Esame 7/2/12

Esame di Elementi di Chimica
Corso di Laurea in Fisica
Prova scritta del 7/2/2012
Cognome e Nome……………………………………..Numero di matricola…………………………
1) Bilanciare in forma ionica ed in forma molecolare la seguente reazione:
MnO4- + I- + H2O → IO3- + MnO2+ OHKMnO4 + KI + H2O → KIO3 + MnO2+ KOH
e calcolare:
a) i ml di soluzione 0,20 M di KMnO4 che reagiscono con 15 ml di soluzione 0,10 M di KI;
b) i mg di MnO2 che si formano.
2) Calcolare il pH di una soluzione acquosa preparata mescolando 30 ml di soluzione 0,20 M di acido
nitroso (Ka=4,5x10-4) con 20 ml di soluzione 0,15 M di idrossido di potassio.
3) L’acido cloridrico commerciale è una soluzione acquosa al 37% in peso, avente densità d=1,185 g/ml;
calcolare molarità, molalità e frazione molare di questa soluzione.
4) Gli ossalati dei metalli bivalenti si decompongono ad alta temperatura secondo la reazione:
∆
MeC2O4 (s) → MeO (s) + CO (g) + CO2 (g)
Sapendo che dalla decomposizione di 2,0 g di MeC2O4 si ottengono 764 ml di gas, misurati a 25°C e alla
pressione di 1,0 atm, calcolare:
a) il peso del residuo solido;
b) il peso atomico del metallo Me.
5) In un recipiente vuoto del volume di 2,0 litri vengono introdotti 5,0 g di iodio e la temperatura viene
portata a 900 °C; lo iodio molecolare si dissocia secondo la reazione:
I2 (g) 2 I (g)
Sapendo che la costante di equilibrio è pari a KP=0,0251, calcolare:
a) il grado di dissociazione;
b) le pressioni parziali di I2 e I e la pressione totale.
6) Sapendo che la seguente pila:
Zn| Zn2+ 0,20 M || Cu2+ 0,020 M | Cu
a 25° C ha una forza elettromotrice pari a 1,0744 V, calcolare:
a) la forza elettromotrice della corrispondente pila standard;
b) la variazione di energia libera standard e la costante di equilibrio della reazione a 25°C.
Esame di Elementi di Chimica
Corso di Laurea in Fisica
Prova scritta del 7/2/2012
1) Bilanciare in forma ionica ed in forma molecolare la seguente reazione:
+7
+4
-
MnO4 + 3e- + 2 H2O → MnO2+ 4 OH+5
x2
-
I- + 6 OH- → IO3 + 6e- + 3 H2O
____________________________________________________________________________________________________________________
-
-
2 MnO4 + I- + H2O → IO3 + 2 MnO2+ 2 OH2 KMnO4 + KI + H2O → KIO3 + 2 MnO2 +2 KOH
e calcolare: a) i ml di soluzione 0,20 M di KMnO4 che reagiscono con 15 ml di soluzione 0,10 M di KI;
M V
0,1 × 15 × 10−3
nKMnO4= 2nKI MKMnO4VKMnO4= 2 MKIVKI
VKMnO4= 2 KI KI = 2
= 15 × 10−3 l=15 ml
M KMnO 4
0,2
b) i mg di MnO2 che si formano.
nMnO2= nKMnO4= MKMnO4VKMnO4= 0,2x 15x10-3=3 x10-3 moli
PMMnO2=PAMn+2PAO= 86,937 g/mol
gMnO2= nMnO2x PMMnO2= 3 x10-3 x 86,937=0,2608 g = 260,8 mg
2) Calcolare il pH di una soluzione acquosa preparata mescolando 30 ml di soluzione 0,20 M di acido
nitroso (Ka=4,5x10-4) con 20 ml di soluzione 0,15 M di idrossido di potassio.
Vtot = V°HNO2+V°KOH = 50 ml
0
M 0HNO 2 VHNO
2
0,2 x 30
M0 V0
0,15x 20
= 0,12M
MKOH = KOH KOH =
= 0,06M
Vtot
50
Vtot
50
reazione in forma molecolare
HNO2 + KOH → KNO2 + H2O
MHNO2=
=
HNO2+ OH- → NO2- + H2O
0,12 0,06
/
/
-0,06 -0,06 +0,06
0,06 /
0,06
reazione in forma ionica
moli/l iniziali
reazione
moli/l finali
Si forma una soluzione che contiene un acido debole (HNO2) e un suo sale con base forte (KNO2),
ovvero una soluzione tampone.
c
[HNO2] = cA [NO2-]= cS
cA= cS
pH = pKA + log S = pKA = - log (4,5x10-4)=3,35
cA
4) L’acido cloridrico commerciale è una soluzione acquosa al 37% in peso, avente densità d=1,185 g/ml;
calcolare molarità, molalità e frazione molare di questa soluzione.
In 1000 ml (=1 litro) di soluzione
gHCl = g soluz
37 1185 × 37
=
= 438,45 g
100
100
gH2O= gHCl =
MHCl =
gsoluz= Vsoluz dsoluz = 1185g = 1,185 kg
PMHCl = 36,45 g/mol
1185 × 63
= = 746,55 g = 0,74655 Kg
100
PMH2O= 18 g/mol
g HCl
438,45
=12,03
=
PM HCl
36,45
g H 2O
746,55
nH2O=
=41,47
=
PM H 2 O
18
nHCl=
n HCl
n
12,03
n HCl
12,03
= 12,03 M mHCl = HCl =
= 16,11 m xHCl=
=
= 0,225
Vsoluz
Kg soluz 0,76455
n HCl + n H 2O 12,03 + 41,47
4) Gli ossalati dei metalli bivalenti si decompongono ad alta temperatura secondo la reazione:
∆
MeC2O4 (s) → MeO (s) + CO (g) + CO2 (g)
Sapendo che dalla decomposizione di 2,0 g di MeC2O4 si ottengono 764 ml di gas, misurati a 25°C e alla
pressione di 1,0 atm, calcolare: a) il peso del residuo solido;
PVgas
1 × 0,764
=
=0,03123
nCO= nCO2= 1/2ngas= 0,0156
ngas=
RT
0,0821 × 298
PMCO = 28 g/mol
gCO= nCOPMCO = 0,0156 x 28 = 0,437 g
PMCO2 = 44 g/mol
gCO2= nCO2PMCO2= 0,0156 x 44 = 0,686 g
gMeO= gMeC2O4- gCO- gCO2= 2- 0,4237-0,687 = 0,877 g
b) il peso atomico del metallo Me.
nMeO= nCO=nCO2= 0,0156
PMMeO=
g MeO
0,877
=
=56 g/mol
n MeO 0,0156
PAMe= PMMeO- PAO= 40 g/mol (Ca)
5) In un recipiente vuoto del volume di 2,0 litri vengono introdotti 5,0 g di iodio e la temperatura viene
portata a 900 °C; lo iodio molecolare si dissocia secondo la reazione:
I2 (g) 2 I (g)
Sapendo la costante di equilibrio è pari a KP=0,0251, calcolare: a) il grado di dissociazione;
gI
5
PMI2 = 253,8 g/mol n°I2 = 2 =
= 0,0197 P° = n°I2 RT = 0,0197 × 0,0821 × 1173 = 0,9846 atm
PM I 2 253,8
V
2
I2 (g) 2 I (g)
P°(1-α) 2P°α
KP=
PI2 (2P°α) 2 4P°α 2
α2
K
0,0251
=
= 0,00637
=
= P =
PI 2 P°(1 − α) 1 − α
1 − α 4P° 4 × 0,9846
− 0,00637 ± (0,0637) 2 + 4 × 0,00637
= 0,0767 scartata soluzione negativa
2
b) le pressioni parziali di I2 e I e la pressione totale.
PI= 2P°α=0,9846x2x0,0767=0,151 atm
PI2= P°(1-α)=0,9846(1-0,0767)=0,909 atm
α2+0,00637α-0,00637=0α=
Ptot = PI2+ PI = 1,06 atm
6) Sapendo che la seguente pila:
Zn| Zn2+ 0,20 M || Cu2+ 0,020 M | Cu
a 25° C ha una forza elettromotrice pari a 1,0744 V, calcolare:
a) la forza elettromotrice della corrispondente pila standard;
0,0592
polo +
Cu2+ + 2e- → Cu
E+=ECu2+/Cu= E°Cu2+/Cu+
log[Cu2+]
2
0
,
0592
polo Zn2+ + 2e- Zn
E- =EZn2+/Zn= E°Zn2+/Zn+
log[Zn2+]
2
[Cu 2 + ]
0,0592
0,0592
0,0592
Epila= E+- E- = E°Cu2+/Cu+
log[Cu2+]- E°Zn2+/Znlog[Zn2+]= E°pila+
log
2
2
2
[ Zn 2 + ]
[ Zn 2 + ]
0,0592
0,0592
0,2
log
= 1,0744 +
log
= 1,104 V
2+
2
2
0,02
[Cu ]
b) la variazione di energia libera standard e la costante di equilibrio della reazione a 25°C.
E°pila = Epila = +
∆G°= -nFE°=-2x96500x1,104= -213072 J
K= e
−
∆G °
RT
=e
213702
8,31x 298
= 2,3 × 1037