Corso di "CHIMICA "

Politecnico di Milano IV Facoltà di Ingegneria
Sede di Piacenza
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Anno Accademico 2004/05
Corso di "CHIMICA "
Prima Verifica versione A del 5/5/05
1. Quali legami determinano la struttura cristallina delle seguenti sostanze allo stato solido: S, NaCl,
HF.
S è un solido molecolare costituito da anelli S8 tenuti insieme da deboli forze di London, NaCl è un solido
ionico con legami elettrostatici, HF allo stato solido è una struttura a legami di idrogeno.
2. Calcolare i volumi di anidride carbonica e di acqua misurati a 25°C e 740 mm Hg, liberati
teoricamente nella combustione completa di un metro cubo di etano gassoso ( C 2H6 ) misurato a
c.n.
C2H6 + 7/2O2 --> 2CO2 + 3H2O
1000 litri/22,4 l . mol-1 = 44,64 mol etano
n CO2 = 2 . 44,64 = 89,28
n H2O = 3 . 44,64 = 133,92
VCO 2 
nRT 89,28  0,082  298

 2240,6l
740
P
760
VH 2 O 
nRT 133,92  0,082  298

 3360l
740
P
760
3. Bilanciare la reazione : N2O4 + N2H4  N2 + H2O e calcolare il volume totale di gas sviluppati (azoto
e acqua) misurati a c.n. a partire da 100g di N2O4 e 69,5g di N2H4.
4N (-2)  4 N (0) + 8e2N (+4) + 8e-  2N (0)
2N2H4 + N2O4  3N2 + 4H2O
69,3 g/32 g x n-1 = 2,17 moli N2H4
100 g/ 92 g x n-1 = 1,08 moli N2O4
il rapporto è stechiometrico quindi: moli N2 + moli H2O = 1,08 . 7 = 7,60 totali ;
Volume gas = 7,60 mol . 22,4 l . mol-1 = 170,24 l gas
4. Abbinare uno degli angoli di legame proposti ( 105, 109, 120, 180°) alle seguenti molecole,
scriverne le formule di struttura e gli eventuali momenti dipolari: CO 2, CCl4 , H2O , BCl3 .
CO2 180° momento dip. nullo; CCl4 tetraedrico 109° mom. dip. nullo; H2O 105° mom. dip. ; BCl3 trigonale
planare mom. dip. nullo.
5. Quale delle seguenti molecole presenta legami a idrogeno: NH3 ,CHF3 , C2H5OH ?
NH3 e C2H5OH presentano legami a idrogeno in quanto l’idrogeno è legato direttamente a N ed a O.
6. Per la reazione Fe2O3 + 2Al --> 2Fe + Al2O3 sono noti i seguenti dati : H°f(Fe2O3) = -822 KJ mol-1 ;
H°f(Al2O3) = - 1676 Kj mol-1. Bilanciare la reazione, calcolare il calore svolto per reazione di 100 g di
Fe2O3 con 33,8 g di Al e la quantità di ferro ottenibile teoricamente.
H°r = -1676 – (-822) = -854 KJ mol-1 100g Fe2O3 / 159,6 = 0,62 mol 33,8 g Al / 27 = 1,25 mol
il rapporto è stechiometrico quindi :
854 KJ . mol-1 . 0,62 mol = 529,5 KJ ; Fe (teorico) = 0,62 mol . 2 . 55,85 g . mol-1 = 69,25 g.
7. Prevedere l’effetto di un aumento di pressione sui seguenti equilibri in fase gassosa: 2NH 3 = N2 +
3H2 sin. ; PCl5 = PCl3 + Cl2 sin. ; 2NO2 = N2 + 2O2 sin .; CO + H2O = CO2 + H2 nessun effetto.
Per il principio di Le Chatelier avremo che l’equilibrio si sposta verso il volume minore : sin. sin. sin. nessun
effetto.
8. Sapendo che le energie di legame (KJ mol -1) sono per H2 436, per Cl2 242 e per HCl 431, calcolare
l’entalpia di formazione di HCl gassoso.
H2 + Cl2 --> 2HCl
H° = E
mol-1
legami rotti
– Elegami formati per cui 436 + 242 – (2 . 431) = -184 KJ da cui –184 KJ / 2 moli = -92 KJ
.
9. Spiegare perchè una soluzione acquosa di NaCl congela ad una temperatura inferiore agli 0°C.
NaCl è un soluto non volatile, la tensione di vapore della soluzione è minore di quella dell’acqua pura per cui
nel diagramma di stato dell’acqua si ha un abbassamento dei valori di equilibrio solido liquido e il punto di
fusione della soluzione risulta inferiore a 0°C.
10. Perché l’etanolo CH3CH2OH è solubile in acqua, mentre l’etano C2H6 no?
L’etanolo è solubile in acqua in quanto forma con essa legami idrogeno, mentre l’etano idrocarburo apolare
è insolubile.
Politecnico di Milano IV Facoltà di Ingegneria
Sede di Piacenza
Corso di Laurea in Ingegneria meccanica
Anno Accademico 2004/05
Corso di "CHIMICA "
Prima Verifica versione B del 5/5/05
1. Quali legami determinano la struttura cristallina delle seguenti sostanze allo stato solido: NaBr ;
Cgrafite ; CH3OH.
NaBr è un solido ionico tenuto insieme da legami elettrostatici; la grafite è un solido covalente con il C sp 2
che forma delle strutture piane a maglie esagonali a legami semplici alternati a doppi, i piani molecolari sono
tenuti insieme da deboli forze di London ; CH3OH è allo stato solido ha una struttura a legami idrogeno.
2. Calcolare i volumi di anidride carbonica e di acqua misurati a 20°C e 750 mm Hg, liberati
teoricamente nella combustione completa di 0,6 metri cubi di metano gassoso ( CH4 ) misurati
a c.n.
CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O
600l
22,4l  mol1
 26,78mol
V
mol CO2 + mol H2O = 3 . 26,78 = 80,35 mol
nRT 80,35  0,082  293

 1956,4l
750
P
760
3. Calcolare quanta ammoniaca può essere teoricamente prodotta per reazione di 4 kg di azoto
con 1 kg di idrogeno.
N2 + 3H2 = 2NH3
4000g
28g  mol1
 142,8molN2 ;142,8  3  428molH2
1000g
2 g  m ol1
 500m olH2
L’azoto è l’agente limitante, quindi avremo : 142,8 mol . 2 . 17 g . mol-1 = 4855 g NH3
4. Abbinare uno degli angoli di legame proposti ( 180, 107, 109, 120°) alle seguenti molecole,
scriverne le formule di struttura e gli eventuali momenti dipolari: NH3, CF4 , BeCl2, BF3 ,
NH3 tetraedro def. 107° mom. dip.; CF4 tetraedro 109° mom. dip. nullo; BeCl2 180° mom. dip. nullo; BF3 120°
planare mom.dip. nullo.
5. Quale delle seguenti molecole presenta legami a idrogeno: HBr , H2O , C2H5OH
H2O e C2H5OH presentano legami idrogeno in quanto è presente il gruppo OH dove H è fortemente
protonizzato dall’ossigeno.
6. Per la reazione Fe2O3 (s) + 3C(s)  2Fe(s) + 3CO(g) sono noti i seguenti dati:
Hf° , KJ mol-1
Fe2O3
-822
Fe
CO
-110,5
C
Dire a quale temperatura la reazione inizia ad essere spontanea.
S° , J mol-1 K-1
90
27,2
197,7
5,74
S° = 3 . 197,7 + 2 . 27,2 – (3 . 5,74 + 90) = +540,20 u.e.
490500
 907,8K = 907,86 K
540,28
7. Prevedere l’effetto di una diminuzione di pressione sui seguenti equilibri gassosi 2SO3 = 2SO2
+ O2 ; 2CO + 2NO = 2CO2 + N2 ; 2CO + O2 = 2CO2 ; N2 + O2 = 2NO
Per il principio di Le Chatelier l’equilibrio si sposterà verso il il numero di moli maggiore: destra; sinistra;
sinistra; nessun effetto
H° = 3(-110,5) – (-822) = + 490,5 KJ G° < 0 quando T > H°/S° >
8. Sono note le seguenti energie di legame: O=O (498 KJ/mole); H-O (463 KJ/mole); H-H (436
KJ/mole). Calcolare il H° per la reazione: 2H2 + O2  2H2O.
2 . 436 + 498 –(4 . 463) = - 482 KJ
9. Spiegare perchè una soluzione acquosa di CaCl2 bolle ad una temperatura superiore ai 100°C
ad una atmosfera di pressione esterna.
CaCl2 è un soluto non volatile, per cui la tensione di vapore della soluzione è minore di quella dell’acqua
pura e raggiunge la pressione atmosferica a temperatura superiore ai 100°C:
10. Perché il metanolo CH3OH è solubile in acqua, mentre il metano CH4 non lo è?
Il metanolo forma legami idrogeno con l’acqua, mentre il metano completamente apolare non è solubile in un
mezzo polare come l’acqua.