cu con 134.9 g di H2SO4. 2 H2SO4 + Cu CuSO4 +SO2 + 2 H2O Moli di rame = massa/ massa atomica Cu = 50.8(g)/63.546 (g/mol) = 0,799421 mol Moli di acido solforico = massa/ massa molecolare H2SO4 = 134.9 (g)/ 98.09 (g/mol) = 1.3752 mol Considerando la stechiometria della reazione, l acido solforico è il reagente limitante. Moli di CuSO4 = 0.688 mol Moli di SO2 = 0.688 mol Grammi di CuSO4 = moli massa molecolare CuSO4 = 0.688 (mol) 159.69 (g/mol) = 109.8 g Grammi di SO2 = moli massa molecolare SO2 = 0.688 (mol) 64.06 (g/mol) = 44.1 g 2C) Calcolare il ph di una soluzione ottenuta aggiungendo 2.00 ml di HCl 2 M a 100 ml di una soluzione tampone preparata miscelando 0.500 L di acido acetico 0.330 M con 0.500 L di acetato di sodio 0.60 M. (Ka acido acetico =1.76 10-5 ) V tot = 0.500 L+0.500 L= 1L Molarità acido acetico nella soluzione tampone = (0.330(mol/L) 0.500L)/1L= 0.165 M Molarità acetato di sodio nella soluzione tampone = (0.60(mol/L) 0.500L)/1L= 0.300 M Molarità acido acetico dopo aggiunta di 2 ml di HCl a 100 ml di soluzione tampone = (0.165 (mol/l) 0.100 L)/0.102 L= 0.162 M Molarità acetato di sodio dopo aggiunta di 2 ml di HCl a 100 ml di soluzione tampone = (0.300 (mol/l) 0.100 L)/0.102 L= 0.294 M Molarità acido cloridrico dopo aggiunta di 2 ml di HCl a 100 ml di soluzione tampone = (2 (mol/l) 0.002 L)/0.102 L= 0.0392 M REAZIONI
Le concentrazioni della coppia coniugata acido acetico/acetato di sodio prima della reazione di neutralizzazione dovuta all aggiunta di HCl sono: HAc = 0.162 M Ac - = 0.294 M A seguito dell aggiunta di HCl avvengono le seguenti reazioni: 1) HCl + H2O H3O + + Cl - 2) Ac - + H3O + HAc + H2O Di conseguenza, per ogni molecola di HCl aggiunta una molecola di acetato di sodio reagisce e si converte in una molecola di acido acetico. Reazione di equilibrio legata a Ka: HAc + H2O Ac - + H3O + Tabella di reazione HAc H2O Ac - H3O + Inizio 0.162 / 0.294 Dopo l aggiunta di HCl 0.162 + 0.0392 = 0.201 / 0.294 0.0392 = 0.255 Variazione -x / +x +x All equilibrio 0.201-x / 0.255 +x +x La x è trascurabile rispetto alle concentrazioni del tampone instauratosi, quindi: Ka= ([Ac - ][ H3O + ])/([HAc]) 1.76 10-5 = (0.255 x)/(0.201) x = (1.76 10-5 0.201)/0.255 = 1.39 10-5 M ph= -log(1.39 10-5 ) = 4.86 3C) Data la seguente reazione (da bilanciare): KClO3 KCl + O2 Calcolare: A) la resa percentuale di O2 sapendo che si sono ottenuti 27.34 g di gas a partire da 78.2 g di KClO3 puro al 98.1% e B) il volume occupato dal gas prodotto a 1 atm e 0 C. Reazione bilanciata 2 KClO3 2 KCl + 3 O2
Moli di KClO3 = (massa percentuale in peso)/ massa molecolare KClO3 = 78.2(g) (98.1/100)/ 122.5495 (g/mol) = 0.62598 mol Moli di O2 effettive = 27.34 g / 31.99880 g/mol = 0.854 mol Moli di O2 teoriche = (0.62598 mol) (3/2) = 0.938978 mol Massa di O2 teorica = moli teoriche di O2 massa molecolare O2 = 0.938978 (mol) 31.99880 (g/mol) = 30.0461g Resa percentuale = (massa effettiva di O2/massa teorica di O2) 100 = 27.34 g/30.0461g = 90.99 % Volume occupato dall O2 a 0 C e 1 atm (applicando il principio di Avogadro) = 22.4 (L/mol) 0.854 (mol effettive) = 19.2 L
Fila B 1C) L acido nitrico ossida il bismuto con formazione di nitrato di bismuto(iii), monossido di azoto ed acqua, secondo la seguente reazione (da bilanciare): HNO3 + Bi Bi(NO3)3 + NO + H2O Calcolare le quantità in grammi di nitrato di bismuto e di monossido di azoto che possono essere preparate facendo reagire 99.5 g di Bi con 59.3 g di HNO3 4 HNO3 + Bi Bi(NO3)3 +NO + 2 H2O Moli di bismuto = massa/massa atomica Bi = 99.5(g)/208.98(g/mol) = 0.476122 mol Moli di acido nitrico = massa/massa molecolare HNO3 = 59.3(g)/63.0129 (g/mol) = 0.941 mol Considerando la stechiometria della reazione, l acido nitrico è il reagente limitante Moli di Bi(NO3)3 = 0.941 mol / 4 = 0.235 Moli di NO = 0.941 mol / 4 = 0.235 Grammi di Bi(NO3)3 = moli massa molecolare Bi(NO3)3 = 0.235 (mol) 394.99 (g/mol) = 92.8 g Grammi di NO = moli massa molecolare NO = 0.235 (mol) 30.0061 (g/mol) = 7.05 g 2C) Calcolare il ph di una soluzione ottenuta aggiungendo 3.00 ml di HCl 2 M a 100 ml di una soluzione tampone preparata miscelando 0.500 L di acido acetico 0.150 M con 0.400 L di acetato di sodio 1.00 M. (Ka acido acetico =1.76 10-5 ) Vtot= 0.500 L+0.500 L= 1L Molarità acido acetico nella soluzione tampone = (0.150(mol/L) 0.600L)/1L= 0.09 M Molarità acetato di sodio nella soluzione tampone = (1.00(mol/L) 0.400L)/1L= 0.400 M Molarità acido acetico dopo aggiunta di 3 ml di HCl a 100 ml di soluzione tampone = (0.09 (mol/l) 0.100 L)/0.103 L= 0.0874 M Molarità acetato di sodio dopo aggiunta di 3 ml di HCl a 100 ml di soluzione tampone = (0.400 (mol/l) 0.100 L)/0.103 L= 0.388 M Molarità acido cloridrico dopo aggiunta di 3 ml di HCl a 100 ml di soluzione tampone = (2 (mol/l) 0.003 L)/0.103 L= 0.0582 M REAZIONI Le concentrazioni della coppia coniugata acido acetico/acetato di sodio prima della reazione di neutralizzazione dovuta all aggiunta di HCl sono:
HAc = 0.0874 M Ac - = 0.388 M A seguito dell aggiunta di HCl avvengono le seguenti reazioni: 1) HCl + H2O H3O + + Cl - 2) Ac - + H3O + HAc + H2O Di conseguenza, per ogni molecola di HCl aggiunta una molecola di acetato di sodio reagisce e si converte in una molecola di acido acetico. Reazione di equilibrio legata a Ka: HAc + H2O Ac - + H3O + Tabella di reazione HAc H2O Ac - H3O + Inizio 0.0874 / 0.388 Dopo l aggiunta di HCl 0.0874 + 0.0582 = 0.146 / 0.388 0.0582 = 0.330 Variazione -x / +x +x All equilibrio 0.146 - x / 0.330 +x +x La x è trascurabile rispetto alle concentrazioni del tampone instauratosi, quindi: Ka= ([Ac - ][ H3O + ])/([HAc]) 1.76 10-5 = (0.330 x)/(0.146) x = (1.76 10-5 0.146)/0.330 = 7.79 10-6 M ph= -log(7.79 10-6 ) = 5.11 3C) Data la seguente reazione (da bilanciare): Cl2 + NaOH NaClO3 + NaCl + H2O Calcolare: A) la quantità in grammi e B) il volume (a 1 atm e 0 C) di Cl2 necessari per produrre, in eccesso di NaOH, 30.8 g di NaClO3, sapendo che la resa percentuale della reazione è 83.4 %. Reazione bilanciata 3 Cl2 + 6 NaOH -> NaClO3 + 5 NaCl + 3 H2O Moli effettive di NaClO3 = massa effettiva / massa molecolare NaClO3 = 30.8(g) / 106.4410 (g/mol) = 0.289362 mol
Moli teoriche di NaClO3 = (moli effettive / resa percentuale) 100 = 0.289362 (mol)/(83.4/100) = 0.3469 mol Moli necessarie di Cl2 = 0.3469 mol 3 = 1.041 mol Massa necessaria di Cl2 = moli necessarie massa molecolare di Cl2 = 1.041 (mol) 70.9054 (g/mol) = 73.81 g Volume occupato da Cl2 a 0 C e 1 atm (applicando il principio di Avogadro) = 22.4 (L/mol) 1.041 (mol) = 23.3 L