Scarica Ripasso Matematica superiori e più Sintesi del corso in PDF di Analisi Matematica I solo su Docsity!
Novedrate, 29/09/2016 Lucio Melone 1
Esame di Chimica Generale (cod.129), 6 CFU
Corsi di laurea: Ingegneria Gestionale, Ingegneria Energetica
Docente: Prof. Lucio Melone
Novedrate, 29/09/
Durata: 2.5 h
- Una pila è costituita da un elettrodo di cromo immerso in una soluzione di ioni Cr
2+ (0.8 M) e da un
elettrodo di rame immerso in una soluzione di ioni Cu
2+ (0.5 M). Individuare anodo e catodo, disegnare
la pila e calcolare la fem. ( 4 punti )
- Data la seguente reazione
2Fe 2 O 3 (s) + 3C (s) 4Fe(s) + 3CO 2 (g)
a. Calcolare ΔH°, ΔS°, ΔG° a 25°C usando le tabelle termodinamiche ( 2 punti )
b. Disegnare il grafico di ΔG° in funzione della temperatura T (in kelvin) e stabilire in quale
intervallo di T la reazione è spontanea in condizioni standard. ( 2 puntI )
- Si calcoli la densità (in g/L) del biossido di carbonio e il numero di molecole per litro nelle seguenti
condizioni:
a. 0°C e 1 atm ( 1.5 punti )
b. 20°C e 1 atm ( 1.5 punti )
- La testa di un fiammifero contiene il composto P 4 S 3 (trisolfuro di tetrafosforo) che dopo sfregamento
brucia con l’ossigeno dell’aria secondo la reazione:
P 4 S 3 + O 2 P 4 O 10 + SO 2
a. Bilanciare la reazione ( 1 punto )
b. Calcolare quanti millilitri di SO 2 , misurati a 32°C e 725 mm Hg, si ottengono dalla combustione
di 0.8 g di P 4 S 3. ( 2 punti )
- Usando i numeri di ossidazione bilanciare la seguente reazione di ossidoriduzione in soluzione acquosa
ClO 3
I 2 + Cl
- Il fosgene (COCl 2 ) è un gas aggressivo usato come arma chimica durante la prima guerra mondiale. Esso
si decompone secondo la reazione di equilibrio
COCl 2 (g) ⇄ CO(g) + Cl 2 (g) Kc=8.3×
Novedrate, 29/09/2016 Lucio Melone 2
Calcolare le concentrazioni delle specie all’equilibrio se si introducono 5 moli di fosgene in un
recipiente con un volume di 10 L ( 4 punti )
- Fornendo gli esempi opportuni, descrivere le tre principali teorie sugli acidi e le basi (Arrhenius,
Brønsted-Lowry, Lewis). ( 3 punti )
- Il solfato di piombo (PbSO 4 ) ha una constante del prodotto di solubilità pari a Kps=1.6×
a) Calcolare la solubilità (in g/L) del PbSO 4. ( 2 punti )
- Descrivere la differenza tra il modello atomico di Thomson e quello di Rutherford evidenziando in
particolare l’esperimento effettuato da Rutherford a supporto delle proprie conclusioni ( 2 punti )
- Disegnare le formule di struttura di Lewis delle seguenti molecole e stabilire se esse sono polari oppure
apolari ( 3 punti ):
a. SO 2
b. COCl 2
c. SiHCl 3
Soluzioni
Es.
E°(Cu
2+ /Cu)=+0.34 V
E°(Cr
2+ /Cr)=-0.91 V
Cu
2+
2+
ΔE°=(+0.34 V)-(-0.91 V)=1.25 V
V
Cu
Cr
n
E E 1. 295
ln 2
ln 1. 25
2
2
^
Es.
2Fe 2 O 3 (s) + 3C (s) 4Fe(s) + 3CO 2 (g)
0 2
0 0 H (^) R 3 Hf CO 2 Hf FeO
kJ mol
kJ
mol
kJ HR 3 393. 5 2 824 467. 5
0
0 2
0 0 G (^) R 3 Gf CO 2 Gf FeO
Novedrate, 29/09/2016 Lucio Melone 4
RT
N P N SO L
n molecole A A
3
.
a 0°C e 1 atm:
L
g d 3. 57
22
- 68 10
. L
nmolecole
a 20°C e 1 atm:
L
g d 3. 33
22
- 50 10
. L
nmolecole
Es.
P 4 S 3 + 8O 2 P 4 O 10 + 3SO 2
mol
mol
g
g moliP S 0. 00363
093
8 4 3
moliSO (^) 2 3 moliP 4 S 3 0. 0109 mol
L mL atm
K molK
atmL mol
V SO 0. 286 286
954
0109 0. 08206 305
2
Es.
Solo Cl e I cambiano numero di ossidazione:
Ogni atomo di Cl acquista 6 elettroni (e si riduce) mentre ogni atomo di iodio perde 1 elettrone (e si ossida).
Occorre quindi moltiplicare per 6 lo ione I
- (e quindi per 3 la molecola I 2 ) e per 1 lo ione ClO 3 - (e lo ione Cl - ):
Novedrate, 29/09/2016 Lucio Melone 5
Infine si bilanciano H e O:
Es.
COCl 2 (g) ⇄ CO(g) + Cl 2 (g)
CO Cl 2 x
COCl 2 0. 5 x
x
x
COCl
CO Cl KC
- 5
2
2
2
x=0.0254mol/L
Es.
Vedi dispense
Es.
2 2 4
2 Kps Pb SO s
L
mol s Kps
4
- 265 10
solubilità in g/L=
L
g
mol
g
L
4 mol^ 2
- 265 10 303. 26 3. 83610
Altre sedi, 15/07/2016 Lucio Melone 1
Esame di Chimica Generale (cod.129), 6 CFU
Corsi di laurea: Ingegneria Gestionale, Ingegneria Energetica
Docente: Prof. Lucio Melone
Bari, Napoli, Palermo, Roma, Torino, 15/07/
- Calcolare i grammi di calcio e fluoro che si sviluppano dall’elettrolisi di fluoruro di calcio (CaF 2 ) fuso se si
fa passare una corrente di 5.0 ampere per 36 ore. ( 4 punti )
- La figura seguente riporta il diagramma di stato della CO 2. Spiegare, usando il principio di Le Chatelier,
per quale motivo la curva di equilibrio liquido‐solido ha pendenza positiva. ( 4 punti )
- Una lampadina, riempita con un gas inerte (argon) a 760 mm Hg e 150 °C, ha un volume di 100 cm
3
. La
lampadina viene spenta e la sua temperatura passa da 150 °C a 25 °C. Calcolare la pressione del gas, in
atmosfere, all’interno della lampadina. ( 4 punti )
- Bilanciare la seguente reazione di ossidoriduzione con il metodo dei numeri di ossidazione:
NH 3 + CuO N 2 + H 2 O + Cu ( 4 punti )
- Si consideri la seguente reazione di equilibrio: 2CO(g) ⇄ C(s) + CO 2 (g)
A 700°C si trova che nel reattore da 2 L sono presenti 0.1 moli di CO, 0.2 moli di CO 2 e 0.4 moli di C
all’equilibrio.
a. Calcolare la costante di equilibrio Kc. ( 2 punti )
b. Calcolare la costante di equilibrio Kp. ( 2 punti )
- Il sodio reagisce con l’acqua secondo la reazione Na(s) + H 2 O (l) NaOH (aq) + 1/2H 2 (g). Calcolare il pH
della soluzione di NaOH che si ottiene facendo reagire 0.46 g di Na in 1 L di acqua. ( 3 punti )
Altre sedi, 15/07/2016 Lucio Melone 2
- Il bromuro di piombo (PbBr 2 ) ha una constante del prodotto di solubilità pari a K (^) ps=6.3×
− 6 a 25°C.
a) Calcolare la solubilità (in g/L) del bromuro di piombo. ( 2 punti )
b) Calcolare il volume minimo di acqua che serve per sciogliere completamente 1 g di sale. ( 2 punti )
- Tra CH 3 CH 3 (etano), CH 3 CH 2 OH (etanolo) e CH 3 CH 2 Cl (cloroetano) quale sostanza ha maggiore solubilità
in acqua e per quale motivo? ( 3 punti )
SOLUZIONI
Es.
Nella cella elettrolitica si ha la seguente reazione:
CaF 2 (l) →Ca(l) + F 2 (g) 1)
ovvero si hanno le seguenti semireazioni:
Ca
2+
‐ → Ca 2)
2F
‐ → F 2 + 2e
‐
La carica Q che circola nella cella vale:
C
h
s Q It 5 A 36 h (^3600) 648000
corrispondenti alle seguenti moli di elettroni:
mol
mol
C
C
n molie 6. 716
96485
Poiché in base alle due semireazioni 2) e 3) si consumano 2 moli di elettroni per ogni mole di calcio che si forma
e si rilasciano 2 moli di elettroni per ogni mole di fluoro che si forma ne consegue che:
n moliCa nmoliF molie 3. 358 mol 2
g mol
g massa Ca 3. 358 mol 40. 08 134. 6
g mol
g massa F 2 3. 358 mol 38. 00 127. 6
Altre sedi, 15/07/2016 Lucio Melone 4
Per bilanciare la reazione basta moltiplicare per 2 la formula dell’ammoniaca e per 3 la formula del CuO
(ovviamente anche Cu va moltiplicato per 3):
Infine si bilancia H:
L’ossigeno è automaticamente bilanciato.
Es.
2CO(g) ⇄ C(s) + CO 2 (g)
1 2 2
2 40
- 05
M
CO
CO
K C
1
1 1 40 0. 08206 973 0. 50
K atm mol K
atmL K K RT M
n P C
Es.
mol
mol
g
g n moliNa 0. 02
- 0
n. moli NaOH n. moliNa 0. 02 mol
NaOH è un elettrolita forte per cui è completamente dissociato in soluzione negli ioni Na
e ioni OH
‐
. Gli ioni
OH
‐ sono una base forte.
M
L
mol OH NaOH 0. 02 1
Altre sedi, 15/07/2016 Lucio Melone 5
Il pOH vale:
log 10 1. 70
pOH OH
Il pH vale:
pH 14 pOH 12. 30
Es.
Il bromuro di piombo è un sale poco solubile in acqua (infatti K (^) ps =6.3×
‐ 6 ). L’equilibrio di solubilità è:
PbBr 2 (s) ⇄ Pb
2+ (aq) +2Br
‐ (aq)
Quindi:
2 2 2 3 K (^) ps Pb Br s 2 s 4 s
L
g
L
K mol s so ilità
ps
- 16 10 4. 27 4
lub 3 2
Per sciogliere 1g di sale occorrono:
L
g
x
g
L mL
L
g
g x 0. 234 234
- 27
Es.
L’etanolo è più solubile perché può formare legami a ponti di idrogeno con le molecole d’acqua grazie al
gruppo ossidrile OH (da non confondere con lo ione OH
‐ ). L’etano è apolare (solo forze di London). Il cloroetano
è polare ma non forma legami a idrogeno.
Novedrate, 14/07/2016 Lucio Melone 1
Esame di Chimica Generale (cod.129), 6 CFU
Corsi di laurea: Ingegneria Gestionale, Ingegneria Energetica
Docente: Prof. Lucio Melone
Novedrate, 14/07/
- Calcolare i grammi di calcio e cloro che si sviluppano dall’elettrolisi di cloruro di calcio (CaCl 2 ) fuso se si
fa passare una corrente di 2.0 ampere per 24 ore. ( 4 punti )
- La figura seguente riporta il diagramma di stato dell’acqua. Spiegare, usando il principio di Le Chatelier,
per quale motivo la curva di equilibrio liquido‐solido ha pendenza negativa. ( 4 punti )
- Una lampadina riempita con un gas inerte (argon) a 760 mm Hg ha un volume di 100 cm
3
. Durante il
funzionamento la temperatura passa da 25 °C a 150 °C. Calcolare la pressione del gas, in atmosfere,
all’interno della lampadina. ( 4 punti )
- Bilanciare la seguente reazione di ossidoriduzione
I 2 + HNO 3 HIO 3 + NO 2 + H 2 O ( 4 punti )
- Si consideri la seguente reazione di equilibrio: C(s) + CO 2 (g) ⇄ 2CO(g)
A 700°C si trova che nel reattore da 2 L sono presenti 0.1 moli di CO, 0.2 moli di CO2 e 0.4 moli di C
all’equilibrio.
a. Calcolare la costante di equilibrio Kc. ( 2 punti )
b. Calcolare la costante di equilibrio Kp. ( 2 punti )
- Il calcio reagisce con l’acqua secondo la reazione Ca(s) + 2H 2 O (l) Ca(OH) 2 (aq) + H 2 (g). Calcolare il pH
della soluzione di Ca(OH) 2 facendo reagire 0.802 g di Ca in 5 L di acqua. ( 3 punti )
Novedrate, 14/07/2016 Lucio Melone 2
- Il fluoruro di calcio (CaF 2 ) ha una constante del prodotto di solubilità pari a Kps=3.9×
‐ 11 a 25°C.
a) Calcolare la solubilità (in g/L) del fluoruro di calcio. ( 2 punti )
b) Calcolare il volume minimo di acqua che serve per sciogliere completamente 1 g di sale. ( 2 punti )
- Tra CH 4 (metano), CH 3 OH (metanolo) e CH 3 Cl (clorometano) quale sostanza ha maggiore solubilità in
acqua e per quale motivo? ( 3 punti )
SOLUZIONI
Es.
Nella cella elettrolitica si ha la seguente reazione:
CaCl 2 (l) →Ca(l) + Cl 2 (g) 1)
ovvero si hanno le seguenti semireazioni:
Ca
2+
‐ → Ca 2)
2Cl
‐ → Cl 2 + 2e
‐
La carica Q che circola nella cella vale:
C
h
s Q It 2 A 24 h (^3600) 172800
corrispondenti alle seguenti moli di elettroni:
mol
mol
C
C
n molie 1. 791
96485
Poiché in base alle due semireazioni 2) e 3) si consumano 2 moli di elettroni per ogni mole di calcio che si forma
e si rilasciano 2 moli di elettroni per ogni mole di cloro che si forma ne consegue che:
n moliCa nmoliCl molie 0. 895 mol 2
g mol
g massaCa 0. 895 mol 40. 08 35. 87
g mol
g massaCl (^) 2 0. 895 mol 71. 00 63. 55
Es.
Novedrate, 14/07/2016 Lucio Melone 4
Per bilanciare la reazione basta moltiplicare per 5 le formule di HNO 3 e NO 2 e per 1 la formula del HIO 3
(ovviamente I 2 va moltiplicato per ½ in modo da bilanciare lo iodio a sx e a dx):
Infine si bilancia H:
L’ossigeno è automaticamente bilanciato.
Es.
C(s) + CO 2 (g) ⇄ 2CO(g)
M
CO
CO
K C 0. 025
2
2
2
K atm
mol K
atmL K K RT M
n P C^0.^0250.^082069732.^0
1
Es.
mol
mol
g
g n moliCa 0. 02
- 08
n. moli Ca^ OH^ 2 n. moliCa 0. 02 mol
Ca(OH) 2 è un elettrolita forte (anche sé solo moderatamente solubile in acqua, Kps= 5.02×
− 6 ) per cui è
completamente dissociato in soluzione negli ioni Ca
2+ e ioni OH
‐
. Gli ioni OH
‐ sono una base forte.
M
L
mol OH CaOH 0. 008 5
Il pOH vale:
log 10 2. 097
pOH OH
Il pH vale:
pH 14 pOH 11. 903
NOTA:
Novedrate, 14/07/2016 Lucio Melone 5
la solubilità (in moli/L) di Ca(OH) 2 è pari a (vedi es.7 – si calcola in maniera identica):
L
K mol s so ilità
ps (^) 2 (^3 1). 079 10 4
lub
La concentrazione di Ca(OH) 2 nel nostro problema è pari a:
L
mol
L
mol
L
mol Ca OH 0. 004 0. 01079 5
Quindi l’idrossido di calico che si forma si scioglie completamente.
Es.
Il fluoruro di calcio è un sale poco solubile in acqua (infatti Kps=3.9×
‐ 11 ). L’equilibrio di solubilità è:
CaF 2 (s) ⇄ Ca
2+ (aq) +2F
‐ (aq)
Quindi:
2 2 2 3 K (^) ps Ca F s 2 s 4 s
L
g
L
K mol s so ilità
ps
- 14 10 0. 0167 4
lub 3 4
Per sciogliere 1g di sale occorrono:
L
g
x
g
L L
L
g
g x 59. 88 60
- 0167
Es.
Il metanolo è più solubile perché può formare legami a ponti di idrogeno con le molecole d’acqua grazie al
gruppo ossidrile OH (da non confondere con lo ione OH
‐ ). Il metano è apolare (solo forze di London). Il
clorometano è polare ma non forma legami a idrogeno.
Esame di Chimica Generale (cod.129), 6 CFU
Corsi di laurea: Ingegneria Gestionale, Ingegneria Energetica
Docente: Prof. Lucio Melone
Novedrate, 09/06/
- Calcolare la forza elettromotrice a 25 °C di una pila costituita da un elettrodo di cromo immerso in una
soluzione acquosa di solfato di cromo (Cr 2 (SO 4 ) 3 ) 0.05 M, e da un elettrodo di nickel immerso in una
soluzione di solfato di nickel (NiSO 4 ) 0.01 M. Disegnare la pila evidenziando tutte le parti che servono
per il suo corretto funzionamento. Stabilire qual è l’anodo e qual è il catodo e qual è il senso della
corrente in un circuito esterno che collega i due elettrodi. ( 5 punti )
- Si fanno reagire 0.3 m
3 di fosfina (PH 3 ) allo stato gassoso e alla pressione di 3 atm e alla temperatura di
105°C con un eccesso di ossigeno secondo la reazione (da bilanciare):
PH 3 (g) + O 2 (g) P 4 O 10 (s)+ H 2 O (g)
a. Bilanciare la reazione. ( 2 punti )
b. Calcolare la massa di acqua che si ottiene se la resa della reazione è pari al 93.7%. ( 2
punti )
- Calcolare la massa in grammi di una soluzione acquosa di HNO 3 al 28% in peso necessaria per preparare
780 g di una soluzione di HNO 3 al 12% in peso. ( 3 punti )
- Bilanciare la seguente reazione di ossidoriduzione
Al + NO (^3)
‐
‐ +H 2 O NH 3 + Al(OH) 4
‐ ( 5 punti )
- Si consideri la seguente reazione di equilibrio: 2NH 3 (g) ⇄ N 2 (g) + 3H 2 (g)
Kc=0.395 a 350 °C. Un campione di 17 g di ammoniaca viene inserito in un recipiente del volume di 1 L
riscaldandolo poi a 350°C. Calcolare le concentrazioni di N 2 , H 2 e NH 3 all’equilibrio. ( 5 punti )
- Calcolare il pH di una soluzione acquosa ottenuto sciogliendo 900 g di ipoclorito di sodio, NaClO, in 100
L di soluzione complessiva. ( 3 punti )
- Lo iodato di piombo Pb(IO 3 ) 2 è un sale poco solubile in acqua (Kps =2.5×
‐ 13 a 25°C).
Calcolare la solubilità (in g/L) di questo sale. ( 2 punti )
- Descrivere la teoria del legame di valenza facendo degli esempi opportuni ( 3 punti )
SOLUZIONI
Es.
Dalle tabelle elettrochimiche osserviamo che il rame e lo zinco hanno i seguenti potenziali di riduzione:
Cr
3+
‐ →Cr E
0 =‐0.74 V 1)
Ni
2+
‐ → Ni E
0 =‐0.23 V 2)
Poichè il potenziale di riduzione del nickel è più alto, il nickel si riduce mentre il cromo si ossida secondo la
semireazione inversa della 1):
Cr → Cr
3+
‐ E
0 =+0.74V 3)
Sommando membro a membro la 2) (moltiplicata per 3) e la 3) (moltiplicata per 2) si ha la redox complessiva:
2Cr + 3Ni
2+ → 2Cr
3+
0 =(+0.74V) + (‐0.23V) = +0.51 V 4)
Quindi la forza elettromotrice in condizioni standard vale 0.51 V. Ricordiamo che per condizione standard si
intende che ciascuna specie in soluzione si trovi alla concentrazione pari a 1M mentre ciascuna specie in fase
gas si trovi alla pressione (parziale) di 1 atm.
Dunque il nickel si riduce (catodo) mentre il cromo si ossida (anodo). Poiché all’anodo vengono rilasciati
elettroni, l’elettrodo anodico è negativo. Invece al catodo vengono consumati elettroni per cui l’elettrodo
catodico è positivo. Gli elettroni si muovono dall’anodo al catodo attraverso il circuito esterno (es. lampadina).
La corrente elettrica è, per convenzione, associata ad un movimento di cariche positive quindi il senso della
corrente è dal catodo all’anodo.
Per funzionare la pila ha bisogno del ponte salino, un tubo di vetro piegato ad “U” contenente una soluzione
salina che consente il flusso delle cariche elettriche (anioni e cationi) da una soluzione all’altra. Infatti, nella
semicella anodica, man mano che il rame si ossida, si crea un eccesso di cariche positive dovute agli ioni Cr
3+
che si formano (l’elettrodo di cromo si consuma). Invece, nella semicella catodica, man mano che il nickel si
riduce, si crea un eccesso di cariche negative in quanto gli ioni Ni
2+ si consumano. Per bilanciare le cariche nelle
soluzioni è necessario il ponte salino che consente la migrazione delle cariche elettriche da una soluzione
all’altra in modo che sia preservata l’elettroneutralità.
La forza elettromotrice nelle condizioni di concentrazione effettive si ricava tramite l’equazione di Nernst:
2 3
3 2 0
2 3
3 2 0
2 3
3 2 0 log
ln
ln
Ni
Cr
n
E
Ni
Cr
n
E
Ni
Cr
n F
RT
E E
In questa relazione n rappresenta le moli di elettroni scambiate nella redox. Nel nostro caso n=6.
Inserendo i valori di concentrazione si ha:
