compito n° 3 da consegnare entro il

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COMPITO N° 3 DA CONSEGNARE ENTRO IL 11/12/09
Cognome Nome…………….………………….....N° di Matricola……………
scrivere in stampatello
N.B. Indicare i passaggi dei calcoli
1. Il cloro è un (metallo, metalloide, non metallo) Non metallo con simbolo_Cl numero
atomico 17 che appartiene al gruppo 7A e periodo 3° della tavola periodica. L'elemento ha
___17__ protoni nel nucleo, ha configurazione elettronica _1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 = [Ne]3s2 3p5 e
__7____ elettroni nel guscio di valenza. Ha due isotopi 35Cl di massa circa 35 e 37Cl di massa
circa 37; il suo peso atomico è 35.45 l'isotopo più abbondante è __35Cl___ perché il peso
atomico, che è la media pesata delle masse (o pesi) degli isotopi è più vicina a 35 che a 37. Se
l’abbondanza di ciascun isotopo fosse del 50%, per il peso atomico si otterrebbe un valore di 36
Poiché 35.45 è inferiore a 36 il 35Cl è l’isotpo con abbondanza superiore al 50% e quindi il più
abbondante tra i due. Se invece il peso atomico fosse stato maggiore di 36 sarebbe il 37Cl ad
essere l’isotopo più abbondante.
2
Una bombola da 100L che si trova alla temperatura di 25°C contiene 3.011·1026 molecole
di cloro. Esse equivalgono a ___500___ moli ___3.545·103___ e grammi ed esercitano
all’interno della bombola una pressione di____122.33 ____atm.
moliCl2 = 3.011·1026molecole /6.022·1023molecole·mol-1 = 0.5·103 mol = 500 mol
P.M. Cl2 = 35.45g mol-1·2 = 70.90g mol-1 (la molecola è biatomica)
grammiCl2 = 500mol·70.90g mol-1 = 3.545·103g
Da
PV = nRT
si ha:
P = nRT/V
P = (500mol · 0.08206 atm L mol-1k-1 · 298.15 k)/100L = 122.33 atm
3
Dati gli elementi zolfo, cloro, potassio e calcio:
a) mettere gli elementi in ordine crescente di raggio atomico
rCl < rS < rCa < rK
b) elencare gli ioni che possono formare perdendo o acquistando elettroni.
K+
Ca2+
Cl-
S2-
c) mettere gli ioni in ordine crescente di raggio
rCa2+ < rK+ < rCl- < rS2d) indicare la particolarità che accomuna questi ioni
Sono tutti ioni isoelettronici con N° elettroni (18e-) pari a quelli del gas Argon
e) indicare l’elemento con la minore energia di 1a ionizzazione e quello con la maggiore
K (minore Ei)
Cl(maggiore Ei)
f) indicare l’elemento che ha la maggiore elettronegatività e quello che ce l’ha minore
Cl(maggiore AE)
K (minore AE)
4 Assegnare caso per caso il nome al composto ed agli ioni costituenti e scriverne la
formula. Valutare la solubilità in acqua.
Li+
litio
Fosfato di litio
Li3PO4
Solubile
PO43
fosfato
2+
Fe
Ione ferro (II)
K+
Ione potassio
+
SO42Ione solfato
Solfato di ferro (II)
FeSO4
Solub.
ClO2Ione clorito
Clorito di potassio
KClO2
Solub.
Solub.
2-
Na
Ione sodio
Ag+
Ione argento
SO3
Ione solfito
IIone ioduro
Solfito di sodio
Na2SO3
Ioduro d’argento
AgI
NH4+
Ione ammonio
CH3CO2Ione acetato
Acetato d’ammonio
Pb2+
Ione piombo
2Cromato di piombo
PbCrO4
CrO4
Ione cromato
HCO3Ione
Idrogenocarbonato di sodio NaHCO3
idrogenocarbonato
+
Na
Ione sodio
2+
2-
CH3CO2NH4
Insolub.
Solub.
Insolub.
Solub.
Solfato di bario
BaSO4
Insolub
Solfuro di zinco
ZnS
Insolub
Mg(HSO3)2
Solub.
Ba
Ione Bario
Zn2+
Ione zinco
SO4
Ione solfato
S2Ione solfuro
Mg2+
Ione magnesio
Ione Idrgenosolfito di magnesio
HSO3
idrogenosolfito
5
Assegnare il nome o la formula ai composti sotto indicati, scrivere l’equazione chimica
della loro reazione con l’acqua e indicare il nome dei prodotti, seguendo l’esempio riportato nella
prima riga della tabella.
SO2
Biossido di zolfo
SO2 + H2O = H2SO3
Acido solforoso
Na2O
Ossido di sodio
Na2O +H2O = 2NaOH
Idrossido di sodio
Cl2O3
Triossido di dicloro
Cl2O3 +H2O = 2HClO2
Acido cloroso
NH3
Ammoniaca
NH3 + H2O = NH4OH
Idrossido d’ammonio
CaO
Ossido di calcio
CaO + H2O = Ca(OH)2
Idrossido di calcio
K
Potassio
2K + 2H2O = 2KOH + H2
CO2
Biossido di carbonio CO2 + H2O = H2CO3
Idrossido di potassio
idrogeno
Acido carbonico
SO3
Triossido di zolfo
SO3 + H2O = H2SO4
Acido solforico
Ba
Bario
Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2 Idrossido
idrogeno
di
bario
+
+
6
100 mL di glicole etilenico (d = 1.12 g/mL, P.M. = 62.1 g/mol) sono stati miscelati con
900 mL di acqua (d = 1.0 g/mL, P.M. = 18.0 g/mol). Definire e calcolare:
a) la percentuale in
volume,
b) la percentuale in peso,
c) la frazione molare, d) la molalità,
e)
la
molarità
del solo glicole nella soluzione risultante.
a) V% = Vglic/Vsoluz.·100 = 100mL/ (100 + 900)mL ·100 = 100/1000 ·100 = 10%
b) P% = Pglic/ Psoluz. ·100 = (Vglig ·dglic)/( Vglic ·dglic + Vacq ·dacq) ·100
P% = (100mL · 1.12 g/mL)/( 100mL · 1.12 g/mL + 900mL · 1.0 g/mL) ·100
P% = 112g/ (112 + 900)g · 100 = 11.07%
c) X = molglic/ molsoluz = molglic/(molglic + molacq) =
=(112 g/62.1 g mol-1)/( 112 g/62.1 g mol-1 + 900 g/18.0 g mol-1)
= 1.803molglic/ (1.803molglic + 50molacq) = 0.0348
N.B. La frazione molare si indica esclusivamente con X
d) molalità m = molsoluto/Kgsolvente =
molglic/Kgacq = 1.803 molglic/ 0.900Kgacq = 2.003 molKg-1
e) molatrità M = molsoluto/V(L)soluzione
V(L) = volume in litri
M = 1.803 molglic/( Vglic + Vacq) = 1.803 molglic/1L = 1. 803 mol L-1
7
0.6 moli di cloro vengono fatti reagire con 13.448 L di idrogeno a 0°C e 1atm. Il prodotto
della reazione viene utilizzato per preparare 1000L di soluzione acquosa. Scrivere l’equazione
della reazione, classificare la reazione e calcolare il pH della soluzione.
Prima di tutto occorre trasformare il volume di idrogeno in moli per verificare se i reagenti sono in
quantità stechiometrica o se uno di loro è reagente limitante. Come si può vedere dai calcoli che
seguono, le moli di H2 sono effettivamente 0.6, uguali a quelle di cloro ma non era assolutamente
scontato come è stato erroneamente ritenuto da molti che ne hanno omesso il calcolo. A questi non
è venuto in mente che l’avere dato la quantità di H2 in volume e non direttamente in moli aveva un
qualche motivo? A cosa è servito il dato 13.448 L? La via più semplice era quella di applicare
l’equazione di stato dei gas ideali. Quelli che si sono serviti della densità in vario modo non hanno
sbagliato ma sono stati troppo macchinosi.
moliH2:
Da PV = nRT
n = PV/RT
molH2 = 1atm · 13.448L / 0.08206 atm L mol-1 K-1 · 273.15K = 0.59996 = 0.6
Da: H2 + Cl2
2HCl
0.6H2 + 0.6Cl2
2· 0.6HCl = 1.2HCl
Reazione di sintesi Redox. Infatti l’idrogeno passa da H20 a 2H+1 e il cloro da Cl20 a 2Cl-1
L’idrogeno si ossida e agisce da riducente mentre il cloro si riduce agendo da ossidante.
N.B.: +1 per l’H e -1 per il Cl non sono, in questo caso, le cariche degli ioni ma i rispettivi
numeri di ossidazione che assumono nel composto molecolare HCl e non ionico come ritenuto da
alcuni. Solo quando viene disciolto in acqua HCl subisce da parte di quest’ultima la dissociazione
in ioni H+ e Cl- che contemporaneamente vengono idratati a H3O+(aq) e Cl-(aq)
[HCl] = mol HCl / V(L)soluzione
Piohè HCl + H2O
-3
-1
[HCl] = 1.2 mol/ 1000L = 1.2 ·10 mol L
H3O+(aq) + Cl-(aq)
è totalmente dissociato
[H3O+] = [HCl] = 1.2·10-3
-3
pH = -Log [H3O+] = -Log 1.2·10 = 2.92
N.B. pH e non Ph
8
Quanti mL di soluzione di HCl al 12.51% in peso e avente densità 1.060 Kg/L sono
necessari per preparare 1.5 L di soluzione 3.64x10-2M?
La sequenza con cui può essere svolto questo esercizio è molto soggettiva. Infatti si può iniziare a
calcolare quante devono essere le moli di HCl necessarie per preparare la soluzione finale (step a)
e successivamente calcolare la concentrazione molare della soluzione iniziale (stepb) da cui
prelevare il volume che contiene le moli di HCl richieste (step c). Alternativamente si può calcolare
prima la concentrazione della soluzione di partenza (step b) passare quindi allo (step a) ed infine
calcolare il volume incognito nello (step c).
a)
moliHCl richieste = 3.64·10-2 molL-1·1.5L = 5.46·10-2mol
b)
[HCl] soluz.iniziale = (1060 g L-1·12.51)/100·36.458 g mol-1 = 3.637 mol L-1 = Mi
c)
3. 637mol L-1·Vi = 5.46·10-2 mol
Mi·Vi = moliHCl richieste
Vi = 5.46·10-2 mol / 3. 637mol L-1 = 1.50·10-2 L = 1.50·10-2·103 mL = 15.0 mL
Un altra via può essere quella di partire dalla % della soluzione iniziale e trasformare i grammi di
soluto (HCl) presenti in 100 g soluzione in moli dividendoli per il P.M. di HCl.
Successivamente calcolare le moli di HCl richieste per preparare la soluzione finale e, attraverso
una proporzione, calcolare i grammi di soluzione iniziale da utilizzare. Questi grammi possono
essere infine trasformati in volume dividendoli per la densità della stessa soluzione espressa in
g/mL. In questo caso i calcoli sono:
a)
moliHCl in 100g di soluzione = 12.51 g/36.458 g mol-1 = 0.343 mol
b)
moliHCl richieste = 3.64·10-2 molL-1·1.5L = 5.46·10-2mol
c)
0.343mol : 100g(soluzione) = 5.46·10-2mol : Xg(soluzione)
Da cui:
Xg (soluzione) = 5.46·10-2mol·100g(soluzione)/ 0.343mol = 15.918
V(soluzione) = Xg(soluzione)/ densità(soluzione) = 15.918 g / 1.060 g mL-1 = 15.0 mL
9
7.68g di CaCO3 vengono messi in un becher contenente 750 mL di HCl 0.125M .
Quale massa di CaCl2 si forma? Avanza del carbonato di calcio alla fine della reazione?
Che volume di CO2 si ottiene se il gas viene raccolto a 25°C e alla pressione di 1 atm?
(P.F. CaCO3 = 100.09 g/mol)
Quando nell’esercizio è coinvolta una reazione è buona norma prima di tutto scrivere e bilanciare
l’equazione della reazione in base alla quale si imposteranno i calcoli successivi.
1)
CaCO3(s) + 2HCl(aq)
CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Per rispondere alle 1e due domande:
a)
Rapporto molare teorico: 2molHCl/1molCaCO3 = 2/1
b)
moliHCl = 0.125 mol L-1· 750·10-3L = 0.0938
c)
moli CaCO3 = 7.68 g / 100.09 g mol-1 = 0.0767
d)
Rapporto molare effettivo: 0.0938molHCl/0.0767molCaCO3 = 1.22
Poiché il rapporto molare effettivo è minore di quello teorico si ha che HCl è il reagente limitante
e pertanto i calcoli vanno basati sulle moli di questo reagente.
e)
Fattore stechiomentrico 1mol CaCl2 /2mol HCl = 1/2
f)
mol CaCl2 = mol HCl · 1/2 = 0.0938 · 1/2 = 0.0469
g)
grammiCaCl2 = molCaCl2 P.F.CaCl2 = 0.0469 · 110.98 g mol-1 = 5.20g
h)
mol CaCO3 consumate = molCaCl2 prodotte = 0.0469
i)
grammi CaCO3 consumate = molCaCO3 · P.F. CaCO3 =
0.0469 mol · 100.09 g mol-1 = 4.69
l)
grammiCaCO3residui = 7.68 g – 4.69 g = 2.99g
Per rispondere alla 3e domanda:
m)
Fattore stechiomentrico 1mol CO2 /2mol HCl = 1/2
n)
mol CO2 = mol HCl · 1/2 = 0.0938 · 1/2 = 0.0469
Da:
o)
PV = nRT
V = nRT/V
V = (0.0469 mo l· 0.08206 atm L mol-1 K-1 · 298.15K )/1atm = 1.147 L
Anche questo esercizio poteva essere risolto con sequenze di calcoli diverse da quella adottata
qui. Tuttavia , quando è coinvolta una reazione, è buona norma iniziare sempre con la scrittura ed
il bilanciamento della equazione corrispondente.
Successivamente, attraverso il confronto dei rapporti molari teorici ed effettivi, si controlla se vi è
qualche reagente limitante e, in tal caso, si basano su di esso i calcoli relativi alla reazione.
10 a) Indicare l’ibridazione degli atomi di C, O, e N nei seguenti composti:
b) Indicare la geometria delle rispettive molecole e se sono polari o apolari
NH3 (polare)
H2O (polare)
CH4 (apolare)
H2C=CH2 (apolare)
Ammoniaca
acqua
metano
etilene o etene
sp3, piramide a
sp3, angolare
sp3, tetraedrica
sp2 bitriangolo
base triangolare
planare (angoli 120’)
O=C=O (apolare)
Biossido di carbonio
o anidride carbonica
sp, lineare
HC CH (apolare)
acetilene o etino
sp, lineare
N.B. le coppie elettroniche solitarie non determinano la geometria della molecola ma ne
influenzano solo gli angoli di legame. Non si deve confondere la geometria delle coppie
elettroniche che stanno attorno all’atomo centrale con la geometria della molecola che è quella
determinata esclusivamente dalla posizione dei suoi atomi nello spazio. Perciò, per es., in NH3 la
geometria delle coppie elettroniche attorno all’azoto è di tipo tetraedrico, distorto a causa di una
coppia elettronica solitaria sull’atomo di azoto, ma la geometria della molecola è piramidale a
base triangolare ovvero (trigonale piramidale) con angoli di H-N-H di 107.5, sempre a causa
della presenza della coppia solitaria. Nell’acqua ancora una volta la geometria delle coppie
elettroniche è di tipo tetraedrico distorta ma la molecola è angolare o piegata V. pag.371.
11 Con l’aiuto della Fig 12.17 di pag 574 rispondere alle seguenti domande:
a) Qual è la pressione di vapore dell’etere dietilico a 20°C?
b) Disporre i tre composti in ordine di forza intermolecolare crescente
c) Se la pressione all’interno di un contenitore è di 400 mmHg e la temperatura è di 40°C,
qual è lo stato di aggregazione (liquido o gas) di ciascuno di questi tre composti?
Rispote:
a) 400mmHg
b) Etere dietilico < Etanolo < Acqua
c) Etere di etilico (gas)
Etanolo (liquido)
Acqua (liquido)
Esaminando le curve di pressione di vapore saturo di ciascuna sostanza si ha che, nei punti sopra
la rispettiva curva, la sostanza si trova allo stato liquido mentre, nei punti sotto, essa si trova allo
stato di vapore. Es.: nelle condizioni di temperatura e pressione indicate dal punto blu, l’etere di
etilico è allo stato di vapore mentre l’etanolo e l’acqua sono liquidi; nelle condizioni del punto
rosso etere di etilico ed etanolo sono allo stato di vapore ma l’acqua è ancora liquida. Affinché
l’acqua possa trasformarsi in vapore alla stessa pressione esterna dei due casi precedenti
(400mmHg) occorre portare la temperatura a valori superiori a quella indicata dalla linea
tratteggiata rossa ( T > di circa 85°C). Nelle condizioni che coincidono con i punti della curva
ciascuna sostanza si trova in equilibrio dinamico in entrambi gli stati liquido e vapore