compito gen2012 b

PROVA SCRITTA DI CHIMICA PER INGEGNERIA MECCANICA
24 GENNAIO 2012 B - SOLUZIONI
1. Bilanciare la seguente reazione di ossidoriduzione:
Cl– + H2O + MnO4– = ClO3– + MnO2 + OH–
e calcolare quanti g di MnO2 (s) si formano facendo reagire 146 g di KMnO4 con 200 mL di
soluzione acquosa 0,5 M di KCl.
La reazione bilanciata è la seguente:
Cl– + H2O + 2 MnO4– = ClO3– + 2 MnO2 + 2 OH–
146 g KMnO4 : 158 g/mol = 0,924 mol KMnO4 in eccesso, ne reagiscono 0,2 mol
0,2 L x 0,5 mol/L = 0,1 mol KCl (agente limitante).
0,2 mol KMnO4 reagite = mol MnO2 che si formano.
0,2 mol MnO2 x 86,94 g/mol = 17,4 g
2. Sciogliendo in acqua il cianuro di potassio, KCN, il pH della soluzione risulterà acido, neutro
o basico? Spiegare, scrivendo la reazione di idrolisi che avviene.
In acqua il cianuro di potassio si scioglie dando KCN = K+ + CN –
K+ è l’acido coniugato della base forte KOH e quindi non subisce idrolisi.
CN– è la base coniugata dell’acido debole HCN, quindi subisce idrolisi secondo la reazione
CN– + H2O = HCN + OH–
e il pH risultante è basico.
3. Il solfuro d’idrogeno, H2S, è gassoso a temperatura ambiente, mentre l’acqua, com’è noto,
è liquida e bolle a 100°C. Spiegare perché.
L’acqua forma numerosi forti legami idrogeno, mentre H2S forma deboli interazioni di Van
der Waals e di London.
4.
Calcolare il pH di una soluzione acquosa del volume di 0,15 m3, nella quale sono stati
disciolti 18 g di HCl e 12 g di NaOH.
18 g HCl : 36,5 g/mol = 0,493 mol HCl = mol H3O+
12 g NaOH : 40 g/mol = 0,3 mol NaOH = mol OH–
0,493 – 0,3 = 0,193 mol H3O+ in eccesso, sciolte in 150 L d’acqua
[H3O+] = 0,193 mol : 150 L = 1,29 x 10-3 mol/L
5. Il sistema
I2
(s)
+ H2
(g)
= 2 HI
(g)
-log [H3O+]= 2,89 = pH
si trova all’equilibrio. Qual è l’effetto sulla posizione
dell’equilibrio di ciascuna delle seguenti azioni? Spiegare molto brevemente.
•
Aggiunta di I2 (s)
nulla (equilibrio eterogeneo)
•
Aumento della pressione
verso sinistra (meno moli di gas)
•
Aumento della temperatura verso destra (Kp aumenta perché ∆H° di reazione > 0)
6. Calcolare se la reazione
2 MnO4 – + Cl – + H2O = 2 MnO2 + ClO3– + 2 OH–
sarà
o
meno spontanea a pH 13, con tutti gli altri ioni in soluzione in concentrazione 1 M.
∆E = ∆E° + 0,059 / n log [OH–]-2 = (0,595 -0,62) + 0,059 / 6 log (10-1)-2 = - 0,025 + 0,0098 log 102
∆E = - 0,005 V, non spontanea
7. La solubilità in acqua a 25°C del fosfato di zinco, Zn3(PO4)2, è di 0,5 mg/L. Calcolarne il
prodotto di solubilità, Kps.
Zn3(PO4)2 (s) = 3 Zn2+(aq) + 2 PO4 3-(aq)
Kps = [Zn2+]3 [PO43-]2
Le moli di fosfato di zinco disciolte sono 5 x 10-4 g : 386,1 g/mol = 1,29 x 10-6 mol/L.
Ogni mole di fosfato di zinco ne dà tre di Zn2+ e due di ione fosfato, quindi:
Kps = (3 x 1,29 x 10-6)3 (2 x 1,29 x 10-6)2 = (57,96 x 10-18) (6,66 x 10-12) = 3,86 x 10-28
8. 5,2 g di un metallo M si sciolgono in acqua acida, dando ioni M2+ e sviluppando 4,8 L
(misurati a 0°C e 1 atm) di gas. Di che metallo si tratta ?
La reazione che avviene è l’ossidoriduzione M + 2 H2O = M2+ + H2 + 2 OH-, spontanea se il
metallo ha potenziale di riduzione negativo. Le moli di idrogeno sviluppate sono:
n = PV / RT = 4,8 L x 1 atm : (0,082 atm L mol-1 K-1 x 273 K) = 0,214 mol H2 = moli metallo
La massa atomica del metallo quindi è 5,2 g / 0,214 mol = 24,3 g/mol. Può trattarsi di Mg.
9. Una miscela costituita da idrogeno e metano in uguale quantità in moli viene
completamente bruciata con aria; il calore ottenuto viene tutto utilizzato per riscaldare un
blocco di titanio, di massa 75 kg, da 15° a 142°C. Qual era il volume, misurato a 15°C e 1,4
atm, della miscela gassosa bruciata?
Il calore ottenuto dalla combustione è pari a q = 75 kg x 0,523 kJ kg-1 K-1 x 127 K = 4981,5 kJ
Questo calore è anche pari a n(H2) x ∆H°comb (H2) + n(CH4) x ∆H°comb (CH4). Tenendo
conto che n(H2) = n (CH4) = n si può impostare la seguente equazione:
4981,5 kJ = n x (-285,8 – 890,2) kJ
da cui n = 4981,5 kJ : 1176 kJ/mol = 4,236 mol
La miscela gassosa iniziale conteneva 2 x 4,236 = 8,472 moli di gas, pari a (V = nRT:P) 142,9 L
10. Un recipiente del volume di 1 L contiene 1 mol di COCl2 (g). Il sistema viene portato a 500°C,
e a questa temperatura viene raggiunto l’equilibrio
COCl2 (g) = CO(g) + Cl2 (g).
Se all’equilibrio rimangono 0,45 mol di COCl2, quale sarà la pressione di equilibrio?
A 400°C ∆G° = (- 110,5 + 219,1) kJ – 773 K (197,7 + 223,1 – 283,5) J/K = 108600 J – 106133 J =
2467 J
∆G° = - RT ln K da cui ln K = - 0,384 e K = 0,68
K =[ p(CO) p (Cl2)] : p (COCl2) =[x( CO) x (Cl2) ] P : x (COCl2)
Le moli di COCl2 sono 0,45, quindi 0,55 moli hanno reagito e se ne sono formate altrettante
di ciascun prodotto. Le moli totali finali sono 0,45 + 2 x 0,55 = 1,55 mol
con x(CO)= x (Cl2)= 0,55 : 1,55 = 0,355 e x (COCl2) = 0,45 : 1,55 = 0,29
Quindi K = 0,68 = [0,3552 P : (0,29)] da cui P = 1,56 atm