Archivio Compito di Chimica I del 15-07-2009 - Unical, Esercizi di Chimica I
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COMPITO ESAME CHIMICA- INGEGNERIA UNICAL - Chimica I del 15-07-2009 - Unical
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Microsoft Word - Archivio Compito 15 luglio 2009 DM270

Università degli Studi della Calabria – Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Chimica e dei Materiali

Compito di CHIMICA del 15-07-2009 Archivio

Quesito 1. Bilanciare la seguente reazione di ossido-riduzione in ambiente basico, con il metodo delle semireazioni:

Na2CrO4 + FeCl2 + NaCl + H2O → NaCrO2 + FeCl3 + NaOH. Soluzione Riduz.: CrO42– + 3 e– + 2H2O → CrO2– + 4 OH– x1 Ossid.: Fe2+ → Fe3+ + e– x3 CrO42– + 3 e– + 2 H2O + 3 Fe2+ → CrO2– + 4 OH– + 3 Fe3+ + 3 e– da cui semplificando e completando: Na2CrO4 + 3 FeCl2 + 3 NaCl + 2 H2O → NaCrO2 + 3 FeCl3 + 4 NaOH. Quesito 2. Un composto contenente rame, ferro e zolfo ha dato i seguenti risultati all’analisi elementare: Cu 34.6%; Fe 30.4%; S 35.0%. Determinare la formula minima del composto. Soluzione E’ opportuno scegliere come campione 100 g di sostanza, e indicare in una tabella la massa di ogni elemento presente nel campione. Se ne calcolerà il numero di moli e poi, dividendo il numero di moli di ciascun atomo per il valore più piccolo, si determinerà il rapporto numerico tra gli atomi presenti nella sostanza, e quindi la formula minima

Atomo Cu Fe S Massa (g in 100 g di sostanza) 34.6 30.4 35.0 Massa atomica (g mol-1) 63.55 55.85 32.07 n(moli) 0.544 0.544 1.09 n/nmin 1 1.00 2.01

Quindi la formula minima del composto in esame è CuFeS2.

Quesito 3. 3.20 g di una sostanza gassosa esercitano una pressione di 0.580 atm in un recipiente di 2.50 L alla temperatura di 130 °C. Calcolare il peso molecolare e poi determinare la densità che la sostanza in esame avrebbe alla stessa pressione ma alla temperatura di 50°C. Soluzione: n = PV / RT = (0.580 ×2.50) / (0.08206 × 403) = 0.0438 moli PM = m / n = 3.20 / 0.0438 = 73.0 g/mol d = P PM / RT = 1.60 g/L. Quesito 4. Una soluzione è preparata sciogliendo 20.00 g di glucosio (C6H12O6) in 1.00 kg di acqua. Calcolare la temperatura di congelamento della soluzione. (Kcr = 1.86 K kg mol-1, Tc(H2O) = 0 °C). Soluzione: Il glucosio è un soluto non elettrolita, per cui sciogliendosi in acqua non si dissocia. Quindi l’abbassamento crioscopico: ∆Tcr = Kcr m dove m è la concentrazione molale della soluzione, cioè le moli di soluto per kg di solvente. n(C6H12O6) = g / PM = 20.00 g / 180.16 g mol-1 = 0.1110 mol m (C6H12O6) = n(C6H12O6) / kgSolvente = 0.1110 mol / 1.00 kg = 0.111 mol kg-1 per cui ∆Tcr = 1.86 K kg mol-1 · 0.111 mol Kg-1 = 0.206 K = Tc(H2O) – Tc(soluzione) da cui Tc(soluzione) = -0.206 °C = 272.94 K.

Quesito 5. Quanti grammi di KNO2 (Ka = 5.1·10-4) devono essere sciolti in 200 mL di acqua per ottenere una soluzione a pH 8.0? Soluzione: KNO2 in acqua si dissocia secondo la seguente reazione:

KNO2 → K+ + NO2- cs → cs cs dove con cs è stata indicata la concentrazione di sale, che è incognita. NO2-, base coniugata dell’acido debole HNO2, in acqua idrolizza secondo la seguente reazione di equilibrio:

NO2-+ H2O HNO2 + OH-

Il pH = 8.0 → [H3O+]= 10-8 M → [OH-] = 10-6 M; per cui: NO2-+ H2O HNO2 + OH-

In cs / 0 0 Eq cs –10-6 / 10-6 10-6 per cui: Kb = Kw/Ka = (10-6)2 / (cs –10-6) = 1.96 10-11 → cs = 0.051 M = [KNO2]in. n KNO2 = cs × V = 0.051 mol L-1 × 0.200 L = 0.0102 mol g KNO2 = mol × PM = 0.0102 mol × 85.1 g mol-1 = 0.868 g. Quesito 6. Quanti grammi di Ag2SO4 (Kps = 1.6·10-5) possono essere sciolti in 0.85 L di acqua? Si trascuri la variazione di volume dovuta all’aggiunta del sale. Soluzione: La solubilità di Ag2SO4 in acqua si calcola come segue: Ag2SO4 2Ag+ + SO4-2 s 2s s Kps = (2s)2 s = 4s3 → s = 0.0159 mol/L Quindi, in 1.00 L di acqua si possono sciogliere 0.0159 moli del sale in esame. Quindi, in 0.85 L: n Ag2SO4 = s × V = 0.0159 mol/L × 0.85 L = 0.0135 mol m Ag2SO4 = n × PM = 0.0135 mol × 311.81 g mol-1 = 4.21 g.

Quesito 7. Motivare brevemente, in base alle configurazioni elettroniche, la formula chimica del composto SixCly che si forma dalla combinazione di silicio (Si) e Cloro (Cl). R.: Un atomo di Si ha numero atomico Z = 14 (configurazione elettronica esterna 3s23p2), per cui per completare il suo livello elettronico esterno ha bisogno di quattro elettroni (tetravalente) per divenire isoelettronico ad Ar, con tutti gli orbitali pieni; ogni atomo di Cl ha Z = 17 (configurazione elettronica esterna 3s2 3p5) ha bisogno di un elettrone (monovalente) per diventare isoelettronico con Ar con tutti gli orbitali pieni. Dal momento che la differenza di elettronegatività non è tale da dare luogo ad un legame ionico, un atomo di Si si legherà covalentemente a quattro atomi di Cl, formando il composto SiCl4.

Quesito 8. Le proprietà chimiche degli elementi sono funzione del peso atomico o del numero atomico degli elementi? Motivare brevemente la risposta. R.: Le proprietà chimiche degli elementi sono funzione del numero atomico. Infatti il comportamento chimico di un elemento dipende essenzialmente dalla sua configurazione elettronica, che dipende dal numero di elettroni che è uguale, per un elemento, al numero di protoni, cioè al numero atomico. Se, per assurdo, le proprietà chimiche degli elementi dipendessero dal peso atomico, accadrebbe che diversi isotopi di uno stesso elemento dovrebbero mostrare comportamento chimico diverso.

Quesito 9. Scrivere la configurazione elettronica completa dello ione Co2+. Motivare sinteticamente la risposta. R.: Il cobalto ha numero atomico 27, per cui nel suo nucleo sono contenuti 27 protoni. Nello ione Co2+ vi è un eccesso di due cariche positive, per cui gli elettroni contenuti in tale ione sono 25. Quindi, la configurazione elettronica dello ione Co2+ è: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5.

Quesito 10. Due soluzioni preparate con la stessa quantità di acqua contengono lo stesso numero di moli di NaCl (la prima) e di CaCl2 (la seconda). Se fossero raffreddate, quale tra le due soluzioni inizierebbe a congelare prima dell’altra? Giustificare brevemente la risposta. R.: La soluzione contenente NaCl. Infatti la soluzione contenente CaCl2 contiene un numero maggiore di moli di soluto (ioni Ca2+ e Cl–) dell’altra (ioni Na+ e Cl-), e quindi maggiore concentrazione molale di soluti: pertanto l’abbassamento crioscopico della soluzione di CaCl2 è maggiore, ed essa congelerebbe a una temperatura più bassa della soluzione di NaCl.

Quesito 11. Nella reazione in fase gassosa: N2 + 3H2 → 2NH3, come varia l’entropia? Giustificare la risposta. R.: La reazione provoca una diminuzione del numero di moli, quindi il disordine molecolare diminuisce, e di conseguenza anche l’entropia che ne è la misura quantitativa.

Quesito 12. Spiegare brevemente la differenza tra una base secondo Lewis e una base secondo Arrenhius. R.: Un base secondo Arrhenius è una sostanza che in soluzione acquosa è capace di liberare ioni OH-; mentre una base secondo Lewis è una sostanza capace di cedere un doppietto di elettroni ad un acido.

Quesito 13. Si consideri la generica reazione:

a A (g) + b B (g) → c C (g) + d D (g) e si supponga di introdurre una certa quantità di A e di B a reagire in un recipiente inizialmente vuoto. Mantenendo costante volume e temperatura, in quale caso la pressione aumenterà nel corso della reazione? Giustificare brevemente la risposta. R.: La pressione aumenterà nel corso della reazione se il numero di moli di gas nel sistema aumenta, cioè se il numero di moli di gas che si formano è maggiore al numero di moli di gas che si consumano, cioè se (c + d) > (a + b). Quesito 14. Per la reazione di riduzione Cr2O72- + 6e– + 14H+ 2Cr3+ + 7H2O come cambia il potenziale di riduzione dello ione Cr2O72- se il pH aumenta? Spiegare. R.: All’aumentare del pH la concentrazione di H3O+ diminuisce e il potenziale di riduzione della semicella Cr2O72- / Cr3+ diminuisce. Infatti, applicando il principio di Le Chatelier, si può dire che una diminuzione nella concentrazione dello ione H+ sposterà l’equilibrio verso sinistra, cioè diminuirà la tendenza dello ione Cr2O72- a ridursi a ione Cr3+.

Quesito 15. Cosa accade alla reazione di equilibrio in fase gassosa

A + 2B 2C + D se si dimezza il volume a temperatura costante? Motivare brevemente la risposta. R.: La stechiometria mostra che la reazione in esame non comporta variazione del numero di moli, poiché da tre moli di reagenti si passa a tre moli di prodotti. Quindi, dimezzando il volume a temperatura costante l’equilibrio non si sposta.

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