SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL

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1 SOLUZIONI COMPITO A DI CHIMICA DEL A) 1.3 kg di un campione solido contenente il 40% di permanganato di potassio, il 50% di dicromato di potassio e il 10% di impurezze vengono sciolti in una soluzione acquosa di acido nitrico. A tale soluzione vengono aggiunti 1900 ml di una soluzione acquosa di nitrato di ferro(ii) avente concentrazione M. Si ottengono ioni manganese(ii), ioni cromo(iii) e ioni ferro(iii). Scrivere la reazione che avviene bilanciandola con il metodo ionico-elettronico e calcolare la massa di nitrato di manganese(ii) che si forma. KMnO 4 + K 2 Cr 2 O 7 + HNO 3 + Fe(NO 3 ) 2 Mn(NO 3 ) 2 + Cr(NO 3 ) 3 + Fe(NO 3 ) 3 - MnO 4 + 5e - + 8H 3 O + Mn H 2 O 2- Cr 2 O 7 + 6e H 3 O + 2Cr H 2 O MnO Cr 2 O e H 3 O+ Mn 2+ +2Cr H 2 O Fe 2+ Fe 3+ +e - 11 MnO Cr 2 O H 3 O + +11Fe 2+ + Mn 2+ +2Cr Fe H 2 O KMnO 4 + K 2 Cr 2 O HNO Fe(NO 3 ) 2 Mn(NO 3 ) 2 + 2Cr(NO 3 ) Fe(NO 3 ) H 2 O + 3 KNO 3 Vedo qual è il componente in difetto. Massa di KMnO 4 presente nel campione = 1.3 kg (40/100) = 0.52 kg = 520 g n KMnO4 = 520 g/158 g -1 = 3.29 Massa di K 2 Cr 2 O 7 presente nel campione = 1.3 kg (50/100) = 0.65 kg = 650 g n K2Cr2O7 = 650 g/294.2 g -1 = 2.21 n Fe(NO3)2 = L L = Fe(NO 3 ) 2 è il componente in difetto. n Mn(NO3) = (1/11) n Fe(NO3)2 = (1/11) = Massa Mn(NO 3 ) 2 = g -1 = g 2A) Una soluzione acquosa di bromuro di calcio alla temperatura di 34 C ha una pressione osmotica pari a 6.0 atm. Calcolare i grammi di nitrato di argento che bisogna immettere in 200 ml di questa soluzione affinché tutto lo ione bromuro presente precipiti. Si consideri il bromuro di argento un sale completamente insolubile. : CaBr 2 Ca Br - ν = 3 π = νcrt c = 6.0 atm/( L atm -1 K ) = L -1. AgNO 3 Ag + + NO 3 - Ag + + Br - AgBr Calcolo le i di bromuro presente in soluzione n Br- = 2n CaBr2 n CaBr2 = 0.2 L L -1 = n Br- = = Le i di Ag + da immettere sono: n Ag+ = n Br- = = n AgNO3

2 Massa di AgNO 3 = g -1 = 5.4 g 3A) Calcolare l'entalpia standard della reazione di neutralizzazione in acqua dell'idrossido di sodio con l'acido iodidrico note: - le entalpie di formazione standard [ H f (NaOH) s = kcal/; H f (HI) g = 5.9 kcal/; H f (NaI) s = kcal/; H f (H 2 O) l = kcal/] - le entalpie di soluzione standard [ H sol (NaOH) s = kcal/; H sol (HI) g = -1.8 kcal/; H sol (NaI) s = kcal/] : H I H I (g H 0 ) ( a q ) 1 = 1.8. k c a l /m o l N a O H N a O H (s H 0 ) ( a q ) 2 = 19.5k c a l /m o l N a I N a I 0 (s H ) (a q ) 3 = 10.6 kcal/ 0.5H +0.5 I H I 0 2 H (g) 2 (g) ( g ) 4 =5.9k c a l / m o l N a +0.5H +0.5 O N a O H ( H 0 s ) 2(g ) 2 (g) (s) 5 = k c a l /m o l N a ( s ) +0.5I 2 (g ) N a I (s ) H 6 0 = 6 9.3k c a l /m o l H +0.5O H O H 0 2( = 68.3 k c a l /m o l g ) 2(g ) 2 7 HI (aq) +NaOH (aq) NaOH (aq) +H 2 O H x 0 H x = H 1 H 2 + H 3 + H 7 H 4 H 5 + H 6 = 30.8 kcal/ 4A) Introducendo una certa quantità di tetraossido di diazoto in un recipiente a pareti rigide, alla temperatura T, si stabilisce l equilibrio gassoso con il diossido di azoto, per il quale si ha il valore della K p pari a Sapendo che la pressione totale all equilibrio vale 3.0 atm, si determini la massa ecolare media della miscela gassosa. N 2 O 4(g) 2 NO 2(g) p i p - p e p - x 2 x K p = p(no 2 ) 2 / p(n 2 O 4 ) = 0.80 = 4 x 2 / (p - x) p tot = p + x = 3.0 da cui x = 0.6 atm p(no 2 ) = 1.2 atm e x(no 2 ) = p(no 2 ) / p tot = 0.40 p(n 2 O 4 ) = 1.8 atm e x(n 2 O 4 ) = p(n 2 O 4 ) / p tot = 0.60 PM medio = [x(no 2 ) PM(NO 2 ) + x(n 2 O 4 ) PM(N 2 O 4 )] = 73.6 g/

3 5A) Calcolare quanti grammi di idrossido di sodio bisogna aggiungere ad una soluzione di volume 1 litro contenente 10.0 g di acido acetico (K a = ) e 18 g di acetato di sodio per avere un ph di mm(ch 3 COOH) = g/ mm(nach 3 COO) = g/ n(ch 3 COOH) = n(nach 3 COO) = c s = [CH 3 COO - ] ; c a = [CH 3 COOH] L aggiunta di una quantità c B di NaOH provoca la reazione: CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - + H 2 O L equilibrio del sistema si scrive quindi CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + c a - c B c s + c B x Volendo avere ph=4.97 bisogna quindi imporre [H 3 O + ] = x = M Scriviamo la costante di equilibrio K a = (c s + c B )x / (c a c B ) Da cui c B (1+ K a /x) = K a /x c a - c s c B = (1.68 * ) / (1+1.68) = m(naoh) = = 0.92 g 6A) A 25 C, la f.e.m. della seguente pila: (-) Ag (s) Ag + [AgBr (aq) satura] Ag + [Ag 2 SO 4(aq) satura] Ag (s) (+) vale E = V. Calcolare, alla stessa temperatura, la costante di solubilità del bromuro di argento sapendo che il prodotto di solubilità del solfato di argento, a 25 C, è pari a Dalla Kps del solfato di argento si ricava la concentrazione di argento al catodo: Ag 2 SO 4 (s) 2 Ag + 2- (aq) + SO 4 (aq) 2x x Kps = [2x] 2 [x] = 4x 3 = 1.2 x 10-5 x = 1.44 x 10-2 [Ag + ] (catodo) = 2x = 2.88 x 10-2 M Applicando l equazione di Nernst: fem = E + - E - = RT ln [[Ag + ] (catodo) / [Ag + ] (anodo)] V = log [ 2.88 x 10-2 M/ [Ag + ] (anodo)] [Ag + ] (anodo) = 8.9 x 10-7 M Da cui si può ricavare il prodotto di solubilità del bromuro d argento: AgBr (s) Ag + (aq) + Br - (aq) x x Kps = x 2 = (8.9 x 10-7 ) 2 = 7.9 x 10-13

4 SOLUZIONI COMPITO B DI CHIMICA DEL B) 70 g di un campione contenente il 78% di cloruro di manganese(ii) vengono immessi in 2.5 L di una soluzione acquosa di idrossido di sodio avente concentrazione 0.15 M. A tale soluzione vengono aggiunte 1.90 di fluoro gassoso. Avviene una reazione che porta alla formazione di ioni manganato, ioni perclorato e ioni fluoruro. Bilanciare la reazione con il metodo ionico-elettronico e calcolare la massa di perclorato di sodio che si forma. MnCl 2 + NaOH + F 2 Na 2 MnO 4 + NaClO 4 + NaF + 8OH - MnO e - + 4H 2 O 2Cl OH - 2ClO e - + 8H 2 O MnCl OH - MnO ClO e H 2 O Mn 2+- F 2 +2e 2F MnCl OH F 2 MnO ClO F H 2 O MnCl NaOH + 10F 2 Na 2 MnO 4 + 2NaClO NaF + 12H 2 O Vedo qual è il componente in difetto. Massa di MnCl 2 presente nel campione = 70g (78/100) = 54.6 g n MnCl2 = 54.6 g/ g -1 = n NaOH = 0.15 L L = n F2 = 1.9 NaOH è il componente in difetto. n NaClO4 = (1/12) n NaOH = (1/12) = Massa NaClO 4 = g -1 = 3.83 g 2B) Una soluzione acquosa di cloruro di bismuto(iii), alla pressione di 1 atm, ha una temperatura di gelo pari a -0.7 C. Calcolare i grammi di solfuro di sodio che bisogna immettere in 250 g di questa soluzione affinché tutto lo ione bismuto(iii) presente precipiti. Si consideri il solfuro di bismuto un sale completamente insolubile. K cr = 1.86 K kg /. BiCl 3 Bi Cl - ν = 4 T = K cr m ν m = T/(K cr ν) = 0.7 K /(1.86 K -1 kg 4) = kg -1. Na 2 S 2Na + + S 2-2Bi S 2- Bi 2 S 3 Calcolo le i di bismuto presenti in 250 g di soluzione n Bi3+ = n BiCl3 Calcolo le i di BiCl 3 presenti in 250 g di soluzione dalla alità della soluzione: m = n BiCl3 /kg H2O kg -1 = n BiCl3 /(0.25 kg - n BiCl kg -1 ) n BiCl3 = n Bi3+ = Dalla stechiometria della reazione di precipitazione ho: n S2- = (3/2) n Bi3+ Le i di S 2- da immettere sono: n S2- = (3/2) = = n Na2S

5 Massa di Na 2 S = g -1 = 2.67 g 3B) Calcolare l'entalpia standard della reazione di neutralizzazione in acqua dell'idrossido di cesio con l'acido cloridrico note: - le entalpie di formazione standard [ H f (CsOH) s = kj/; H f (HCl) g = kj/; H f (CsCl) s = kj/; H f (H 2 O) l = kj/] - le entalpie di soluzione standard [ H sol (CsOH) s = kj/; H sol (HCl) g = kj/; H sol (CsCl) s = 1.75 kj/] CsOH CsOH H = 71.55kJ CsCl CsCl H = 1.75kJ HCl HCl H = 74.84kJ 0.5 H O + Cs CsOH H " = kJ %& ' Cl CsCl H ( = kJ 0.5 H Cl HCl H * = 92.30kJ H O H O, H - = kJ./ / : 4 <. ; H x = H 1 + H 2 H 3 H 4 + H 5 H 6 + H 7 = kcal/ 4B) Introducendo una certa quantità di decaossido di tetrafosforo in un recipiente a pareti rigide, alla temperatura T, si stabilisce l equilibrio gassoso con il pentaossido di difosforo, per il quale si ha il valore della K p pari a Sapendo che la pressione totale all equilibrio vale 2.7 atm, si determini la massa ecolare media della miscela gassosa. P 4 O 10(g) 2 P 2 O 5(g) p i p - p e p - x 2 x K p = p(p 2 O 5 ) 2 / p(p 4 O 10 ) = = 4 x 2 / (p - x) p tot = p + x = 2.7 da cui x = atm p(p 2 O 5 ) = atm e x(p 2 O 5 ) = p(p 2 O 5 ) / p tot = p(p 4 O 10 ) = atm e x(p 4 O 10 ) = p(n 2 O 4 ) / p tot = PM medio = [x(p 2 O 5 ) PM(P 2 O 5 ) + x(p 4 O 10 ) PM(P 4 O 10 )] = g/ 5B) Calcolare la variazione di ph che si ha aggiungendo 0.6 g di acido cloridrico ad una soluzione di volume un litro contenente 10.0 g di acido acetico (K a = ) e 18 g di acetato di sodio. mm(ch 3 COOH) = g/ mm(nach 3 COO) = g/ mm(hcl) = g/ n(ch 3 COOH) = n(nach 3 COO) = n(hcl) = c s = [CH 3 COO - ]; c a = [CH 3 COOH]; c A = [HCl] L aggiunta di una quantità c A di HCl: CH 3 COO - + H 3 O + -> CH 3 COOH + H 2 O L equilibrio del sistema si scrive quindi

6 CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + c a + c A c s - c A x Con costante di equilibrio K a = (c s - c A )x / (c a + c A ) Prima dell aggiunta di HCl (c A =0) ph = pka + log (c s / c a ) = log(0.220/0.167) = 4.87 Dopo l aggiunta di HCl ph = pka + log ((c s - c A )/ (c a + c A )) = log(0.204/0.183) = 4.87 ph = B) A 25 C, la f.e.m. della seguente pila: (-) Ag (s) Ag + [AgCl (aq) satura] Ag + [Ag 2 SO 4(aq) satura] Ag (s) (+) vale E = V. Calcolare, alla stessa temperatura, la costante di solubilità del cloruro di argento sapendo che il prodotto di solubilità del solfato di argento, a 25 C, è pari a Dalla Kps del solfato di argento si ricava la concentrazione di argento al catodo: Ag 2 SO 4 (s) 2 Ag + 2- (aq) + SO 4 (aq) 2x x Kps = [2x] 2 [x] = 4x 3 = 1.2 x 10-5 x = 1.44 x 10-2 [Ag + ] (catodo) = 2x = 2.88 x 10-2 M Applicando l equazione di Nernst: fem = E + - E - = RT ln [[Ag + ] (catodo) / [Ag + ] (anodo)] V = log [ 2.88 x 10-2 M/ [Ag + ] (anodo)] [Ag + ] (anodo) = 1.25 x 10-5 M Da cui si può ricavare il prodotto di solubilità del cloruro d argento: AgCl (s) Ag + (aq) + Cl - (aq) x x Kps = x 2 = (1.25 x 10-5 ) 2 = 1.56 x 10-10