Prova scritta di Chimica del 17/9/2004

Prova scritta di Chimica del 17/9/2004
(corso Prof. V. Di Castro)
1) In un recipiente chiuso e alla temperatura T, vengono messi a reagire CO2 alla pressione di 0,60
atm ed una quantità in eccesso di C. Si stabilisce l’ equilibrio:
C(s) + CO2 (g) ↔ 2CO (g)
e la pressione totale della fase gassosa diviene 0,84 atm. Calcolare il Kp di questa reazione.
C(s)
+ CO2 (g)
⇔
2CO(g)
0,60 – x
2x
0,84 = 0,60 + x
x = 0,24
Kp=
(2x)2
(0,48)2
------------- = ------------- = 0,64
0,60 – x
0,36
2) Si introducono la stessa quantità in moli di A e B in un recipiente del volume di 0,50 litri a
1000°K. Si stabilisce l'equilibrio gassoso:
A +B ⇔ C + D
All'equilibrio si sono formate 0,89 moli di D e le moli totali sono 3,00.
Quante moli di A bisogna aggiungere perché all'equilibrio si formi 1,00 moli di D?
ini
eq
eq
K=
A
+
B
x
x
x – 0,89
x – 0,89
0,61
0,61
⇔
C
+
0,89
0,89
D
0,89
0,89
x = 1,5
(0,89)2
0,79
------------- = ------------- = 2,13
(0,61)2
0,37
eq
2,13 = K =
A
x
+
B
0,5
(1,0)2
-------------x ⋅ 0,5
⇔
C
1,0
+
D
1,0
1,0
x = --------------- = 0,94
2,13 ⋅ 0,5
aggiunta = 0,94 – 0,5 = 0,44 moli
3) Scrivere le formule minime dei seguenti composti: ortosilicato di calcio, solfito di potassio,
carbonato di sodio, idrossido di alluminio, nitrato di magnesio, perclorato di calcio, idrogeno
solfuro di zinco, cloruro di calcio
Ca2SiO4, K2SO3, Na2CO3, Al(OH)3, Mg(NO3)2, Ca(ClO4)2, Zn(HS)2, CaCl2
4) Scrivere le formule di struttura, indicando ibridizzazione ed eventuali risonanze, dei seguenti
composti: CCl4, NF3, CH3CHO, HNO3, HSO3- , H4B2O5
5) Calcolare il pH di una soluzione 0,020 M di acido nitroso (Ka= 4,6 * 10 -4), prima e dopo
l'aggiunta di 120 milligrammi di nitrito di calcio. Il volume della soluzione è di 50 ml e non cambia
con l'aggiunta del sale.
[ H3O+]2
Ka = -----------------Ca – [H3O+]
pH = 2,52
0,120
Ca (NO2)2 = --------- = 9,08 ⋅ 10-4
132,1
aggiunta moli
Cs = 0,018 ⇒ C(NO3) = 0,036
[H3O+] ⋅ 0,036
Ka = ------------------0,020
[H3O+]= 2,56 ⋅ 10-4
pH = 3,59
6) Calcolare il pH di una soluzione 0,12 M di NH4Cl (Kb (NH3)= 1,8 x 10-5 ).
NH4+
+
H2O
⇔
NH3
+
H3O+
1 ⋅ 10-14
Ki = -------------- = 5,5 ⋅ 10-10
1,8 ⋅ 10-5
[ H3O+] = √ 5,5 ⋅ 10-10 ⋅ 0,12 = 8,1 ⋅ 10-6
pH = 5,09
Prova scritta del corso di Chimica per il corso di Laurea in Fisica 1/4/2005
(Prof.ssa V. Di castro)
1)
Alla temperatura di 700°K, in un recipiente chiuso del volume di 6 litri si stabilisce l’equilibrio:
C(s) + CO2 (g) ⇔ 2CO(g)
a) Sapendo che Kp = 10 e la pressione totale vale 4 atm, calcolare le pressioni parziali di CO
e CO2 e quanti grammi di solido hanno reagito.
b) Sapendo che la reazione è esotermica determinare che effetto avrà sull’ equilibrio i) un
aumento di temperatura ii) un aumento di pressione.
2)
Scrivere le formule minime dei seguenti composti: acido solforico, idrossido di alluminio,
ioduro di zinco, fosfato di sodio, solfito di alluminio, idrogeno carbonato di calcio, nitrato di
magnesio, ipoclorito di bario.
3)
Scrivere le formule di struttura, indicando ibridizzazione ed eventuali risonanze dei seguenti
composti: HClO3, H3BO3, HNO3, HCOOH, HSO3-, PH3
4)
Una soluzione 1,5 *10-2 M di un acido debole monoprotico ha pH = 3,5. Quanti milligrammi di
NaOH solido bisogna aggiungere a 100ml di questa soluzione per avere pH 5,0 ?
5)
Si calcoli il pH di una soluzione 0,25 M di NH4NO3, conoscendo
Kb (NH3)= 1,8* 10-5 e che HNO3 è un acido forte.
6)
Determinare se mescolando 100 ml di una soluzione 3,0 * 10-4 M di CaCl2 con 100 ml di una
soluzione 4,0 *10-3 M di NaF si forma un precipitato di CaF2 (Ks = 4,0 * 10-11)
Prova scritta del corso di Chimica per il corso di Laurea in Fisica 18/7/2005
(Prof.ssa V. Di Castro)
1) Calcolare la percentuale in peso di FeS2 contenuta in un campione di minerale, sapendo che l’
FeS2 contenuto in 55,40 g di questo minerale reagisce con 298,35 g di Na2O2 secondo la
reazione da bilanciare :
FeS2 + Na2O2 → Na2FeO4 + Na2SO4 + Na2O
2) A 303K, SO2Cl2 si decompone secondo la reazione di equilibrio:
SO2Cl2 ↔ SO2 + Cl2
con Kp = 2,90 * 10-2. Calcolare le pressioni parziali dei tre gas all’equilibrio quando 0,320 moli
di SO2Cl2 vengono scaldate a 303K sotto una pressione costante di 2,00 atm.
B) Determinare che effetto avrà sull’equilibrio a) l’aggiunta di Cl2, b) un aumento di pressione,
c) un aumento di temperatura (la reazione è endotermica)
3) Scrivere le formule minime dei seguenti composti: acido nitroso, idrossido di alluminio,
fluoruro di calcio, fosfato di potassio, solfato di sodio, idrogeno carbonato di magnesio, nitrato
di calcio, clorato di bario.
4) Scrivere le formule di struttura, indicando ibridizzazione ed eventuali risonanze dei seguenti
composti: H2SO3, BF3, NH3, NO2-, HCOO-, SF6
5) Calcolare quanto Ag2SO3 (Ks= 1,5 * 10-14) si scioglie a) in 500 ml di acqua e b) in 500 ml di
una soluzione 0,60 M di Na2 SO3.
(Nella soluzione trascurare l’idrolisi dello ione solfito)
6) Calcolare il pH di una soluzione 0,020 M di acido formico HCOOH (Ka= 2.1 * 10-4), prima e
dopo l'aggiunta di 61,0 milligrammi di formiato di sodio HCOONa. Il volume della soluzione è
di 50 ml e non cambia con l'aggiunta del sale.
Corso di Laurea in Fisica e Tecnologie Fisiche e dell’Informazione
Prof.ssa Valeria Di Castro
Prova scritta di Chimica del 14/9/2005
1) Alla temperatura T ed in un recipiente del volume di 10,0 L la reazione in fase gassosa:
2 COF2 ↔ CO2 + CF4
è all’equilibrio quando sono presenti 2,12 moli di COF2, 3,00 moli di CO2 e 3,00 moli di
CF4. Vengono aggiunte 2,67 moli di CO2, calcolare quale sarà la nuova composizione
molare della miscela gassosa all’equilibrio.
Dire quale effetto avrà su questo equilibrio: a) un aumento del volume del recipiente e b)
della temperatura sapendo che la reazione è endotermica.
2) Scrivere le formule minime dei seguenti composti: idrossido di bario, acido selenidrico,
nitrato di zinco, solfuro di alluminio, idrogeno solfato di calcio, ioduro di magnesio, perclorato
di bario, carbonato di sodio
3) Scrivere le formule di struttura, indicando ibridizzazione ed eventuali risonanze dei seguenti
composti: NF3, HCO3-, H3PO4, HNO3, PF5, C6H6
4) L’ossido di zinco puo’ venire ridotto a zinco dall’ossido di carbonio a 1100 °C
la reazione :
secondo
ZnO (s) + CO (g) ↔ CO2 (g) + Zn (g)
la cui Kp e’ di 0,125 atm . Trovare a) quanti grammi di zinco si possono ottenere all’equilibrio
trattando un eccesso di ZnO con CO alla pressione iniziale di 2,00 atm in un reattore di 5,00 l, e
b) quanti grammi di Zn si possono ottenere se nelle stesse condizioni nella miscela di reazione
era inizialmente presente anche CO2 alla pressione di 1,00 atm
5) Calcolare il pH di una soluzione 3,2*10-2 M di acido benzoico C6H5COOH con Ka=6,46*105
. Calcolare inoltre quanti millilitri di una soluzione 2,2*10-2 M del sale C6H5COONa bisogna
aggiungere a 100 ml della soluzione iniziale per aver pH= 4,10
6) Si calcoli il pH di una soluzione 0,30 M di NH4Cl, conoscendo
Kb (NH3)= 1,8* 10-5.
Seconda prova di esonero di Chimica per studenti di Fisica 19/3/2005
(prof.ssa Valeria Di Castro)
1) In un recipiente chiuso vengono introdotte 3,00 moli di CO e 1,50 moli di H2O a T=200°C .
Stabilitosi l’equilibrio tutto in fase gassosa:
CO + H2O ⇔ CO2 + H2
Si formano 0,90 moli di CO2.
a) Calcolare il ∆G° per il processo alla temperatura considerata.
b) Calcolare quante moli di CO2 si formano se sono inizialmente presenti anche 1,20 moli di H2
2) un campione di NH2COONH4 solido viene posto in un recipiente del volume di 10,0 litri, in cui è
stato fatto il vuoto, alla temperatura di 315 K. Si stabilisce il seguente equilibrio:
NH2COONH4 (s) ⇔ 2 NH3 (g) + CO2 (g)
E si misura una pressione totale di 0.321 atm.
Calcolare il Kp della reazione e dire quanto solido si è decomposto.
Sapendo che la reazione è endotermica dire, motivando le risposte, quale effetto avrà sulla quantità
di NH3:
a) un aumento della temperatura, b) un aumento della quantità di NH2COONH4(s),c) un aumento
della quantità di CO
3) Calcolare il pH di una soluzione 0,20 M di acido benzoico C6H5COOH, acido debole con Ka=
6,3 x 10-5, e determinare quanti grammi del sale benzoato di sodio C6H5COONa bisogna aggiungere
a 100ml di questa soluzione per portare il pH a 4,20
4) Calcolare la concentrazione massima di ioni Ca2+ che si possono ottenere dalla dissociazione del
fluoruro di calcio (sale poco solubile) in una soluzione 0,10 M di NaF, sapendo che in acqua pura la
dissociazione del fluoruro di calcio determina una concentrazione di ioni calcio = 2,05* 10-4
5) Una soluzione 0,825 M del sale NaA, proveniente dalla base forte NaOH e dall’ acido debole HA
ha pH= 8,254. Calcolare la costante di dissociazione dell’acido HA.
Prima prova di esonero di Chimica per studenti di Fisica 10/02/2006
(Prof. Valeria Di Castro, Ilaria Fratoddi)
COMPITO A
1) A)Bilanciare la seguente ossido-riduzione con il metodo delle semireazioni:
NaMnO4 + N2O4 + Na2SO4 + H2O  MnSO4 + NaNO3 + H2SO4
B)calcolare il volume di gas N2O2 alla P = 740 torr
ottenere 9.8 g di NaNO3
e T= 30°C che deve reagire per
2) L’etano C2H6 reagisce con O2 e forma CO ed H2O secondo la seguente reazione da bilanciare:
C2H6 + O2  CO + H2O
Calcolare il volume di O2 che reagisce con 3g di etano ed il volume di CO prodotto a P 1
Atm e T 25°C.
3) Scrivere le formule minime dei seguenti composti:
acido borico (acido triossiborico (III))
nitrito di sodio (diossinitrato (III) di sodio)
acido solfidrico (solfuro di di idrogeno)
solfuroarsenioso (trisolfuro di diarsenico (III))
4) Scrivere le formule di struttura, indicando ibridizzazione ed eventuali risonanze dei seguenti
composti: H3BO3 , C6H6, CN-, HSO3-, SCl6. SiO44-, CHCl3, H2O2.
5) Indicare e spiegare l’andamento nella tabella periodica delle dimensioni atomiche
Prima prova di esonero di Chimica per studenti di Fisica 10/02/2006
(Prof. Valeria Di Castro, Ilaria Fratoddi)
COMPITO B
1) A)Bilanciare la seguente ossido-riduzione con il metodo delle semireazioni:
NaMnO4 + N2O4 + Na2SO4 + H2O  MnSO4 + NaNO3 + H2SO4
B)calcolare il volume di gas N2O2 alla P = 740 torr
ottenere 9.8 g di NaNO3
e T= 30°C che deve reagire per
2) Il butano C4H10 reagisce con O2 e forma CO2 ed H2O secondo la seguente reazione da
bilanciare:
C4H10 + O2  CO2 + H2O
Calcolare le moli ed il volume di CO2 che si sviluppa a partire da 10 g di butano P 1.2 Atm
e T 28°C.
3) Scrivere le formule minime dei seguenti composti:
acido borico (acido triossiborico (III))
nitrito di sodio (diossinitrato (III) di sodio)
acido solfidrico (solfuro di di idrogeno)
solfuroarsenioso (trisolfuro di diarsenico (III))
4) Scrivere le formule di struttura, indicando ibridizzazione ed eventuali risonanze dei seguenti
composti: H3BO3 , C6H6, CN-, HSO3-, SCl6. SiO44-, CHCl3, H2O2.
5) Indicare e spiegare l’andamento nella tabella periodica delle dimensioni atomiche
Secondo Esonero di CHIMICA per Fisici,
20/03/2006
Compito A
esercizio 1: 8 punti (3+5)
a) Calcolare il Kp a 25°C per la reazione
Si(s) + 2H2(g)
utilizzando i seguenti dati termodinamici riferiti a condizione
mol-1 K-1; R = 8,314 J mol-1 K-1):
H2(g)
Si(s)
SiH4(g)
S°f(H2) = 31.2 cal/K mol
S°f(Si) = 4.47 cal/K mol
S°f(SiH4) = 48.7 cal/K mol ;
SiH4(g)
standard (R = 0,0821 L atm
H°f(SiH4) = -14.8 x 103 cal/ mol
Per il calcolo della costante di equilibrio: ∆G° =∆H° -T∆S° = -RT lnKeq
Per calcolare il ∆G° si parte dai dati termodinamici, tenendo conto che H°f per H2 e Si(s) è pari a 0.
∆H° = H°f(SiH4)-2H°f(H2) –H°f(Si) = - 14.8 x 103 cal/ mol
∆S° = S°f(SiH4)-2S°f(H2) –S°f(Si) = -18.2 cal/mol
∆G° =∆H° -T∆S° = - 9.38 Kcal/mol poichè ∆G° = -RT lnKeq si ricava Keq = 8.15 x 106
b) se la pressione parziale iniziale dell’H2 era 0.10 Atm, calcolare la pressione parziale
all’equilibrio per SiH4.
Si(s) + 2H2(g)
SiH4(g)
P stato iniziale
0.1
0
P all’equilibrio
0.1 – 2x
x
2
2
Kp = PSiH4/P H2 = x/(0.1-2x)
da cui x = PSiH4 all’equilibrio = 0.125 Atm
esercizio 2: 8 punti (6+2)
Dato l’equilibrio in fase gassosa a T=25°C,
2NOBr(g)
2NO(g) + Br2(g)
a) calcolare il valore della costante Kp per l’equilibrio (Temperatura e Volume costanti),
conoscendo il valore della pressione totale all’equilibrio Ptot = 1.2 Atm ed il valore della pressione
parziale iniziale del NOBr, PNOBr = 1.0 Atm.
P stato iniziale
P all’equilibrio
Kp
P2NOPBr2
2NOBr(g)
1
1 -2x
2NO(g) + Br2(g)
0
0
2x
x
(2x)2(x)
P2NOBr
Ptot = 1.2 Atm all’equilibrio
(1 – 2x)2
PNOBr = 1.0 Atm pressione iniziale
All’equilibrio, Ptot = 1-2x + 2x +x = 1 + x = 1.2 Atm
da cui
x = 0.2 Atm e Kp = 0.089
b) conoscendo il valore di ∆H°= 16 KJ valutare qualitativamente l’influenza sull’equilibrio di:
un aumento della concentrazione del Br2 (sposta l’equilibrio verso i reagenti)
una diminuzione della concentrazione del NOBr (sposta l’equilibrio verso i reagenti)
una diminuzione della Temperatura (sposta l’equilibrio verso i prodotti)
un aumento del Volume del recipiente di reazione (sposta l’equilibrio verso i prodotti)
esercizio 3: 5 punti
Calcolare il pH di una soluzione 2.0x10-4M di un acido debole HA (Ka = 1.28 x 10-5) prima e dopo
l’aggiunta a 20 ml di soluzione dell’acido, di 10 ml di una soluzione 1.0 x10 -3M del suo sale sodico
NaA.
Ka = [H3O+][A-]/[HA] = [H3O+]2/(c- [H3O+])
[H3O+] = 4.46 x 10-5 M pH = -log [H3O+] = 4.35
da cui [H3O+]2 + Ka [H3O+] - cKa = 0
V dopo il mescolamento Vtot =20+10= 30 ml
concentrazione dell’acido dopo il mescolamento ca= 2x10-4 x 20/30 = 1.33 x 10-4 M
concentrazione del sale dopo mescolamento cs = 0.001 x 10/30 = 3.33 x 10-4 M
dopo l’aggiunta del sale si forma una soluzione tampone pH = pK + log cs/ca = 5.29
esercizio 4: 5 punti
Determinare se si può avere formazione di precipitato mescolando 50 ml di una soluzione 10 -3M di
AgNO3 e 150 ml di una soluzione 0.25 M di KCl sapendo che il prodotto di solubilità a 25°C per
AgCl è 1.8 x10-10.
Volume totale =150 +50 =200 ml dopo il mescolamento
[Ag+] = 10-3 x 50/200 = 2.5 x 10-4M
[Cl-] = 0.25 x 150/200 = 0.19 M
[Ag+] [Cl-] = 2.5 x 10-4M x 0.19 = 4.7 x 10-5M, valore superiore al prodotto di solubilità per cui si
ha formazione di precipitato.
esercizio 5: 4 punti
Definire l’energia di attivazione e spiegare l’influenza della variazione di temperatura sulla velocità
di una reazione chimica
Secondo Esonero di CHIMICA per Fisici, 20/03/2006
Compito B
esercizio 2: 8 punti (6+2)
Dato l’equilibrio eterogeneo di decomposizione:
a)
NH4Cl(s)
NH3(g) + HCl(g)
calcolare Kp e le moli di HCl prodotte a T=300°C introducendo in un recipiente di V=10 L
NH4Cl(s) in eccesso ed una pressione iniziale di ammoniaca è P NH3 = 0.18 Atm sapendo che la
Ptot all’equilibrio è di 10 Atm.
NH4Cl(s)
NH3(g) + HCl(g)
0.18
0.18 +x
x
P stato iniziale
P all’equilibrio
Kp = PNH3PHCl = (0.18 +x)(x)
0
Ptot = 10 Atm all’equilibrio
PNH3 = 0.18 Atm pressione iniziale
All’equilibrio, Ptot = 0.18 + x + x = 0.18 + 2x = 10 Atm
24.99
PHCl = 4.91 Atm assumendo un comportamento ideale
da cui
x = 4.91 Atm e K p =
PV=nRT da cui n = 0.958 moli
b) sapendo che la reazione è endotermica, valutare qualitativamente l’influenza sull’equilibrio di:
un aumento del volume (sposta l’equilibrio verso i prodotti)
un aumento del quantitativo di NH4Cl solido (non interviene)
un aumento della Temperatura (sposta l’equilibrio verso i reagenti)
un aumento della quantità di NH3
esercizio 2: 8 punti (5+3)
Per l’equilibrio in fase gassosa
il ∆G° = -1.15 x 103 cal.
a)
N2(g) + O2(g)
2NO(g)
Calcolare il valore della Kp alla temperatura di 2700K (R = 0,0821 L atm mol-1 K-1; R = 8,314 J
mol-1 K-1).
Per il calcolo della costante di equilibrio: ∆G° = -RT lnKeq da cui
Keq = 179
b) calcolare la composizione all’equilibrio (frazioni molari) partendo da 4 moli di O2 e 6 moli di N2
composizione iniziale
composizione all’equilibrio
N2(g)
6
6- x
+
O2(g)
4
4-
2NO(g)
0
2x
moli totali all’equilibrio Ntot = 6 – x + 4 – x + 2x = 10 moli
frazioni molari all’equilibrio
XNO = moliNO /Ntot = 2x/10 XO2 = moliO2 /Ntot = 4-x/10 XN2 = moliN2 /Ntot = 6-x/10
K= 4x2/(4-x)(6-x) da cui ricavo x =
Le moli all’equilibrio saranno quindi
moli O2 = 4-0.14= 3.86; moli N2 = 6-0.14= 5.86; moli NO = 2 0.14= 0.28
le frazioni molari = moli/moli totali
XO2 = 0.386 ; XN2 = 0.586 ; XNO = 0.028
esercizio 3: 5 punti
Calcolare il pH di una soluzione 1.5x10-2 M di acido periodico (Ka = 2.3 x 10-2) e valutare l’effetto
sul pH di un’aggiunta di 20 ml di una soluzione 0.1M di NaIO4 a 100 ml di HIO4.
Ka = [H3O+][A-]/[HA] = [H3O+]2/(c- [H3O+])
da cui [H3O+]2 + Ka [H3O+] - cKa = 0
[H3O+] = 1.03 x 10-2 M e pH = -log [H3O+] = 1.98
V dopo il mescolamento Vtot =100+20= 120 ml
concentrazione dell’acido dopo il mescolamento ca= 1.5x10-2 x 100/120 = 0.0125 M
concentrazione del sale dopo mescolamento cs = 0.1 x 20/120 = 0.0167 M
dopo l’aggiunta del sale si forma una soluzione tampone pH = pK + log cs/ca = 1.76
esercizio 4: 5 punti
Calcolare la concentrazione dello ione [Ag+] in una soluzione di AgCl in acqua pura ed in presenza
di una soluzione 0.01M di AgNO3 sapendo che il prodotto di solubilità dell’AgCl a 25°C è Kps =
1.77 x10-10.
a) In acqua pura ha luogo l’equilibrio di dissociazione del sale
[Ag+] = [Cl-] = Kps 1/2 = 1.33 x 10-5 M
b) aggiungendo il sale
influenzerà il primo
0.01M
quindi [Ag+] = s + c
AgCl
Ag+ + Cl-
AgNO3 con lo ione a comune si avrà la sua dissociazione che
equilibrio: AgNO3 Ag+ NO3 [Ag +] = [NO3-] = c=
e
[Cl-] = s
da cui Kps = [Ag+][Cl-] = (s +c)s da cui s = 1.78 x 10-8 M
esercizio 5: 4 punti
Definire i criteri di spontaneità di una reazione e spiegare l’influenza della temperatura
considerando il parametro entalpico ed entropico.
Esame scritto di Chimica 27/03/2006
Corso di Laurea in Fisica e Tecnologie Fisiche e dell’Informazione
Prof. Valeria Di Castro, Ilaria Fratoddi
Esercizio 1: 5 punti
Data la reazione:
Na2SO3 + Na2Cr2O7 + HCl → Na2 SO4 + CrCl3 + H2O
a) Bilanciare con il metodo delle semireazioni in forma ionica e molecolare
+
23+
14H
+
Cr2O7 +
6e

2Cr
+
7 H2O
22+
SO3
+
H2O

SO4
+
2H
+
2e
+
2-
2-
8H + Cr2O7 + 3 SO3

8HCl + Na2Cr2O7 + 3 Na2SO3 
2CrCl3
2Cr3+
x3
2-
+ 4H2O + 3 SO4
+ 4H2O + 3 Na2SO4 +
2NaCl
Calcolare la quantità in grammi di CrCl3 che si forma a partire da 12,0 g di Na2SO3 e da 20,0 g
di Na2Cr2O7
peso molecolare Na2Cr2O7 = 261.87 u.m.a.; in 20 g 0.076 moli
peso molecolare Na2SO3 = 126.02 u.m.a.; in 12 g 0.095 moli
il rapporto stechiometrico Na2Cr2O7 / Na2SO3 = 1/3 per cui il Na2SO3 è il reagente limitante che
si consuma tutto, mentre rimangono 0.076- 0.095/3 moli di Na2Cr2O7.
si formano 2 x 0.095/3 = 0.063 moli di CrCl3 = 10.03 grammi (p.m. CrCl3 = 158.35 u.m.a. )
b)
Esercizio 2: 5 punti
2Scrivere il diagramma energetico degli orbitali molecolari di O2, O2 , O2 . Determinare l’ordine di
legame, dire se sono paramagnetiche o diamagnetiche e metterle in ordine di distanza di legame
crescente.
σ∗2px
E
2pxyz
π∗2pz π∗2py
π2pz π2py
2pxyz
σ2px
σ∗2s
2s
2s
σ2s
2
2
2
O2 : (σ2s) (σ*2s) (σ2px)
2
2
2
O2 : (σ2s) (σ*2s) (σ2px)
22
2
2
O2 : (σ2s) (σ*2s) (σ2px)
Distanza di legame crescente :
2
2
1
1
(π2py) (π2pz) (π∗2py ) (π∗2pz) (σ*2px); ordine di legame 2
2
2
2
1
(π2py) (π2pz) (π∗2py ) (π∗2pz) (σ*2px); ordine di legame 1,5
2
2
2
2
(π2py) (π2pz) (π∗2py ) (π∗2pz) (σ*2px); ordine di legame 1
2O2 (paramagnetico) < O2 (paramagnetico) < O2 (diamagnetico)
Esercizio 3: 5 punti
Scrivere le formule di struttura, indicando geometria, ibridizzazione ed eventuali risonanze dei
seguenti composti:
BF3
sp2 planare risonanza
CO2
sp lineare risonanza
C2H2
acetilene sp lineare
NO2ione nitrito sp2 angolare
PCl6estensione valenza, ottaedro
Esercizio 4: 6 punti
A 900K la reazione
C2H6(g)  C2H4(g) + H2(g)
presenta un ∆G°= 22.2 KJ mol-1.
a)
Calcolare la percentuale di H2 e la pressione parziale dell’idrogeno all’equilibrio, partendo
da 1.2 moli di etano e sapendo che all’equilibrio Ptot = 1.3 Atm.
Per il calcolo della costante di equilibrio:
∆G° =∆H° - T∆S° = -RT lnKeq (R = 8,314 J mol-1 K-1)
Keq = e –(∆G°/RT) = 2.9667
per la reazione
moli inizio
moli equilibrio
C2H6(g)  C2H4(g)
1.2
0
1.2 – x
x
+
H2(g)
0
x
moli totali: 1.2 – x + x + x = 1.2 + x
Kp = Ptotx/(1.2 + x) Ptotx/(1.2 + x) =
Ptot x2
da cui si ricava x = 1.00065
Ptot1.2 -x
(1.2 – x) (1.2 + x) % H2 = 45%
1.2 +x
PH2 all’eq = 0.59 Atm
Conoscendo il valore del ∆H = 24.4 Kcal/mol, descrivere la dipendenza della costante di
equilibrio K dalla temperatura.
Reazione endotermica, per l’equazione di van’t Hoff un aumento della T favorisce la formazione
dei prodotti, ovvero K aumenta.
b)
Esercizio 5: 5 punti
Calcolare il pH di una soluzione 0,1 M di CH3COOH (Ka = 1,8 • 10-5) ed il pH della soluzione
ottenuta mescolando 400 mL di soluzione di acido acetico con 100 ml di una soluzione 0,2 M di
NaOH.
a) pH di una soluzione di acido debole: HA + H2O  A- + H3O+
Ka = [H3O+][A-]/[HA] = [H3O+]2/(c-[H3O+]) ≈ [H3O+]2/c da cui [H3O+] = √ Ka c = 0.0013;
pH = -log[H3O+] = 2.87
b) parte dell’acido viene consumato dalla base, formando il sale NaA: HA + NaOH  NaA + H2O
moli base NaOH = moli sale prodotte = 0.2 • 0.1 = 0.02
moli acido debole rimaste = (0.1 • 0.4 ) –(0.2 • 0.1) = 0.02
si forma una soluzione tampone, per la quale si può scrivere Ka = (cs + x) x / (ca - x) in cui si può
trascurare x e scrivere Ka = (cs ) x / (ca) da cui
pH = pK + log cs/ca = pK = 4.74
Esercizio 6: 4 punti
Descrivere il legame nei solidi ionici e definire l’energia reticolare
Energia Reticolare di un cristallo è l’energia che si libera quando un grammo molecola del cristallo
si forma dai suoi ioni gassosi. Non è misurabile direttamente ma i valori possono essere ottenuti da
dati termodinamici utilizzando il ciclo di Born Haber. I valori teorici si possono calcolare
considerando l’interazione elettrostatica tra i due ioni: Interazione elettrostatica E = - NaAZ+Z- e2/r
costante di Madelung, equazione di Born Landè, U= - NaAZ+Z- e2/r + - NaB/rn
Esame scritto di Chimica 14/07/2006
Corso di Laurea in Fisica, Astrofisica, Tecnologie Fisiche e dell’Informazione
Prof. Valeria Di Castro, Ilaria Fratoddi, Stefano Stranges
Esercizio 1: 5 punti
Data la reazione:
As2O3 + Zn + HCl → AsH3 + ZnCl2 + H2O
c) Bilanciare con il metodo ionico-elettronico in forma ionica e molecolare
Zn
As2O3
+
+
+
12H3O
As2O3 + 6Zn + 12H3O+
As2O3 + 6Zn + 12HCl
d)
+



12e 
2+
-
Zn
2e
2AsH3 +15H2O
2AsH3 +
2AsH3 +
6Zn2+ +
6ZnCl2 +
x6
15H2O
3H2O
Calcolare il volume di AsH3 prodotto a partire da 10,0 g di As2O3 e da 5,0 g di Zn alla T =
30°C e P =2 Atm
peso molecolare Zn = 65,38 u.m.a.; in 5 g 0.08 moli
peso molecolare As2O3 = 197,84 u.m.a.; in 10 g 0.05 moli
il rapporto stechiometrico As2O3 / Zn = 1/6 per cui lo Zn è il reagente limitante che si consuma
tutto, mentre rimangono 0,05 – 0,08/6 =0,037 moli di As2O3.
si formano 2 x 0.08/6 = 0.027 moli di AsH3 = 2.104 grammi (p.m. AsH3 = 77,94 u.m.a. ), che
nelle condizioni indicate corrispondono ad un volume pari a: V = nRT/P= 0.027 x 0.0821 x 303 /2 =
0.317 l
R= 0.0821 atm dm3 K-1 mol-1
Esercizio 2: 5 punti
Descrivere il legame idrogeno indicando in quali casi si forma. Dire quali proprietà chimico-fisiche
sono maggiormente influenzate dalla formazione di questo legame.
Esercizio 3: 5 punti
Scrivere le formule di struttura, indicando geometria, ibridizzazione ed eventuali risonanze dei
seguenti composti:
BCl3
N2O
HClO3
SCl6
Esercizio 4: 6 punti
Per la reazione endotermica N2(g) + O2(g)  2NO(g) la costante di equilibrio è Kc = 6,2•10-4
a 2000°C.
Determinare il modo in cui evolve il sistema costituito da 4.0•10-2 moli di N2 , 4.0•10-2 moli di O2 e
2.0•10-2 moli di NO posti in un recipiente da un litro e portati alla temperatura di 2000°C, e la
composizione all’equilibrio espressa in frazioni molari.
per la reazione
moli inizio
moli equilibrio
N2(g) +
4•10-2
4•10-2 + x
O2(g)
4•10-2
4•10-2 + x

2NO(g)
2•10-2
2•10-2 - 2x
moli totali:
Kc =
4•10-2 + x + 4•10-2 + x + 2•10-2 - 2x
(2•10-2 –2x)2
(4•10-2 + x) (4•10-2 + x)
da cui √ Kc
=
= 10•10-2
(2•10-2 –2x)
(4•10-2 + x)
da cui x = 0.0094 moli
Frazione molare NO = (0.02-2•0.0094)/10 = 0.00012
Frazione molare N2 =frazione molare O2 = (1-frazione molare NO)/2 = 0.0494
Esercizio 5: 5 punti
Calcolare il pH di una soluzione 0,1 M di NH 3 (Kb = 1,8 • 10-5) ed il pH della soluzione ottenuta
mescolando 800 mL di soluzione di ammoniaca con 200 ml di una soluzione 0,2 M di HCl.
b)
pH di una soluzione di base debole:
B + H2O  BH+ + OHKb = [BH+][OH-]/[B] = [OH-]2/(cb-[OH-]) ≈ [OH-]2/cb da cui [OH-] = √ Kb cb =
√ 1,8 • 10-5 • 0,1 = 1,3 • 10-3 ; pOH = -log[OH-] = 2.89;
pH =14-pOH = 11,11
c)
parte della base viene consumata dall’acido, formando il sale NH4Cl:
NH3 + HCl  NH4Cl + H2O
Si avrà una soluzione tampone costituita da ammoniaca e cloruro d’ammonio in equilibrio:
NH3 + H2O  NH4Cl + OH-
moli di base debole NH3 iniziali = 0,8 • 0,1 = 0,08 moli
0,04 moli di acido reagiscono con 0,04 moli di base formando 0,04 moli di sale e rimangono quindi
moli acido HCl aggiunte = moli di NH4Cl formatosi = 0,2 • 0,2 = 0,04 moli
moli di base debole NH3 residue = 0,08 - 0,04 = 0,04 moli
si forma una soluzione tampone, per la quale si può scrivere
Kb = = [NH4+][OH-]/[NH3] = (cs + x) x / (cb - x) in cui si può trascurare x e scrivere
Kb = (cs ) x / (cb) da cui pOH = pKb + log cs/cb = pKb = 4,75
e
pH =14-pOH = 9.25
Esercizio 6: 5 punti
Definire acidi e basi secondo Bronsted e Lewis
Esame scritto di Chimica 13/09/2006
Corso di Laurea in Fisica, Astrofisica, Tecnologie Fisiche e dell’Informazione
Prof. Valeria Di Castro, Ilaria Fratoddi, Stefano Stranges
Esercizio 1 (5 punti)
Data la reazione:
K2Cr2O7 (s) + HBr (aq) → Br2 (l) + CrBr3 (s) + H2O (l) + KBr (s)
e) Bilanciare con il metodo ionico-elettronico in forma ionica e molecolare
f)
Calcolare la quantita’ massima in grammi di CrBr3(s) ottenibile a partire da 12,0 g di K2Cr2O7.
Esercizio 2 (6 punti)
a) Calcolare l’entalpia standard di formazione a 25°C del propano, C 3H8 (g), conoscendo i seguenti
dati alla stessa temperatura:
∆H°comb, C3H8 (g) = -2221 kJ/mol, relativo alla reazione C3H8 (g) + 5O2(g) → 3CO2 (g) + 4H2O (l)
(∆H°f, CO2 (g) = -394 kJ/mol)
(∆H°f, H2O (l) = -286 kJ/mol)
b) definire l’energia libera di Gibbs e descrivere quali informazioni fornisce riguardo la spontaneita’
di una reazione chimica.
Esercizio 3 (5 punti)
Scrivere le formule di struttura, indicando geometria, ibridizzazione ed eventuali risonanze dei
seguenti composti:
C6H6
NF3
HSO3N2H4
BeCl2
Esercizio 4 (5 punti)
Alla temperatura T = 20°C, la Kp dell’equilibrio: NH4HS(s)  NH3(g) + H2S(g)
è pari a Kp= 5.0 x 10-2.
In un recipiente vuoto del volume di 1,5 l, alla stessa temperatura, vengono introdotte 0,012 moli di
H2S(g) ed una quantità sufficiente di NH4HS(s) per dare luogo all’equilibrio eterogeneo. Determinare
la frazione molare dei componenti all’equilibrio.
Esercizio 5 (5 punti)
Quante moli di acido formico (Ka= 1,8 x 10-4) occorre utilizzare per avere un litro di soluzione a
pH=2,0? Quale sarà il pH della soluzione se si aggiungono anche 0,54 moli di formiato di sodio
(HCOONa)?
Esercizio 6 (4 punti)
Definire il legame e le proprietà generali nei solidi molecolari e solidi covalenti indicando un
esempio di entrambi.