Corso di Chimica Generale Inorganica Soluzione degli

Corso di Chimica Generale Inorganica
Soluzione degli Esercizi del Compito del 6 settembre 2010
Si avvertono gli studenti che la verbalizzazione dei risultati dell’esame è fatta
esclusivamente per via elettronica. Quando saranno resi pubblici i voti lo studente
riceverà una E-mail all’indirizzo [email protected]. Da quel momento
scatta un periodo di due settimane durante il quale è possibile modificare il voto,
dopo questo periodo il voto entra automaticamente nella carriera scolastica dello
studente.
Le persone interessate a prendere visione del compito devono prendere contatto con
il sottoscritto inviando un E-mail a [email protected] oppure telefonando al
0250314410 durante le normali ore d’ufficio.
Si ribadisce che un voto positivo entra automaticamente nella carriera scolastica di
uno studente anche se lo studente non prende visione del compito o che dia il suo
consenso in altre parole vale la regola silenzio-assenso.
Milano, 9 settembre 2010
L. Garlaschelli
Facoltà di Agraria
Nome Via Celoria, n°2 - 20133 Milano, Italy
Tel 0250316500 - Fax 0250316508- E-mail [email protected]
Compito A 6 settembre 2010
[1] Completare e bilanciare le seguenti trasformazioni chimiche: (A) Ca(OH)2 +
H3PO4; (B) Li2O + CO2; (C) Mn + O2; (D) Al + H2SO4.
Risposta
(A) 3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 > Ca3(PO4)2 + 6 H2O
(B) Li2O + CO2 > Li2CO3
(C) Mn + ½ O2 > MnO
(D) 2 Al + 3 H2SO4 > Al2(SO4)3 + 3 H2
[2] Considerare la seguente reazione già bilanciata: KBrO3 + 5KBr + 6H+ > 6K+ +
3Br2 + 3H2O. Calcolare quanti grammi di bromo si possono ottenere quando si
mettono a reagire 33,4 g di KBrO3 con 142,8 g di KBr, in presenza di un eccesso di
acido. Sapendo che a 250°C, e alla pressione di 2,0 atm, il bromo si trova allo
stato gassoso, calcolare il volume del bromo che si forma. [P.A.: K = 39,0; Br =
80,0; O = 16,0].
Risposta: g (Br2) = 96; V = 12,86 L
Calcolo le moli iniziali dei reagenti e individuo il reagente limitante
moli KBrO3 =
33,4 g
= 0,200
167,0 g / mole
moli KBr =
142,8 g
= 1,2
119,0 g/mole
Dalle quantità iniziali dei reagenti e dalla stechiometria di reazione risulta che il
reagente limitante è KBrO3; sarà quindi il KBrO3 che condizionerà quante moli di
Br2 si formeranno.
KBrO3 +
5KBr + 6 H+
0,200
1,2
ecc.
 -0,200
-1,0
-1,2
1,2
0,60
0,60
F
0,20
ecc
1,2
0,60
ecc.
I
--
>
6 K+ +
3 Br2 +
3 H2O
ecc.
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Alla fine si formeranno 0,60 moli di Br2 che peseranno:
g(Br2) = 0,60 moli x 160 g/mole = 96,0 g
Quando si tratta di gas vale sempre l’equazione di stato dei gas perfetti:
PV = nRT quindi V =
nRT 0,60 x 0,082 x 523

= 12,86 L
P
2,0
[3] Una soluzione 0,200 M di KCl è alla temperatura di 27°C. Calcolare quale
temperatura deve avere una soluzione di 0,125 M di MgCl2 perché presenti la stessa
pressione osmotica di quella di KCl.
Risposta: T = 320 K pari a 47°C
Siamo nel campo delle proprietà colligative delle soluzioni ovvero di quelle
proprietà che dipendono solamente dalla concentrazione di tutte le specie presenti
in soluzione e non dalla loro natura. Quando si deve calcolare la pressione
osmotica bisogna tener presente il comportamento dei soluti in soluzione ovvero se
sciogliendosi si dissociano oppure no. In questo caso siamo presenza di due sali che
sono elettroliti forti ovvero che si dissociano completamente in soluzione.
KCl > K+(aq) + Cl-(aq)
=2
MgCl2 > Mg2+(aq) + 2 Cl-(aq)
=3
Ricordando la formula per calcolare la pressione osmotica : V = nRT,
applicandola ai due sali si ha:

0,2 x 2 x 0,082x300
1
(KCl) = 9,84 atm

0,125 x3 x 0,082xT
1
(MgCl2) = 0,03075T atm
Le due pressioni devono essere uguali e si ha 9,84 = 0,03075xT. Risolvendo:
T = 320 K pari a 47°C
[4] Una soluzione acquosa che per diluizione presenta un aumento del valore del
suo pH è costituita da: (1) CH3OH, (2) KCl, (3) NaOH, (4) HNO3, (5) CH3COOK.
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Giustificare sia in senso positivo che negativo i cinque casi. Tutte le soluzioni
hanno inizialmente la stessa concentrazione molare.
Risposta: 4
Osservazione un aumento del pH vuol dire che la concentrazione degli ioni H+
diminuisce.
La soluzione (1) contiene l’alcool metilico, che è completamente solubile in acqua,
ma non influenza il pH perché non libera ioni H+ o OH-.
La stesse considerazioni le possiamo fare per la soluzione (2) contenente KCl,
completamente solubile in acqua, un sale che non influenza il pH perché non libera
ioni H+ o OH-.
La soluzione (3) contiene NaOH, una base forte, il pH di partenza sarà alcalino,
supponiamo per comodità pH = 13, ma in seguito a diluizione il pH di questa
soluzione andrà verso valori più piccoli, supponiamo per comodità pH = 10, la
conseguenza di questo è che il pH diminuisce.
Diluendo la soluzione (4) contenente HNO3, un acido forte, si osserva un aumento
del pH perché la concentrazione di ioni H+ sarà inferiore a quella di partenza
La soluzione (5) formata da CH3COOK, è basica per idrolisi (Arrhenius) o
comportamento basico dello ione acetato (Broensted), e in seguito a diluizione ci
sarà una diminuzione del pH. Si possono applicare le considerazioni fatte per la
soluzione (3).
[5] Cosa si intende per elettroliti ? a) elettroliti sono quei composti che, una volta
in soluzione, formano ioni aventi tutta la stessa carica; b) sono sostanze che si
dissociano solo per effetto della corrente elettrica; c) elettroliti possono essere
soltanto composti che prima di entrare in soluzione hanno una struttura ionica; d)
sono composti che, indipendentemente dalla loro struttura originaria, in soluzione
formano cationi e anioni; e) nessuna delle affermazioni suggerite è corretta.
Risposta d: d
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a) Un elettrolita è in origine un composto neutro cioè privo di carica netta e pertanto
quando si scinde forma ioni di carica opposta in modo che la somma delle cariche
risulti nulla; b) La dissociazione di un elettrolita dipende dalle proprietà del solvente;
imponendo, mediante un circuito esterno, un passaggio di corrente, non si induce
dissociazione ma soltanto movimento degli ioni presenti; c) Elettroliti possono essere
anche composti covalenti o anche apolari. Nel passaggio in soluzione, qualora il
soluto fosse apolare, potrebbe realizzarsi: polarizzazione indotta, formazione di una
coppia ionica e dissociazione del sistema ionico formato. Un solvente polare (come
l’acqua) può creare una situazione come quella descritta. Un esempio potrebbe
essere l’acido cloridrico gassoso, che è un composto covalente polare ma sciolto in
acqua si dissocia completamente in ioni H3O+(aq) e Cl-(aq); d) Dopo aver considerato e
scartato le risposte a) e c) è evidente che gli ioni che si formano in una soluzione
elettrolitica devono essere anioni e cationi; e) È corretta la risposta d).
[6] Illustrare il principio di Le Chatelier. In un pallone di 1,0 litri una miscela
gassosa è formata da 1,0 moli di H2(g), 1,0 moli di I2(g) e 2,0 moli di HI(g). Sapendo
che la costante di equilibrio per la reazione:
H2(g) + I2(g)
2HI(g) vale 36,0, stabilire se il sistema si trova in equilibrio in caso
contrario giustificare il verso spontaneo della trasformazione e calcolare la nuova
composizione d’equilibrio.
Risposta: Il sistema non si trova all’equilibrio il verso spontaneo è da sinistra verso
destra. [H2] = [I2] = 0,5; [HI] = 3
Il principio di Le Chatelier può essere formulato nel seguente modo: quando si
disturba un sistema all’equilibrio con uno stimolo esterno il sistema reagisce in
modo da annullare, per quanto possibile, gli effetti dello stimolo stesso.
I
H2(g) + I2(g)
2HI(g)
1
2
1
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Kc =
HI 2
il quoziente di reazione per questo sistema è
H2 xI2 
Qc =
HI 2
H2 xI2 
= 4. Quindi Kc diverso Qc
Il sistema non si trova all’equilibrio quindi c’è reazione.
A un attento esame del testo si nota che la reazione non comporta nessuna
variazione del numero di moli nella trasformazione reagenti prodotti (ovviamente
considerando la reazione bilanciata e facendo la differenza tra i coefficienti
stechiometrici prodotti reagenti). Questo ha come conseguenza che i valori
numerici delle diverse K con cui si esprimono le condizioni di equilibrio sono tutti
numericamente uguali. Ovvero Kp = Kc = Kx = Kn. Oltre a questo i valori di K sono
indipendenti dal volume del recipiente di reazione.
Indico con x le moli di idrogeno che dovranno reagire con lo iodio per portare il
sistema all’equilibrio. Ovviamente in base alla stechiometria di reazione
reagiranno un ugual numero di moli di iodio e si formeranno un numero di moli di
HI doppio di quelle di idrogeno. La tabella all’equilibrio è la seguente:
H2(g) + I2(g)
> 2 HI(g)
I
1
1
2

-x
-x
+2x
Eq
1-x
1-x
2+2x
Le composizioni all’equilibrio dovranno soddisfare la costante di equilibrio:
2
HI 
36,0 =  
H2  I2 
36,0 =
 2  2x 
2
1  x 
2
Risolvendo si ottiene x = 0,5. Quindi le composizioni all’equilibrio sono:
[H2] = [I2] = 0,5
[HI] = 3
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[8] Ordinare in base al valore crescente di pH le seguenti soluzioni tutte alla stessa
concentrazione: (A) HCl; (B) NaNO2; (C) NaCl.
Risposta: (A), (C), (B)
La soluzione (A) sarà quella più acida perchè l’acido cloridrico è un acido forte e
quindi sarà quello che porterà in soluzione una concentrazione maggiore di H3O+ e
avrà il pH più basso sicuramente inferiore a 7; la soluzione (B) avrà invece un pH
maggiore di sette in quanto è alcalina. Il nitrito di sodio si idrolizza in acqua,
Arrhenius, ovvero è una base secondo Brönsted in quanto contiene l’anione di un
acido debole, l’acido nitroso. Comportamento in acqua di NaNO2: dissociazione
elettrolitica NaNO2 > Na+(aq) + NO2-(aq), NO2-(aq) + H2O(l)
HNO2(aq) + OH-(aq); la
soluzione (c) avrà pH neutro perchè è formata da un sale che contiene il catione di
una base forte e l’anione di un acido forte.
[9] Addizionando 900 ml di acqua pura a 100 ml di una soluzione di acido forte
avente pH = 4,0 il pH della soluzione risultante sarà ?
Risposta: pH = 5,0
In seguito all’aggiunta di acqua ci sarà solamente diluizione e quindi una variazione
di pH.
Una soluzione di acido forte con pH = 4,0 avrà una concentrazione di H+ pari a
[H+] = 1,0x10-4.
In 100 mL di soluzione di questo acido le moli di H+ presenti saranno:
moli di H+ = 1,0x10-4 moli/Lx0,1 L = 1,0x10-5
La concentrazione di H+ nella soluzione finale sarà
1,0 x10 5
= 1,0x10-5
[H ] =
0,9  0,1
+
pH = 5,0
[10] Discutere tutte le affermazioni sotto riportate. In una reazione chimica
bilanciata: (A) le moli dei prodotti sono uguali a quelle dei reagenti; (B) le
molecole dei prodotti sono uguali a quelle dei reagenti; (C) gli indici nelle formule
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dei prodotti sono uguali a quelle dei reagenti; (D) il numero di atomi di ciascun
elemento è uguale nei prodotti e nei reagenti.
Risposta: D
Il modo migliore per rispondere a questa domanda è riportare delle reazioni che
contraddicono le affermazioni fatte
Affermazione (A) errata
N2 + 3 H2 > 2 NH3 quattro moli fra i reagenti e due moli fra i prodotti
Affermazione (B) errata
Si può sfruttare la reazione precedente mettendo semplicemente in evidenza che e
possibile passare da moli a molecole tramite il numero di Avogadro. Quindi se è
errato pensare alle moli uguali fra reagenti e prodotti e altrettanto sbagliato
pensare che le molecole dei prodotti sono uguali alle molecole dei reagenti.
Affermazione (C) errata
Gli indici sono i coefficienti stechiometrici che compaiono in una equazione
bilanciata. Questi indici fanno in modo che il numero totale di atomi di un certo
elemento risulti uguale sia nei reagenti che nei prodotti. Questa frase non è altro
che il principio di Lavoisier: in una reazione chimica la somma dei masse dei
reagenti è uguale alla somma della masse dei prodotti
Fe + 2 HCl > FeCl2 + H2
Affermazione (D) corretta
Nel confutare la risposta (D) implicitamente è stata giustificata la risposta (D)
3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 > Ca3(PO4)2 + 6 H2O
Scrivere il nome dei seguenti composti o ioni ed assegnare il numero di
ossidazione ai vari elementi:
PbO. Ossido di piombo(II); Pb(2+), O(-2)
CaS. Solfuro di calcio; Ca(+2); S(-2)
(NH4)2CO3. Carbonato d’ammonio; N(+3); H(+1); C(+4); O(-2)
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Fe(NO3)2. Nitrato ferroso o di Fe(II); Fe(2+); N(+3); O(-2)
MnSO4. Solfato di manganese; Mn(+2); S(+6); O(-2)
PO43-. P(+5); O(-2)
Scrivere la formula dei seguenti composti o ioni:
Solfato di piombo. PbSO4
Carbonato di cesio. Cs2CO3
Solfato d'argento. Ag2SO4
Idrossido di alluminio. Al(OH)3
Solfuro ferrico. Fe2S3
Cloruro mercurico. HgCl2
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