Soluzioni Parziale

COMPITO A PARZIALE DI CHIMICA DEL 11-­‐05-­‐12 1) 2.461g di solfuro arsenioso vengono trattati con 700 mL di una soluzione di acido
nitrico 0.15 M. Dalla reazione si ottengono, con una resa dell'85%, ossido di azoto e
anidride solforosa gassosi e una soluzione acquosa di acido (orto)arsenico di densità
pari a 0.95 kg/dm3.
Determinare: (a) il volume di gas ottenuto dalla reazione misurato a c.n.; (b) la
molalità della soluzione di acido arsenico ottenuto.
Soluzione: Red
NO3– + 3e − + 4H + → NO + 2H2O
Ox
3S 2− + 6H2O → 3SO2 +18e − +12H +
2As 3+ + 8H2O → 2AsO43− + 4e − +16H +
As2S3 + 8H2O → 3SO2 + 2AsO43− + 22e − + 28H +
NO3– + 3e − + 4H + → NO + 2H2O ×22
As2S3 + 8H2O → 3SO2 + 2AsO43− + 22e − + 28H +
×3
3As2S3 + 22HNO3 → 22NO + 9SO2 + 6H3 AsO4 + 2H2O
!
mM(As2S3) = 246.04 g/mol n(As2S3) = 0.010 mol componente in difetto HNO3; V = 700 mL 0.15 M n(HNO3) = 0.105 mol 3As2S3 + 22HNO3 → 22NO + 9SO2 + 6H3 AsO4 + 2H2O
0.010
!
0.073
0.073 0.030 0.020
0.062 0.026 0.017
(a) n(gas) = 0.062 + 0.026 = 0.088 mol η = 100%
η = 85% V = nRT/P = 1.97 L (b) Le moli di acqua che si sviluppano nella reazione sono trascurabili mM(H3AsO4) = 142 g/mol m(H3AsO4) = 2.41 g V = 700 mL d = 0.95 g/mL 665 g di soluzione Massa(H2O) = 665 – 2.41 = 662.6 g 0.017 mol
m=
= 2.566⋅10–2 mol / kg 0.6626 kg
!
2) Un campione di minerale contiene il 92.7 % in peso di solfuro di cromo(II) (ed altro
materiale inerte). Dalla sua combustione si ottengono anidride solforosa e ossido di
cromo(III). Calcolare il calore standard ottenuto dalla combustione di 20 Kg di
minerale, considerando un rendimento della reazione di combustione del 85.6 %.
[ΔHof(solfuro di cromo(II)) = -114.3 kcal/mol; ΔHof(anidride solforosa) = -70.94
kcal/mol; ΔHof(ossido di cromo(III)) = -268.8 kcal/mol]
Soluzione: CrS(s) + 7/4 O2(g) → SO2(g) + 1/2 Cr2O3(s) ΔHc(CrS(s)) = ? Cr(s) + S(s) → CrS(s) ΔHf(CrS(s)) = -­‐114.3 kcal/mol S(s) + O2(g) → SO2(g) ΔHf(SO2(g)) = -­‐70.94 kcal/mol 2 Cr(s) + 3/2 O2(g) → Cr2O3(s) ΔHf(Cr2O3(s)) = -­‐268.8 kcal/mol da cui: ΔHc(CrS(s)) = -­‐ ΔHf(CrS(s)) + ΔHf(SO2(g)) + ½ ΔHf(Cr2O3(s)) = -­‐91.04 kcal/mol g(CrS(s)) = 20 Kg ∙ 1000 ∙ 0,927 = 18540 g n(CrS(s)) = g/PM (84.06 g/mol) = 220.56 mol Q = |n ∙ ΔHc(CrS(s)) ∙ 0.856| = 17188 kcal. 3) Un composto organico solido, poco volatile e non elettrolita, è costituito da carbonio
(49.48% in massa), idrogeno (5.19% in massa), azoto (28.85% in massa) ed ossigeno.
Ad una certa temperatura T*, si sciolgono 78.1 g di tale composto in 0.4 kg di acqua; si
misura la tensione di vapore della soluzione P = 247.8 mmHg. Sapendo che alla
temperatura T* la tensione di vapore dell’acqua vale 252.3 mmHg, determinare la
formula molecolare del composto organico.
Soluzione:
Dall’abbassamento della tensione di vapore della soluzione ricavo la massa molare del composto
ΔP/P° = - xcomposto
xcomposto = -(247,8 – 252,3)torr/252,3 torr = 1.78·10-2
xcomposto = ncomposto/(ncomposto + nH2O)
nH2O = 400 g/18,02 g mol-1 = 22,20 mol
1,78·10-2 = ncomposto/(ncomposto + 22,20)
1,78·10-2 ncomposto + 0,395 = ncomposto
→
ncomposto = 0,402 mol
n= massa/massa molare → Mcomposto = massa/n = 78,1 g/0,402 mol = 194,3 g mol-1
1 mol di composto ha massa 194,2 g e contiene:
massa (C) = 194,2·(49,48/100) = 96,09 g → n(C) = 96,09 g/12,01 g mol-1 = 8
massa (H) = 194,2·(5,19/100) = 10,08 g
→ n(H) = 10,08 g/1,01 g mol-1 = 9,98 ~ 10
massa (N) = 194,2·(28,85/100) = 56,03 g → n(N) = 56,03 g/14,01 g mol-1 = 4
massa (O) = 194,2·(16,48/100) = 32,00 g → n(O) = 32,00 g/16 g mol-1 = 2
La formula del composto è: C8H10N4O2
4) Determinare la formula di struttura dei seguenti composti, indicandone anche
l’ibridizzazione dell’atomo centrale e la corrispondenza con il modello VSEPR
(AXmEn):
-­‐
-­‐
-­‐
ione idrogenosolfito
pentaioduro di arsenico
clorito di ammonio (entrambi gli ioni)
Soluzione: ione idrogenosolfito HSO3-­‐ pentaioduro di AsI5 arsenico clorito di ammonio NH4ClO2 AX3E AX5 S: sp3 As: sp3d Ammonio: AX4 Clorito: AX2E2 N: sp3 Cl: sp3 COMPITO B PARZIALE DI CHIMICA DEL 11-­‐05-­‐12 1) 67.94 g di solfuro antimonioso vengono trattati con 600 mL di una soluzione di acido
nitrico 0.25 m di densità pari a 1.05 kg/dm3. Dalla reazione si ottengono, con una resa
dell'91%, diossido di azoto e anidride solforica gassosi e una soluzione acquosa di acido
(orto)antimonico.
Determinare: (a) il volume di gas ottenuto dalla reazione misurato a 25°C e 480
mmHg; (b) la molarità della soluzione di acido antimonico ottenuto.
Soluzione: Red
NO3− +1e − + 2H + → NO2 + H2O
Ox
2Sb3+ + 8H2O → 2SbO43– + 4e – +16H +
3S 2– + 9H2O → 3SO3 + 24e – +18H +
Sb S +17H2O → 2SbO43– + 3SO3 + 28e – + 34H +
! 2 3
NO3− +1e − + 2H + → NO2 + H2O ×28
Sb2S3 +17H2O → 2SbO43– + 3SO3 + 28e – + 34H +
×1
Sb S + 28HNO3 → 2H3SbO4 + 3SO3 + 28NO2 +11H2O
! 2 3
mM(Sb2S3) = 339.72 g/mol n(Sb2S3) = 0.200 mol HNO3; V = 600 mL;C = 0.25 m; d = 1.05 g/mL; mM(HNO3) = 63.0 g/mol 0.25 mol in 1000g di H2O in 1050g di soluzione; 0.15 mol in 630gdi soluzione HNO3 ècomponente in difetto. Sb2S3 + 28HNO3 → 2H3SbO4 + 3SO3 + 28NO2 +11H2O
0.20
0.15
–3
5.36⋅10
!
0.150 1.07⋅10–2 1.61⋅10–2 0.150 η = 100%
9.74⋅10–3 1.45⋅10–2 0.137
(a) n(gas) = 0.137 + 0.0145 = 0.152 mol η = 91%
V = nRT/P = 5.89 L (b) Le moli di acqua che si sviluppano nella reazione sono trascurabili n(H3SbO4) = 9.74·10–3; V = 600 mL 9.74⋅10–3 mol
M=
= 2.566⋅10–2 mol / L 0.600
L
!
2) Un campione di minerale contiene il 95.8 % in peso di solfuro ferroso (ed altro
materiale inerte). Dalla sua combustione si ottengono anidride solforosa e ossido
ferrico. Calcolare il calore standard ottenuto dalla combustione di 5 Kg di minerale,
considerando un rendimento della reazione di combustione del 80 %.
[ΔHof(solfuro ferroso) = -22.6 kcal/mol; ΔHof(anidride solforosa) = -70.94 kcal/mol;
ΔHof(ossido ferrico) = -198.5 kcal/mol]
Soluzione:
FeS(s) + 7/4 O2(g) → SO2(g) + 1/2 Fe2O3(s) ΔHc(FeS(s)) = ? Fe(s) + S(s) → FeS(s) ΔHf(FeS(s)) = -­‐114.3 kcal/mol S(s) + O2(g) → SO2(g) ΔHf(SO2(g)) = -­‐70.94 kcal/mol 2 Cr(s) + 3/2 O2(g) → Cr2O3(s) ΔHf(Cr2O3(s)) = -­‐268.8 kcal/mol da cui: ΔHc(FeS(s)) = -­‐ ΔHf(FeS(s)) + ΔHf(SO2(g)) + ½ ΔHf(Cr2O3(s)) = -­‐147.59 kcal/mol g(FeS(s)) = 5 Kg ∙ 1000 ∙ 0,958 = 4790 g n(FeS(s)) = g/PM (87.91 g/mol) = 54.49 mol Q = |n ∙ ΔHc(FeS(s)) ∙ 0.80| = 6434 kcal. 3) Un composto organico solido, poco volatile e non elettrolita, è costituito da carbonio
(46.67% in massa), idrogeno (4.47% in massa), ossigeno (17.76% in massa) ed azoto.
Ad una certa temperatura T*, si immettono 12.2 g di tale composto in 150 g di benzene
(C6H6); la tensione di vapore della soluzione così ottenuta è P = 435,8 mmHg. Sapendo
che alla temperatura T* la tensione di vapore del benzene vale 451,2 mmHg,
determinare la formula molecolare del composto organico.
Soluzione:
ΔP/P° = - xcomposto
xcomposto = -(435,8 – 451,2)torr/451,2 torr = 3,41·10-2
xcomposto = ncomposto/(ncomposto + nC6H6)
nC6H6 = 150 g/78,11 g mol-1 = 1,92 mol
3,41·10-2 = ncomposto/(ncomposto + 1,92)
3,41·10-2 ncomposto + 6,55·10-2 = ncomposto
→
ncomposto = 6,78·10-2 mol
n= massa/massa molare → Mm composto = massa/n = 12,2 g/6,78·10-2 mol = 179,94 g mol-1
1 mol di composto ha massa 179,7 g e contiene:
massa (C) = 179,94·(46,67/100) = 83,98 g → n(C) = 83,98 g/12,01 g mol-1 = 7
massa (H) = 179,94·(4,47/100) = 8,04 g
→ n(H) = 8,03 g/1,01 g mol-1 = 8
massa (N) = 179,94·(31,10/100) = 55,96 g → n(N) = 55,89 g/14,01 g mol-1 = 4
massa (O) = 179,94·(17,76/100) = 31,96 g → n(O) = 31,83 g/16 g mol-1 = 2
La formula del composto è: C7H8N4O2
4) Determinare la formula di struttura dei seguenti composti, indicandone anche
l’ibridizzazione dell’atomo centrale e la corrispondenza con il modello VSEPR
(AXmEn):
-­‐
-­‐
-­‐
ione idrogenoselenito
pentabromuro di fosforo
bromito di ammonio (entrambi gli ioni)
Soluzione: ione idrogenoselenito HSeO3-­‐ pentabromuro di PBr5 fosforo bromito di ammonio NH4BrO2 AX3E AX5 Se: sp3 P: sp3d Ammonio: AX4 N: sp3 Bromito: AX2E2 Br: sp3