Politecnico di Milano – Chimica Generale
o
1° sem. Data: 22/11/2016 “1 scritto”
Cognome/Nome_________________________________
N° matricola
__________________________
N.B. Fornire obbligatoriamente una giustificazione della risposta e/o delle formule utilizzate.
1. Qual è il valore delle espressioni
2
-4
-2
a) [(2.4410 )(1.510 )]:(9.18210 ) = 0.40
-2
b) 105. mmHg + 7.71 torr - 3.1210 atm =
89. mmHg oppure 0.117 atm o
7. Calcolare la molarità di una soluzione di KOH
ottenuta miscelando 95.0 ml di KOH 0.220 M
con 35.0 ml di KOH 0,400 M, assumendo che i
volumi siano additivi. Determinare il pH della
soluzione finale risultante.
2. La capacità termica specifica cp del metanolo
-1
-1
(CH3OH) a 0°C vale 0.579 cal·g ·°C .
Calcolare questa capacità in chilojoule per
-1
-1
chilogrammo per grado kelvin (kJ·kg ·K ).
mol1 + mol2 = molTOT e quindi M = molTOT /VTOT
mol1 = 0.0950 l × 0.220 mol/l = 0.0209 mol
mol2 = 0.0350 l × 0.400 mol/l = 0.0140 mol
M = 0.0349 mol /0.1300 l = 0.268 M
pH = 14+log0.268 = 13.4
-1
-1
3
-1
-1
0.579 cal·g ·°C = 2.42×10 kJ·kg ·K
8. Quali dei seguenti composti sono verosimilmente
di natura ionica e quali sono molecolari:
COCl2, CsF, BaO, B(CH3)3, TiCl4, HClO3?
Mol. Ion. Ion. Mol.
Mol. Mol
3. Quale dei seguenti simboli fornisce più
88
2+
2+
informazioni su uno ione: Sr or 38Sr ?
b) Stabilire la configurazione elettronica dello
ione. c) Questo ione rappresenta l’isotopo più
abbondante dell’elemento Sr?
88
Spiegare la scelta.
In base al delta di elettronegatività dei legami.
2+
a) Sr perché indica uno specifico isotopo
2
2
6
2
6
2
10
6
b) gas nobile Kr [Kr] 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
c) si, perché 88 è circa la massa atomica di Sr.
9. Nella riduzione di 884 g di Fe2O3 con carbone in
eccesso si sono ottenuti 507 g di Ferro metallico.
Scrivere la reazione che avviene e stabilire qual
è la resa percentuale del processo.
23
4. Il bombardamento con neutroni di Na produce
un isotopo che è un emettitore beta (b).
a) Scrivere la prima reazione nucleare.
b) Scrivere la seconda reazione corrispondente
al decadimento radioattivo per emissione beta.
2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2
g Fe2O3 → mol Fe2O3 → “mol Fe” → g Fe
resa teorica:
a) Na + n → Na + γ
24
24
b) Na → Mg + β
23
1
24
884 g Fe2O3 ×
5. Lo iodio-131 è un isotopo radioattivo usato in
medicina. Determinare il numero di neutroni,
131
protoni ed elettroni in un singolo ione di I‾.
1mol Fe2O3
4mol Fe
55.85gFe
×
×
=
618 g
159.7 g Fe2O3 2mol Fe2O3 1mol Fe
resa percentuale:
resa reale
507 g
Resa%=
× 100=
× 100= 82.0%
resa teorica
618 g
Per Io iodio Z = 53, quindi 53 protoni. Dato che
la carica dello ione è -1 ci saranno 54 elettroni,
mentre il numero di neutroni è 78 (= 131-53).
10. Se si fa reagire 3.33 g di CaCl2
con 8.50 g di AgNO3 e si
ottengono 5.63 g di AgCl, qual
è la resa %? Scrivere la
stechiometria della reazione.
6. L’acido acetico glaciale è un liquido con una
-1
d=1.059 g·ml . Calcolare quale volume di acido
acetico glaciale occorre prelevare per avere
250.0 ml di una soluzione acquosa 0.100 M.
Calcolare la frazione molare e la molarità della
-1
soluzione iniziale. (MW CH3COOH = 60.05 g·mol )
CaCl2(aq) + 2 AgNO3(aq) → 2 AgCl(s) + Ca(NO3)2(aq)
• Calcolare le masse formule
• Convertire i g in moli
• Verificare se c’è un reagente limitante (AgNO3)
• Calcolare la resa teorica
• Calcolare la resa %.
1 l di acido acetico pesa 1059 g [dei quali il 100%
è CH3COOH (χ = 1)]. 1059 g/l / 60.05 g/mol =
17.6 M (molarità di CH3COOH glaciale)
Poiché V1 × C1 = V2 × C2, si avrà: 0.100 M ×
0.250 l = 17.6 M × C2 da cui C2 =1.42 ml. 1.42 ml
di CH3COOH glaciale si devono portare a 250 ml.
Si otterrà una soluzione di acido acetico 0.100 M.
Resa%
=
1
resa reale
5.63g
× 100
=
× 100
= 78.5%
resa teorica
7.17 g
16. L’entalpia di sublimazione (solido → gas) del
-1
ghiaccio secco (CO2(s)) è ∆H°sub = 571 kJ·kg
a – 78.5°C. Se 125.0 J di calore vengono
trasferiti da un cubo di ferro ad un blocco di
ghiaccio secco a -78.5°C, che volume di CO2
-1
gas (d = 1.98 g·L ) si genererà?
11. Mettere in ordine di raggio ionico (dal più
piccolo al più grande) i seguenti atomi e ioni:
2+
+
a) Ca ; b) Cl‾ ; c) I ; d) Na
(spiegare la scelta)
La sequenza è Na ≈ Ca < I < Cl‾ in base ai
raggi ionici ed atomici. (0.97, 0.99, 1.33 e 1.81)
I primi due uguali perché in relazione diagonale e
Iodio atomo minore di Br ione perché non carico.
+
12. Un campione di
35
16
2+
571 kJ 1000 J
×
=5.71 × 105 J ⋅ kg −1
kg
1 kJ
S radioattivo si disintegra a
7
125.0 J ×
-1
una velocità di 1.00×10 atomi·min . L’emivita di
questo isotopo è di 87.9 giorni. Quanto tempo ci
vorrà perché l’attività del campione diminuisca
-1
fino a produrre 104 diss.·min ?
-3
-1
t1/2 = 0.693/k da cui k = 7.88×10 giorni .
Quindi si applica l’equazione ln(Nt/N0) = -kt con
Nt/N0 = 104/10000000 da cui tfin = 1456 giorni
1 kg
1000 g
1L
×
×
=
0.111 L
5
5.71 × 10 J
1 kg
1.98 g
17. Un campione di acido acetico (CH3CO2H) è
bruciato in una bomba calorimetrica liberando
5228 calorie. La temperatura del calorimetro
aumenta di 4,39 °C. Calcolare la capacità
-1
termica del calorimetro in kJ·K .
Capacità termica = calore assorbito/T
13. Predire i prodotti, bilanciare, e quindi scrivere le
equazioni ioniche nette per le seguenti reazioni
(fare uso delle regole di solubilità):
C=
A. (NH4)2CO3(aq) + Ca(NO3)2(aq) → CaCO3(s) +
2 NH4NO3(aq)
22+
Ionica netta Ca (aq) + CO3 → CaCO3(s)
5228 cal 4.184 J
1 kJ
×
×
= 4.98 kJ ⋅ K −1
4.39 K
1 cal
1000 J
18. Se un sistema gassoso compie lavoro per 325 J
alla pressione di 1 atm e 298 K, qual è la
variazione di volume del sistema?
B. K2S(aq) + FeCl2(aq) → FeS(s) + 2KCl(aq)
22+
Ionica netta S (aq) + Fe (aq) → FeS(s)
Poiché 1 litro×Atm = 101.33 J, la quantità di
-1
lavoro è 325 J × 101.33 L·Atm·J = 3.207
L·Atm ma W = - P·∆V per cui ∆V = 3.21 L
C. 2KMnO4(aq) + 10HI(aq) → 5I2 + 2Mn(OH)2 +
+ 2KOH + 2H2O
+
Ionica netta: 2MnO4‾(aq) + 10I‾(aq) + 10H → I2(s) +
2+
+ 2Mn + 6OH‾ + 2 H2O
19. Determinare il ∆H° per la reazione (dopo aver
stabilito i coefficienti stechiometrici x, y, z e t)
1 N2H2(l) + 1 H2O2(l) → 1 N2(g) + 2 H2O(l)
dai dati seguenti:
14. Il nitrato di idrossilammonio contiene 29.17 % in
massa di N, 4.20 % in massa di H, e 66.63 %
massa di O. Qual è la sua formula minima e la
probabile formula molecolare?
Su 100 g di composto ci ha: mol H = 4.20/1.008;
mol N = 29.17/14.01 e mol O = 66.63/16.00
Formula minima H2NO2. Dovendo contenere lo
ione nitrato (NO3 ) la forma probabile è H4N2O4.
N2H2(l) + 1/2O2(g) → N2(g) + H2O(l) ∆H°= - 622.2 kJ
H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l)
∆H°= - 285.8 kJ
H2(g) + O2(g) → H2O2(l)
∆H°= - 187.8 kJ
(x = 1, y = 2, z = 1, t = 4)
Bilancio energetico secondo la legge di Hess:
reaz. = reaz.1 – reaz.3 + reaz.2 = - 720.2 kJ
15. Riempire le caselle vuote della tabella:
20. Il composto idruro di calcio è una base forte e in
acqua si trasforma in Ca(OH)2 liberando idrogeno
gas. a) Scrivere la reazione; b) stabilire il pH della
soluzione ottenuta aggiungendo 1.00 grammi di
idruro di calcio a 1 litro di acqua (ritenere nulla la
variazione di volume della soluzione).
Composto
CaSO4·H2O
Nome
Catione Anione
Solfato di calcio
Ca2+
SO42diidrato
CH3CH2CH3
Propano
Na2O2
Perossido di sodio
Na+
O22Ca[Al(OH)4]2
Tetraidrossoalluminato Ca2+
[Al(OH)4]‾
di calcio
HIO4
Acido periodico
H+ (in
IO4‾ (in
H2O
H2O
Fe(CO)5
PentacalbonilFerro
Sr3(PO4)2
Fosfato di stronzio
Sr2+
PO43‾
TiO(NO3)2
Nitrato di titanile
TiO2+
NO3‾
[CoBr(NH3)5]SO4
Solfato di bromo[CoBr(N SO42pentamminocobalto(III) H3)5]2+
SiO2 (polim. cov.)
Biossido di silicio
NaN3
Nitruro di sodio
Na+
N3Cs3[Mn(CN)6]
Esacianomanganato di
Cs+
[Mn(CN)6]3cesio
CaH2(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + H2(g)
-1
moli CaH2 = 1.00g/42.094g·mol = 0.0238 moli
moli Ca(OH)2 = moli CaH2 = 0.0238 moli
Molarità [OH‾] = (2 × moli Ca(OH2) / V = 0.0475 M
pOH = - log [OH‾] = 1.32; pH = 14 – pOH = 12.68
2
26. Nella reazione “A → prodotti”, si trova che [A]
= 0.485 M a t = 71.5 s e 0.474 M a t = 82.4 s.
Qual è la velocità media della reazione in tale
intervallo?
21. Una soluzione acquosa al 60% in peso di acido
perclorico ha una molarità di 9.20 M.
Determinare: a) la densità della soluzione; b) la
molalità della soluzione; c) la frazione molare
dell'acido perclorico.
v = - ∆[A]/∆t = - (0.474-0.485)/(82.4-71.5) = 0.0010 M·s-1
100 g della soluzione contengono 60 g di HClO4.
-1
moli di HClO4 = 60g/100.46 g·mol = 0.60 moli
Il volume della soluz. contenente 0.60 moli è:
-1
0.60mol/9.20mol·L = 65 ml; per cui la densità è
-1
d = 100 g/65 ml = 1.54 g·ml .
La molalità è = moli soluto/1000 g solv. = 15 m
27. Si misura la costante di velocità della reazione
H2(g) + I2(g) → 2 HI(g) a 2 diverse temperature e
-4
-1 -1
-2
vale k = 5.4×10 M ·s a 599 K e k = 2.8×10
-1 -1
M ·s a 683 K. Calcolare l’energia di attivazione
e il parametro A della reazione.
k
Ea 1 1
-4
=
ln 1
− -3.95R = - Ea ×2.05×10
k2
R T2 T1
22. Commercialmente, il gas NO si produce per
ossidazione di NH3 secondo la reazione da
bilanciare: x NH3(g) + y O2(g) → z NO(g) + t H2O(g)
In un certo esperimento 17.0 g di ammoniaca
reagiscono con 22.8 g di ossigeno.
a) Qual è il reagente limitante? ___________
________________________(riportare i conti)
b) Se la resa del processo è dell’88%, quanto
NO si produce?
5
-1
-1
Ea = 1.60×10 J·mol . essendo R = 8.315 J·mol ·s
-1
28. Lo ione OH‾ è coinvolto nella reazione tra ione
ioduro e ione ipoclorito ma non è consumato.
OH‾
ClO‾ + I‾ → IO‾ + Cl‾
a) Dai dati della tabella determinare l’ordine di
reazione rispetto a ClO‾ ; I‾ e OH‾
b) Scrivere l’equazione cinetica e determinare il
valore della costante di velocità k.
(x = 4, y = 5; z = 4; t = 6)
a) Reagente limitante O2 moli 1/5×(22.8/32.0)
< di NH3 moli 1/4×(17/17)
b) moli NO = 4/5 moli O2 = 4/5×(22.8/32.0) =
0.57 moli pari a 17.1 grammi di NO teorici;
grammi reali di NO = 17.1 × 0.88 = 15.0 g
23. Stabilire la stechiometria individuando le forme
ossidate e ridotte (con i relativi numeri di
ossidazione) per la reazione:
+2 +5
+4
0
+2 +4
2 Ca3(PO4)2(s) + 6 SiO2(s) + 10 C(s) → 6 CaSiO3(s)
+2
0
+ 10 CO(g) + P4(s)
[ClO‾], M
[I‾], M
[OH‾], M
0.0040
0.0020
0.0020
0.0020
0.0020
0.0020
0.0040
0.0020
0.0020
0.0020
1.00
1.00
1.00
0.50
0.25
Vel. formaz
-1
IO‾, M·s
-4
4.8×10
-4
5.0×10
-4
2.4×10
-4
4.6×10
-4
9.4×10
Dal confronto tra la prima e la terza riga, a parità di
I‾ e OH‾ il ClO‾ raddoppia, ma la velocità della
terza è la metà della prima. Perciò la reazione è di
primo ordine in [ClO‾]. Ragionando analogamente
tra la quarta e la quinta riga, dimezzando [OH‾] la
velocità raddoppia, per cui l’ordine di reazione è -1
per [OH‾]. Infine tra la terza con la seconda riga la
velocità raddoppia raddoppiando [I‾] per cui
l’ordine rispetto a I‾ è +1.
24. In quale dei seguenti processi la variazione di
energia costituisce l’affinità elettronica della
specie con simbolo M? (spiegare)
A. M (g) → M(g) + e
B. M(s) + e → M (g)
C. M(g) + e → M (g) fase gas e acquisto elettrone
D. M (s) → M(g) + e
La legge cinetica è perciò:
v=k
[ClO − ] ⋅ [I − ]
[OH − ]
Ordine totale di reazione = 1+1-1 = 1
Usando i dati del primo esperimento e la legge
-1
cinetica si recupera k = 60. s
25. L’etilene reagisce con l’ossigeno per formare
ossido di etilene, C2H4O.
2 C2H4(g) + O2(g) → 2 C2H4O(l)
Se si fanno reagire 20.0 g di etilene e 10.5 g di
ossigeno, quale reagente è in difetto? Se la
reazione ha una conversione del 90%, quanti
grammi di prodotto si formano? Quanto
ossigeno rimane non reagito?
29. Alcune reazioni in fase gas su catalizzatori
eterogenei sono di primo ordine a bassa
pressione del gas e di ordine zero a pressioni
elevate. Sapreste suggerire una spiegazione
del fenomeno?
Il reagente in difetto è l’ossigeno perché:
(20.0/28.0):2 > (10.5/32.0):1
Grammi di prodotto = 2×(10.5/32.0)×44.0×0.9 =
26.0 g
Ossigeno rimasto 10% dell’iniziale = 1.05 g
E’ legato alla saturazione del catalizzatore da
parte del gas reagente (OR=0). La cinetica
dipende da quanto i siti catalitici sono
disponibili per la reazione. A bassa pressione
l’adsorbimento sui siti è più lento della
reazione sul catalizzatore e quindi l’ordine è 1.
3
30. La reazione 2 O3(g) → 3 O2(g) una legge
cinetica semplificata del secondo ordine in O3
e ordine -1 in O2. Proporre per la reazione un
meccanismo a due stadi consistente in un
primo stadio veloce e reversibile, seguito da un
secondo lento.
Un possibile meccanismo è :
stadio 1 O3 a O2 + O veloce (k1 e k-1)
stadio 2 O + O → O2 lento (k2)
La velocità complessiva è legata allo stadio
lento v = k2[O]·[O2]. Applicando lo stato
stazionario all’atomo O si ricava [O]:
2
d[O]/dt = k1[O3] – k-1[O][O2] – k2[O] = 0
e in prima approssimazione, trascurando
l’ultimo termine perché piccolo, si ha:
[O] = k1[O3]/(k-1[O2]) da cui si recupera la
2
velocità = k3·k1·[O3] /(k-1[O2]) come indicato.
4
