esempio di test d`esame

{Reazioni di neutralizzazione}
Calcolare il pH risultante dalla miscela di 0.1 litri di una soluzione 0.4 M di acido
nitrico (HNO3 ) con 0.2 litri di una soluzione 0.6 M di idrossido di bario
(Ba(OH)2 ).
Svolgimento:
HNO3
H+ + NO3Calcoliamo le moli H+
Mol H+ : 0.1 (L) x 0.4 (mol/L) = 0.04 mol H+
Ba(OH)2
Ba2+ + 2OHMol OH = 2xmol Ba(OH)2
Mol OH- = 2x(0.2 (L) x (0.6 mol/L)) = 0.24 mol OHH+ + OHH2O
Gli ioni OH- sono in eccesso
Mol OH- eccesso = 0.24 – 0.04 = 0.20 mol OHLa concentrazione molare finale di OH- = mol OH- /Vtot = 0.20/0.3 = 0.67 M
pOH = -Log(0.67) = 0.17
pH = 14-pOH = 13.83
{Equilibri di solubilità}
Calcolare la solubilità in g/l del sale piombo(II) solfato (PbSO4 ) avente
KPS=2.53x10-8 .
b) Calcolare la concentrazione in mol/l all'equilibrio di ioni Pb2+ e ioni SO42- .
Svolgimento:
PbSO4 Pb2+ + SO42S
S
Kps = [Pb2+][SO42-] = S2
S = (Kps)1/2 = (2.53x10-8)1/2 = 1.61x10-4 M
(mol/L)
MM(PbSO4) = MA(Pb)+MA(S)+4xMA(O) = 207 + 32 + 64 = 303 g/mol
Solubilità in g/L: 1.61x10-4 x 303 = 4.88x10-2 g/L
b) [Pb2+]=[SO42-] = S = 1.61x10-4 M
{Equilibri di solubilità con effetto ione comune}
a)Calcolare la solubilità in mol/l del sale bario molibdato avente KPS=3.54x10-8
in acqua pura.
b)Calcolare la solubilità dello stesso sale in presenza di una concentrazione
0.04 M di ioni Ba2+
Svolgimento:
BaMoO4 Ba2+ + MoO42Kps=S2
S = (Kps)1/2 = (3.45x10-8)1/2 = 1.85x10-4 M
b)
BaMoO4 Ba2+ + MoO42t0
0.04
/
∆
S
S
Teq
0.04+S
S
2+
2Kps=[Ba ][MoO4 ] = (0.04+S)(S)
Approssimiamo anche se l’equazione di secondo grado è semplice. Abbiamo
visto dal punto precedente che la concentrazione all’equilibrio di ioni è << 0.04
M
Kps= 0.04S
S = Kps/0.04 = 8.85x10-7
{Equilibri di solubilità con pH 1}
Calcolare il pH di una soluzione satura di idrossido di cadmio (Cd(OH)2 )
avente KPS=7.2x10-15 .
Cd2+ + 2OHS
2S
2+
- 2
Kps = [Cd ][OH ] = 4S3
S = (Kps/4)1/3 = 1.22x10-5 M
[OH-] = 2S = 2.44x10-5 M
pOH = -Log(2.44x10-5) = 4.61
pH = 14-pOH = 9.39
Cd(OH)2
{Equilibri di solubilità con pH 2}
Una soluzione satura di idrossido di ferro (II) (Fe(OH)2 ) ha pH=8.7 , calcolare il
KPS.
Fe(OH)2 Fe2+ +2OHpH = 8.7 = -Log[H+]
pOH = 14 – pH = 5.3 = -Log[OH-]
[OH-] = 10-5.3 = 5.01x10-6 M
Kps=[Fe2+][OH-]2
Fe(OH)2 Fe2+ +2OHS
2S
[OH-] = 2S
S = 2.5x10-6 M
Kps = 4S3 = 4(2.5x10-6)3 = 10-17
{pH acidi deboli 1}
Calcolare il pH di una soluzione 0.2 M di acido fosforico (H3PO4 ) avente
Ka1=7.52x10-3, Ka2=6.23x10-8, Ka3=1x10-13 .
Svolgimento
H3PO4 H+ + H2PO4- Ka1
Consideriamo solo la Ka1
Tentiamo di risolverlo con la formula approssimata
[H+] = (Ka1Ca)1/2 = (7.52x10-3 x 0.2)1/2 = 0.04 M
Il 10% di 0.2 è 0.02 che è < 0.04. quindi non possiamo utilizzare la formula
approssimata
H3PO4 H+ + H2PO4t0
Ca
/
/
∆
-X
X
X
teq
Ca-X
X
X
Ka1 = [H+][H2PO4-] / [H3PO4] = X2 / (Ca-X)
-X2 -Ka1X +Ka1Ca = 0
X = (Ka1 ± (Ka12+4Ka1Ca)1/2)/(-2) = (Ka1 ± 7.79x10-2)/(-2) = 3.5x10-2 M
(scartiamo la radice negativa)
pH = -Log(0.035) = 1.4
{pH acidi deboli 2}
Calcolare il pH di una soluzione ottenuta sciogliendo 4.3g di acido nitroso
(HNO2 ) in 1.9 litri di acqua. Ka=4.5x10-4 .
{pH basi deboli 1}
Calcolare il pH di una soluzione 1.5 M di etilammina (C2H5NH2) avente
Kb=4.7x10-4 .
{pH basi deboli 1}
Calcolare il pH di una soluzione ottenuta sciogliendo 36.5g di etilammina
(C2H5NH2) in 2.8 litri di acqua. Kb=4.7x10-4 .
C2H5NH2 + H2O OH- + C2H5NH3+
MM(C2H5NH2) = 2MA(C)+7MA(H)+MA(N) = 24+7+14 = 45 g/mol
Mol etilammina = 36.5g/ 45 g/mol = 0.81 mol
Conc. Molare di etilammina: 0.81/2.8 = 0.29 M =Cb
Proviamo con la formula approssimata
[OH-]=(KbCb)1/2 = (4.7x10-4 x 0.29)1/2 = 1.17x10-2
La concentrazione di OH- è << 0.29 M la soluzione approssimata vale.
pOH = 1.93
pH = 12
{Geometrie molecolari}
Scrivere le strutture dei composti SbH3, SbCl5, Cl2O5 giustificandone legami,
geometrie e polarità in base alle configurazioni elettroniche.
<esercizio svolto in classe>
SbH3 tetraedrico (polare), SbCl5 bipiramidale a base triangolare (apolare), Cl2O5
atomi di cloro tetraedrici (polare)
{Equilibri di idrolisi}
Scrivere le reazioni che avvengono per dissoluzione dei seguenti composti in
acqua e classificare le soluzioni risultanti come acide, basiche o neutre. HBr,
Be(OH)2, NaNO2, NH3, Cl2O
HBr + H2O
H3O+ + Br- (acida)
Be(OH)2
Be2+ + 2OH- (basica)
Na+ + NO2NaNO2
È un sale quindi deriva da un acido + base
Potrebbe derivare dalla reazione NaOH + HNO2
Na+ deriva da una base forte quindi non dà reazione con acqua
NO2- deriva da acido nitroso che è un acido debole
NO2- + H2O HNO2 + OH- (basica)
NH3 + H2O OH- + NH4+ (basica ammoniaca è una base di Lewis)
Cl2O è un ossido di un non metallo (ossido acido)
Cl2O + H2O
[H2Cl2O2]
2HClO
+
HClO + H2O H3O + ClO (acida)
{Equilibri di idrolisi + nomenclatura}
Scrivere le reazioni che avvengono per dissoluzione dei seguenti composti in
acqua e classificare le soluzioni risultanti come acide, basiche o neutre. solfito di
calcio, acido fluoridrico, idrossido di sodio, solfuro di sodio, idrossido di bario
Solfito di calcio (da acido solforoso, che è debole)
SO32- (H2SO3)
Ca2+
CaSO3
Ca2+ SO32Però SO32- deriva da un acido debole
SO32- + H2O HSO3- + OH- (basica)
HSO3- + H2O H2SO3 + OHAcido fluoridrico
HF + H2O H3O+ + F- (acida)
Idrossido di sodio
NaOH
Na+ + OH- (basica)
Solfuro di sodio
(deriva da acido solfidrico H2S S2Na2S
2Na+ + S2Ma S2- deriva da un acido debole
S2- + H2O HS- + OH- (basica)
HS- + H2O H2S + OH-
Na+)
Idrossido di bario
Ba(OH)2
Ba2+ + 2OH- (basica)
{Reazioni tra elementi}
Completare le seguenti reazioni giustificando, attraverso le configurazioni
elettroniche e le proprietà degli elementi, i prodotti che si formano (alcune
reazioni potrebbero portare alla formazione di più prodotti).
B + F2, H2 + O2, Be + Br2, Al + Br2, Na + H2
<esercizio svolto in classe>
BF3, H2O (H2O2), BeBr2, AlBr3, NaH
{Termodinamica da energie di legame}
Calcolare il valore approssimato dell'entalpia della seguente reazione
(bilanciare) indicando se la reazione è endo o esotermica:
HCHO + O2 --> CO2 + H2O
utilizzando le seguenti energie di legame (BDE):
C-C 94.0 kcal/mol, C=O 127.2 kcal/mol, H-H 104.3 kcal/mol, N-H 93.54
kcal/mol, O=O 119.2 kcal/mol, O-H 119 kcal/mol, C-H 105.1 kcal/mol, NN 225
kcal/mol
1) scrivere le formule di struttura di reagenti e prodotti
H
O
C
O
O
O
O
C
O
H
H
H
2) bilanciare la reazione
(la reazione è bilanciata)
3) calcolare l’energia di atomizzazione dei reagenti
∆Hatom = 2BDE(C-H)+BDE(C=O)+BDE(O=O) = 210.2 + 127.2 + 119.2 = 456.6
kcal/mol
4) calcolare l’energia guadagnata dalla formazione dei legami dei prodotti
∆Hguadagnato = 2BDE(C=O) + 2BDE(O-H) = 2(127.2)+2(119) = 492.4 kcal/mol
5) calcolare il ∆H della reazione:
∆Hreaz = 456.6 - 492.4 = -35.8 kcal/mol
la reazione è esotermica
{Termodinamica calcolo entalpia reazione da entalpie di formazione}
Calcolare l'entalpia della reazione (da bilanciare):
BaCO3(s) --> BaO(s) + CO2(g)
Conoscendo i valori:
∆H°f(BaCO3(s))=-1216 kJ/mol, ∆H°f(BaO(s))=-553.4 kJ/mol, ∆H°f(CO2(g))=393.51 kJ/mol
Svolgimento
(la reazione è bilanciata)
∆Hreaz = sommatoria(∆Hprodotti)-sommatoria(∆Hreagenti) =
∆H°(BaO)+∆H°(CO2) – ∆H°(BaCO3) = -553.4-393.51+1216 = 269 kJ/mol
(reazione endotermica)
{Termodinamica calcolo energia libera e Keq da entalpie e entropie standard}
Calcolare l'energia libera della reazione (da bilanciare) a 673 °C e dire se la
reazione è spontanea:
C(s) + SO3(g) --> CO(g) + SO2(g)
Conoscendo i valori di entalpie standard di formazione
∆H°f(SO3(g))=-395.77 kJ/mol, ∆H°f(CO(g))=-110.5 kJ/mol, ∆H°f(SO2(g))=-296.8
kJ/mol
e entropie S°(C(s))=+0.0057 kJ/molK, S°(SO3(g))=+256.77 J/molK,
S°(CO(g))=+0.1979 kJ/molK, S°(SO2(g))=+0.2485 kJ/molK
Calcolare inoltre il valore della costante di equilibrio a 946 K.
Energia libera (∆G): ∆G=∆H-T∆S
1 bilanciamo la reazione (la reazione è già bilanciata)
2 calcoliamo il ∆Hreazione = somma(∆Hprodotti)-somma(∆Hreagenti)
∆Hreaz = ∆H(CO)+∆H(SO2) – (∆H(C)+∆H(SO3)) =
-110.5 -296.8 – (0 -395.77) = -110.5-296.8+395.77 = -11.5 kJ/mol (esotermica)
3 calcoliamo il ∆S reazione
Ci accorgiamo che il valore di S° di SO3 è espresso in J/molK. Lo trasformiamo
in kJ/molK S°(SO3) = 0.25677 kJ/molK
∆Sreaz = somma(prodotti)-somma(reagenti) = S°(CO)+S°(SO2)-(S°(C)+S°(SO3))
= 0.1979+0.2485-(0.0057+0.25677) = 0.1839 kJ/molK
4 calcoliamo il ∆G reazione a 673 °C
∆G=∆H-T∆S = -11.5 – (673+273)(0.1839) = -185.4 kJ/mol (spontanea)
5 calcolare il valore della Keq a 946K
∆G=-RT lnKeq
lnKeq = -∆G/RT = 185.4/(8.31x946) = 2.35x10-2
Keq = e2.35x10^-2 = 1.02
{Decadimenti radioattivi, previsione tipo di decadimento}
Sapendo che 16O, 17O e 18O sono isotopi stabili , prevedere il decadimento
dei seguenti isotopi: 19O, 20O .
Svolgimento
16
8 O possiede 8 protoni 8 neutroni
19
O e 20O hanno un eccesso di neutroni rispetto alle specie indicate
Dato che possiedono un eccesso di neutroni decadranno con il decadimento
beta (n p+ + e- )
19
19
8O
8 X + beta
L’elemento con numero atomico 9 è F
19
19
8O
8 F + beta
20
8O
20
9F
+ beta
{Decadimenti alfa 1}
Scrivere il prodotto che si forma dal decadimento alfa dei seguenti nuclidi
radioattivi 252Cf, 239Pu
Svolgimento
252
4
98Cf
2He + X
Poiché neutroni e protoni si conservano
252
4
248
98Cf
2He +
96Cm
239
94Pu
4
2He
+
235
92U
{Decadimenti alfa 2}
Completare la seguente reazione di decadimento alfa:
X -->
235U + He (particella alfa)
Svolgimento
Il numero di protoni e neutroni si conserva, quindi possiamo scrivere, sapendo
che la particella alfa è un nucleo di elio con 2 protoni e 2 neutroni:
239
235
4
94 X
92U + 2He
Dalla tavola periodica vediamo che l’elemento chimico con numero atomico 94 è
il plutonio
X = Pu
{Analisi elementare, dalla formula alla percentuale in peso}
Calcolare la percentuale in peso degli elementi che costituiscono il composto
KMnO4 .
Svolgimento
Consideriamo 1 mol composto
1 mol di composto pesa MA(K)+MA(Mn)+4MA(O)= 159 g
1 mol di KMnO4 contiene
1 mol K che equivalgono a 40 g
1 mol Mn che equivalgono a 55 g
4 mol O che equivalgono a 64 g
%K = (40/159)100 = 25.1 %
%Mn = (55/159)100 = 34.6 %
%O = (64/159)100 = 40.25%
{Analisi elementare, dalla percentuale in peso alla formula}
Determinare la formula di un composto avente la seguente analisi elementare
Ba 58.89%, O 20.58%, Ti 20.53% e una massa molecolare di 233.19 g/mol
Consideriamo 100 g composto
In 100 g composto sono contenuti:
58.89 g Ba che corrispondono a 0.4298 mol
20.58 g O che corrispondono a 1.286 mol
20.53 g Ti che corrispondono a 0.4288 mol
Dividiamo per il numero più piccolo
Ba circa 1 O circa 3 Ti circa 1
(BaTiO3)n in realtà otteniamo la formula minima
Calcoliamo la MM di BaTiO3 otteniamo 232.88
Che è circa quella indicata sopra (233.19)
Quindi n = 233.19/232.88 = ∼1
La formula è
BaTiO3
Titanato di bario