SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL 18-07-12

SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL 18-07-12
1A) 1.3 kg di un campione solido contenente il 40% di permanganato di potassio, il 50% di dicromato
di potassio e il 10% di impurezze vengono sciolti in una soluzione acquosa di acido nitrico. A tale
soluzione vengono aggiunti 1900 mL di una soluzione acquosa di nitrato di ferro(II) avente
concentrazione 1.5 · 10-2 M. Si ottengono ioni manganese(II), ioni cromo(III) e ioni ferro(III). Scrivere
la reazione che avviene bilanciandola con il metodo ionico-elettronico e calcolare la massa di nitrato di
manganese(II) che si forma.
Soluzione
KMnO4 + K2Cr2O7 + HNO3 + Fe(NO3)2 → Mn(NO3)2 + Cr(NO3)3 + Fe(NO3)3
MnO4- + 5e- + 8H3O+→ Mn2+ + 12H2O
Cr2O72- + 6e- + 14H3O+→ 2Cr3+ + 21H2O
MnO4- + Cr2O72-+ 11e- + 22H3O+ → Mn2+ +2Cr3+ + 33H2O
Fe2+ → Fe3+ +e-
| ·11
MnO4- + 2Cr2O72-+ 22H3O+ +11Fe2++ → Mn2+ +2Cr3+ + 11Fe3+ +33H2O
KMnO4 + K2Cr2O7 + 22HNO3 + 11Fe(NO3)2 → Mn(NO3)2 + 2Cr(NO3)3 + 11Fe(NO3)3 + 11H2O + 3 KNO3
Vedo qual è il componente in difetto.
Massa di KMnO4 presente nel campione = 1.3 kg·(40/100) = 0.52 kg = 520 g
nKMnO4 = 520 g/158 g mol-1 = 3.29 mol
Massa di K2Cr2O7 presente nel campione = 1.3 kg·(50/100) = 0.65 kg = 650 g
nK2Cr2O7 = 650 g/294.2 g mol-1 = 2.21 mol
nFe(NO3)2 = 1.5·10-2 mol L-1 · 1.9 L = 2.85·10-2 mol
Fe(NO3)2 è il componente in difetto.
nMn(NO3)= (1/11) nFe(NO3)2 = (1/11)·2.85·10-2 mol = 2.59·10-3 mol
Massa Mn(NO3)2 = 2.59·10-3 mol·178.96 g mol-1 = 0.463 g
2A) Una soluzione acquosa di bromuro di calcio alla temperatura di 34°C ha una pressione osmotica
pari a 6.0 atm. Calcolare i grammi di nitrato di argento che bisogna immettere in 200 mL di questa
soluzione affinché tutto lo ione bromuro presente precipiti. Si consideri il bromuro di argento un sale
completamente insolubile.
Soluzione:
CaBr2 → Ca2+ + 2Brν=3
π = νcRT → c = 6.0 atm/(3·0.0821 L atm mol-1 K-1·307.16) = 7.93·10-2 mol L-1.
AgNO3 → Ag+ + NO3Ag+ + Br- → AgBr
Calcolo le moli di bromuro presente in soluzione
nBr- = 2nCaBr2
nCaBr2 = 0.2 L·7.93·10-2 mol L-1 = 1.59·10-2 mol → nBr- = 2·1.59·10-2 mol = 3.18·10-2 mol
Le moli di Ag+ da immettere sono: nAg+ = nBr- = 3.18·10-2 mol = nAgNO3
Massa di AgNO3 = 3.18·10-2 mol ·169.9 g mol-1 = 5.4 g
3A) Calcolare l'entalpia standard della reazione di neutralizzazione in acqua dell'idrossido di sodio
con l'acido iodidrico note:
- le entalpie di formazione standard [∆H°f(NaOH)s = -102.0 kcal/mol; ∆H°f(HI)g = 5.9 kcal/mol;
∆H°f(NaI)s = -69.3 kcal/mol; ∆H°f(H2O)l = -68.3 kcal/mol]
- le entalpie di soluzione standard [∆H°sol(NaOH)s = -19.5 kcal/mol; ∆H°sol(HI)g = -1.8 kcal/mol;
∆H°sol(NaI)s = -10.6 kcal/mol]
Soluzione:
HI( g ) → HI( aq ) ∆H10 = –1.8. kcal /mol
NaOH( s ) → NaOH( aq ) ∆H20 = –19.5 kcal /mol
NaI( s ) → NaI(aq ) ∆H30 = –10.6
kcal/mol
0.5 H2( g ) + 0.5 I2( g ) → HI( g ) ∆H40 = 5.9 kcal / mol
Na( s ) + 0.5 H2( g ) + 0.5 O2( g ) → NaOH( s ) ∆H50 = –102.0 kcal /mol
Na( s ) + 0.5 I2( g ) → NaI( s ) ∆H60 = –69.3kcal /mol
H2( g ) + 0.5O2( g ) → H2O ∆H70 = –68.3 kcal /mol
HI(aq) + NaOH(aq) → NaOH(aq) + H 2O ∆H x0
∆H°x = –∆H°1 – ∆H°2 + ∆H°3 + ∆H°7 – ∆H°4 – ∆H°5 + ∆H°6 = –30.8 kcal/mol
4A) Introducendo una certa quantità di tetraossido di diazoto in un recipiente a pareti rigide, alla
temperatura T, si stabilisce l’equilibrio gassoso con il diossido di azoto, per il quale si ha il valore della
Kp pari a 0.80. Sapendo che la pressione totale all’equilibrio vale 3.0 atm, si determini la massa
molecolare media della miscela gassosa.
Soluzione
pi
pe
N2O4(g) ⇄ 2 NO2(g)
p
p-x
2x
Kp = p(NO2)2 / p(N2O4) = 0.80 = 4 x2 / (p - x)
ptot = p + x = 3.0
da cui x = 0.6 atm
p(NO2) = 1.2 atm
e
x(NO2) = p(NO2) / ptot = 0.40
p(N2O4) = 1.8 atm
e
x(N2O4) = p(N2O4) / ptot = 0.60
PMmedio= [x(NO2) · PM(NO2) + x(N2O4) · PM(N2O4)] = 73.6 g/mol
5A) Calcolare quanti grammi di idrossido di sodio bisogna aggiungere ad una soluzione di volume 1
litro contenente 10.0 g di acido acetico (Ka = 1.8 · 10-5) e 18 g di acetato di sodio per avere un pH di
4.97.
Soluzione
mM(CH3COOH) = 60.05 g/mol
mM(NaCH3COO) = 82.03 g/mol
n(CH3COOH) = 0.167 mol
n(NaCH3COO) = 0.220 mol
cs = [CH3COO-] ; ca = [CH3COOH]
L’aggiunta di una quantità cB di NaOH provoca la reazione:
CH3COOH + OHCH3COO- + H2O
L’equilibrio del sistema si scrive quindi
CH3COOH + H2O ⇄ CH3COO- + H3O+
ca - cB
cs + cB
x
Volendo avere pH=4.97 bisogna quindi imporre
[H3O+] = x = 1.07·10-5 M
Scriviamo la costante di equilibrio
Ka = (cs + cB)x / (ca – cB)
Da cui
cB (1+ Ka/x) = Ka/x ca - cs
cB= (1.68 * 0.167 – 0.219 ) / (1+1.68) = 0.023 mol
m(NaOH) = 40.00·0.023 = 0.92 g
6A) A 25°C, la f.e.m. della seguente pila:
(-) Ag(s) | Ag+ [AgBr(aq) satura] || Ag+ [Ag2SO4(aq) satura] | Ag(s) (+)
vale E = 0.266 V. Calcolare, alla stessa temperatura, la costante di solubilità del bromuro di argento
sapendo che il prodotto di solubilità del solfato di argento, a 25°C, è pari a 1.2 · 10-5.
Soluzione
Dalla Kps del solfato di argento si ricava la concentrazione di argento al catodo:
Ag2SO4 (s) ⇄ 2 Ag+(aq) + SO42-(aq)
2x
x
2
3
Kps = [2x] [x] = 4x = 1.2 x 10-5
x = 1.44 x 10-2
[Ag+] (catodo) = 2x = 2.88 x 10-2 M
Applicando l’equazione di Nernst:
fem = E+ - E- = RT ln [[Ag+] (catodo) / [Ag+] (anodo)]
0.266 V = 0.059 log [ 2.88 x 10-2 M/ [Ag+] (anodo)]
[Ag+] (anodo) = 8.9 x 10-7 M
Da cui si può ricavare il prodotto di solubilità del bromuro d’argento:
AgBr(s) ⇄ Ag+(aq) + Br-(aq)
x
x
Kps = x2 = (8.9 x 10-7)2 = 7.9 x 10-13
SOLUZIONI COMPITO B DI CHIMICA DEL 18-07-12
1B) 70 g di un campione contenente il 78% di cloruro di manganese(II) vengono immessi in 2.5 L di
una soluzione acquosa di idrossido di sodio avente concentrazione 0.15 M. A tale soluzione vengono
aggiunte 1.90 mol di fluoro gassoso. Avviene una reazione che porta alla formazione di ioni
manganato, ioni perclorato e ioni fluoruro. Bilanciare la reazione con il metodo ionico-elettronico e
calcolare la massa di perclorato di sodio che si forma.
Soluzione
MnCl2 + NaOH + F2 → Na2MnO4 + NaClO4 + NaF
Mn2+- + 8OH-→ MnO42- + 4e- + 4H2O
2Cl- + 16OH-→ 2ClO4- + 16e- + 8H2O
MnCl2 + 24OH- → MnO42- + 2ClO4- + 20e- + 12H2O
F2 +2e → 2F- -
| ·10
MnCl2 + 24OH-+ 10F2 → MnO42- +2ClO4- + 20F- + 12H2O
MnCl2 + 24NaOH + 10F2 → Na2MnO4 + 2NaClO4 + 20NaF + 12H2O
Vedo qual è il componente in difetto.
Massa di MnCl2 presente nel campione = 70g·(78/100) = 54.6 g
nMnCl2 = 54.6 g/125.84 g mol-1 = 0.434 mol
nNaOH= 0.15 mol L-1 · 2.5L = 0.375 mol
nF2 = 1.9 mol
NaOH è il componente in difetto.
nNaClO4= (1/12) nNaOH = (1/12)·0.375 mol = 3.125·10-2 mol
Massa NaClO4 = 3.125·10-2 mol·122.44 g mol-1 = 3.83 g
2B) Una soluzione acquosa di cloruro di bismuto(III), alla pressione di 1 atm, ha una temperatura di
gelo pari a -0.7 C. Calcolare i grammi di solfuro di sodio che bisogna immettere in 250 g di questa
soluzione affinché tutto lo ione bismuto(III) presente precipiti. Si consideri il solfuro di bismuto un sale
completamente insolubile. Kcr = 1.86 K · kg /mol.
Soluzione
BiCl3 → Bi3+ + 3Clν=4
∆T = Kcrm·ν → m = ∆T/(Kcr·ν) = 0.7 K /(1.86 K mol-1 kg · 4) = 9.41·10-2 mol kg-1.
Na2S → 2Na+ + S22Bi3+ + 3S2- → Bi2S3
Calcolo le moli di bismuto presenti in 250 g di soluzione
nBi3+ = nBiCl3
Calcolo le moli di BiCl3 presenti in 250 g di soluzione dalla molalità della soluzione:
m = nBiCl3/kgH2O → 9.41·10-2 mol kg-1 = nBiCl3/(0.25 kg - nBiCl3 ·315.33·10-3 kg mol-1)
nBiCl3 = 2.28·10-2 mol
nBi3+ = 2.28·10-2 mol
Dalla stechiometria della reazione di precipitazione ho: nS2- = (3/2) nBi3+
Le moli di S2- da immettere sono: nS2- = (3/2) 2.28·10-2 mol = 3.42·10-2 mol = nNa2S
Massa di Na2S = 3.42·10-2 mol ·78.1 g mol-1 = 2.67 g
3B) Calcolare l'entalpia standard della reazione di neutralizzazione in acqua dell'idrossido di cesio con
l'acido cloridrico note:
- le entalpie di formazione standard [∆H°f(CsOH)s = -416.2 kJ/mol; ∆H°f(HCl)g = -92.30 kJ/mol;
∆H°f(CsCl)s = -443.04 kJ/mol; ∆H°f(H2O)l = -285.83 kJ/mol]
- le entalpie di soluzione standard [∆H°sol(CsOH)s = -71.55 kJ/mol; ∆H°sol(HCl)g = -74.84 kJ/mol;
∆H°sol(CsCl)s = 1.75 kJ/mol]
Soluzione
./0 12
Cs OH
→ Cs OH
∆H =– 71.55 kJ⁄mol
CsCl → CsCl ∆H = 1.75 kJ⁄mol
HCl → HCl ∆H =– 74.84 kJ⁄mol
0.5H
+ 0.5O
+ Cs → Cs OH ∆H" =– 416.20 kJ⁄mol
%& ' + 0.5Cl
→ CsCl ∆H( =– 443.04 kJ⁄mol
0.5H
+ 0.5Cl
→ HCl ∆H* =– 92.30 kJ⁄mol
H
+ 0.5O
→ H O , ∆H- =– 285.83 kJ⁄mol
+ /3 4. 12 → 5657 89 + .: 4∆.<;
∆H°x = –∆H°1+ ∆H°2– ∆H°3 – ∆H°4+ ∆H°5– ∆H°6+ ∆H°7= –72.23 kcal/mol
4B) Introducendo una certa quantità di decaossido di tetrafosforo in un recipiente a pareti rigide, alla
temperatura T, si stabilisce l’equilibrio gassoso con il pentaossido di difosforo, per il quale si ha il
valore della Kp pari a 2.50 · 10-2. Sapendo che la pressione totale all’equilibrio vale 2.7 atm, si
determini la massa molecolare media della miscela gassosa.
Soluzione
pi
pe
P4O10(g) ⇄ 2 P2O5(g)
p
p-x
2x
Kp = p(P2O5)2 / p(P4O10) = 2.50 · 10-2 = 4 x2 / (p - x)
ptot = p + x = 2.7
da cui x = 0.124 atm
p(P2O5) = 0.248 atm e
x(P2O5) = p(P2O5) / ptot = 0.092
p(P4O10) = 2.452 atm e
x(P4O10) = p(N2O4) / ptot = 0.908
PMmedio= [x(P2O5) · PM(P2O5) + x(P4O10) · PM(P4O10)] = 270.94 g/mol
5B) Calcolare la variazione di pH che si ha aggiungendo 0.6 g di acido cloridrico ad una soluzione di
volume un litro contenente 10.0 g di acido acetico (Ka = 1.8 · 10-5) e 18 g di acetato di sodio.
Soluzione
mM(CH3COOH) = 60.05 g/mol
mM(NaCH3COO) = 82.03 g/mol
mM(HCl) = 36.46 g/mol
n(CH3COOH) = 0.167 mol
n(NaCH3COO) = 0.220 mol
n(HCl) = 0.016 mol
cs = [CH3COO-]; ca = [CH3COOH]; cA = [HCl]
L’ aggiunta di una quantità cA di HCl:
CH3COO- + H3O+ -> CH3COOH + H2O
L’equilibrio del sistema si scrive quindi
CH3COOH + H2O ⇄ CH3COO- + H3O+
ca + cA
cs - cA
x
Con costante di equilibrio
Ka = (cs - cA)x / (ca + cA)
Prima dell’aggiunta di HCl (cA=0)
pH = pKa + log (cs / ca) = 4.75 + log(0.220/0.167) = 4.87
Dopo l’aggiunta di HCl
pH = pKa + log ((cs - cA)/ (ca + cA)) = 4.75 + log(0.204/0.183) = 4.87
|∆pH| = 0.03
6B) A 25°C, la f.e.m. della seguente pila:
(-) Ag(s) | Ag+ [AgCl(aq) satura] || Ag+ [Ag2SO4(aq) satura] | Ag(s) (+)
vale E = 0.198 V. Calcolare, alla stessa temperatura, la costante di solubilità del cloruro di argento
sapendo che il prodotto di solubilità del solfato di argento, a 25°C, è pari a 1.2 · 10-5.
Soluzione
Dalla Kps del solfato di argento si ricava la concentrazione di argento al catodo:
Ag2SO4 (s) ⇄ 2 Ag+(aq) + SO42-(aq)
2x
x
Kps = [2x]2[x] = 4x3 = 1.2 x 10-5
x = 1.44 x 10-2
[Ag+] (catodo) = 2x = 2.88 x 10-2 M
Applicando l’equazione di Nernst:
fem = E+ - E- = RT ln [[Ag+] (catodo) / [Ag+] (anodo)]
0.198 V = 0.059 log [ 2.88 x 10-2 M/ [Ag+] (anodo)]
[Ag+] (anodo) = 1.25 x 10-5 M
Da cui si può ricavare il prodotto di solubilità del cloruro d’argento:
AgCl(s) ⇄ Ag+(aq) + Cl-(aq)
x
x
Kps = x2 = (1.25 x 10-5)2 = 1.56 x 10-10