Corso di "CHIMICA "

Politecnico di Milano IV Facoltà di Ingegneria
Sede di Piacenza
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Anno Accademico 2003/04
Corso di "CHIMICA "
Prima Verifica versione A
1. Quali sono i legami che determinano lo stato di aggregazione solido per le seguenti sostanze: S8 ; I2;
Si; KF.
KF è un solido ionico con legami elettrostatici fra K+ ed F- ; I2 ed S8 molecole apolari, formano solidi
molecolari tenuti insieme da forze di London; il silicio è un solido covalente ibridizzato sp 3 (struttura tipo
diamante).
2. Calcolare i volumi, rispettivamente di anidride carbonica e di acqua, misurati a 25°C e 740 mm Hg,
liberati teoricamente nella combustione completa di un litro di propano liquido C 3H8 ( d = 0,58 g cc1).
C3H8 + 5O2  3CO2 + 4H2O
1000cc  0,58g  cc 1
 13,18m olC3 H 8
44g  m ol1
nRT 13,18  3  0,082 298
VCO 2 

 996,0
740
P
760
nRT 13,18  4  0,082 298
VH 2 O 

 1328,1
740
P
760
3. Quanti litri di SO2 e di H2S misurati a 750 mmHg e 20°C sono necessari per ottenere teoricamente
100 g di S secondo la reazione (da bilanciare) SO2 + H2S  S + H2O.
S(+4) + 4e-  S(0)
2S(-2)  2S(0) + 4eSO2 + 2H2S  3S + 2H2O
100 g/32 g . mol-1 =3,125 mol S
3,125 x 2/3 = 2,08 mol H2S
3,125 x 1/3 = 1,04 mol SO2
nRT
2,08  0,082 293

 50,6litri
750
P
760
nRT 1,04  0,082 293
VSO2 

 25,3
750
P
760
VH 2 S 
4.
Scrivere le formule di struttura e prevedere gli eventuali momenti dipolari delle seguenti sostanze:
CS2, CF4 , H2O , BBr3 .
F
F
F
F
F
H
O
H
B
F
F
S==C==S  = 0 ; CF4  = 0 ; H2O   0 ; BF3  = 0
5. Quale delle seguenti molecole presenta legami a idrogeno: HF ,CH3F , HOH2C---CH2OH , CH3 --NH2 ?
L’idrogeno deve esserer legato direttamente ad un atomo di F, O, N, per aversi legame idrogeno.
H
H
H in cui H è legato direttamente a C, tutte le molecole presentano legami
F
Per cui tranne
idrogeno.
6. Per la reazione Al(s) + Fe2O3 (s)  Al2O3 (s) + Fe(s) sono note le entalpie di formazione standard di
Fe2O3 (s) (- 824 KJ mol-1) e di Al2O3 (s) ( -1675 KJ mol –1), bilanciare l’equazione e calcolare il calore
svolto nella reazione di 250 g di alluminio con 1000 g di ossido di ferro.
2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe
H°r = -1675 –(-824) –851 KJ
250g
27g  m ol1
1000g
 9,26m olAl agente lim .
159,5 g  m ol1
 6,26m olFe2 O3 
9,26
 4,63m olFe2 O3 reagite
2
4,63m ol 851KJ  m ol1  3940KJ
7. Spiegare l’effetto di un aumento di pressione sui seguenti equilibri basandosi sulla K p: 2SO2(g) +
O2(g)  2SO3(g) ; C(s) + H2O (g)  CO(g) + H2(g); CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(g)
Kp 
Kp 
Kp 
Pt 2  x SO3 2

Pt 2  x SO2 2  Pt  xO2
Pt  xCO  Pt  x H 2
Pt  x H 2 O
x SO3 2

x SO2 2  Pt  xO2
Pt  xCO  x H 2
xH 2O
Pt  xCO 2  Pt 2  x H 2 O 2
Pt  xCH 4 Pt 2  xO2 2

xCO 2  x H 2 O 2
xCH 4  xO2 2
Nel primo caso per aumento della pressione si ha spostamento dell’equilibrio verso destra, nel secondo
verso sinistra e nel terzo non si ha effetto della pressione sull’equilibrio.
L’alluminio (punto di fusione 660°C) e il silicio (punto di fusione 1410°C) formano un eutettico al 12% di
silicio descriverne il diagramma di stato.
8.
9. Sono note le seguenti energie di legame: N2 (932 KJ/mole); O2 (484 KJ/mole); NO (630 KJ/mole).
Calcolare l’entalpia molare standard di formazione di NO.
N2 + O2  2NO
H°reaz. = Elegami rotti -  Elegami formati =[E(N2) + E(O2)] – 2E(NO) = 932+484-2x630 = +156
KJ da cui H°form NO = +156/2 = +78 KJ.mol-1
10. Prevedere quali dei seguenti composti sarà solubile in acqua e quale in CCl 4: KCl, NH3 , I2 , Br2.
KCl è un composto ionico, NH3 è una molecola che forma legami idrogeno, quindi saranno solubili in acqua;
iodio e bromo sono composti apolari, quindi saranno solubili in CC4 che è una molecola apolare, con
interazioni del tipo dipolo indotto-dipolo indotto (Forze di London).
Politecnico di Milano IV Facoltà di Ingegneria
Sede di Piacenza
Corso di Laurea in Ingegneria meccanica
Anno Accademico 2003/04
Corso di "CHIMICA "
Prima Verifica versione B
1. Quali legami determinano la struttura cristallina delle seguenti sostanze allo stato solido: NaBr ;
NO ; Cgrafite ; CH3OH.
La grafite è un solido covalente (carbonio ibrido sp2) con struttura a maglie esagonali e con doppi legami
alternati a semplici, i piani delle maglie sono tenuti insieme da deboli forze di London.
NaBr è un solido ionico che presenta un reticolo del tipo di NaCl con legami elettrostatici fra Na + e Br-. N=O
è un solido molecolare che presenta interazioni dipolo-dipolo. In CH3____O____H allo stato solidi sono presenti
legami idrogeno in misura minore rispetto a quelli dell’acqua, la sostanza infatti solidifica a – 97°C.
2. Calcolare i volumi di anidride carbonica e di acqua misurati a 20°C e 750 mm Hg, liberati
teoricamente nella combustione completa di 2 metri cubi di metano gassoso ( CH 4 ) misurato a
20 °C e 1 atmosfera.
CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O
nCH 4 
PV

1  2000
 83,24m
RT
0,082 293
nRT 83,24  0,082 293
VCO 2 

 2026 litri
750
P
760
2  83,24  0,082 293
VH 2 O 
 4052 1litri
750
760
3. Bilanciare la reazione : N2O4 + N2H4  N2 + H2O e calcolare i volumi di azoto e vapor d’acqua
prodotti, misurati a c.n., a partire da 100g di N2O4 e 100g di N2H4.
2N(-2)  2N(0) + 4eN(+4) + 4e-  N(0)
N2O4 + 2N2H4  3N2 + 4H2O
100g
92g  m ol1
100g
32g  m ol1
 1,08m olN2O4
 3,125m olN2 H 4
1,08m ol 3  22,4l  m ol1  72,57litriN 2
1,08m ol 4  22,4l  m ol1  96,8litriH 2O(vap.)
4. Scrivere le formule di struttura e gli eventuali momenti dipolari delle seguenti sostanze : NH 3,
CO2, CHCl3 , H2S.
H
H
Cl
O
H
H
O
Cl
H
S
H
Cl
O==C==O  = 0 ; CHCl3   0 ; NH3   0 ; H2S   0
5. Quale delle seguenti molecole presenta legami a idrogeno: HO--Cl ,CH2F2 , H2O2 , CH3OH ?
H
H
H
O Cl
H
F
F
O O
H
H
H
H
O H
L’idrogeno deve essere legato direttamente ad un atomo di F, O, N, per aversi legame idrogeno.
Per cui tranne che in CH2F2 cui H è legato direttamente a C, tutte le altre molecole presentano
legami idrogeno.
6. Per la reazione ZnO(s) + C(s)  Zn(s) + CO(g) sono noti i seguenti dati:
Hf° KJ . mol-1
ZnO
-348
Zn
CO
-110,5
C
Dire cosa avviene alla temperatura di 1248 K.
S°
S° J . K-1 .mol-1
43,6
41,6
197,7
5,74
H°r = -110,5 –(-348) = + 237,2 KJ
.
.
-1
r = 197,7 +41,6 –(43,6 + 5,74) = + 190 J K mol
per T = H°r/S°r = 237200/190 = 1248 K
la reazione è all’equilbrio, la Kp = 1 = PCO
7. Descrivere il diagramma di stato di due metalli completamente miscibili allo stato liquido ed allo
stato solido, spiegare cosa succede raffreddando rapidamente la massa fusa.
Raffreddando rapidamente la massa fusa si ottengono i cosiddetti dendriti, strutture cristalline più ricche
all’interno del metallo più alto fondente, la ricottura elimina queste formazioni.
8. Perché il metanolo CH3OH e l’etanolo C2H5OH sono solubili in acqua, mentre l’ottanolo non lo è
CH3(CH2)6CH2 OH?
Nei primi due alcoli prevale la parte idrofila della molecola (il gruppo OH) con formazione di legami idrogeno
con l’acqua, nel’ottanolo prevale invece la parte lipofila (catena idrocarburica) che determina la insolubilità in
acqua
9. Conoscendo le energie di legame delle seguenti sostanze : Cl2 (230 KJ.mol-1) ; H2 (424
KJ.mol-1) ; HCl (419 KJ.mol-1), calcolare l’entalpia di formazione standard dell’acido cloridrico
gassoso.
H2 + Cl2  2HCl
H°reaz. = Elegami rotti -  Elegami formati =[E(H2) + E(Cl2)] – 2E(HCl) = 424+230 - 2x419 = -184
KJ da cui H°form. HCl = +184/2 = -92 KJ.mol-1
10. Scrivere le Kp e spiegare l’effetto di un aumento di pressione sui seguenti equilibri :
 N2O4(g) ; CH4 (g) + H2O (g)  CO(g) + 3H2(g);
2NO(g) + 2H2(g)  N2(g) + 2H2O(g)
2NO 2(g)
Kp 
Pt  x N 2 O4
Pt 2  x NO 2 2

x N 2 O4
Pt  x NO 2 2
Pt  xCO  Pt 3  x H 2 3 Pt 2  xCO  x H 2 3
Kp 

Pt  xCH 4  Pt  x H 2 O
xCH 4  x H 2 O
Kp 
Pt  x N 2  Pt 2  x H 2 O 2
Pt 2  x NO 2  Pt 2  x H 2 2

x N 2  xH 2O 2
Pt  x NO 2  x H 2 2
Nel primo caso un aumento di pressione sposta l’equilibrio a destra, nel secondo a sinistra, nel terzo a
destra.