Macroarea'di'Ingegneria'–'Chimica'9'CFU' ' 1) ' ' 2) ' 3) ' 4) 5) ' ' COMPITO'N.'1' Sapendo'che'il'Kp'della'seguente'reazione:' C(s)'+'2NO' ' CO2'+'N2' ' a'una'data'temperatura'T'è'pari'a'0.014,'calcolare'le'moli'di'ciascuna'specie'presente'a' equilibrio'raggiunto'se,'alla'temperatura'T,'4'g'di'C'e'0.5'moli'di'NO'sono'fatti'reagire'in' un'recipiente'del'volume'di'5'L.' Calcolare'quanti'mL'di'HNO3'al'65%'(d'='1.40'g/mL)'e'di'H2O'sono'necessari'per'preparare' 0.5'L'di'una'soluzione'di'HNO3'0.4'M.'Indicare'inoltre'il'pH'di'tale'soluzione.' Calcolare'la'pressione'osmotica'(a'25°C)'di'una'soluzione'ottenuta'mescolando'150'mL'di' HNO3'0.05M'con'200'mL'di'una'soluzione'0.05'M'di'NaOH' Calcolare'il'pH'delle'soluzioni'ottenute'mescolando'10'mL'di'HCl'10W2'M'con:' a)'10'mL'di'H2SO4'10W3'M' b)'20'mL'di'NH3'10W1'M' Considerare'l’acido'solforico'forte'in'entrambe'le'dissociazioni.' Kb'per'NH3'='1,8'10W5' ' In'soluzione'acida'i'potenziali'standard'delle'coppie'(NO3)W/NO'e'O2/H2O2'sono' ! rispettivamente:'!!" ='0.96'V'e'!!!! ,! ! /!! !! ='0.68'V' ! ! ! ,! /!" a)#Schematizzare'la'pila'in'cui'avviene'la'reazione,'specificandone'la'polarità.' b)# Bilanciare' con' il' metodo' ionico' elettronico' la' reazione' redox' tra' ione' nitrato' e' acqua' ossigenata' ' Macroarea'di'Ingegneria'–'Chimica'9'CFU' ' ' ' ' ' COMPITO'N.'2' 1. 'Bilanciare'la'seguente'reazione'(metodo'ionicoWelettronico):'' P4'+'HNO3'+H2O''''''''''H3PO4'+'NO2'' ' Calcolare'la'massa'di'H3PO4' che'si'forma'dalla'reazione'di'15.0'g'di'P4'e'20.0'g'di'HNO3'se' la'reazione'ha'una'resa'del'70%' ' 2. In'un'recipiente'del'volume'di'1.5'dm3,'riempito'con'1.5'g'di'ammoniaca'e'mantenuto'alla' temperatura'di'448'K,'si'stabilisce'l’equilibrio:'' ' NH3'(g) 1/2N2(g)'+'3/2'H2(g)' Calcolare'la'Kp'della'reazione'sapendo'che'NH3'si'dissocia'per'il'15.4%.'' ' 3. Calcolare'la'massa'di'NH4Cl'che'occorre'sciogliere'in'0.1'L'di'una'soluzione'0.150'M'di' ammoniaca'per'ottenere'una'soluzione'a'pH=9.5.'Si'ammetta'che'il'volume'della' soluzione'resti'invariato.'[Kb'(NH3)'='1.85'10W5]' ' 4. Sciogliendo'0.343'g'di'ioduro'di'un'metallo'alcalino'in'80'g'di'acido'acetico,'il'punto'di' congelamento'dell’acido'acetico'si'abbassa'di'0.25'°C.'Calcolare'il'peso'atomico'del' metallo'(Kcr=3,90'°C'Kg'molW1)' 5. Data'la'pila'di'seguito'schematizzata'a'25°C:' Pt,'H2(P=2.0'atm)|'[H+]'0.02M'||'[Fe3+]10W3'M,'[Fe2+]10W2'M|Pt' ' Calcolare'la'forza'elettromotrice,'scrivere'la'reazione'complessiva'e'calcolare'la'costante' di'equilibrio.' E°Fe3+/Fe2+'='0.777V'' ' ' Macroarea'di'Ingegneria'–'Chimica'9'CFU' ' 1) ' ' ' 2) ' ' ' 3) ' 4) ' 5) ' ' ' COMPITO'N.'3' Se'si'vogliono'produrre'120'g'di'H3AsO4'dalla'reazione'(da'bilanciare):'' As2O3+LiMnO4'+H2SO4+H2O' '''''''''H3AsO4+MnSO4+'Li2SO4' calcolare'quanto'As2O3'(puro'all’87'%)'è'necessario,'se'la'resa'della'reazione'è'del'97%.' In'un'recipiente'del'volume'di'4.0'dm3'sono'posti'uguali'volumi'di'CH4'e'H2S.'' Quando'a'973'K'e'a'488'atm'si'stabilisce'l’equilibrio'della'reazione:' CH4(g)+'2H2S(g) CS2(g)'+'4H2(g)' sono'presenti'3'moli'di'H2.'Calcolare'la'Kp'della'reazione.' Calcolare'la'massa'di'CH3COONa'che'occorre'sciogliere'in'0.1'L'di'una'soluzione'0.150'M'di' acido'acetico'per'ottenere'una'soluzione'a'pH=5.3.'Si'ammetta'che'il'volume'della' soluzione'resti'invariato.'(Ka(CH3COOH)='1.85x10W5).' La'soluzione'acquosa'di'una'sostanza'organica'di'peso'molecolare'215.1'ha'un'punto'di' congelamento'di'W'0.85°C.'Calcolare'la'pressione'osmotica'della'soluzione'a'25'°C,''sapendo' che'la'densità'della'soluzione'è'1.035'gcmW3'a'25°C.'(Kcr=1.86'°C'Kg'molW1)' Data'la'pila'di'seguito'schematizzata'a'25°C:' Cr'|'[Cr3+]10W3'M||'[H+]'10W1M'|'Pt'H2'P=1.5'atm' ' calcolare'la'forza'elettromotrice,'scrivere'la'reazione'complessiva'e'calcolarne'la'costante' di'equilibrio.' '!°!! !! /!" = ! −0.742!! ' Macroarea'di'Ingegneria'–'Chimica'9'CFU' ' ' 1) ' ' COMPITO'N.'4' Data'la'reazione'(da'bilanciare):'' Cr(OH)3+'NaClO+'NaOH' NaCl'+'Na2CrO4'+H2O' Calcolare' quanto' Na2CrO4' si' forma' per' reazione' di' 1' litro' di' NaOH' 0.4' M' con' 38' g' di' Cr(OH)3,'se'la'resa'della'reazione'è'del'93%.' ' 2) ' ' ' ' ' ' 3) ' 4) ' ' 5) ' ' ' ' ' In'un'recipiente'vengono'introdotti'una'mole'di'HCl'e'0.5'moli'di'O2'e'la'miscela'viene' portata'a'400'°C.'Quando'si'stabilisce'l’equilibrio'della'reazione:'' 4'HCl(g)'+'O2(g) ''2Cl2(g)'+'2H2O(g)' sono'presenti'nel'recipiente'0.38'moli'di'Cl2.'Sapendo'che'la'pressione'totale'della' miscela''all'equilibrio'è'di'0.5'atm,'calcolare'la'Kp'della'reazione.' A'250'cm3'di'una'soluzione'di'HCl'avente'pH'='2.3,''si'aggiungono'400'cm3'di'una'soluzione' di'ammoniaca'0.01'M(Kb(NH3)'='1.85x10W5).'Calcolare'il'pH'della'soluzione'finale' considerando'i'volumi'additivi.' Calcolare'quale'percentuale'(%p/p)'di'glicol'etilenico,'C2H6O2','deve'contenere'una' soluzione'acquosa'anticongelante'per'automobile'perché'il'suo'punto'di'congelamento'sia'' W8'°C.'(Kcr=1.86'°C'Kg'molW1)' Calcolare'il'Kps'dell'Ag3PO4,'sapendo'che'la'forza'elettromotrice'della'seguente'pila'a'25°C:' misura'0.3'V.' Ag'|'[Na3PO4]10W1M,'Ag3PO4'(sat)||'[AgNO3]'10W1M'|'Ag' ' ' Macroarea'di'Ingegneria'–'Chimica'9'CFU' ' ' ' ' ' ' ' ' COMPITO'N.'5' ' 1) Bilanciare'la'seguente'reazione'con'il'metodo'ionicoWelettronico:' ' Cr2O3'+'NaNO3'+'NaOH''→'Na2CrO4''+'NO(g)'+'H2O' ' Calcolare'la'quantità'in'grammi'di'Na2CrO4'che'si'ottiene'facendo'reagire'20'g'di'NaNO3' con'30'g'di'Cr2O3,'se'la'resa'di'reazione'è'del'77%.' ' 2) In'un'recipiente'vuoto'di'volume'2'L'vengono'introdotte'0.1'moli'di'un'composto'AB'e'0.1' moli'di'un'composto'A'e'la'miscela'viene'portata'a'40'°C.'Quando'si'stabilisce'l’equilibrio' della'reazione:' 2'AB'(g)'' '2'A(g)''+'B2(g)' ' la'pressione'esercitata'dalla'miscela'gassosa'è'pari'a'3'atm.'Calcolare'il'valore'di'Kp.' 3) Una'soluzione'contiene'2.14'mg/mL'di'KIO3.'Sapendo'che'la'densità'della'soluzione'è'1.08' g/mL,'calcolare'la'molarità,'la'molalità'e'la'pressione'osmotica'della'soluzione'a'25'°C.' 4) Calcolare'il'pH'della'soluzione'ottenuta'mescolando'100'mL'di'una'soluzione'0.1'M'di' NaOH'con'200'mL'di'una'soluzione'0.08'M'di'CH3CO2H'(Ka='1.8×'10W5).' 5) Calcolare'la'f.e.m.'della'seguente'pila,'a'25'°C:'' Zn'|'[ZnSO4]'10W2'M''||'PbSO4'(soluz.'satura),'[K2SO4]'10W2'M'|'Pb' ' 2+ sapendo'che'E°'(Pb /Pb)='W'0.13'V;''''E°'(Zn2+/Zn)='W'0.76'V;''''Kps(PbSO4)'='1.6×'10W8.' ' COMPITO N. 1 1) πΎπ = π π2 π(πΆπ2 ) π 2 (ππ) ππ = ππ π 2 (ππ) = 0,014 ππ πΆ = π + 2NO 0,33 neq 0,33-x πΎπ = π π2 π(πΆπ2 ) π π C(s) ni = π ππ΄ = 4 12 = 0,33 CO2 + N2 0,5 0 0 0,5-2x x x π π2 π(πΆπ2 ) π π2 π(πΆπ2 ) π₯2 = = = 0,014 π2 (ππ) π2 (ππ) 0,5 − 2π₯ risolvendo: x = 0,07 = neq (CO2) = neq(N2) neq(NO) = 0.36 2) 1 L soluzione HNO3 pesa 1400 g di cui: g(HNO3) = 1400 0,65 = 910 π ππ n(HNO3) = = 910 63 = 14,44 = M(HNO3) M1V1 = M2V2 V1 = M2V2/M1=0,40,5/14,44 = 0,014 L 14 mL HNO3conc + 486 L H2O [H3O+] = [HNO3] = 0,4 pH = - log 0,4 = 0,397 3) ni(HNO3) = M V = 0,075 ni(NH3) = M V = 0,01 HNO3→H+ + NO3NaOH→Na+ + OHH2O→H+ + OHn(NO3-) = 0,0075 n(Na+)= 0,01 n (OH-) = 0,01 – 0,0075 = 0,0025 nTOT = 0,0075 + 0,01 + 0,0025 = 0,02 = cTOTRT = 0,057 0,082 298 = 0,97 atm cTOT= nTOT/VTOT = 0,02/0,35=0,057 4) n(HCl) = MV = 10-4 = n (H+) da HCl a) 10 mL H2SO4 10-3 M H2SO4 2 H+ + SO42n (H+) da H2SO4 = 2 M V = 2 10-5 n (H+)TOT = 1,2 10-4 [H+] = π πππ π = 1,2 10 −4 pH = 2,22 0,02 = 6 10-3 b) 20 mL NH310-1 M n (NH3) = M V = 2 10-3 HCl + NH3 NH4Cl 10-3 2 10-3 0 0 10-3 10-3 in fin si ha un tampone NH3/NH4+ pH = pKa + log 5) ππ»4+ ππ»3 =p πΎπ€ πΎπ + πππ ππ»4+ ππ»3 a) NO3- + 3e + 4H+ NO + 2 H2O b) O2 + 2e +2H+ H2O2 a) catodo + = 9,26 E° = 0,96 V E° = 0,68 V b) anodo - Pt,NO, P=1 atm/ NO3- // H2O2 / O2, P= 1 atm, Pt reazione completa di cella: 2NO3- + 2H+ + 3 H2O2 2NO + 4 H2O + 3O2 2HNO3- + 3 H2O2 2NO + 4 H2O + 3O2 COMPITO N. 2 1) P4 + H2O + HNO3 H3PO4 + NO2 NO3- + 3e + 4H+ NO + 2 H2O 1 P4 + 4 H2O PO43- + 5 e + 8H+ 4 3 4 3 4 P4 + 12 H2O + 5NO3- + 20H+ P4 + 2 H2O + 5HNO3 3PO43- + 24H+ + 5NO + 10 H2O 3H3PO4 + 5NO con coefficienti interi: P4 + 8 H2O + 20 HNO3 12 H3PO4 + 20 NO n(P4) = g/PM = 15/124=0.12 n(HNO3) = 20/63=0.32 HNO3 è il reagente limitante perché 0.12 moli di P4 richiedono 0,12*20 = 2.4 moli di HNO3 n(H3PO4) = 12 n(P4) = 1.44 (teoriche) n(H3PO4) = 1.44 0.75 = 1.08 (effettive) g(H3PO4) = n PM =1.08 98 = 105.84 2) ni(NH3) = g/PM = 15/17=0.09 α = 0.154 V = 1.5 L T = 448 K NH3 1 N2 2 neq ni (1-α) + 1 ni α 2 3 2 H2 3 ni α 2 nTOT = ni (1+ α) All'equilibrio: n(NH3) = ni (1-α) = 0.09 (1+0.154)=0.104 1 -3 n(N2) = ni α = 6.93 10 2 3 2 n(H2)= ni α= 0.021 πΎπ = π(π2 )1/2 π(π»2 )3/2 = 0.058 π (ππ»3 ) P(NH3) =n(NH3) RT/V=2.55 atm P(N2) = n(N2) RT/V =0.17 atm P(H2) = n(H2) RT/V =0.51 atm 3) NH3/NH4Cl pOH=pK b +log [NH4+ ] [NH3 ] = 4.5 [NH4+] = 0.58 [NH3] n(NH3) = M V = 0 0.015 n(NH4+) = 0.58 0.015= 0.0087 g(NH4Cl) = n PM = 0.0087 53.5 = 0.465 4) 0.343 g MI in 80 g HAc MI M+ + IΔT = 0.25 = K m 2 = 3.90 m 2 m = g/PM 0,08 3.9 0.343 2 0.25 = 0.08 PM PM = 133.8 PA(M) = 133.8-126.9= 6.9 PA (Li) = 6.9 5) a) 2H+ + 2e b) Fe3+ + e Ea = − 0.059 2 H2 Fe2+ E° = 0.000 V E° = 0.777 V 2 log (0.02)2 = 0.068 V Eb = 0.777a) ANODO b) CATODO reazione completa di cella: K = 2.18 1026 0.01 0,059 log 0.001 = 0.836 V COMPITO N. 3 1) As2O3 + 5H2O 2 AsO43- + 4 e + 10 H+ MnO4- + 5e + 8 H+ Mn2+ + 4 H2O 5As2O3 + 25H2O + 4MnO4- + 32 H+ x5 x4 10 AsO43- + 50 H+ + 4Mn2+ + 16 H2O 5As2O3 + 9H2O + 4LiMnO4 + 6 H2SO4 10 H3AsO4 + 4MnSO4 + 2LiSO4 g(H3AsO4) richiesti 120 n(H3AsO4) = G/PM = 120/141.91 = 0.85 n(As2O3) necessarie = 2 n(H3AsO4) = 1.7 (teoriche) per 97 % resa: n(As2O3) necessarie = 1.7 100/97= 1.75 g(As2O3) = n PM = 1.75 197.82 = 346.19 puro g(As2O3) = 346.19 0.87 = 379.9 2) V = 4 L ni V(CH4) = V(H2S) T= 973 K CH4 + 2 H2S CS2 + 4H2 n n 0 0 n-2x x 4x neq n-x 4x=3 Ptot = 488 atm x = 0.75 ni = 2n = PV/RT = 24.46 n = 12.23 All'equilibrio: n(CH4)= 11.48 n(CS2)=0.75 n(H2S)=10.73 n(H2)= 3 P(CH4) = n(CH4)RT/V = 229 atm Analogamente: P(H2S)=214 atm πΎπ = P(CS2)=14.96 atm π πΆπ2 π(π»2 )4 = 18.30 π(πΆπ»4 )π2 (π»2 π) P(H2)= 59.85 3) n(CH3CCOH) = M V = 1.5 10-2 πΆπ» πΆππ − π(πΆπ» πΆππ − ) pH = pKa + log πΆπ»3πΆπππ» = pKa + logπ(πΆπ»3πΆπππ»)=5.3 3 3 π(πΆπ»3 πΆππ −)= 5.75 10-2 g (CH3COONa) = n PM = 5.75 10-2 82 = 4.715 4) βπ m = πΎ = 0.46 = πΎπ ππ π π πππ£πππ‘π in 1 Kg di solvente si hanno 0,46 moli di soluto g (C2H6O2) =n PM = 0.46 215.1 = 98.95 peso totale soluzione = 1000+98.95 = 1098.95 g dal dato di densità: 1L : 1035 g = V : 1098,95 V = 1098,95/1035=1.061 perciò 1.061 L di soluzione contengono 0.46 moli di soluto [soluto]= 0.46/1.061 = 0.434 M = [soluto]RT = 10.60 atm 5) Cr3+ + 3e 2H+ + 2e a) b) Cr H2 E° = -0.742 V E° = 0.000 V Reazione completa di cella: 2 Cr3+ + 6H+ 2Cr + 3H2 ΔE° = 0.742 V K = 10βπΈ° 6/π π = 7.08 1074 Ea = −0.742 − Eb = − 0.059 2 0.059 3 [πΆπ] log [πΆπ 3+] = -0.800 V [π» ] log [π» +2]2 = -0.064 V ΔE = -0.064-0.800= 0.736 V anodo catodo COMPITO N. 4 1) Cr3+ + 8OH- CrO42- + 3e + 4 H2O ClO- + 2e + H2O Cl- + 2OH2Cr3+ + 16OH- +3ClO- + 3H2O x2 x3 2CrO42- + 8H2O +3Cl- + 6OH- 2Cr(OH)3 + 4NaOH +3NaClO 2Na2CrO4 + 5H2O +3NaCl n(NaOH) = M V = 0.4 n[Cr(OH)3] g/PM = 38/103= 0.37 0.4 moli di NaOH richiedono 0.2 moli di Cr(OH)3] perciò NaOH è il reagente limitante n(Na2CrO4) = 1/2 n(NaOH) = 0.2 (teorico) n(Na2CrO4) = 0. 0.93 = 0.186 (effettivo) 2) ni(HCl) = 2 ni ni(O2) = 0.5 T = 673 K 4HCl + O2 2Cl2 + 2H2O 1 0.5 0 0 0.5-x 2x 2x NF 1-4x ntot= 1.5 -x x = 0.38/2=0.19 n(HCl) = 0.24 n(O2) = 0.31 n(Cl2) = n(H2O) = 0.38 ntot= 1.31 x(HCl) = n(HCl)/ntot= 0.18 KP= x(Cl2) = x(H2O) = 0.29 P(Cl2 )2 P(H2 O)2 x(Cl2 )2 x(H2 O)2 =P =14.03 P(HCl)4 P(O2 ) x(HCl)4 x(O2 ) 3) 250 mL HCl pH=2.3 HCl 1.25 10-3 nf 0 [H3O+]=[HCl] 10-2.3= 5 10-3 n(NH3) = M V = 4 10-3 400 mL NH3 0.01 M ni x(O2) = 0.24 NH4+ + NH3 4 10-3 0 2.75 10-3 1.25 10-3 pOH = pKb + log ππ»4+ ππ»3 = 4.39 pH=14-pOH=9.61 n(HCl) = MV=1.25 10-3 4) m = βπ πΎππ = 4.3 = π πΎπ π πππ£πππ‘π g(C2H6O2) = n PM = 266.6 in 1 Kg di solvente % p/p (C2H6O2) = 266.6 100 /1266.6= 21.05% 5) ΔE =0.059 log [Ag + ]conc [Ag + ]dil [0.1] = 0.059 log [Ag +conc = 0.300 V ] dil da cui: [Ag+]dil = 8.32 10-7 M Ag3PO4(s) 3 Ag+ + PO43- KPS = [ Ag+]3 + [PO43-]= (8.32 10-7)3 0.1 = 5.76 10-20 COMPITO N. 5 1) Cr2O3 + 10 OH- 2CrO42- + 6e + 5 H2O NO3- + 3e + 2H2O NO + 4OHCr2O3 + 10 OH- + 2NO3- + 4H2O Cr2O3 + 10 NaOH + 2NaNO3 x2 2CrO42- + 5 H2O + 2NO + 8OH2Na2CrO4 + 2NO + H2O n(NaNO3)= g/PM= 20/85= 0.235 n(Cr2O3)= g/PM= 30/151.98= 0.197 0.197 moli di Cr2O3 richiedono 2 0.197=0.394 moli di NaNO3: NaNO3 è il reagente limitante n(Na2CrO4)= n(NaNO3)= 0.235 g(Na2CrO4)= n PM = 0.235 161.99= 38.07(teorici) g(Na2CrO4)= 38.07 0.77= 29.31(effettivi) 2) T = 313 K ni V=2L P = 3 atm 2AB 2A + B 0.1 0.1 0 0.1+2x x neq 0.1-2x nTOT = 0.2 +x =PV/RT =0.234 x = 0.234-0.2=0.034 n(AB) = 0.032 n(A) = 0.168 x(AB)=n(AB)/nTOT =0.137 πΎπ =ππ‘ππ‘ π₯ π΄2 π₯ π 2 π₯ π΄π΅ n(B)= 0.034 x(A) = n(B)/nTOT = 0.718 x(B)= n(B)/nTOT = 0.145 =11.94 3) in 1 mL n(KIO3) =g/PM= 1 10-5 [KIO3]=n/Vsoluzione= 1 10-5 /1 10-3 = 1 10-2 M 1.08 gsoluzione corrispondono a 2.14 10-3 g KIO3 e (1,08 - 2.14 10-3)=1.077 g H2O m= n/Kgsolvente= 1 10-5 /1.077 10-3= 9.3 10-3 KIO3 K+ + IO3= 2 MRT = 0.488 atm 4) 100 mL NaOH 200 ML HAc n=MV HAc ni 0.1M 0.08M n(NaOH) = 0.01 + OH- 0.016 nf 0.006 Ac- n(HAc) =0.016 + H2O 0.01 0 0 0 0.01 0.01 tampone HAc/Ac[HAc]= n(HAc)/V = 0.006/0.3=0.02 [Ac-]= n(Ac-)/V = 0.01/0.3= 0.033 π΄π − pH = pKa + log π»π΄π = 4.96 5) a) Zn2+ + 2e Zn E° = -0.76 V 0.059 [ππ ] Ea = −0.76 − 2 log [ππ 2+] = - 0.819 V b) Pb2+ + 2e Pb 0.059 [ππ ] Eb = −0.13 − 2 log [ππ 2+] E° = -0.13 V nella soluzione satura: PbSO4 Pb2+ + SO42[Pb2+]= KPS/[SO42-]= 1.6 10-8/1 10-2 = 1.6 10-6 perciò Eb = -0.301 V ΔE = Eb-Ea= 0.518 V