SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL 19-09-2012
1A) 0.487 grammi di una miscela di glucosio (C6H12O6) e cloruro di sodio viene bruciata.
L’anidride carbonica prodotta viene fatta gorgogliare in una soluzione di idrossido di bario e
precipitano 2.048 g di carbonato di bario. Calcolare la percentuale di glucosio e cloruro di
sodio presenti nella miscela.
Soluzione:
La combustione del glucosio è
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
L’anidride carbonica in soluzione da origine all’acido carbonico
CO2 + H2O → H2CO3
In soluzione di idrossido di bario lo ione carbonato precipita sotto forma di carbonato di bario
BaCO3
mM(BaCO3) = 197.34 g/mol
2.048 g di BaCO3
contengono quindi un numero di moli
-2
n(BaCO3)=1.038 10 mol
che corrispondono a 6 volte le moli di glucosio.
n(glucosio) = 1/6 n(CO2) = n(BaCO3) = 1.730 10-3 mol
mM(glucosio) = 180.16 g/mol
Nella miscela vi sono quindi m(glucosio) = 0.312 g di glucosio che corrispondono al 64.1% in
peso
2A) Il sale di potassio di un acido organico forte ha la seguente composizione percentuale in
peso: C = 18.75%, H = 0.78%, O = 50.00 %. Si sciolgono 10.73 g del sale in 100 g di acqua (Keb
= 0.52 °C kg/mol) e si misura una temperatura di ebollizione di 100.654 °C. Calcolare la
formula dell’acido e stabilire se si tratti di un acido monoprotico o diprotico.
Soluzione:
C
H
O
K
%p (= g su 100 g di sale)
18.75
0.78
50.00
30.47
n (mol) = g/PA
1.56
0.78
3.12
0.78
rapporto molare
2
1
4
1
Formula minima = C2HO4K (PMformula minima = 128 g/mol)
sale = elettrolita forte per cui i = ν
∆Teb = ν · Keb · m = (ν · Keb · nsale) / kg(H2O) = (ν · Keb · gsale) / [PM(sale) · kg(H2O)] =
= (ν · Keb · gsale) / [PM(sale) · kg(H2O)]
dove = PM(sale) = N · PMformula minima con N = numero intero
da cui si ottiene: ν / N = [∆Teb · kg(H2O) · PMformula minima] / (Keb · gsale) = 1.5
se si trattasse di un acido monoprotico:
HA → H+ + Acioè ν = 2 ed N = 1.33 (non valido)
se si trattasse di un acido diprotico:
H2A → 2 H+ + A2- cioè ν = 3 ed N = 2
La formula dell’acido sarà: (C4H2O8)H2
(diprotico)
3A) Alla temperatura di 556 K, la reazione in fase gassosa: 2HI→H2 + I2 ha una costante di
velocità specifica k=3.52·10-7 L mol-1 s-1. Calcolare il tempo occorrente, alla temperatura di
556 K, affinché la concentrazione iniziale di 0.5 mol L-1 di HI sia ridotta a 0.135 mol L-1 e
calcolare inoltre la frazione molare di H2 nella miscela dopo 15 giorni.
Soluzione:
Dalle dimensioni della costante cinetica posso dire che la reazione segue una cinetica del secondo
ordine. [analisi dimensionale: Ms-1 = M-1 s-1 Mn → n = 2]
v = k[N2O]2
-d[HI]/dt = k[HI]2 → d[HI]/[HI]2 = -kdt
Integrando:
.
. -1/0.135 + 1/0.5 = -kt
[
[
]
=−
]
→ -5.407 = -3.52·10-7 t → t = 5.407/3.52·10-7 = 1.536·107 s
Dopo 15 giorni:
2HI → H2 + I2
t=0
0.5
∆
-2x
+x
+x
t= 15gg 0.5-2x
+x
+x
15 gg = 15·24·3600 = 1.296·106 s
c
1
= 3.52 ⋅ 10 −7 ⋅ 1.296 ⋅ 106
c 0.5
1/c - 1/0.5 =4.56 · 10-1 → 1/c = 2.456 → c = 0.407 M
c = 0.5 - 2x = 0.407 M → x = 4.65·10-2 M
Poiché ∆n = 0, ntot = 0.5 V
nH2 = nI2 = 4.65 · 10-2 V
xH2 =4.65·10-2 V/0.5 V = 9.3 · 10-2
4A) In un recipiente, ad una data temperatura T, vengono introdotte 0.2 moli di anidride
solforosa e 0.2 moli di ossigeno gassosi alla pressione totale di 10 atm. Si stabilisce una
reazione di equilibrio che porta alla formazione di anidride solforica. L'anidride solforica
prodotta nella reazione viene fatta assorbire in acqua e fatta reagire con cloruro di bario. La
reazione porta alla formazione di un precipitato di solfato di bario pari a 11.66 g.
Determinare la Kp della reazione iniziale di equilibrio
Soluzione:
SO2 +
0.2
1
O → SO3
2 2
0.2
−
−x
− 0.5x
x
0.2 − x 0.2 − 0.5x x
SO3 + H2O → H2 SO4
H2 SO4 + BaCl2 → BaSO4 ↓ + 2HCl
mM(BaSO4) = 233.4 g/mol
n(BaSO4)= 11.66 g / 233.4 g/mol = 50.0 mmol = n(SO3)
n(SO3) = 50 mmol
n(SO2) = 150 mmol
n(O2) = 175 mmol
KP =
PSO
3
PSO ⋅P
2
12
O2
=
ntot = 375 mmol
χ SO
3
χ SO ⋅ χ
2
12
O2
⋅
1
0.133
=
⋅0.316 = 0.154
12
0.400⋅0.683
P
se 2SO2 + O2 --> 2 SO3
P 2SO
χ 2SO
1 1.78⋅10−2
3
KP = 2
= 2 3 ⋅ =
⋅0.1 = 2.38⋅10−2
P SO ⋅PO χ SO ⋅ χ O P 0.16⋅0.467
2
2
2
2
5A) Calcolare il pH di una soluzione acquosa ottenuta mescolando 150 mL di una soluzione
acquosa di acido ipobromoso avente concentrazione 0.1 M, 100 mL di una soluzione acquosa
di idrossido di calcio avente concentrazione 7.5・
・10-2 M e 300 mL di una soluzione acquosa di
cloruro di sodio avente concentrazione 2.0・
・10-2 M. (Ka = 2.1・
・10-9)
Soluzione:
HBrO + H2O ⇄ BrO- + H3O+
Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OHNaCl → Na+ + ClDopo il mescolamento:
V = 150 mL + 100 mL + 300 mL = 550 mL = 0.55 L
Il cloruro di sodio non fa variare il pH.
[HBrO] = (7.5 ∙ 10-2 M ∙ 0.10 L)/0.55 L = 2.73 ∙ 10-2 M
[OH-] = 2 ∙ [Ca(OH)2] = 2 ∙ (7.5 ∙ 10-2 M ∙ 0.10 L)/0.55 L = 2.73 ∙ 10-2 M
Reazione tra l’acido debole e la base forte:
[ ]i
[ ]e
HBrO
+
OHBrO+ H2O
⇄
-2
-2
2.73 ∙ 10
2.73 ∙ 10
2.73 ∙ 10-2
Ho una soluzione contenente ioni ipobromoso con concentrazione 1.365・10-2 M (idrolisi basica)
[ ]i
[ ]e
BrO+ H2O ⇄ HBrO + OH-2
2.73 ∙ 10
-2
x
x
2.73 ∙ 10 - x
Ki = Kw/Ka = 10-14/2.1・10-9 = 4.76・10-6 = [HBrO] [OH-] / [BrO-] = x2 /(2.73・10-2 - x)
[OH-] = 3.61・10-4 M
pOH = 3.44 da cui pH = 14 - 3.44 = 10.56
6A) 147.0 g di una lega contenente solo nichel e cromo viene sciolta in HCl per dare gli ioni
corrispondenti [nichel(II) e cromo(III)]. La soluzione ottenuta viene elettrolizzata facendo
passare una corrente di 10 A per 15 ore, 7 minuti e 54 secondi, e si ottiene al catodo la
deposizione quantitativa di entrambi i metalli. Stabilire la composizione della lega.
Soluzione:
Ni + 2 HCl → NiCl2 + H2
2 Cr + 6 HCl → 2 CrCl3 + 3 H2
(Ni + 2 H+ → Ni2+ + H2)
(2 Cr + 6 H+ → 2 Cr3+ + 3 H2)
Al catodo avvengono entrambe le riduzioni:
Ni2+ + 2 e- → Ni(s)
Cr3+ + 3 e- → Cr(s)
t = (15 · 3600 s) + (7 · 60 s) + 54 s = 54474 s
Q = i · t = 10 A · (54474 s) = 544740 C
eq = Q (C) / 96500 (C/F) = 5.645 F = (numero di equivalenti totali depositati al catodo).
pongo x = g(Ni) ed y = g(Cr)
da cui
g(Ni) + g(Cr) = x + y = 147.0
neq = neq(Ni) + neq(Cr)
PE(Ni) = PA(Ni) / 2; PE(Cr) = PA(Cr) / 3
neq(Ni) = 2 n(Ni); neq(Cr) = 3 n (Cr)
neq = 2 n(Ni) + 3 n(Cr) = 5.645 = 2 [g(Ni)/PA(Ni)] + 3 [g(Cr)/PA(Cr)] = 2 (x/58.69) + 3(y/52.00)
Risolvendo si ottiene:
x = g(Ni) = 120.1 g e y = g(Cr) = 26.9 g
da cui
%p Ni = 81.7% e %p Cr = 18.3%
SOLUZIONI COMPITO B DI CHIMICA DEL 19-07-2012
1B) 0.568 grammi di una miscela di maltosio (C12H22O11) e cloruro di sodio viene bruciata.
L’anidride carbonica prodotta viene fatta gorgogliare in una soluzione di idrossido di bario e
precipitano 2.305 g di carbonato di bario. Calcolare la percentuale di glucosio e cloruro di
sodio presenti nella miscela.
Soluzione:
La combustione del maltosio è
C12H22O11 + 11O2 → 12 CO2 + 11 H2O
L’anidride carbonica in soluzione da origine all’acido carbonico
CO2 + H2O → H2CO3
In soluzione di idrossido di bario lo ione carbonato precipita sotto forma di carbonato di bario
BaCO3
mM(BaCO3) = 197.34 g/mol
2.305 g di BaCO3
contengono quindi un numero di moli
n(BaCO3)=1.168 10-2 mol
che corrispondono ad 11 volte le moli di glucosio.
n(maltosio) = 1/12 n(CO2) = n(BaCO3) = 9.73 10-4 mol
mM(maltosio) = 342.30 g/mol
Nella miscela vi sono quindi m(maltosio) = 0.333 g di maltosio che corrispondono al 58.6% in
peso
2B) Il sale di potassio di un acido organico forte ha la seguente composizione percentuale in
peso: C = 25.00%, H = 1.04%, O = 33.33 %. Si sciolgono 976.8 mg del sale in 100 g di acqua
(Kcr = 1.86 °C kg/mol) e si misura una temperatura di congelamento di -0.2836 °C. Calcolare
la formula dell’acido e stabilire se si tratti di un acido monoprotico o diprotico.
Soluzione:
C
H
O
K
%p (= g su 100 g di sale)
25.00
1.04
33.33
40.63
n (mol) = g/PA
2.08
1.04
2.08
1.04
rapporto molare
2
1
2
1
Formula minima = C2HO2K (PMformula minima = 96 g/mol)
sale = elettrolita forte per cui i = ν
∆Teb = ν · Keb · m = (ν · Keb · nsale) / kg(H2O) = (ν · Keb · gsale) / [PM(sale) · kg(H2O)] =
= (ν · Keb · gsale) / [PM(sale) · kg(H2O)]
dove = PM(sale) = N · PMformula minima con N = numero intero
da cui si ottiene: ν / N = [∆Teb · kg(H2O) · PMformula minima] / (Keb · gsale) = 1.5
se si trattasse di un acido monoprotico:
HA → H+ + Acioè ν = 2 ed N = 1.33 (non valido)
se si trattasse di un acido diprotico:
H2A → 2 H+ + A2- cioè ν = 3 ed N = 2
La formula dell’acido sarà: (C4H2O4)H2
(diprotico)
3B) La reazione di decomposizione dell'ossido nitroso, a 694°C: 2N2O → 2 N2 + O2 ha una
costante di velocità specifica k = 0.1349 L mol-1 s-1. Calcolare il tempo occorrente, alla
temperatura di 694°C, affinché la concentrazione iniziale di 0.8 M di N2O sia ridotta a 0.23M
e calcolare inoltre la frazione molare di N2 nella miscela dopo 12 s.
Soluzione:
Dalle dimensioni della costante cinetica posso dire che la reazione segue una cinetica del secondo
ordine. [analisi dimensionale: Ms-1 = M-1 s-1 Mn → n = 2]
v = k[N2O]2
-d[N2O]/dt = k[N2O]2 → d[N2O]/[ N2O]2 = -kdt
. [
[
. 0.23
]
]
Integrando:
=−
1
−
= −0.1349 ⋅ t
c 0.8
1/0.23 - 1/0.8 = 0.1349·t → t = 3.098/0.1349 = 23 s
Dopo 12 s:
2 N2O → N2 + O2
t=0
0.8
∆
-2x
+x
+x
t= 15gg 0.8-2x
+x
+x
c
1
= kt = 0.1349 ⋅ 12
c 0.8
1/c - 1/0.8 =1.619 → 1/c = 2.869 → c = 0.35 M
c = cN2O = 0.8-2x = 0.35 M → x = 0.225 M
cN2 = 2x = 0.45 M → nN2 = 0.45 V
ntot = (0.8 + 0.225)·V = 1.025 V
xN2 =0.45 V/1.0255 V = 0.439
4B) In un recipiente, ad una data temperatura T, vengono introdotte 0.4 moli di monossido di
carbonio e 0.2 moli di ossigeno gassosi alla pressione totale di 9 atm. Si stabilisce una reazione
di equilibrio che porta alla formazione di anidride carbonica. L'anidride carbonica prodotta
nella reazione viene fatta assorbire in acqua e fatta reagire con cloruro di bario. La reazione
porta alla formazione di un precipitato di carbonato di bario pari a 14.80 g. Determinare la
Kp della reazione iniziale di equilibrio
Soluzione:
CO
+
½ O2
--> CO2
0.4
0.2
-–x
– 0.5 x
x
0.4 – x
0.2 – 0.5 x
x
CO2 + H2O --> H2CO3
H2CO3 + BaCl2 --> BaCO3 + 2 HCl
mM(BaCO3) = 197.34 g/mol
n(BaCO3)= 14.80 g / 197.34 g/mol = 75.0 mmol = n(CO2)
n(CO2) = 75 mmol
n(CO) = 325 mmol
n(O2) = 162.5 mmol
KP =
PCO
2
=
1/2
PCO ⋅PO
2
ntot = 562.5 mmol
χ CO
2
χ CO ⋅ χ
1/2
O2
⋅
1
0.133
1
=
⋅ = 0.143
1/2
0.578⋅0.537 3
P
K'P =2.05·10–2
se 2CO + O2 --> 2 SO2
5B) Calcolare il pH di una soluzione acquosa ottenuta mescolando 300 mL di una soluzione
acquosa di ammoniaca avente concentrazione 0.8 M, 200 mL di una soluzione acquosa di
acido solforico avente concentrazione 0.60 M e 600 mL di una soluzione acquosa di cloruro di
potassio avente concentrazione 0.1 M. (Kb = 1.8·10-5). Considerare l’acido solforico forteforte.
Soluzione:
Soluzione:
NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OHH2SO4 → SO42- + 2 H3O+
NaCl → K+ + ClDopo il mescolamento:
V = 300 mL + 200 mL + 600 mL = 1100 mL = 1.1 L
[NH3] = (0.8 M・0.3 L)/1.1 L = 2.18・10-1 M
[H3O+] = 2・ (0.60 M・0.20 L)/1.1 L = 2.18・10-1 M
Il cloruro di sodio non fa variare il pH.
Reazione tra la base debole e l’acido forte:
[ ]i
[ ]e
NH3
+
H3O+
NH4+
+ H2O
⇄
-1
-1
2.18 ∙ 10
2.18 ∙ 10
2.18 ∙ 10-1
Dopo il mescolamento ho una soluzione di solfato di ammonio con concentrazione 2.18 ∙ 10-1 M
che subisce idrolisi acida.
NH4+
+ H2O ⇄ NH3 + H3O+
[ ]i
2.18 ∙ 10-1
-1
[ ]e 2.18 ∙ 10 - x
x
x
Ki = Kw/Kb = 10-14/1.8・10-5 = 5.6・10-10 = [NH3] [H3O+] / [NH4+] = x2/(2.18 ∙ 10-1 - x)
Poiché il valore della costante è molto basso posso trascurare la x al denominatore.
Ho: x = √(5.6・10-10・2.18 ∙ 10-1) = 1.1・10-5 M = [H3O+] e quindi pH = 4.96
6B) 15.30 g di una lega contenente solo alluminio e magnesio viene sciolta in HCl per dare gli
ioni corrispondenti [alluminio(III) e magnesio(II)]. La soluzione ottenuta viene elettrolizzata
facendo passare una corrente di 15 A per 2 ore, 20 minuti e 34 secondi, e si ottiene al catodo
la deposizione quantitativa di entrambi i metalli. Stabilire la composizione della lega.
Soluzione:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2
Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2
(2 Al + 6 H+ → 2 Al3+ + 3 H2)
(Mg + 2 H+ → Mg2+ + H2)
Al catodo avvengono entrambe le riduzioni:
Al3+ + 3 e- → Al(s)
Mg2+ + 2 e- → Mg(s)
t = (2 · 3600 s) + (20 · 60 s) + 34 s = 8434 s
Q = i · t = 15 A · (9946 s) = 126510 C
F = Q (C) / 96500 (C/F) = 1.311 F = (numero di equivalenti totali depositati al catodo).
pongo x = g(Al) ed y = g(Mg)
da cui
g(Al) + g(Mg) = x + y = 15.30
neq = neq(Al) + neq(Mg)
PE(Al) = PA(Al) / 3; PE(Mg) = PA(Mg) / 2
neq(Al) = 3 n(Al); neq(Mg) = 2 n (Mg)
neq = 3 n(Al) + 2 n(Mg) = 1.311 = 3 [g(Al)/PA(Al)] + 2 [g(Mg)/PA(Mg)] = 3 (x/26.98) + 2(y/24.30)
Risolvendo si ottiene:
x = g(Al) = 1.95 g e y = g(Mg) = 13.35 g
da cui
%p Al = 12.74% e %p Mg = 87.26%
