posizione,matricola,cognome nome

Prova del 28-29/01/2010
Università degli Studi di Milano
Facoltà di Agraria
Corso di Chimica Generale e Inorganica
Risultati dei Compiti 28-29 gennaio 2010
Si avvertono gli studenti che da questo appello la verbalizzazione dei risultati
dell’esame è fatta esclusivamente per via elettronica. Quando saranno resi
pubblici i voti riceverete una E-mail all’indirizzo @studenti.unimi.it. Da quel
momento scatta un periodo di due settimane durante il quale è possibile
modificare il voto, dopo questo periodo il voto entra automaticamente nella
carriera scolastica dello studente.
Le persone interessate a prendere visione dei compiti sono convocate il
giorno:
9 gennaio alle ore 9,30 nell’aula 304
del Settore Didattico – Via Celoria 20.
Solamente in questa occasione gli studenti potranno prendere visione dei
compiti, discutere i risultati con il sottoscritto.
Si ribadisce che un voto positivo entra automaticamente nella carriera
scolastica di uno studente anche se lo studente non prende visione del
compito o che dia il suo consenso.
Milano, 30 gennaio 2010
L. Garlaschelli
Luigi
Garlaschelli
Firmato digitalmente da Luigi
Garlaschelli
ND: cn=Luigi Garlaschelli, o=DIP.
CIMA, ou=UNIMI,
[email protected],
1
c=IT
Data: 2010.01.30 12:15:57 +01'00'
Prova del 28-29/01/2010
COMPITO A
[1] Completare e bilanciare le seguenti trasformazioni chimiche: (a) Al
+ H2SO4, (b) MgCl2 + CO2 + H2O, (c) HgCl2 + HNO3.
Risposta
2 Al(s) + 3 H2SO4(aq) > Al2(SO4)3(aq) + 3 H2(g)
MgCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) > MgCO3(s) + 2 HCl(aq)
HgCl2(aq) + H2S(g) > HgS(s) + 2 HCl(aq)
[2] La piombo azide (massa molare: 291,2 g/mole) si decompone
secondo la reazione da bilanciare: Pb(N3)2(s) > Pb(s) + N2(g). Un
campione di piombo azide (1,169 kg) è messo in un contenitore
ermetico di 3,00 L, contenente solo azoto, alla pressione di 1,0 atm e
alla temperatura di 25°C. Calcolare a reazione di decomposizione
avvenuta la pressione dell’azoto nel contenitore. Possibili risposte: (A)
99,01 atm; (B) 426,02 atm; (C) 98,78 atm; (D) 10,06 atm.
Risposta: 98,78 atm
La reazione bilanciata è
Pb(N3)2(s) > Pb(s) + 3 N2(g)
noli di Pb(N3)2 =
1,169kgx1000 g kg 1
=4
291,2 g mole 1
In base alla stechiometria della reazione di decomposizione le moli di
N2 che si formeranno saranno n (N2) = 4x3 = 12,0
Le moli di N2 contenute nel recipiente sono:
n=
PV
1x 3
= 0,12

RT 0,082 x298,15
Le moli totali di azoto contenute nel recipiente saranno la somma di
quelle prodotto per decomposizione più quelle presenti:
ntotali N2 = 12,0 + 0,12 = 12,12
P 
nRT 12,12x 0,082x 298,15
= 98,78 atm

V
3,0
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Prova del 28-29/01/2010
[3] Enunciare le regole do AUFBAU e indicare in quale livello
energetico (n) sono permessi al massimo 32 elettroni. Possibili
risposte: (A) n = 2; (B) n = 3; (C) n = 4; (D) n = 5.
Risposta: 4s2, 4p6, 4d10, 4f14.
Le regole di aufbau sono un insieme di regole che permettono di
assegnare la struttura atomica ai diversi elementi della tavola
periodica. Gli orbitali che sono occupati per primi sono quelli ai quali
è associato il più basso livello energetico disponibile: gli orbitali sono
progressivamente
riempiti
seguendo
una
precisa
successione
energetica. Sulla base degli studi teorici e delle osservazioni
sperimentali sulla distribuzione degli elettroni negli atomi, sono state
trovate due regole fondamentali: i) gli elettroni sono assegnati ai
sottostrati in ordine di valore crescente di “n + l”; ii) fra due sottostrati
con lo stesso valore di “n + l” si riempie per primo quello col valore di
n più basso. In base al numero di orbitali presenti in ogni strati e al
principio di esclusione di Pauli lo strato con n = 4 è quello che può
contenere esattamente 32 elettroni: 4s2, 4p6, 4d10, 4f14.
[4] Calcolare il pH della soluzione ottenuta mescolando NaOH (100
mL, 1,00 M) con HCl (100 mL, 0,500 M). (A) 13,2, (B) 13,4, (C) 12,5,
(D) 12,8.
Risposta: b
In seguito a mescolamento c’è reazione è quindi necessario calcolare
la composizione della soluzione a reazione avvenuta.
mmoli (NaOH) = 100x1 = 100
mmoli (HCl) = 100x0,500 = 50.
Calcolo le mmoli presenti in soluzione a reazione avvenuta.
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Prova del 28-29/01/2010
NaOH + HCl > NaCl + H2O
I
100
50
 -50
-50
50
50
F 50
--
50
50
Alla fine la soluzione contiene come unica specie che determina il pH
della soluzione NaOH che è una base forte, cioè completamente
dissociata in soluzione.
NaOH(aq) > Na+(aq) + OH-(aq)
mmoli NaOH = mmoli OH-
mmoli = 50,0
[OH-] =
[OH-] =
50,0 mmoli
= 0,25
200,0 mL
pOH = -lg0,25 = -0,6
pH = 14 – 0,6 = 13,4
[5] Enunciare il principio di Le Chatelier. Completare in modo corretto
l’affermazione: “Ad una determinata temperatura T costante, la
costante di equilibrio Kp della seguente reazione (da bilanciare): NH3
> N2 + H2; (A) diminuisce all’aumentare della pressione; (B)
aumenta all’aumentare della pressione; (C) aumenta all’aumentare
della concentrazione dell’idrogeno; (D) rimane costante.
Risposta: d
Una possibile formulazione del principio di Le Chatelier è: un
cambiamento in uno qualsiasi dei fattori che determinano la condizione
di equilibrio di un sistema provocherà in questo una trasformazione tale
da ridurre o contrastare l’effetto provocato dal cambiamento. Il valore
della costante di equilibrio dipende solamente dalla temperatura.
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Prova del 28-29/01/2010
Come conseguenza la frase corretta è: a una determinata temperatura
T costante, la costante di equilibrio Kp della reazione rimane costante.
[6] Quali delle seguenti sostanze I2, Na, SO3, N2O5 possono reagire con
O2 (indipendentemente dalla velocità della reazione) e perché.
Risposta – La risposta a questa domanda si trova nel numero di
ossidazione. La reazione di una sostanza con ossigeno è una reazione
di ossidazione ovvero una reazione nella quale un elemento in un
composto o in una sostanza elementare aumenta il proprio numero di
ossidazione. Quindi possono reagire con ossigeno solo quelle sostanze
nelle quali vi sia un elemento che può aumentare il proprio numero di
ossidazione. Fra le sostanze indicate, SO3 e N2O5, contengono
rispettivamente gli elementi zolfo e azoto al loro massimo numero di
ossidazione e quindi non possono ulteriormente ossidarsi e non
reagiranno con l’ossigeno. I2 e Na hanno numero di ossidazione zero
reagendo con ossigeno possono dare composti – ossidi – in cui i due
elementi hanno numero di ossidazione maggiore di zero; ad esempio
I2O3 e Na2O
4 Na + O2 > 2 Na2O
2 I2 + 3 O2 > 2 I2O3.
[7] Quali sono le proprietà colligative delle soluzioni. La pressione
osmotica di una soluzione che contiene disciolta in un litro 55,0 g di
sostanza, non ionica, è 0,103 atm a 5°C. Calcolare il peso molecolare
della sostanza.
Risposta: P.M. = 1,22x104 g mole-1
Le proprietà colligative sono un insieme di proprietà delle soluzioni,
abbassamento relativo della tensione di vapore, pressione osmotica,
abbassamento
crioscopico,
innalzamento
ebullioscopico,
che
dipendono dal numero delle molecole o degli ioni presenti in una
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Prova del 28-29/01/2010
soluzione e non dipendono ne dalla natura del solvente ne da quelle
del soluto.
La relazione che permette di calcolare la pressione osmotica di un
soluto non ionico è: xV = nxRxT. Il numero di moli si può calcolare
dividendo i grammi per il P.M. della sostanza.
xV =
gxRxT
P .M .
P.M. =
0,103x1 =
55,0x 0,082x 278,15
P .M .
55,0x 0,082x 278,15
= 1,22x104 g mole-1
0,103x1
[8] La reazione H2(g) + I2(g) > 2 HI(g) ha una costante di equilibrio di
30,25 a 700°C. In un recipiente del volume di 5,0 L si introducono
1,00 moli di I2, 1,0 moli di H2 e 1,00 moli di HI. Stabilire se il sistema
si trova all’equilibrio in caso contrario quale sarà il verso spontaneo
della reazione e la nuova composizione all’equilibrio.
Risposta: [H2] = [I2] = 0,08, [HI] = 0,44
Per decidere se un sistema si trova all’equilibrio bisogna confrontare il
valore del quoziente di reazione, Q, con il valore della costante di
equilibrio. Per questo particolare sistema,  = 0, il valore della
costante di equilibrio non dipende da come si esprimono i termini di
equilibrio; Kp o Kc, hanno tutte lo stesso valore, è possibile introdurre
nei rapporti sia le moli che le concentrazioni.
1
1 x 1
2
Q=
=1
Il quoziente di reazione è diverso dal valore della costante di equilibrio
e quindi il sistema non si trova in equilibrio. Poiché K > Q il sistema
per andare all’equilibrio si sposterà da sinistra verso destra cioè c’è
una trasformazione di reagenti in prodotti.
Calcolo la tabella all’equilibrio.
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Prova del 28-29/01/2010
H2(g) + I2(g)
> 2 HI(g)
I
1
1
1

-x
-x
+2x
1–x
1 + 2x
Eq 1 - x
Con x sono state indicate le moli di idrogeno = moli di iodio che
devono
reagire
per
portare
il
sistema
all’equilibrio.
Le
moli
all’equilibrio dovranno soddisfare il valore della costante di equilibrio.
1  2x 
2
1  x 
2
30,25 =
Risolvendo si ottiene: x = 0,6
Le moli all’equilibrio sono:
H2 = I2 = 0,4
HI = 2,2
Le concentrazioni all’equilibrio sono:
[H2] = [I2] =
0, 4
= 0,08
5,0
[HI] =
2,2
= 0,44
5,0
[9] Spiegare, facendo gli opportuni esempi, la differenza che esiste fra
dissociazione elettrolitica e reazione di idrolisi.
Per dissociazione elettrolitica si intende quel processo spontaneo per
cui sali, acidi e basi, sciolti in acqua, si dissociano in ioni. Le sostanze
che sciolte in acqua sui dissociano possono essere elettroliti forti,
dissociazione completa, o elettroliti deboli, dissociazione parziale.
Alcuni esempi sono:
NaCl > Na+(aq) + Cl-(aq)
elettrolita forte
NaNO2(aq) > Na+(aq) + NO2-(aq) elettrolita debole
Le reazioni di idrolisi sono le reazioni tra un sale e l’acqua che
formano l’acido e la base dei quali si può immaginare che il sale sia
stato ottenuto. Le specie che danno la reazione di idrolisi sono o
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Prova del 28-29/01/2010
cationi e gli anioni che derivano rispettivamente da base o acidi deboli
impartendo alle soluzioni un carattere acido o basico.
NaF(aq) > Na+(aq) + F-(aq)
dissociazione elettrolitica
F-(aq) + H2O(l) > HF(aq) + OH-(aq)
reazione di idrolisi
NH4Cl(aq) > NH4+(aq) + Cl-(aq)
dissociazione elettrolitica
NH4+(aq)+ H2O(l) > NH3(aq) + H2O+(aq)
reazione di idrolisi
[10] Avendo a disposizione le seguenti soluzioni tutte 0,100 M: HCl,
NaOH, CH3COOH, CH3COONa, giustificare quale coppie possono
essere usate per preparare una soluzione tampone avente pH di = 5,0.
Ka (CH3COOH) = 1,0x10-5.
Risposta - Una soluzione tampone deve contenere un acido debole e il
sale dell’acido debole con il catione di una base forte oppure un a
base debole e il sale della base debole con l’anione di un acido forte.
Mescolando HCl e CH3COONa avviene la seguente reazioni:
CH3COONa + HCl > CH3COOH + NaCl
Affinché la soluzione contenga CH3COONa e CH3COOH considerando
che le soluzioni hanno tutte e due le stessa molarità bisogna
mescolare un volume maggiore di CH3COONa rispetto a quello di HCl.
Mescolando NaOH e CH3COOH avviene la seguente reazioni:
CH3COOH + NaOH > CH3COONa + H2O
Affinché la soluzione contenga CH3COONa e CH3COOH considerando
che le soluzioni hanno tutte e due le stessa molarità bisogna
mescolare un volume maggiore di CH3COOH rispetto a quello di
NaOH.
Mescolando CH3COOH e CH3COONa non c’è reazione quindi si ottiene
immediatamente una soluzione tampone. Affinchè questa soluzione
presenti il massimo potere tamponante è necessario mescolare volumi
uguali delle due soluzioni.
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Prova del 28-29/01/2010
Scrivere il nome dei seguenti composti o ioni e assegnare il
numero di ossidazione ai vari elementi:
BaO, ossido di bario. Ba(+2), O(-2)
CaCl2, cloruro di calcio. Ca(+2), Cl(-1)
Fe(NO3)2, nitrato ferroso o di Fe(II). Fe(+2), N(+5), O(-2)
Cu(ClO3)2, clorato rameico o di Cu(II). Cu(+2), Cl(+5), O(-2)
CN-, anione cianuro. C(+2), N(-3)
SO42-, anione solfato. S(+6), O(-2)
Scrivere la formula dei seguenti composti o ioni:
Solfato di cesio. Cs2SO4
Nitrato rameico. Cu(NO3)2
Acetato di cobalto. Co(CH3COO)2
Cloruro di zinco. ZnCl2
Fosfato di sodio. Na3PO4
Cloruro d’ammonio. NH4Cl
COMPITO B
[1] Completare e bilanciare le seguenti trasformazioni chimiche: (A)
Na + H2SO4; (B) Ba(OH)2 + CO2; (C) HgO + HCl.
Risposta
2 Na(s) + H2SO4(aq) > Na2SO4(aq) + H2(g)
Ba(OH)2(aq) + CO2(g) > BaCO3(s) + H2O(l)
HgO(s) + 2 HCl(aq) > HgCl2(aq) + H2O(l)
[2] Mescolando una soluzione acquosa di AgNO3 e una di CaCl2 si
forma AgCl solido mentre Ca(NO3)2 rimane in soluzione. Scrivere la
reazione bilanciata della reazione. Calcolare quante moli di AgCl si
formano quando si mescolano 200 mL di AgNO3 0,100 M con 400 mL
di CaCl2 0,0500 M. Calcolare inoltre la molarità della soluzione di
Ca(NO3)2 che si è formata.
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Prova del 28-29/01/2010
Risposta: moli di AgCl 0,020; M (Ca(NO3)2 = 0,017
La reazione è
2 AgNO3(aq) + CaCl2(aq) > 2 AgCl(s) + Ca(NO3)2(aq)
Calcolo le moli iniziali dei reagenti e trovo il reagente in difetto rispetto
alla stechiometria di reazione.
n (AgNO3) = 0,200 Lx0,100 moli L-1 = 0,020
n (CaCl2) = 0,400 Lx0,0500 moli L-1 = 0,020
Dalla stechiometria di reazione e dalle moli iniziali dei reagenti risulta
che il reagente limitante è il AgNO3.
Calcolo la composizione a reazione avvenuta.
2 AgNO3 + CaCl2
> 2 AgCl + Ca(NO3)2
I
0,020
0,020

-0,020
-0,010
0,020
0,010
F
--
0,010
0,020
0,010
In seguito a reazione si sono formate 0,020 moli di AgCl; mentre la
[Ca(NO3)2] è:
M (Ca(NO3)2 =
0,010 moli
= 0,017
0, 600 L
[3] Definire brevemente l’equazione di stato dei gas perfetti. Un
recipiente del volume di 2,0 litri, alla temperatura di 50°C, contiene
11,2 g di azoto, 32,0 grammi di ossigeno e 22,0 grammi di anidride
carbonica. Calcolare la pressione del recipiente. [P.A.: N = 14,0; O =
16,0; C = 12,0]
Risposta: P = 25,17 atm
L’equazione che lega P, V, T e n di una certa massa gassosa è
chiamata equazione di stato dei gas ideali o perfetti. La relazione è
PxV = nxRxT, dove P = pressione in atmosfere; V = volume in litri; n =
10
Prova del 28-29/01/2010
moli della massa gassosa, R = costante universale dei gas perfetti
(0,082 L atm K-1 mole-1); T temperatura espressa nella scala Kelvin (K
= 273,15 + t°C).
La pressione all’interno del recipiente sarà dovuta a tutte le moli di
gas presenti. Calcolo le moli dei singoli componenti la miscela
gassosa.
n (N2) =
11,2 g
= 0,4
28,0 g mole 1
n (CO2) =
moli di (O2) =
32,0 g
= 1,0
32 g mole 1
22,0 g
= 0,5
44,0 g mole 1
moli totali = 0,4 + 1,0 + 0,5 = 1,9
P=
nxRxT 1,9x 0,082x 323,15
= 25,17 atm

V
2,0
[4] Tenendo presente la regola dell’ottetto e la posizione che gli
elementi occupano nella tavola periodica, prevedere la carica più
probabile degli ioni formati dai seguenti elementi: Ca, Sn, Ni.
Risposta: Ca2+, Sn2+ o Sn4+, Ni2+
Appartenere a un certo gruppo della tavola periodica vuol dire anche
numero massimo di elettroni di valenza che possono essere scambiati
nella formazione dei composti.
La regola dell’ottetto, regola con molte eccezioni, afferma che un
elemento nel formare i composti tende a raggiungere una struttura
tipo gas nobile.
Ca gruppo 2, due elettroni di valenza Ca2+
Sn gruppo 14, 4 elettroni di valenza Sn2+, Sn4+
Ni gruppo 10, 10 elettroni di valenza ma per questioni energetiche
scambia solamente due elettroni i 4s.
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Prova del 28-29/01/2010
[5] Illustrare la teoria di Broensted-Lowry degli acidi e della basi.
Dopo aver classificato i seguenti acidi: HCl, H3PO4, HNO2 scrivere le
reazioni di dissociazione secondo la teoria prima esposta.
Secondo Broensted-Lowry un acido è una specie chimica capace di
trasferire protoni a una base; una base è una specie chimica capace
di accettare protoni. Esempio,quando un acido si dissocia in acqua è
l’acqua stessa che accetta i protoni cioè si comporta da base e si
origina un sistema acido base coniugato.
HCl acido forte
HCl(aq) + H2O(l) > H3O+(aq) + Cl-(aq)
H3PO4 acido debole poliprotico
H3PO4(aq) + H2O(l) > H2PO4-(aq) + H3O+(aq)
H2PO4-(aq) + H2O(l) > HPO42-(aq) + H3O+(aq)
HPO42-(aq) + H2O(l) > PO43-(aq) + H3O+(aq)
HNO2 acido debole
HNO2(aq) + H2O(l) > NO2-(aq) + H3O+(aq)
[6] Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 100 mL di
HClO4 0,400 M con 400 mL di una soluzione di Ba(OH)2 0,050 M.
Risposta: pH = 7,0
In seguito a mescolamento c’è reazione. Quindi è necessario calcolare
la composizione della soluzione a reazione avvenuta. Per far questo è
necessario calcolare le moli iniziali e poi in base alla stechiometria di
reazione calcolare le moli delle sostanze presenti in soluzione.
Moli (HClO4) = 0,100 L x0,400 moli L-1 = 0,040
Moli (Ba(OH)2) = 0,400 Lx0,050 moli L-1 = = 0,020
Calcolo la composizione della soluzione a reazione avvenuta.
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Prova del 28-29/01/2010
Ba(OH)2 + 2 HClO4 > Ba(ClO4)2 + 2 H2O(l)
I
0,020
0,040

-0,020
-0,040
0,020
0,040
F
--
--
0,020
0,040
Alla fine la soluzione conterrà Ba(ClO4)2 un sale che non ha
caratteristiche acido-base di Broensted. Il pH di questa soluzione
sarà: pH = 7,0.
[7] Illustrare che cosa è la tensione di vapore. Giustificare quale delle
seguenti soluzioni ha una tensione di vapore più bassa alla stessa
temperatura: (A) KCl 0,200 M, (B) CaCl2 0,100 M.
Risposta: (A)
La tensione di vapore di un liquido puro è il valore della pressione, in
fase vapore, quando si è instaurato l’equilibrio dinamico tra la fase
liquida e quella vapore. Alla pressione di vapore di una soluzione si
applicano le stesse considerazioni fatte per un liquido puro. La
pressione di vapore di una soluzione è una proprietà colligativa.
Quanto più concentrata è la soluzione tanto più bassa sarà la
tensione di vapore di una soluzione a parità di tutti gli altri fattori. Per
calcolare o valutare qualitativamente i valori relativi della tensione di
vapore di una soluzione bisogna conoscere la concentrazione della
soluzione e se il soluto in quel particolare solvente si dissocia o meno.
In altre parole la tensione di vapore è strettamente legata alla
presenza di tutti gli ioni o molecole di soluto.
(A) KCl > K+(aq) + Cl-(aq)
 = 2
0,2x2 = 0,4
(B) CaCl2 > Ca2+(aq) + 2 Cl-(aq)
 = 3
0,1x3 = 0,3
13
Prova del 28-29/01/2010
E’ più concentrata la soluzione (A) e quindi avrà la tensione di vapore
più bassa.
[8] Illustrare il principio di Le Chatelier. In un pallone di 1,0 litri una
miscela gassosa è formata da 1,0 moli di H2(g), 1,0 moli di I2(g) e 2,0
moli di HI(g). Sapendo che la costante di equilibrio per la reazione: H2(g)
+ I2(g) > 2 HI(g) vale Kc = 4,0, stabilire se il sistema si trova in
equilibrio in caso contrario giustificare il verso spontaneo della
trasformazione.
Risposta: è in equilibrio
Il principio di Le Chatelier può essere formulato nel seguente modo:
un cambiamento in uno qualsiasi dei fattori che determinano la
condizione di equilibrio di un sistema provocherà in questo una
trasformazione tale da ridurre o contrastare l’effetto provocato dal
cambiamento.
Per decidere se un sistema si trova all’equilibrio bisogna confrontare il
valore del quoziente di reazione, Q, con il valore della costante di
equilibrio. Per questo particolare sistema,  = 0, il valore della
costante di equilibrio non dipende da come si esprimono i termini di
equilibrio; Kp o Kc, hanno tutte lo stesso valore, è possibile introdurre
nei rapporti sia le moli che le concentrazioni.
 2,0 
1,0  x 1,0 
2
Q=
=4
Il quoziente di reazione è uguale al valore della costante di equilibrio e
quindi il sistema si trova in equilibrio.
[9] Giustificare, in modo esauriente, l’unica considerazione corretta,
se riferita a ciò che succede quando in 100 mL di una soluzione di
HCl 0,100 M sono sciolte 0,010 moli di NaOH solido: (A) il pH
aumenta perché la soluzione è costituita da elettroliti forti, (B) il pH
diminuisce perché la soluzione è costituita da elettroliti forti, (C) il pH
14
Prova del 28-29/01/2010
aumenta perché la ionizzazione dell’acido cloridrico diminuisce, (D) il
pH aumenta perché diminuisce la concentrazione degli ioni ossonio.
Risposta: (D)
In seguito a mescolamento delle due soluzioni avviene la seguente
reazione:
NaOH(aq) + HCl(aq) > NaCl(aq) + H2O(l)
Come si può notare la concentrazione degli ioni H+ diminuisce per
effetto della reazione; diminuzione della concentrazione vuol dire che
il pH aumenta.
In particolare considerando il sistema in esame, le concentrazioni dei
reagenti e le quantità di sostanza mescolate il pH sarà 7.
[10] Giustificare l’unica affermazione corretta. L’acqua come accettore
di protoni è più energico di: (A) Cl-, HSO4- e CH3COO-, () Cl-, HSO4-,
ma non di CH3COO-, (C) CH3COO-, HSO4-, ma non di Cl-, (D) Cl- e
CH3COO- ma non di HSO4-.
Risposta: b
Per giustificare la risposta è necessario scrivere le possibili reazioni
acido-base che i tre anioni danno con l’acqua.
Cl-(aq) + H2O(l) > nessuna reazione
Quindi l’acqua come accettore di protoni e più forte dello ione ClHSO4-(aq) + H2O(l) > SO42-(aq) + H3O+(aq)
Quindi l’acqua come accettore di protoni e più forte dello ione HSO4CH3COO-(aq) + H2O(l) > CH3COOH(aq) + OH-(aq)
Quindi l’acqua come accettore di protoni e più debole dello ione
CH3COO-
Scrivere il nome dei seguenti composti o ioni ed
assegnare il numero di ossidazione ai vari elementi:
CrPO4, fosfato di cromo. Cr(+3), P(+5), O(-2)
15
Prova del 28-29/01/2010
CuClO3, clorato rameoso o di Cu(I). Cu(+1), Cl(+5), O(-2)
Zn(ClO4)2, perclorato di zinco. Zn(+2), Cl(+7), O(-2)
Na2O2, perossido di sodio. Na(+1), O(-1)
CaF2, fluoruro di calcio. Ca(+2), F(-1)
HS-, idrogeno solfuro. H(+), S(-2)
Scrivere la formula dei seguenti composti o ioni:
Solfato di piombo. PbSO4
Carbonato di cesio. Cs2CO3
Solfato d'argento. Ag2SO4
Idrossido di alluminio. Al(OH)3
Solfuro ferrico. Fe2S3
Cloruro di cromo. CrCl3
COMPITO C
[1] Completare e bilanciare le seguenti trasformazioni chimiche: (A)
Fe2(SO4)3 + NaOH; (B) P4O10 + Ca(OH)2; (C) SO3 + H2O.
Risposta
Fe2(SO4)3 + 6 NaOH > 2 Fe(OH)3 + 3 Na2SO4
P4O10 + 6 Ca(OH)2 > 2 Ca3(PO4)2 + 6 H2O
SO3 + H2O > H2SO4
[2] Discutere brevemente il prodotto ionico dell’acqua (Kw). Il suo
valore: (A) non dipende dalla temperatura; (B) aumenta con la
temperatura; (C) diminuisce con la temperatura; (D) per convenzione
ha sempre lo stesso valore a tutte le temperature.
Risposta: b
L’acqua allo stato puro è un debolissimo conduttore elettrico. Questa
conducibilità
è
dovuta
alla
presenza
nell’acqua
pura
di
una
modestissima concentrazione di ioni che sono prodotti da quella che
16
Prova del 28-29/01/2010
fu chiamata dissociazione dell’acqua e formulata con la seguente
scrittura: H2O
H+ + OH-
Tuttavia, lo ione H+ in acqua non è immaginabile come semplice
protone,
ancorché solvatato. Infatti, esso, a causa delle sue
ridottissime
carica/raggio
dimensioni
e
produce
un
dell’elevatissimo
forte
campo
valore
del
coulombiano
rapporto
e
attrae
fortemente le nuvole elettroniche delle specie chimiche adiacenti (nel
caso in questione la nuvola elettronica di una coppia di elettroni
solitaria dell’ossigeno dell’acqua), fino a dare luogo a un legame
covalente di tipo dativo, con formazione dello ione ossonio, H3O+, nel
quale i legami O-H sono tutti uguali. Da quanto detto sopra dovrebbe
apparire chiaro che un modo più appropriato per scrivere la
"dissociazione" dell’acqua è: 2 H2O
H3O+ + OH-
Questa scrittura chiarisce che la "dissociazione dell’acqua" è in realtà
una reazione di trasferimento di un protone da una molecola di acqua
all’altra. Per questa ragione è detta reazione di autoprotolisi o di
autodissociazione dell’acqua. Essa è regolata dalla legge d’azione di
massa e la sua costante di equilibrio stechiometrica, Kw, chiamata
costante di autoprotolisi dell’acqua, o prodotto ionico dell’acqua, è
descritta dalla Kw = [H3O+][OH-]
Il suo valore a 25 °C è 1,00x10-14 (mol dm-3)2. Come conseguenza si
ha: Kw = [H3O+][OH-] = 1,00x10-14 (moli dm-3)2 = 1,00x10-14 M2. Il valore
della costante di autoprotolisi è anche funzione della temperatura, ed
aumenta all’aumentare di questa in quanto la reazione di autoprotolisi
è un processo endotermico (Kw = 2,9x10-14 M2 a 40 °C e 5,5x10-14 M2 a
50 °C).
La discussione sopra riportata mette anche in evidenza che la reazione
di autoprolisi dell’acqua è un processo endotermico, quindi la K di
equilibrio aumenta all’aumentare della temperatura.
17
Prova del 28-29/01/2010
[3] Secondo Broensted HCl in acqua si definisce forte: (A) se
completamente dissociato, (B) se completamente ionizzato, (C) se cede
quantitativamente protoni all’acqua, (D) se dissocia tutti i suoi protoni
in ioni H+. Calcolare il pH di una soluzione di HCl che in 250,0 mL di
soluzione contiene disciolte 0,200 moli di acido.
Risposta: c, pH = 0,097
Un acido di Broensted è una sostanza capace di cedere protoni a una
base che è una sostanza capace di accettare i protoni; in altre parole
il concetto di acido-base è legato al trasferimento di protoni da una
sostanza all’altra. Se il trasferimento è completo abbiamo a fare con
un elettrolita forte in caso contrario sarà un elettrolita debole. In base
a questa definizione la risposta giusta è la c.
In base a quanto prima scritto è necessario calcolare la [HCl] che è
[HCl] =
0,200 moli
= 0,8 M
0,250 L
Essendo l’acido cloridrico un acido forte, quindi completamente
dissociato,
HCl + H2O(l) > H3O+(aq) + Cl-(aq)
[H+] = 0,8.
Il pH sarà pH = -lg[H+] = -lg0,8 = 0,097
[4] Se 52,0 g di LiF sono sciolti in 306 g di acqua, quale dovrebbe
essere il punto di congelamento della soluzione ? [P.A.: Li = 7,0; F =
19,0; Kcr = 1,86 K m-1].
Risposta: Tcr = 24,29°C.
Abbassamento crioscopico è una proprietà colligativa il cui valore
dipende dalla concentrazione di tutte le specie presenti in soluzione,
ioni e molecole, Come conseguenza è necessario sapere come si
comporta la sostanza in soluzione ovvero se si scioglie tal quale
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Prova del 28-29/01/2010
oppure si dissocia in ioni. Nel caso n esame LiF è un sale, elettrolita
forte, è completamente dissociato in soluzione: LiF(aq) > Li+(aq) + F-(aq)
La relazione che permette di calcolare il Tcr è Tcr = kcrmx; dove kcr
costante crioscopica tipica del particolare solvente, m = molalità moli
di soluto per kg di puro solvente;  = numero di ioni in cui si dissocia
il sale. In questo caso 2. n (LiF) =
m=
52,0 g
= 2,0
26,0 g mole 1
2,0 moli
= 6,53
0,306 kg
Tcr = 1,86x6,53x2 = 24,29°C.
[5] 0,4872 g del sale idrato puro di formula NiSO4.xH2O contengono
0,1018 g di Ni. Calcolare il numero x di molecole di acqua di
idratazione. Possibili valori: (A) 1, (B) 2, (C) 6, (D) 7. [P.A.: Ni = 59,0, S
= 32,0, H = 1,0; O = 16,0]
Risposta: 7
In base ai grammi di nichel è possibile calcolare i grammi di NiSO4
contenuti nel campione. La differenza fra i due pesi darà i grammi di
acqua contenuti nel campione di solfato di nichel. Conosciuti i due
pesi è possibile sapere le moli di NiSO4 e di H2O e quindi dedurre in
che rapporto sono.
n (Ni) =
0,1018 g
= 1,725x1-3
59,0 g mole 1
Ogni mole di nichel da una mole di solfato di nichel. Quindi i grammi
di solfato di nichel anidro saranno g (NiSO4) = 1,725x10-3x155 =
0,2673.
O grammi di acqua saranno 0,4872 – 0,2673 = 0,2199.
Le moli di H2O legate a questa quantità sono:
n (H2O) =
0,2199 g
= 1,22x10-2
1
18,0 g mole
19
Prova del 28-29/01/2010
Quindi il sale contiene 1,22x10-2 moli di acqua per 1,725x10-3 moli di
NiSO4.
moli di H 2O
1,22x102
=7
=
1,725x103
moli di sale
La formula del sale è NiSO4.7H2O.
[6] Nello stato energetico fondamentale, gli elettroni tendono ad
occupare prima il livello che: (A) ha minore energia ed è più lontano
del nucleo, (B) ha minore energia ed è più vicino al nucleo, (C) ha
massima energia ed è più vicino al nucleo, (D) ha massima energia ed
è più lontano del nucleo.
Risposta: b
Gli orbitali che sono occupati per primi sono quelli ai quali è associato
il più basso livello energetico disponibile dato che l’introduzione di un
elettrone in uno di questi provoca la massima liberazione di energia.
Questi orbitali sono quelli che sono anche più vicini al nucleo perché
gli elettroni in essi presenti risentano maggiormente della carica
nucleare efficace.
[7] La reazione di equilibrio A + B > C + D, ha una K = 2,0.
Supponendo di mescolare 2,0 moli di A, 3,0 moli di B e 3,0 moli di C,
calcolare la composizione all’equilibrio e la pressione totale, all’inizio e
dopo che si instauri l’equilibrio, supponendo di operare in un
recipiente chiuso del volume di 0,4 L e alla temperatura di 400°C.
Risposta: n (A) = 1, n (B) = 2, n (C) = 4, n (D) = 1, P = 1104 atm
Per la reazione in esame calcolo la tabella all’equilibrio indicando con
x le moli di A che devono reagire per portare il sistema all’equilibrio.
20
Prova del 28-29/01/2010
> C + D
A+ B
I
2
3
3

-x
-x
x
Eq
2-x 3-x
x
3+x x
Le moli all’equilibrio dovranno soddisfare la costante di equilibrio. In
questo
caso
nella
costante
di
equilibrio
possiamo
introdurre
indifferentemente concentrazioni, pressioni o moli perche  = 0.
K=
C D 
 A B 
2,0 =
3  x  x
2  x  3  x 
Risolvendo si ottiene x = 12, e x = 1. Ovviamente il valore x = 12 non
dà senso chimico al problema e l’unica soluzione corretta è x = 1.
n (A) = 1
n (B) = 2
n (C) = 4
n (D) = 1
Poichè il sistema avviene senza variazione del numero di moli la
pressione all’inizio sarà uguale a quella alla fine. moli = 2 + 3 + 3 = 8
P 
nxRxT
V
8 molix 0,082 L atm K 1 atm 1x 673,15 K 1
P=
= 1104 atm
0, 4 L
[8] Una reazione chimica è all’equilibrio quando la concentrazione: (A)
dei reagenti è zero, (B) dei prodotti è zero, (C) dei prodotti e dei
reagenti è costante nel tempo, (D) dei reagenti è uguale a quella dei
prodotti.
Risposta: c
Una reazione può progredire fino alla completa conversione dei
reagenti nei prodotti di reazione (entro i limiti imposti dall’eventuale
presenza del reagente limitante), oppure fino a raggiungere una
21
Prova del 28-29/01/2010
condizione di equilibrio nella quale le concentrazioni dei reagenti e dei
prodotti di reazione non variano più nel tempo. Questa condizione di
equilibrio si raggiunge quando il numero di moli di ciascun reagente
che scompaiono nel decorso della reazione diretta è uguale a quello
delle moli dello stesso reagente che si riformano nel medesimo tempo
in seguito al decorrere della reazione inversa; in queste condizioni la
concentrazione di ciascun reagente e di ciascun prodotto di reazione
resta costante nel tempo. Quello che si instaura è un equilibrio
dinamico e la reazione viene detta reversibile.
La legge che regola le condizioni di equilibrio di una reazione chimica
è nota come legge d’azione di massa, o legge dell’equilibrio chimico o
legge di C. M. Guldberg e P. Waage.
In base a quanto esposto la risposta corretta è la c.
[9] La quantità di NaOH che deve essere aggiunta ad un litro di una
soluzione acquosa di acido acetico 0,100 M (Ka (CH3COOH) Ka =
1,8x10-5) per ottenere una soluzione tampone a pH = 4,74 è pari a: (A)
0,051 moli NaOH, (B) 0,050 moli NaOH, (C) 0,0591 moli NaOH, (D)
0,025 moli NaOH.
Risposta: b
pH = 4,74
[H+] = 10-4,74
[H+] = 1,8x10-5
La formula che ci permette di calcolare la concentrazione degli ioni H+
nel caso di una soluzione tampone è:
[H+] = Ka
ca
n
 Ka a
cs
ns
Valgono le solite osservazioni un rapporto fra concentrazioni coincide
numericamente con un rapporto in moli.
Applicando la relazione nel nostro caso si ha:
22
Prova del 28-29/01/2010
1,8x10-5 = 1,8x10-5
na
ns
Risolvendo si ottiene
na
= 1. Allora la soluzione deve contenere una
ns
uguale quantità di moli di sale e di acido. Il sale si forma per reazione
di NaOH con CH3COOH:
CH3COOH + NaOH > CH3COONa + H2O
Come conseguenza salificando con NaOH la metà delle moli di
CH3COOH si otterrà una soluzione che alla fine conterrà una uguale
quantità di moli di sale e di acido. Considerando che si ha un litro di
soluzione 0,100 M saranno necessari 0,05 moli di NaOH. Risposta b
[10] Giustificare la specie che presenta il raggio minore: (A) atomo di
sodio Na, (B) ione fluoruro F-, (C) atomo di neon Ne, (D) ione sodio
Na+.
Risposta: c
Per rispondere alla domanda bisogna riassumere come varia le
dimensioni atomiche nell’ambito della tavola periodica. Le dimensioni
degli atomi diminuiscono muovendosi da sinistra versa destra lungo
un periodo mentre aumentano scendendo lungo un gruppo; oltre a
questo, gli atomi sono tutti più grandi dei corrispondenti cationi
mentre sono più piccoli dei corrispondenti anioni.
Prima osservazione: in base a quanto detto eliminiamo subito il Na.
Rimangono F-, Na+, Ne. Seconda osservazione: sia Na+ che F- hanno la
stessa struttura elettronica 1s2, 2s2, 2p6. Essendo il primo un catione
sarà
più
piccolo
dell’anione
fluoruro.
Rimangono
Na+
e
Ne.
Chiaramente è il Ne l’atomo più piccolo appartiene a un periodo
precedente al Na.
Sono riportate le dimensioni delle specie in esame:
Na = 1,90 Å
Na+ = 0,97 Å
23
Prova del 28-29/01/2010
F- = 1,33 Å
Ne = 0,71 Å
Scrivere il nome dei seguenti composti o ioni ed
assegnare il numero di ossidazione ai vari elementi:
MgCO3, carbonato di magnesio. Mg(+2), C(+4), O(-2)
Ba(ClO2)2, clorito di bario. Ba(+2), Cl(+3), O(-2)
(NH4)2SO3, solfito di ammonio. N(+3), H(+1), S(+4), O(-2)
FeSO4, solfato ferroso o di Fe(II), Fe(+2), S(+6), O(-2)
BaF2, fluoruro di bario. Ba(+2), F(-1)
Cr2O3, ossido di cromo o di Cr(III). Cr(+3), O(-2)
Scrivere la formula dei seguenti composti o ioni:
Solfato di nichel. NiSO4
Carbonato di cromo. Cr2(CO3)3
Fosfato di magnesio. Mg3(PO4)2
Acetato di bario. Ba(CH3COO)2
Solfuro stannoso. SnS
Anione nitrito. NO2COMPITO D
[1] Completare e bilanciare le seguenti trasformazioni chimiche: (A)
Cl2O5 + FeO; (B) H3PO4 + CuO; (C) Cs2O + H2O.
Risposta
Cl2O5 + FeO > Fe(ClO3)2
3 CuO + 2 H3PO4 > Cu3(PO4)2 + 3 H2O
Cs2O + H2O > 2 CsOH
[2] Teoria degli acidi e delle basi secondo Arrhenius. Una soluzione è
stata ottenuta facendo reagire HCl (25,6 mL; 0,135 M) e NaOH
acquosi (32,7 mL; 0,115 M). Alla soluzione risultante è stata aggiunta
una delle soluzioni sotto riportate. Individuare quale soluzione la ha
24
Prova del 28-29/01/2010
neutralizzata sapendo che ne sono stati utilizzati 14,3 mL: (A) NaOH
0,242M; (B) NaOH 0,0213M; (C) HCl 0,263 M; (D) HCl 0,0213 M.
Risposta: d
Una delle più importanti classi di reazioni chimiche è quella tra acidi
e basi. Agli albori della chimica le sostanze erano classificate acide o
basiche in relazione ad alcune loro proprietà, talora molto soggettive.
La proprietà più affidabile era la capacità di queste sostanze di
provocare effetti cromatici su un materiale "indicatore" chiamato
tornasole. Fu anche scoperto che gli acidi e le basi reagiscono tra loro
per dare composti, chiamati sali: Acido + Base
Sale
La prima definizione razionale di acido e di base e la prima seria
teoria sugli acidi e sulle basi fu formulata da S. Arrhenius durante
l’elaborazione della sua teoria della dissociazione elettrolitica. Egli
notò che alcuni acidi allo stato puro non conducono la corrente
elettrica, mentre le loro soluzioni acquose sono molto più conduttrici
dell’acqua pura. Egli dedusse che gli acidi in soluzione acquosa si
dissociano in ioni (ione = portatore di carica elettrica), e giunse alla
conclusione che un acido è una sostanza capace di fornire ioni
idrogeno: HA
H+ + A-
Per quanto riguarda le sostanze basiche, egli giunse a ipotizzare che
una base è una sostanza capace di fornire ioni idrossido: MOH
M+
+ OH-. Infine, interpretò le reazioni tra un acido e una base,
configurandole come reazioni tra ioni idrogeno e idrossido (forniti
dall’acido e, rispettivamente, dalla base) che portano alla formazione di
acqua, che è una sostanza pochissimo dissociata, e del sale:
HA + MOH
MA + H2O
H+ + A- + M+ + OHacido
base
M+ + A- + H2O
sale
25
Prova del 28-29/01/2010
Prima reazione. In seguito a mescolamento di HCl e NaOH si ha una
reazione di salificazione. Bisogna calcolare che cosa rimane dopo
reazione.
mmoli (HCl) = 25,6x0,135 = 3,456
mmoli (NaOH) = 32,7x0,115 = 3,7605
HCl + NaOH > NaCl + H2O
La reazione bilanciata dice che una mole di NaOH reagisce con una
mole di HCl, quindi essendo le mmoli di NAOH in eccesso rispetto a
HCl dopo reazione rimarranno:
mmoli di NaOH = 3,7605 – 3,456 = 0,3045.
Per neutralizzare la soluzione, ovvero per salificare completamente
l’idrossido di sodio rimasto dovremo adoperare HCl. L’acido cloridrico
impiegato sarà quello che metterà in gioco 0,3045 mmoli di H+.
Soluzione C: 14,3x0,263 = 3,7609
Soluzione D: 14,3x0,0213 = 0,3046
[3] Cosa si intende per soluzione tampone. Giustificare quale tra le
seguenti soluzioni è l’unica che ha le proprietà di un tampone: (A)
CH3COOH (50 mL; 0,10 M) + NaOH (50 mL; 0,10 M); (B) CH3COOH
(50 mL; 0,10 M) + NaOH (50 mL; 0,050 M), (C) CH3COOH (50 mL;
0,050 M) + NaOH (50 mL; 0,10 M); (D) CH3COOH (50 mL; 0,050 M) +
NaOH (50 mL; 0,050 M).
Risposta: b
Una soluzione acquosa che contenga un acido debole insieme alla
sua base coniugata è una soluzione tampone. Queste soluzioni sono
preparate mescolando un acido debole e un suo sale, oppure una
base debole e un suo sale. In questo modo le soluzioni che si
ottengono contengono sia un acido debole (esempi: CH3COOH o
NH4+) sia una base debole (esempi: CH3COO- o NH3) tra loro
coniugati. Sono chiamate soluzioni tampone perché hanno la
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Prova del 28-29/01/2010
proprietà di mantenere pressoché invariato il valore del pH anche se
vi si aggiunge una moderata quantità di un acido o di una base forti.
La proprietà tamponante di queste soluzioni è qualitativamente
comprensibile quando si pensi che queste contengono sia un acido
(HA o HB+) in grado di reagire con la base forte che venga introdotta,
neutralizzandola, sia una base (A- o B) in grado di reagire con l’acido
forte che venga introdotto, neutralizzandolo.
Nei quattro casi in esame c’è sempre reazione. Quindi bisogna
valutare la composizione della soluzione dopo mescolamento.
Prima di fare il bilancio a reazione avvenuta bisogna calcolare le
mmoli dei diversi reagenti.
Nei quattro caso considerati la reazione che avviene è la seguente:
CH3COOH + NaOH > CH3COONa + H2O
La reazione bilanciata ci dice che una mole di acido acetico reagisce
con una mole di NaOH per formare una mole di acetato di sodio.
Caso (A)
mmoli (CH3COOH) = 50x0,1 = 5,0
mmoli (NaOH) = 50,0x0,1 = 5,0
In questo caso le mmoli di acido e di base sono uguali e quindi la
soluzione conterrà alla fine solamente acetato di sodio: non è una
soluzione tampone.
Caso (B)
mmoli (CH3COOH) = 50x0,1 = 5,0
mmoli (NaOH) = 50,0x0,05 = 2,5
In seguito a reazione si formeranno 2,5 mmoli di acetato di sodio, pari
alle mmoli di NaOH aggiunte, e rimarranno:
mmoli di CH3COOH = 5,0 – 2,5 = 2,5 mmoli
La soluzione contiene acido debole e il sale dell’acido debole: soluzione
tampone.
Caso (C)
mmoli (CH3COOH) = 50x0,05 = 2,50
27
Prova del 28-29/01/2010
mmoli (NaOH) = 50,0x0,1 = 5,0
In seguito a reazione si formeranno 2,5 mmoli di acetato di sodio, ari
alle mmoli di acido acetico presente, e rimarranno
mmoli di NaOH = 5,0 – 2, 5 = 2,5
La soluzione contiene il sale dell’acido debole e una base forte: non è
una soluzione tampone.
Caso (D)
mmoli (CH3COOH) = 50x0,05 = 2,5
mmoli (NaOH) = 50,0x0,05 = 2,5
In questo caso le mmoli di acido e di base sono uguali e quindi la
soluzione conterrà alla fine solamente acetato di sodio: non è una
soluzione tampone.
[4] Il numero atomico di un elemento allo stato fondamentale: (A)
corrisponde alla somma del n° di protoni e neutroni dell’isotopo più
abbondante dell’elemento; (B) corrisponde al n° di neutroni del suo
nuclide
più
abbondante;
(C)
corrisponde
al
suo
numero
di
ossidazione; (D) è identico per ogni isotopo del nuclide.
Risposta: d
Le proprietà chimiche di un elemento dipendono dal numero di
elettroni o di protoni contenuti in un suo atomo, numero che viene
chiamato numero atomico, Z. Atomi con lo stesso numero atomico
hanno uguali proprietà chimiche dato che appartengono allo stesso
elemento.
Atomi
con
uguale
numero
atomico,
Z,
e
pertanto
appartenenti allo stesso elemento, ma contenenti differenti numeri di
neutroni, sono detti isotopi. Pertanto, sono isotopi gli atomi con uguale
numero atomico, Z, e differente numero di massa, A.
In base a quanto sopra esposto il numero atomico è identico per ogni
isotopo del nuclide
28
Prova del 28-29/01/2010
[5] Indicare tra i seguenti l’acido che può essere ossidato a formare un
acido più forte: (A) H3PO4; (B) HNO3; (C) H2SO3; (D) H3BO3.
Risposta: c
Per rispondere a questa domanda bisogna individuare l’acido che
contiene un elemento che può essere ulteriormente ossidato.
Caso (A) Il fosforo nell’acido fosforico ha formalmente numero
ossidazione +5. Questo è il massimo numero di ossidazione che
l’elemento può avere. Non può essere ulteriormente ossidato.
Caso (B) L’azoto nell’acido nitrico ha formalmente numero ossidazione
+5. Questo è il massimo numero di ossidazione che l’elemento può
avere. Non può essere ulteriormente ossidato.
Caso (C) Lo zolfo nell’acido solforoso ha formalmente numero
ossidazione +6. Questo non è il massimo numero di ossidazione che
l’elemento può avere, infatti lo zolfo può avere anche numero di
ossidazione
+4
come
nell’acido
solforico.
H2SO3
può
essere
ulteriormente ossidato a H2SO4. Il processo di ossidazione è il
seguente:
H2SO3 + H2O > SO42- + 4 H+ + 2 eCaso (D) Il boro nell’acido borico ha formalmente numero ossidazione
+3. Questo è il massimo numero di ossidazione che l’elemento può
avere. Non può essere ulteriormente ossidato.
[6] Sapendo il volume (2,00 L) che un campione (3,30 g) di gas,
considerato ideale, occupa a 150 °C e 1,25 atm, calcolare la massa
molare del gas. Possibili risposte: (A) 0,0218 g mol-1; (B) 16,2 g mol-1;
(C) 45,8 g mol-1; (D) 37,0 g mol-1.
Risposta: c
L’equazione che lega P, V, n, R e T di una certa massa gassosa è
l’equazione di stato dei gas perfetti PxV = nxRxT. n numero di moli di
gas può essere anche espresso in funzione dei grammi di gas e del
29
Prova del 28-29/01/2010
suo P.M.. Quindi l’espressione sopra riportata può essere riscritta nel
seguente modo: PxV =
g
xRxT. Applicando questa relazione al caso
P .M
in esame si ottiene P.M. =
P.M. =
gxRxT
PxV
3,30x 0,082x 423,15
= 45,8 g mole-1
1,25x 2,0
[7] Calcolare le moli di Fe(OH)3 formate da una mole di molecole di
ossigeno che ossidi Fe(OH)2 a Fe(OH)3 secondo la seguente reazione
da bilanciare: Fe(OH)2 + O2 + H2O > Fe(OH)3: (A) 2; (B) 4; (C) 5; (D)
6.
Risposta: b
Bilancio la reazione ovviamente in ambiente basico.
4x(Fe(OH)2 + OH- > Fe(OH)3 + eO2 + 2 H2O + 4 e- > 4 OH
4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O > 4 Fe(OH)3
La stechiometria della reazione dice che una mole di ossigeno ossida
quattro moli di idrossido di Fe(II) a idrossido di Fe(III). Quindi una
mole di molecole di ossigeno ossiderà quattro moli di molecole di
Fe(OH)2.
[8] Individuare la frase che completa in modo corretto la seguente
espressione: "Gli orbitali caratterizzati dai numeri quantici n = 3 e l =
1": (A) hanno la stessa energia ovvero sono degeneri; (B) non hanno la
stessa energia e non sono degeneri; (C) hanno simmetria sferica; (D)
possono formare solo legami di tipo pigreco.
Risposta: a
Per rispondere alla domanda bisogna richiamare brevemente il
significato dei numeri quantici. Il numero quantico magnetico, ml,
precisa le possibili orientazioni del momento angolare orbitale e quindi
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Prova del 28-29/01/2010
da il numero degli orbitali caratterizzati da un certo valore di n e di l.
Occorre però sottolineare che orbitali con diverso valore di ml, ma
uguali valori di n e di l, sono equienergetici: si dice che sono degeneri.
Per esempio, con valori di n = 3 e l = 1 vi sono orbitali di uguale
energia che sono caratterizzati da valori diversi di ml, e precisamente
da ml = +1, 0, -1, per un totale di tre orbitali di tipo 3p.
Quindi la frase completa è: “Gli orbitali caratterizzati dai numeri
quantici n = 3 e l = 1 hanno la stessa energia ovvero sono degeneri”.
[9] Riassumere brevemente la legge di Guldberg-Waage. Considerare
la reazione: CO(g) + H2O(g)
CO2(g) + H2(g). Una miscela costituita da
5,0 moli di CO e 5,0 moli di H2O è scaldata a 700 K. Ad equilibrio
raggiunto sono ancora presenti 1,24 moli di CO. Calcolare la Kc e la
Kp della reazione.
Risposta: K = 9,19
La legge che regola le condizioni di equilibrio di una reazione chimica
è nota come legge d’azione di massa, o legge dell’equilibrio chimico o
legge di C. M. Guldberg e P. Waage. Nella forma applicabile a reazioni
che avvengono in una unica fase (sistemi omogenei) essa afferma che
all’equilibrio a temperatura e mezzo di reazione costanti, il rapporto tra il
prodotto delle concentrazioni delle sostanze prodotte nella reazione,
elevate ai rispettivi coefficienti stechiometrici, e il prodotto delle
concentrazioni
all’equilibrio
dei
reagenti,
elevate
ai
rispettivi
coefficienti stechiometrici, è costante:
KC =
[M]m [N]n ···
[ A ]a [B]b ···
Prima di risolvere l’esercizio bisogna notare che per questa reazione  =
0; il valore della KC coincide con quello della KP. E’ possibile calcolare il
valore della KC anche se non è noto il volume del recipiente di reazione
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Prova del 28-29/01/2010
perché questo si eliminerebbe quando si calcola il rapporto prodottireagenti.
Si calcolano le moli all’equilibrio.
CO(g) +
H2O(g)
CO2(g) + H2(g)
I
5
5

-3,76
-3,76
3,76
3,76
Eq
-1,24
-1,24
3,76
3,76
Ovviamente all’equilibrio le moli di CO sono uguali a quelle di H2O; le
moli di CO2 di H2 che si formano, numericamente uguali, sono date
dalla differenza fra le moli iniziali di CO e quelle rimaste.
KC = KP = K =
3,76 x 3,76
= 9,19
1,24 x1,24
[10] Spiegare brevemente cosa sono le proprietà colligative. Indicare la
soluzione acquosa con il più alto punto di ebollizione: (A) KCl 0,1M,
(B) Glucosio 0,1M; (C) NaOH 0,1M; (D) CaCl2 0,1M.
Risposta: d
Le soluzioni ideali possiedono alcune proprietà, chiamate proprietà
colligative, che dipendono esclusivamente dalla concentrazione degli
ioni e/o molecole di soluto contenute nel particolare solvente, e non
dalla loro natura. Le proprietà colligative sono l’abbassamento
relativo della pressione di vapore della soluzione, l’innalzamento
ebullioscopico o innalzamento della temperatura di ebollizione,
l’abbassamento crioscopico o abbassamento della temperatura di
congelamento, e la pressione osmotica.
In base a quanto prima esposto è necessario stabile il comportamento
dei diversi soluti in soluzione ovvero se si dissociano o meno.
KCl > K+(aq) + Cl-(aq)
=2
C = 0,1x2 = 0,2
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Prova del 28-29/01/2010
Glucosio solubile tal quale
=1
C = 0,1x1 = 0,1
NaOH > Na+(aq) + OH-(aq)
=2
C = 0,1x2 = 0,2
CaCl2 > Ca2+(aq) + 2 Cl-(aq)
=3
C = 0,1x3 = 0,3
In base alla relazione che permette di calcolare il Teb cioè
Teb = kebxmx
risulta che più è concentrata la soluzione tanto più elevata sarà la
temperatura di ebollizione della soluzione. Caso D soluzione di CaCl2.
Scrivere il nome dei seguenti composti o ioni ed assegnare il
numero di ossidazione ai vari elementi:
SbCl3, tricloruro di antimonio. Sb(+3), Cl(-1)
Na2CO3.H2O, carbonato di sodio monoidrato. Na(+1), C(+4), O(-2),
H(+1)
Ni(NO2)2, nitrito di nichel. Ni(+2), N(+3), O(-2)
NH3, ammoniaca. N(-3), H(+1)
Na2SO3, solfito di sodio. Na(+1), S(+4), O(-2)
(NH4)2SO4, solfato d’ammonio. N(-3), H(+1), S(+6), O(-2)
Scrivere la formula dei seguenti composti o ioni:
Ossido di cromo. Cr2O3
Solfuro di cesio. Cs2S
Nitrato di ammonio. (NH4)NO3
Solfato ferroso. FeSO4
Carbonato di rame. CuCO3
Fosfato di alluminio. AlPO4
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