I esonero per Fisica - Dipartimento di Chimica

Facoltà di Scienze M. F. N. - Corso di Laurea in Fisica e Fisica ed Astrofisica
I Esonero di Chimica 05/05/2008
Compito A
ESERCIZIO 1:
Calcolare quanti grammi di pentacloruro di arsenico puro occorrono per preparare 35.0 g di
pentasolfuro di diarsenico secondo la reazione seguente, da bilanciare:
AsCl5(s) + H2S(g) → As2S5(s) + HCl(g).
ESERCIZIO 2:
12.5 g di butano reagiscono con ossigeno molecolare producendo anidride carbonica ed acqua
secondo la reazione da bilanciare:
C4H10(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g).
a) Bilanciare la reazione. Come viene classificata questo tipo di reazione?
b) Calcolare il volume di ossigeno, misurato alla temperatura di 30.0°C ed alla pressione di 1.25
atm, necessario per portare la reazione a completamento.
ESERCIZIO 3:
Bilanciare e completare la seguente reazione redox in ambiente acido col metodo ionico elettronico,
in forma ionica e molecolare:
AsH3(g) + I2(s) → H3AsO4(aq) + I-(aq).
Calcolare quanti grammi di iodio occorrono per far reagire completamente un volume pari a 50.5
mL di arsina, AsH3(g), misurato alla temperatura di 25.0°C ed alla pressione di 1.00 atm.
ESERCIZIO 4:
Scrivere le formule di struttura dei seguenti composti indicando: la geometria, l’ibridazione
dell’atomo centrale, gli angoli di legame ed eventuali risonanze:
ione solfito; diossido di carbonio; ione perclorato;
acido nitroso; pentacloruro di fosforo; ammoniaca
ESERCIZIO 5:
Scrivere il diagramma energetico degli orbitali molecolari e la configurazione elettronica della
molecola ione B2+ indicando ordine di legame ed eventuale paramagnetismo dello ione.
Confrontare e commentare brevemente l’eventuale magnetismo, l’ordine e la distanza di legame
della molecola ione B2+ con quelli della molecola B2.
(costante dei gas R = 0.0821 L atm K-1 mol-1)
È consentito l’uso della calcolatrice e della tabella periodica
Facoltà di Scienze M. F. N. - Corso di Laurea in Fisica e Fisica ed Astrofisica
I Esonero di Chimica 05/05/2008
Compito B
ESERCIZIO 1:
Facendo reagire acido solfidrico con ossido ferrico si ha la formazione di Fe2S3 ed H2O. Bilanciare
la reazione:
Fe2O3(s) + H2S(g) → Fe2S3(s) + H2O(l).
Quante moli di Fe2S3 si formano facendo reagire 3.00 moli di acido solfidrico e 3.00 moli di ossido
ferrico?
ESERCIZIO 2:
12.5 g di propano reagiscono con ossigeno molecolare producendo anidride carbonica ed acqua
secondo la reazione da bilanciare:
C3H8(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g).
a) Bilanciare la reazione. Come viene classificata questo tipo di reazione?
b) Calcolare il volume di ossigeno, misurato alla temperatura di 30.0°C ed alla pressione di 1.25
atm, necessario per portare la reazione a completamento.
ESERCIZIO 3:
Bilanciare e completare in forma ionica e molecolare la seguente reazione redox in ambiente basico
per NaOH, col metodo ionico elettronico:
CrCl3(aq) + NaNO2 (aq)
→
CrO42-(aq) + NO(g).
Calcolare quanti grammi di tricloruro di cromo occorrono per ottenere 20.0 mL di monossido di
azoto, misurato alla temperatura di 28.0°C ed alla pressione di 1.10 atm.
ESERCIZIO 4:
Scrivere le formule di struttura dei seguenti composti indicando: la geometria, l’ibridazione
dell’atomo centrale, gli angoli di legame ed eventuali risonanze:
ione ammonio; diossido di zolfo; ione periodato;
acido fosforico; esafluoruro di zolfo; dicloruro di berillio
ESERCIZIO 5:
Scrivere il diagramma energetico degli orbitali molecolari e la configurazione elettronica della
molecola ione Be2- indicando ordine di legame ed eventuale paramagnetismo dello ione.
Confrontare e commentare brevemente l’eventuale magnetismo, l’ordine e la distanza di legame
della molecola ione Be2- con quelli della molecola Be2.
(costante dei gas R = 0.0821 L atm K-1 mol-1)
È consentito l’uso della calcolatrice e della tabella periodica
Soluzioni Compito A (I esonero CHIMICA 05/05/2008)
1)
2 AsCl5(s) + 5 H2S(g) → As2S5(s) + 10 HCl(g)
PM(As2S5) = (74.92x2 + 32.06x5) = 310.14 u.m.a.; n(As2S5) = 35.0/310.14 = 0.1129 mol ;
n(H2S) = 5 n(As2S5) = 0.5643 mol; V(H2S) = n(H2S) RT/p = 0.5643x0.0821x298.15/1.10 =12.6 L
n(AsCl5) = 2 n(As2S5) = 0.2257 mol; PM(AsCl5) = 74.92+(35.45x5) = 252.17 u.m.a.;
m(AsCl5) = n(AsCl5)x PM(AsCl5) = 0.2257x252.17 = 56.9 g.
2)
2 C4H10(g) + 13 O2(g) → 8 CO2(g) + 10 H2O(g) (combustione)
PM(C4H10) = (12.01x4 + 1.008x10) = 58.12 u.m.a.; n(C4H10) = 12.5/58.12 = 0.2151 mol ;
n(O2) = 13/2 n(C4H10) = 1.398 mol; V(O2) = n(O2) RT/p = 1.398x0.0821x303.15/1.25 =27.8 L.
3) AsH3 + 4 H2O → H3AsO4 + 8 e- + 8 H+
I2 + 2 e-
→ 2I-
(ossidazione)
x 4 (riduzione)
AsH3(g) + 4 I2(s) + 4 H2O(l) → H3AsO4(aq) + 8 I-(aq) + 8 H+(aq)
AsH3(g) + 4 I2(s) + 4 H2O(l) → H3AsO4(aq) + 8 HI(aq)
forma ionica
forma molecolare
n(AsH3) = PV/RT = 1x0.0505/(0.0821x298.15) = 2.063 x 10-3 mol;
n(I2) = 4 n(AsH3) = 8.252 x 10-3 mol; PM(I2) = 253.81 u.m.a.; m(I2) = n(I2) x PM(I2) = 2.09 g.
4) SO32-, CO2, ClO4-, HNO2, PF5, NH3.
5) B2+ (5 elettroni) configurazione elettronica: (2s)2 (2s)2 (2p)1; O.L. = 0.5, paramagnetica.
B2 (6 elettroni) configurazione elettronica: (2s)2 (2s)2 (2p)1 (2p)1; O.L. = 1, paramagnetica
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Soluzioni Compito B (I esonero CHIMICA 05/05/2008)
1)
Fe2O3(s) + 3 H2S(g) → Fe2S3(s) + 3 H2O(l).
Rapporto stechiometrico moli Fe2O3 : moli H2S = 1 : 3, l’acido solfidrico reagisce tutto (è il
reagente limitante) e l’ossido ferrico rimane in eccesso.
Rapporto stechiometrico moli H2S : moliFe2S3 = 3 : 1, quindi da 3.00 moli di acido solfidrico si
forma 1.00 mole di Fe2S3
PM(Fe2S3) = (55.85 x 2 + 32.06 x 3) = 207.88 u.m.a.; 1 mole x PM =
2)
C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g)
207.88 g di Fe2S3
(combustione)
PM(C3H8) = (12.01x3 + 1.008x8) = 44.09 u.m.a; moli propano = n(C3H8) = 12.5/58.12 = 0.2835
mol ;
rapporto stechiometrico moli O2 : moli propano = 5 : 1
n(O2) = 5 n(C4H10) = 1.418 mol; V(O2) = n(O2) RT/p = 1.418 x 0.0821 x 303.15 / 1.25 = 28.2 L.
3)
NO2- + H2O + e →
NO +
Cr-3+(aq) + 8OH- →
CrO42- +
+ 2OH4H2O +3e
(riduzione) x3
(ossidazione)
Cr-3+(aq) + 2OH- + 3 NO2→
CrO42- + 3 NO + H2O
forma ionica
Cr Cl3(aq) + 2NaOH + 3 NaNO2 → Na2CrO4 + 3 NO + H2O + 3NaCl forma
molecolare
PV = nRT, assumendo comportamento ideale, 20.0 mL di NO corrispondono a n moli = PV/RT
p = 1.1 atm, t = 301.15K V = 20 x 10-3L
n = 0.889 x 10-3 moli NO
dal bilanciamento moli NO : moli Cr Cl3 = 3 : 1 ; moli Cr-Cl3 = 0.296 x 10-3 moli
PM (Cr-Cl3) = 158.35 da cui Cr-Cl3 = 46 x10 -3 grammi
4) NH4+ , SO2, IO4-, H3PO4, SF6, BeCl2
5) Be2- (5 elettroni) configurazione elettronica: (2s)2 (2s)2 (2p)1 ; O.L. = 0.5; paramagnetica.
Be2 (4 elettroni) configurazione elettronica: (2s)2 (2s)2 ; O.L. = 0; non esiste la molecola.
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