Corso di chimica per la MPT presso la SAMB

Rolf Dütschler - 6946 Ponte Capriasca
Corso di chimica per la MPT presso la SAMB e SPAI-Be
(Versione ridotta per Internet, 12.00)
Spiegazioni: S spiegazioni del docente
E esercizio
D dimostrazione in classe del docente
L laboratorio eseguito in piccoli gruppi
13. Aspetti energetici delle reazioni chimiche
S13.1 Energia.
D13.5 Dissoluzione di NaNO3 e CaCl2 in acqua. Misurare le variazioni di temperatura.
S13.6 Reazioni endotermiche esotermiche.
____
E13.7 Considera il processo : Fe2O3 + 3 CO
> 2 Fe + 3CO2 ,
per il quale necessitano 27 kJ per produrre 2 mol di Fe.
Calcolare il calore necessario per produrre 67 t di ferro.
S13.8 Entalpia (H) di una sostanza , entalpia di reazione (H).
E13.10 Dalla definizione : H = H prodotti - H reagenti , come saranno i valori dell'entalpia di
reazione di una reazione endotermica ? ... e di una reazione esotermica ?
D13.13 Misurazione dell'entalpia di dissoluzione del KCl(s) in acqua.
E13.14 Calcola il calore liberato dalla combustione di 1 kg di carbonio (carbone), secondo la
reazione:
____
C(s) + O2(g)
> CO2(g)
H = -394 kJ / mol
E13.16 La dissoluzione endotermica del nitrato di ammonio NH4NO3 viene sfruttata nella
preparazione di particolari sacchetti che si usano nello sport per alleviare i dolori dovuti
a contusioni.
In laboratorio, si è misurato che la dissoluzione di 20 g di NH4NO3 in 125 cm3 d'acqua
provoca una diminuzione della temperatura da 24 a 13oC.
Calcola l'entalpia molare di reazione, considerando il calore specifico della soluzione
uguale a quello dell'acqua (4,19 J/g.oC).
E13.17 Rappresenta in un diagramma l’andamento energetico della reazione :
____
C(s) + O2(g)
> CO2(g)
H = -394 kJ / mol
S13.18 Entalpia di formazione standard (Ho).
E13.19 Calcola l'entalpia associata alla formazione di 150 g di metano CH4, in base alla
reazione seguente (utilizza la tabella a p.290 del libro) :
____
C (s) + 2 H2 (g)
> CH4 (g)
D13.22 Energia assorbita o liberata nella rottura o formazione di legami, dissoluzione di CaCl2
anidro e idrato in acqua.
samb_2.doc
p.1 /9
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S13.23 Legami ed energia: perché si formano i legami; cicli di Born-Haber; quali reazioni
avvengono spontaneamente : entalpia (H) ed entropia (S).
S13.24 Energia di legame.
E13.25 Utilizzando i valori medi dell'energia di legame (v. tabella precedente), calcola il Ho del
cloruro d'idrogeno HCl(g) a partire da H2(g) e Cl2(g) .
L13 Reazioni ed energia
L13.26 Misurazione e calcolo dell’entalpia molare di dissoluzione di un sale.
L13.27 Verifica della legge di Hess (additività delle entalpie di reazione).
14. Velocità di reazione
S14.1 Reazioni veloci e reazioni lente.
____
D14.2 CaCO3 + 2 HCl
> CaCl2 + H2O + CO2
- reazione in forma ionica, senza ioni spettatori
- determinazione della velocità di reazione, grafico v=f(t)
- equazione cinetica
- meccanismo di reazione
- ev. variare la conc. di HCl, il grado di suddivisione di CaCO3, riscaldare, ...
S14.6 Le equazioni cinetiche.
S14.7 Quali sono i fattori che influiscono sulla velocità di reazione ? Come si spiegano questi
influssi ?
E14.8 Immergendo un blocchetto di marmo in acido cloridrico, avviene una reazione che libera
diossido di carbonio. Per rendere la reazione più veloce, quali, tra i seguenti metodi,
sono efficaci ?
0 usare acido cloridrico più concentrato
0 riscaldare il tutto
0 raffreddare il tutto
0 frantumare il blocchetto prima di immergerlo
0 aggiungere acqua
S14.9 Meccanismi di reazione.
S14.10 Diagramma di andamento di una reazione.
E14.11 Che relazione esiste tra l'energia di attivazione, l'entalpia di reazione e la velocità di
reazione? Porta degli esempi.
E14.12 Cosa sono i catalizzatori di una reazione ? Come modificano il diagramma di
andamento ed il meccanismo di reazione ?
S14.13 Le collisioni (urti) tra le particelle
E14.14 Con la teoria delle collisioni (urti) tra le particelle, come si spiegano i fattori che
modificano la velocità di reazione ?
samb_2.doc
p.2 /9
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L14.15 Fattori che influenzano la velocità di reazione.
15. Equilibrio chimico
S15.1 Reversibilità ed equilibrio.
D15.2 Equilibrio N2O4 (g) <===> 2 NO2 (g) ; H = +58 kJ , spostamento dell'equilibrio quando
si scalda o raffredda.
S15.3 Costante di equilibrio (in termini di concentrazione), Kc.
E15.4 Per ognuna delle seguenti reazioni scrivi l’espressione di equilibrio, (Kc= …) :
b)
c)
d)
A + 3 B <===> 2 C
2 CO(g) + O2(g) <===>2 CO2(g)
H2(g) + Cl2(g) <===>2 HCl(g)
E15.5 Data la reazione : PCl5(g) <===> PCl3(g) + Cl2(g).
Si riscalda a 250oC una quantità di PCl5(g) in un recipiente di 12 l di volume.
All'equilibrio il recipiente contiene 0,21 mol di PCl5, 0,32 mol di PCl3 e 0,32 mol di Cl2.
Calcola la costante di equilibrio Kc a 250oC, esprimendo le concentrazioni in mol/l .
E15.6 Quando si mescolano 1 mol di alcool etilico CH3CH2OH(l) con 1 mol di acido acetico
CH3COOH(l) a temperatura ambiente, la miscela all'equilibrio contiene 2/3 mol di estere
CH3COOCH2CH3(l) ed acqua H2O(l):
CH3CH2OH(l) + CH3COOH(l) <===> CH3COOCH2CH3(l) + H2O(l)
a) Calcola il valore di Kc
b) Quante moli di estere sono presenti all'equilibrio se si mescolano 3 mol d'alcool con 1
mol di acido ?
S15.7 Pressione parziale di un gas. Costante di equilibrio (in termini di pressione parziale).
E15.8 In una camera di reazione vuota, del volume di 10 l, si immettono 0,5 mol di H2(g) e 0,5
mol di I2(g). Si riscalda a 448oC ottenendo così, all'equilibrio, Kc = 50.
La reazione é : H2 (g) + I2 (g) <===> 2 HI (g)
a) Trova il valore di Kp .
b) Calcola la pressione totale P nella camera all'equilibrio.
c) Calcola le mol di I2 (g) presenti nella camera all'equilibrio.
d) Calcola le pressioni parziali di ogni costituente della miscela all'equilibrio.
S15.10 Il principio di Le Châtelier.
D15.11 Equilibrio della reazione FeCl3 (aq) + 3 KSCN (aq) <===> 3 KCl (aq) + Fe(SCN)3 ,
aggiungere reagenti e prodotti, scaldare e raffreddare le soluzione.
E15.12 Applicare il principio di Le Châtelier alle seguenti reazioni chimiche:
a)
samb_2.doc
2 CO(g) + O2(g) <===> 2 CO2(g)
p.3 /9
H= -566 kJ
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H= -92 kJ
e)
N2(g) + 3 H2(g) <===> 2 NH3(g)
N2(g) + O2(g) <===> 2 NO(g)
f)
CO(g) + H2O(l) <===> CO2(g) + H2(g)
H= +0.6 kJ
d)
H= +180 kJ
Indicare come si sposta l'equilibrio quando:
- si aggiunge un reagente;
- si aumenta la temperatura;
- si aggiunge un prodotto;
- si aumenta la pressione.
L15 Equilibrio chimico
L15.14 Il principio di La Châtelier (come D15.11) :
FeCl3 (aq) + 3 KSCN (aq) <===> 3 KCl (aq) + Fe(SCN)3 ,
variare la concentrazione di reagenti e prodotti, riscaldare e raffreddare, diluire.
L15.15 L’equilibrio in soluzione acquosa : SnCl2 + 2 FeCl3 <===> SnCl4 + 2 FeCl2
Reazioni specifiche per rilevare la presenza di ioni
Verificare la presenza di tutti gli ioni presenti all’equilibrio.
16. Acidi e basi (Brönsted-Lowry)
S16.3 L’acqua, elettrolita debolissimo. Perché l’acqua, sostanza molecolare, conduce un po’ la
corrente elettrica.
S16.6 Costante di ionizzazione di acidi e basi (Ka, Kb) ?
E16.7 Calcola il pH di una soluzione acquosa 0,1 M di acido acetico.
E16.8 Calcola il pH di una soluzione acquosa 0,05 M di ammoniaca.
E16.9 Calcola i pH di una soluzione acquosa 0,3 M di acido propionico (Ka = 1,3 10-5).
Confronta tale valore con quello di una soluzione di acido cloridrico di uguale
concentrazione.
D16.10 Reazione tra HCl e NH3 gassosi.
S16.11 Acidi e basi secondo Brönsted e Lowry. Differenze con la teoria di Arrhenius.
E16.12 Riscrivi in modo appropriato le seguenti reazioni e indica gli acidi e le basi secondo la
teoria di Brönsted e Lowry:
a) HCl (g) + aq<===>H+ (aq) + Cl- (aq)
b) NH3 (aq) + H2O (l) <===>NH4+ (aq) + OH- (aq)
____
c) HCl + NaOH
> NaCl + H2O
d) CH3COOH (aq) <===>CH3COO- (aq) + H+ (aq)
e) SO2 (aq) + H2O (l) <===>H+ (aq) + HSO3- (aq)
S16.14 Tabella della forza degli acidi a p. 375 del libro ?
samb_2.doc
p.4 /9
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E16.15 Osserva la tabella a p. 375 del libro e spiega perché HCl in acqua è acido forte, mentre
NH3 in acqua è base debole.
E16.16 Che relazione c’è tra Ka e Kb , e che relazione c’è tra pKa e pKb ?
D16.20 Titolazioni tra acidi e basi forti e deboli (HCl, NaOH, NH3, CH3COOH).
E16.21 Utilizzando la tabella a p. 375 , valutate l'acidità delle soluzioni acquose dei seguenti
sali:
- acetato di sodio CH3COONa ;
- solfuro di dipotassio K2S ;
- cloruro di sodio NaCl ;
- nitrito di ammonio NH4NO2 ;
- tricloruro di alluminio AlCl3 ;
- nitrato di potassio KNO3 .
L16 Acidi e basi forti e deboli
L16.23 Sciogliere in acqua sali acidi e sali basici
L16.24 Titolazioni tra acidi e basi forti e deboli (HCl, NaOH, NH3, CH3COOH).
17. Ossidoriduzioni, elettrochimica
S17.1 Ossidazione e riduzione
S17.3 Numero di ossidazione (N.O.)
E17.4 Indicare il N.O. di ogni elemento presente nelle seguenti sostanze:
H2O, N2, NO, NO2, NH3, HNO3, KMnO4, S8, HCl, HClO3.
S17.5 Reazioni redox : vari modi di rappresentarle.
E17.7 Bilanciare le seguenti reazioni redox scrivendole in forma di semireazioni e/o in forma
ionica:
____
c) HNO3 + H2S
> NO + H20 + S
____
d) KMnO4 + HCl
> MnCl2 + KCl + H2O + Cl2
S17.8 Tavola dei potenziali di riduzione standard.
E17.10 Stabilire se le seguenti sostanze, venendo a contatto, possono dar luogo ad una
reazione di ossidoriduzione. Completare e bilanciare le reazioni possibili.
a) Al + HCl
b) Ag + HCl
c) Ag + HNO3
d) Zn + HBr
S17.11 Pila di Daniell.
E17.14 Descrivi e disegna una pila di Daniell Fe-Sn; calcola la tensione normale fornita dalla
pila.
E17.15 Progetta un pila di Daniell che fornisca una tensione di ca. 2,0 V.
samb_2.doc
p.5 /9
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S17.17 Elettrolisi.
D17.18 Elettrolisi dell'acqua: Na2SO4(aq) 10%, 4,5 V oppure H2SO4(aq) molto dil., 25 V.
E17.19 Una cella elettrolitica contiene cloruro di cadmio fuso. Calcolare quanti g di cadmio si
depositano al catodo facendo passare nella cella una corrente di 5 A per 20 minuti.
E17.20 Si sottopone ad elettrolisi una soluzione diluita di acido solforico. Dopo 3 ore si
constata che si sono formati 0,5 l di idrogeno (STP). Calcolare l'intensità di corrente
usata nell'elettrolisi.
D17.21 Zincatura elettrolitica di una lastrina di ferro (oppure: ramatura, argentatura,
cromatura).
S17.22 Corrosione e protezione.
L17 Pile ed elettrolisi
L17.23 Costruire le seguenti pile di Daniell: Cu-Fe, Fe-Zn e Cu-Zn. Verificare la relazione
esistente tra le tensioni da esse fornite.
L17.25 Zincatura elettrolitica, determinare le condizioni ideali
18. Chimica organica, chimica del carbonio
S18.1 Il carbonio, elemento particolare.
S18.3 Gli idrocarburi : alcani , alcheni , alchini, ciclici e aromatici.
D18.4 Costruzione di modelli molecolari di alcani lineari e ramificati.
E18.5 Rappresenta almeno cinque isomeri aventi formula C7H16 e indica il loro nome IUPAC.
D18.11 Alcheni : addizione di bromo, spontanea e senza liberazione di acido bromidrico
D18.12 Preparazione di un alchene: reazione tra 2-propanolo (isopropanolo) e H2SO4 conc.;
riscaldare e osservare la reazione spontanea con Br2.
S18.13 Polimeri ottenuti da alcheni : PE ad alta e bassa densità, PP ( v. fogli da catalogo
Semadeni ).
S18.14 Derivati, con gruppi funzionali (per questo argomento e quelli successivi gli allievi si
allenano ad apprendere direttamente attraverso la lettura del libro di testo e verificano
l'apprendimento rispondendo agli esercizi proposti dal medesimo).
samb_2.doc
p.6 /9