Capitolo 1 La struttura...

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La nuova chimica di Rippa

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Idee per insegnare la chimica con La nuova chimica di Rippa © Italo Bovolenta editore - Zanichelli - 2016

2Esercizi di recupero

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Capitolo 1La struttura dell’atomo

ESERCIZI SVOLTI

1 Indica i numeri quantici corrispondenti all’elettrone a più alta energia dell’elemento magnesio Mg,

che ha Z = 12.

Ilmagnesiohalaconfigurazioneelettronica:Mg(Z=12)=1s22s22p63s2.L’ultimoorbitalechevieneriempito,quelloamaggioreenergianellaconfigurazioneelettronicatotalestabiledell’a-tomoallostatofondamentale,èl’orbitale3s.Ilnumeroquanticoprincipalediquestoorbitale,cheèilnumerocorrispondentealguscio,èn=3.L’orbitalescorrispondealnumeroquanticoan-golarel=0.Aquestonumeroquanticoangolarecorrispondeunsolonumeroquanticomagne-tico,cioèm=0.Poichél’elettroneapiùaltaenergiaappartieneaunorbitalegiàoccupatodaunaltroelettrone,essoruotaintornoalproprioasseconversooppostorispettoaquellodell’altroelettrone.Possiamoassegnareperciòalnumeroquanticodispindell’elettroneilvalorems=

+ 1—2

oppurems=

– 1—2 .Riassumendo,iquattronumeriquanticisono:n=3;l=0;m=0;ms

=

± 1—2 .

ESERCIZI CON SOLUZIONE GUIDATA

1 Indica la configurazione elettronica totale dello stagno Sn, che ha Z = 50.

Siiniziailriempimentodegliorbitaliconidueelettroniaspinoppostodell’orbitale1sesipro-seguepoiconglielettronidegliorbitali2se2p.Dopoaverriempitogliorbitali3se3p,siriempieil4seinfineicinqueorbitali3d.Raggiuntocolriempimentodegliorbitali4pilnumeroatomico36,sipassaal5sepoiaicinqueorbitali4d.Sonostaticollocaticosì48elettroni.Gliultimidueelettronicherestanodaposizionaresonodisposti,comesingolettiaspinparallelo,in...(conti-nuatu).Informasimbolica,eseguendol’ordinediriempimento,laconfigurazioneelettronicatotaledellostagnoè:

Sn(Z=50)⎯→1s2...(continuatu)

Capitolo 1 - La struttura dell’atomo

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Capitolo 2Struttura elettronica e proprietà periodiche

ESERCIZI SVOLTI

1 Facendo uso del Sistema periodico degli elementi, determina la configurazione elettronica totale e

quella esterna dell’elemento arsenico As, che ha Z = 33. Indica orientativamente a quali elementi sono più simili le sue proprietà chimiche.

NelSistemaperiodicodeglielementil’arsenicositrovaalquartoperiodoenelgruppo15;inoltreappartienealbloccop.Possiamoscriveresubitolasuaconfigurazioneelettronicaesterna,cheè,comequelladituttiglielementidelgruppo15,s2p3.Perindicarelaconfigurazioneelettronicatotale,scriviamoprimatuttigliorbitalidelprimo,delsecondoedelterzoperiodo,chesonosicu-ramentecompleti.Ciòsignificainpraticascriverelaconfigurazioneelettronicatotaledell’argo(Ar;Z=18),l’elementodelgruppo18cheprecedel’arsenico,eaggiungerei10elettronideglior-bitali3d,chesiriempionosubitodopol’orbitale4s.Aquestaconfigurazioneaggiungiamoinfineladisposizionedeglielettronidelquartoperiodo.Otteniamo:

As=1s22s22p63s23p63d 104s24p3

Tenendocontochelaconfigurazioneelettronicatotaledell’argoè1s22s22p63s23p6,laconfigu-razioneelettronicatotaledell’arsenicopuòancheessereindicatainformapiùbreve:

As=[Ar],3d 104s24p3

Inquestomodorisultaancorapiùevidentechelaconfigurazioneelettronicaesternadell’ele-mentoèquellarelativaaglielettronidell’ultimoguscio,cheinquestocasoè4s24p3.

Glielementichehannoproprietàchimichepiùsimiliaquelledell’arsenicosonoglielementidellostessogruppo,il15,inparticolarequellicheloprecedonoeloseguonoimmediatamentenelgruppo,cioèilfosforo(P;Z=15)el’antimonio(Sb;Z=51).


1 A quale gruppo appartiene l’elemento che ha configurazione elettronica esterna 3s23p4. Quali sono

presumibilmente le sue proprietà chimiche? Indica se le sue caratteristiche sono metalliche o non-metalliche.

Laprimaconsiderazionechefacciamoriguardailnumerodeglielettronipresentinelgusciopiùesterno,ilterzo.L’elementohainquestogusciocomplessivamente6elettroni[2(s)+4(p)]edeveappartenereperciòalgruppo16,ilgruppodell’ossigenochefapartedelbloccop.Poichéèdel3°periodositrattadell’elementozolfoS.

LozolfositrovanellapartedestradelSistemaperiodicoedèperciòunelementoconcaratteri-stiche...(continuatu).Lozolfodeveaverequindivalorirelativamente...(continuatu)diener-giadiionizzazioneediaffinitàelettronica.Lasuaelettronegativitàè...(continuatu)rispettoaquelladelfluoroFedell’ossigenoO,chesitrovanonel2°periodo,marisulta...(continuatu)rispettoaquelladelselenioSe,cheloseguenelgruppo16al4°periodo.

Capitolo 2 - Struttura elettronica e proprietà periodiche

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Capitolo 3Legame chimico

ESERCIZI SVOLTI

1 Quale tipo di legame è presente nelle seguenti specie chimiche: CO2, Na2O, HCl, Cl2?

LaspeciechimicaCO2èformatadalcarbonioCedall’ossigenoO,dueelementiconcaratteristichenon-metalliche,macondifferenteelettronegatività.Illegameèperciòcovalenteeteropolare.

LaspeciechimicaNa2OèformatadalsodioNaedall’ossigenoO,dueelementiconelevatadif-ferenzadielettronegatività,ilprimoconcaratteristichetipicamentemetalliche,ilsecondoconcaratteristichenon-metalliche.Illegameèperciòionico.

LaspeciechimicaHClèformatadalcloroCledall’idrogenoH,dueelementiconcaratteristichenon-metalliche,soprattuttoilcloro,macondifferenteelettronegatività.Illegameèperciòco-valenteeteropolare.

LaspeciechimicaCl2èformatadadueatomidicloroCl,chehannocertamenteugualeelettro-negatività.Illegameèperciòcovalenteomopolare.


1 Tra NaCl, CsI e NaF, quale composto presenta caratteristiche più spiccatamente ioniche?

Tutteetrelespeciechimichesonoformatedadueatomiconelevatadifferenzadielettrone-gatività, il primo (Na, Cs) con caratteristiche tipicamente metalliche, il secondo (F, Cl, I) concaratteristichenon-metalliche.Illegameèperciòionicoperitrecomposti.Ladifferenzadielet-tronegativitàperòhaunvaloremassimotraglielementi...(continuatu),percuiilcompostochepresentalecaratteristichepiùspiccatamenteionicheè...(continuatu).

Capitolo 3 - Legame chimico

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Capitolo 4Forma delle molecole e proprietà delle sostanze

ESERCIZI SVOLTI

1 Qual è la geometria molecolare della molecola di metano CH4? La molecola del metano è una mo-

lecola polare?

Nella molecola di metano l’atomo di carbonio è legato con quattro legami singoli a quattroatomidiidrogeno.Ilcarboniohaconfigurazioneelettronicaesternas2p2,percuiperriuscireastabilirequattrolegamideveprimaeccitareunelettronedell’orbitale2s inmododaformarequattroorbitaliibridiisoenergeticisp3.Ilnumerodegliorbitaliibridiinunatomodeterminalageometriadellemolecoleincuisitrova.Essendol’atomodicarbonioibridatosp3,lageometriadellamolecoladimetanoètetraedrica,coni4orbitaliibrididirettidall’atomodicarboniocen-traleversoi4verticidiuntetraedrodovesitrovanoi4atomidiidrogeno.

C

H

HHH

Ladifferenzadielettronegativitàtrailcarbonioel’idrogenoè0,35(2,55–2,20),percuiilegamichesiformanosonolegamicovalentiomopolari(ΔE<5)conbassovalorediseparazionedicari-ca.Iquattrolegamisonodebolmentepolarieinoltreladisposizionesimmetricadeilegamifasìchetuttiidipolisiannullinotraloro:lamolecolaèquindiapolare.


1 Determina la forma e la struttura dell’acido solfidrico H2S.

Lozolfoèunelementodelgruppo16,pertantohaconfigurazioneelettronicaesterna...(conti-nuatu).

Coniduesingolettilozolfoforma...(continuatu),pertantolastrutturadiLewisdell’acidosol-fidricoè...(continuatu).

Lozolfohaquattrocoppiedielettroniattornoasé,percuilageometriadell’acidosolfidricoè...(continuatu).

Dellequattrocoppieelettronicheattornoall’atomodizolfo,duesonodinonlegame,percuilaformadellamolecolaè...(continuatu).

Capitolo 4 - Forma delle molecole e proprietà delle sostanze

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Capitolo 5 - Nomi e formule dei composti chimici

Capitolo 5Nomi e formule dei composti chimici

ESERCIZI SVOLTI

1 Scrivi la formula dell’anidride perclorica.

Innanzituttoscriviamoisimbolideidueelementicheformanoquestocompostobinario:OeCl.Individuiamopoiirispettivinumeridiossidazione:l’ossigenonegliossidienelleanidridi,comenellamaggiorpartedeicasi,hanumerodiossidazione–2.Ilcloroinquestocasohailnu-merodiossidazionepiùalto,cioè+7,cosìcomeèindicatodalprefissoperantepostoaclorica.

Perscriverelaformuladell’anidridepercloricasiponeasinistrailsimbolodell’elementonon-metallicoconnumerodiossidazionepositivoepoiilsimbolodell’ossigeno.Questidueelementisonopresentinellamolecolaconunnumerodiatomi,rispettivamentexedy,chedipendedalnumerodiossidazione:ClxOy.L’indicexperilcloroèilvalorecorrispondentealnumerodiossi-dazionedell’ossigeno;perl’ossigenol’indiceyèquellocorrispondentealnumerodiossidazionedelcloro.Inquestomodolasommaalgebricaèugualea0,essendoiln.o.complessivodeidueatomidicloro+14equellodeisetteatomidiossigeno–14.LaformulaèperciòCl2O7.

2 Scrivi la formula dell’acido nitrico.

L’acidonitricoèuncompostoternario,piùprecisamenteunossiacido,costituitodaidrogeno,ossigenoeunnon-metallo,inquestocasol’azoto.Ilnumerodegliatomidiossigenopresentinel-lamolecolaèricavabiledalsuffisso-icopostodopoanitr-,cheindicachel’azotohailmassimonumerodiossidazione.Ancheilnumerodegliatomidiidrogenopresentidipendedalnumerodiossidazionedell’azoto,cheinquestocasohailvalorepiùalto,cioè+5(nell’acidonitrosoè+3).

Poichélasommaalgebricadeinumeridiossidazionedeglielementidiunamolecoladeveessereugualeazero,nell’acidonitricocideveessereunsoloatomodiidrogenoetreatomidiossigeno:3·(–2)+(+5)+(+1)=0.Negliossiacidisiscrivesempreperprimol’idrogeno,poiilnon-metalloeperultimol’ossigeno.LaformulaèperciòHNO3.

3 Assegna al composto di formula Cl2O3 il relativo nome nella nomenclatura tradizionale.

DallaformulariconosciamocheilcompostoCl2O3èunaanidride,inquantoformatodall’ossi-genolegatoaunelementoconcaratteristichenon-metalliche,ilcloro.L’ossigenohanelleani-dridi,comenellamaggiorpartedeicasi,numerodiossidazione–2.Poichélasommaalgebricadeinumeridiossidazionediuncompostodeveessereegualea0,ilnumerodiossidazionedelclorodeveessere+3.Ilcloropuòformareconl’ossigenocompostidiversi,assumendo4differen-tinumeridiossidazione:+1,+3,+5e+7.Iln.o.+3èilsecondodellaserie.

Ilnomedelcompostosicomponeindicandoprimailtermineanidride,cuisifaseguirelara-dicedell’elemento,chenelcasodelcloroèclor-,eilsuffisso-osaperindicarecheilnumerodiossidazioneèunodeiduepiùpiccoli.Nonaggiungendoilprefissoipo-,usatoperilnumerodiossidazionepiùpiccoloditutti(+1),sispecificacheilnumerodiossidazioneèilsecondodellaserie(+3).Perciòilnomedelcompostoèanidride clorosa.

Segue →

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Capitolo 5 - Nomi e formule dei composti chimici


1 Scrivi la formula dello ioduro piombico.

Nelcompostoilsuffisso-uroindicauncompostobinariotraunnon-metallo,inquestocasoloiodio,eunelementorelativamentemenoelettronegativo,inquestocasoilpiombo.Ilsuffisso-icodopopiomb-fariferimentoalmassimonumerodiossidazioneassuntodalmetallo,cheèunelementodelgruppo14.Iln.o.delpiomboèperciò…(continuatu),mentrequellodelloiodio,elementodelgruppo17,ècertamente…(continuatu).

Scriviamoprimailsimbolodelpiombo(Pb)epoiquellodelloiodio(I),attribuendoaciascunoilrelativonumerodiatomicheè…(continuatu).Laformulaèpertanto…(continuatu).

2 Assegna al composto di formula Cu2O il relativo nome.

DallaformulaCu2Oriconosciamocheilcompostoèunossidobasico,essendoformatodall’ossi-genoedaunelementoconcaratteristichemetalliche,ilrame.L’ossigenohanegliossidi,comenellamaggiorpartedeicasi,numerodiossidazione–2.Poichélasommaalgebricadeinumeridiossidazionediuncompostodeveessereegualea0,ilnumerodiossidazionedelramedeveessere+1,iln.o.piùbassotraiduechequestometallopuòavere(+1e+2).

Ilnomedelcompostosicomponeindicandoprimailtermineossido,cuiseguelaradicedell’ele-mento,chenelcasodelrameèegualealsuonome,rame,eilsuffisso…(continuatu),cheindicailpiùbassonumerodiossidazione.Perciòilnomedelcompostoè…(continuatu).

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Capitolo 6 - Radioattività e reazioni nucleari

Capitolo 6Radioattività e reazioni nucleari

ESERCIZI SVOLTI

1 Completa la seguente reazione nucleare, specificandone anche il tipo:

94Be + 4

2He→ 126C + ...

Lareazionepuòessereclassificatacomereazionedi fusionenucleare,perchésipassadaduenucleileggeri,quellodiberillio4Beequellodielio 2He,aunnucleopiùpesanteottenutodallalorounione,ilnucleodicarbonio6C.

Nellareazionesiliberaancheunaparticella.Percompletarelareazioneeindividuarelapar-ticellaconsideriamoilnumerodimassaAdeireagentiedeiprodotti.Ricaviamoilnumerodimassadellaparticelladallarelazione:

9+4=12+A⇒A=1 IlnumeroatomicoZdellaparticellasiricavainvecedallarelazionetrainumeriatomici: 4+2=6+Z⇒Z=0 LaparticellaincognitahaquindinumerodimassaA=1enumeroatomicoZ=0epertantoè

unneutrone 10n.Lareazionecompletaèperciò:

94Be+4

2He→126C+ 1

0n

2 Determina quanta energia in kcal si libera dalla reazione esplosiva di 100 kg di materiale, ammet-tendo che a seguito della reazione si verifichi la trasformazione di 1,00% della materia in energia.

Determiniamodapprimalaquantitàdimateriachesitrasforma(Δm),cheèl’1,00%di100kg: 1,00:100=Δm:100kg⇒Δm=1,00kg Attraversol’equazionediEinsteinrisaliamoall’energiaprodottaaseguitodelladiminuzionedi

massaΔm.Selamassaèespressainkgelavelocitàdellalucecinm/s(3,00·108m/s),ilvaloredell’energiarisultaespressoinjoule[J=N·m=kg·(m/s2)·m=kg·(m/s)2]:

E=Δm·c2=1,00kg·(3,00·108m/s)2=9,00·1016J Aquestopunto,sapendoche1cal=4,184Jequindi1kcal=4,184·103J,convertiamolamisurada

Jakcal: 9,00·1016J/4,184·103J/kcal=2,15·1013kcal


1 Completa la seguente reazione nucleare:

94Be + 1

1p→ 42He + ...

Lareazioneconsistenellaliberazionediunaparticellaα,cioèdiunnucleodielio42He,dopoche

ilnucleodiberillioèstatocolpitodaunprotone 11p.Percompletarelareazioneeindividuare

l’elementochesièprodotto,consideriamoilnumerodimassaAdeireagentiedeiprodotti. Ricaviamocosìilnumerodimassadell’elementoincognitoattraversolarelazione: 9+1=4+A⇒A=6 IlnumeroatomicoZdell’elementoincognitosiricavainvecedallarelazione:…(continuatu). Lareazionecompletaèperciò:…(continuatu).

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Capitolo 7 - Proprietà delle soluzioni

Capitolo 7Proprietà delle soluzioni

ESERCIZI SVOLTI

1 Abbiamo due soluzioni 0,500 M alla stessa temperatura di 22 °C, una di sale da cucina, il cloruro

di sodio NaCl, l’altra di zucchero, il saccarosio. Determina la differenza di pressione osmotica tra le due soluzioni e indica la direzione verso cui si spostano le molecole di acqua, nel caso in cui le due soluzioni siano separate da una membrana semipermeabile.

Applichiamoperentrambelesoluzionilarelazionechelegalapressioneosmoticaallamolaritàeallatemperaturaespressainkelvin(22+273=295K),tenendopresente,però,chenelcasodelclorurodisodioilnumerodelleparticellepresentiinsoluzioneèdoppioacausadelladissocia-zioneionicadelsale;ilsaccarosio,invece,èuncompostoorganicochenonsidissociainacqua.

NelcasodelclorurodisodioNaCl,chesidissociacompletamenteindueioni,ilvaloredellacon-centrazionevamoltiplicatoperunfattoreν=2:

NaCl→Na++Cl–

π=M·R·T·ν=0,500·0,0821·295·2=24,2atm Lapressioneosmoticadellasoluzionedizuccheroaugualemolarità,machenonsidissociain

dueioni,corrispondeesattamenteallametàdiquelladelsale: π=M·R·T=0,500·0,0821·295=12,1atm Ladifferenzatralapressioneosmoticadelleduesoluzioniequimolarieallastessatemperatura

hapertantolostessovaloredellapressioneosmoticadellasoluzionedizucchero: 24,2atm–12,1atm=12,1atm Seleduesoluzionisonoseparatedaunamembranasemipermeabile,l’acquasispostaperosmo-

sidallasoluzioneipotonica,quelladizucchero,versolasoluzioneipertonica,quelladisale.

2 Qual è la molalità m di una soluzione acquosa di cloruro di sodio NaCl se l’abbassamento crioscopi-co è 3,55 °C?

Sappiamochel’abbassamentocrioscopicoΔtcrdiunasoluzioneèdirettamenteproporzionaleallaconcentrazionemolaledellasoluzione,periltramitedellacostantecrioscopicaKcrcheperl’acquavale1,86°C/m.Ilclorurodisodioèunelettrolitaforteeinsoluzioneacquosaècompleta-mentedissociatoindueioni,percuihacoefficientediVan’tHoffνugualea2.Lamolalitàdellasoluzionesiottienedallaseguenterelazione:

m=Δtcr/(Kcr·ν)=3,55°C/(1,86°C/m·2)=0,954m.

Segue →

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Capitolo 7 - Proprietà delle soluzioni


1 Calcola la pressione di vapore a 20 °C di una miscela di etere e acetone, in cui la frazione molare

dell’etere è 0,60. A 20 °C la pressione di vapore per l’etere è 0,59 bar e per l’acetone è 0,25 bar.

Nellasoluzionedietereeacetonelafrazionemolaredell’etereè0,60.Ciòsignificache,avendolamisceladuesolicomponenti,lafrazionemolaredell’acetoneè:

Xacetone=1–Xetere=1–0,60=0,40 Su100molecole,40sonodiacetonee60sonodietere,cherappresentaperciòilsolventedella

soluzione. Lapressionedivaporedellasoluzione,tenendocontodellaleggediDaltondellepressionipar-

ziali,corrispondeallasommadellapressionedivaporedeisuoiduecostituenti.Inbaseallaleg-gediRaoultpossiamorisalireallesingolepressionidivapore,conoscendoivaloriperiliquidipuriaquellatemperaturaelafrazionemolare:

petere=p°etere·Xetere=…(continuatu) pacetone=…(continuatu) Infinecalcoliamolapressionedivaporedellasoluzioneinbar:…(continuatu).

2 La pressione osmotica esercitata da una soluzione ottenuta sciogliendo 30 g di un composto orga-nico, la cui massa molare è 58 g/mol, è 1,5 atm a 12 °C. Calcola il volume della soluzione.

Perricavareilvolumedellasoluzioneutilizziamolaleggedellapressioneosmotica.Conoscia-mo,infatti,ilvaloredellapressioneosmoticaπ(1,5atm),quellodellatemperaturainkelvin,chericaviamodallamisuraingradicentigradi(12+273)=285K,equellodelnumerodimoli,chericaviamodividendolamassadelcompostoperlasuamassamolare(58g/mol).

n=30g/58g/mol=0,52mol Sappiamochelaleggedellapressioneosmoticaè: π·V=n·R·T dacui V=…(continuatu)

3 Qual è la temperatura di ebollizione di una soluzione acquosa di saccarosio C12H22O11, la cui concen-trazione è 0,200 m? Qual è la sua temperatura di solidificazione?

Sappiamochel’innalzamentoebullioscopicoèdirettamenteproporzionaleallamolalità(0,200m),periltramitedellacostanteebullioscopicaKeb,chenelcasodell’acquavale0,512°C/m.Cal-coliamodiquantosièinnalzatalatemperaturadiebollizione:

Δteb=m·Keb=0,200m·0,512°C/m=0,102°C La temperatura di ebollizione della soluzione è data dalla somma del punto di ebollizione

dell’acquapiùl’innalzamentoebullioscopico:100,000°C+0,102°C=100,102°C. Anche l’abbassamento crioscopico è direttamente proporzionale alla molalità (0,200 m), per

iltramitedellacostantecrioscopicaKcr,chenelcasodell’acquavale1,86 °C/m.Calcoliamodiquantosièabbassatalatemperaturadisolidificazione:Δtcr=…(continuatu)

Latemperaturadisolidificazionedellasoluzioneèdatadalladifferenzatra…(continuatu).

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Capitolo 8 - Reazioni chimiche

Capitolo 8Reazioni chimiche

ESERCIZI SVOLTI

1 L’idrossido di potassio KOH reagisce con l’acido nitrico HNO3. Scrivi e bilancia la reazione, preveden-

do quali sono i prodotti della reazione. Individua a quale tipo di reazione chimica appartiene?

Considerandocheireagentisonounidrossidoeunossiacido,possiamoricavareiprodottidellareazione.Dallareazionetraunidrossidoeunacidosiformaunsaleeacqua.IlsaleèformatodalloionemetallicoK+,chederivadall’idrossido,edalradicaleacidoNO3

–,chederivadall’acidonitrico.Considerandocheilpotassio,comel’idrogeno,hanumerodiossidazione+1,laformuladelsaleèKNO3.L’equazionechimicaèpertanto:

HNO3+KOH→KNO3+H2O Cosìcomeèscritta,l’equazioneègiàbilanciata.Lareazioneèunareazionedidoppioscambio,in

particolareèunareazionedineutralizzazione.

2 L’acido cloridrico HCl si forma dalla reazione tra cloruro di sodio NaCl e acido solforico H2SO4 secon-do la reazione:

2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl Qual è il reagente limitante della reazione, se si combinano 3 moli di cloruro di sodio con 3 moli di

acido solforico?

Ilreagentelimitanteèilreagentechepermettelaformazionedellaminorquantitàdiprodotti.Perindividuarloèsufficientecalcolarequantemolidiacidocloridricopossonoessereottenuteda3molidiclorurodisodioeda3molidiacidosolforico.Lemolidiacidocloridricochesifor-manosiottengonomoltiplicandolemolideireagentiperilrapportostechiometrico.

Dall’equazionechimicabilanciatasivedeche2molidiNaClproducono2molidiHCl,percui: nHCl= 2—2 nNaCl=1⋅3mol=3mol mentre1molediH2SO4produce2molidiHCl,percui: nHCl= 2—1 nH2SO4

=2⋅3mol=6mol Ilreagentelimitanteèilclorurodisodioinquantofornisce3molidiacidocloridricocontrole6

dell’acidosolforico.


1 Il cloruro di sodio NaCl si forma dalla reazione tra il sodio metallico e il cloro Cl2 secondo la reazione: 2Na + Cl2 → 2NaCl Quanti grammi di cloruro di sodio si formano facendo reagire 2,54 g di sodio con 3,45 g di cloro?

Perdeterminarelamassadiclorurodisodiochesiformaènecessarioindividuareilreagentelimitantedellareazione.Perprimacosasidevonocalcolarelemolidireagenti:

nNa=…(continuatu) nCl2

=…(continuatu) Ilreagentelimitantesideterminacalcolandoilnumerodimolidiclorurodisodiocheciascun

reagentepuòformare,utilizzandoilrapportostechiometricodiciascunreagente: nNaCl(Na)=…(continuatu) nNaCl(Cl2)=…(continuatu) LamassadiclorurodisodiochesiformasiottienemoltiplicandolemolidiNaClper…(continuatu).

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Capitolo 9 - Energia e velocità delle reazioni chimiche

Capitolo 9Energia e velocità delle reazioni chimiche

ESERCIZI SVOLTI

1 L’ossido presente nella ruggine ha formula Fe2O3. L’equazione della reazione di formazione del trios-

sido di diferro a partire dagli elementi è la seguente: 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s)

ΔH = –822,2 kJ/mol; ΔS = –543,0 J/K mol Determina se la reazione di formazione del triossido di diferro è spontanea alla temperatura di 25 °C.

PerdeterminarelaspontaneitàdiunareazionechimicaènecessariocalcolarnelavariazionedienergialiberaΔG.ConoscendolavariazionedientalpiaΔH,lavariazionedientropiaΔSelatemperaturaassolutaT=25+273=298K,ricaviamolavariazionedienergialiberautilizzandol’equazione:

ΔG=ΔH–TΔS=–822,2kJ/mol–[298K⋅(–0,5430kJ/Kmol)]= –822,2kJ/mol–(–161,0kJ/mol)=–661,2kJ/mol Lavariazionedienergialiberacheaccompagnalaformazionedeltriossidodidiferrohavalore

negativo,pertantolareazioneèspontanea.


1 L’energia che si libera quando, alla temperatura di 25 °C e alla pressione di 1,00 atm, bruciamo

metanolo CH3OH è 726 kJ/mol. Un liquido, ottenuto dalla distillazione della corteccia di conifere e utilizzato normalmente come solvente organico, è costituito per il 50,3% in peso da metanolo e per la rimanente parte da acqua e altri composti non combustibili. Determina quanto calore si può ricavare dalla combustione completa, a 25 °C e 1,00 atm, di 50,0 mL del solvente, sapendo che la densità di questo liquido è 0,896 g/mL.

Perdeterminarelaquantitàdicaloreliberatadobbiamoconoscerelamassadelmetanolochereagisceequindilamassadelsolventeorganicoutilizzato.Lamassaingrammidi50,0mLdisolventesiricavaattraversoilvaloredelladensitàdiquestoliquido:

50,0⋅0,896=44,8g Tenendocontodellapercentualeinpeso(50,3%),laquantitàdimetanolocontenutanei44,8g

delsolventeorganicoè: 44,8⋅50,3/100=22,5g Determiniamoorailvaloredellamassamolaredelmetanolo: 12,011+(1,00797⋅4)+15,9994=32,042g/mol cosìdapotercalcolareilnumerodellemolicorrispondentia22,5g:…(continuatu).Tenendoconto

cheilmetanoloèl’unicocomposto,traquellipresentinelliquidosolvente,aesserecombustibile,laquantitàdienergiainkJchesiliberadallareazionedicombustionesiricava…(continuatu).

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Capitolo 10 - L’equilibrio chimico

Capitolo 10L’equilibrio chimico

ESERCIZI SVOLTI

1 Alla temperatura di 762 K e alla pressione di 1,00 atm la costante di equilibrio per la formazione

dell’acido solfidrico a partire da zolfo e idrogeno gassosi vale 85,0. Sapendo che in un reattore dal volume di 100 L vengono introdotti, alle condizioni di temperatura e pressione indicate, 25,0 L di zolfo e 10,0 L di idrogeno, determina la massa in grammi delle varie sostanze all’equilibrio.

Scriviamosubitoebilanciamol’equazionechimicadellareazioneinoggetto: S+H2↔H2S Scriviamopoil’espressionedellacostantediequilibriodellareazione: K=[H2S]/[S]·[H2] Conoscendolecondizioniditemperaturaepressioneeilvolumedellesostanzemesseareagire,

possiamodeterminarelequantitàinmolideireagenticheeranopresentiprimadellareazione.Trattandosidisostanzegassose,utilizziamol’equazionedistatodeigasperfetti:

nS=p·V—R·T

=25,0L⋅1,00atm

——0,0821L·atm·mol–1·K–1⋅762K

=0,400mol,n°dellemolidiSall’inizio

nH2=

p·V—R·T

=10,0L⋅1,00atm

——0,0821L·atm·mol–1·K–1⋅762K

=0,160mol,n°dellemolidiH2all’inizio

Indicandoconxilnumerodellemolidiprodottochesisonoformatedallareazioneechesonopresentiall’equilibrio,sipuòricavare in funzionedix ilnumerodellemolidiciascunadellealtrespeciechimichepresenti,considerandoancheicoefficientistechiometricidell’equazionechimica.Nelnostrocaso,sesisonoformatexmolidiacidosolfidrico,sidevonoessereconsuma-texmolidizolfoexmolidiidrogeno.Pertantoall’equilibrioabbiamo:

molH2S=x;molS=0,400–x;molH2=0,160–x Sirisaleallaconcentrazionemolaredeicompostiall’equilibrio,dividendoilnumerodellemoli

perilvolumedelreattore: [H2S]=x/100mol/L [S]=(0,400–x)/100mol/L [H2]=(0,160–x)/100mol/L Sostituiamooranell’espressionedellacostantediequilibrioivaloridiconcentrazionetrovati: K=(x/100)/{[(0,400–x)/100]·[(0,160–x)/100]}=85,0 Daquestaespressionericaviamolaseguenteequazionedisecondogrado: 85,0x2–147,6x+5,44=0 lacuirisoluzionefornisceduesoluzioni: x1=0,0376mol;x2=1,70mol Lasecondasoluzione(1,70mol)nonpuòessereaccettata,inquantorappresentaunvaloredel

numerodellemolichehannoreagito,siadizolfosiadiidrogeno,superiorealvaloreinizialedientrambelesostanze,rispettivamente0,400e0,160.Infine,accettatalaprimasoluzione(0,0376mol), moltiplichiamo i valori in moli ricavati dall’equazione per le rispettive masse molari(34,080g/molperH2S;32,064g/molperS;2,01594g/molperH2)epassiamocosìdallaquantitàespressainmoliallaquantitàespressaingrammipertutteetrelesostanze:

0,0376mol⋅34,080g/mol=1,28gH2S (0,400–0,0376)⋅32,064g/mol=11,6gS (0,160–0,0376)⋅2,01594g/mol=0,247gH2 Segue →

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Capitolo 10 - L’equilibrio chimico


1 In un recipiente da 1,00 L a 420 °C vengono messe a reagire 2,94 mol di iodio I2 con 8,00 mol di idro-

geno H2. L’equilibrio viene raggiunto quando si sono formate 5,64 mol di acido iodidrico HI. Calcola il valore della costante di equilibrio.

Perprimacosascriviamoebilanciamol’equazionechimicadellareazioneinoggetto: I2+H2↔2HI Scriviamopoil’espressionedellacostantediequilibriodellareazione: K=[HI]2/[I2]·[H2] DallaletturadellareazionerisultaevidentecheperformareduemolidiHIsidevonoconsuma-

reunamolediI2eunamolediH2.Ilnumerodimolidiiodioequellodiidrogenochereagisconosonolametàdelnumerodimolidiacidoiodidricoprodotte.Nelnostrocasosisonoformate5,64moldiHIesidevonoessereconsumate5,64/2=2,82moldiI2elostessonumero(2,82mol)diH2.All’equilibrionelrecipientesitrovanoperciòleseguentiquantitàinmoli:

nI2=2,94–2,82=0,12mol

nH2=8,00–2,82=5,18mol

nHI=5,64mol Poichélareazioneèstatacondottainunrecipientedalvolumeparia1,00L,ivaloridellacon-

centrazionemolareall’equilibrioperletresostanzesono: [I2]=0,12mol/1,00L=0,12mol/L [H2]=5,18mol/1,00L=5,18mol/L [HI]=5,64mol/1,00L=5,64mol/L AquestopuntopossiamocalcolarelacostantediequilibrioK:…(continuatu).

2 A 50 °C la seguente reazione generica A + 2B ↔ 2C raggiunge l’equilibrio. Nel recipiente da 400 mL in cui avviene la reazione troviamo 0,800 mol di C, essendo partiti da 1,000 mol di A e 2,000 mol di B. Determina il valore della costante di equilibrio K.

Riferendosiai rapportistechiometrici indicatidall’equazionechimica,possiamodirecheperformare0,800moldiCsidevonoconsumare0,800moldiBeunaquantitàdiAinmolicorri-spondenteallametà:0,800/2=0,400mol.All’equilibrioabbiamopertantoleseguentiquantitàinmolideitrecomposti:

nA=1,000mol–0,400mol=0,600mol nB=2,000mol–0,800mol=1,200mol nC=0,800mol Poichélareazionesisvolgeinunrecipientechehailvolumedi400mL,cioè0,400L,peritre

compostiabbiamoiseguentivaloridiconcentrazionemolare: [A]=0,600mol/0,400L=1,50mol/L [B]=1,200mol/0,400L=3,00mol/L [C]=0,800mol/0,400L=2,00mol/L Aquestopuntoscriviamol’espressionedellacostantediequilibrioK,inbaseallaleggediazione

dimassa,e infinesostituiamoivaloridellaconcentrazionetrovati,tenendocontodeicoeffi-cientistechiometrici:…(continuatu).

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Capitolo 11 - Acidi e basi

Capitolo 11Acidi e basi

ESERCIZI SVOLTI

1 Calcola il pH di una soluzione 1,0 · 10–1 M di un acido forte monoprotico HA.

SappiamocheilpHèugualeal logaritmoinbase10cambiatodisegnodellaconcentrazionedegliidrogenioniH+presentinellasoluzione:

pH=–log10[H+] LasoluzionedicuidobbiamocalcolareilpHèdiunacidofortemonoprotico.Gliacidifortisono

completamentedissociatiequellimonoproticihannounsoloidrogenodissociabile. HA→H++A–

Laconcentrazionedell’acidoHAvaperciòacoincidereconlaconcentrazionedegliioniH+,cheinquestocasoè1,0·10–1mol/L.DaciòderiviamoilvaloredelpH:

pH=–log101,0·10–1=1,0

2 La costante di dissociazione dell’acido acetico CH3COOH è 1,8 · 10–5, quella dell’acido cianidrico HCN è 7,2 · 10–10 e quella dell’acido formico HCOOH è 2,1 · 10–4. L’acido nitrico HNO3 è un acido forte. Se si preparano soluzioni alla stessa concentrazione di questi quattro acidi, qual è l’ordine di acidità crescente?

L’acidonitricoèunacidoforte,essendocompletamentedissociato.Lasuacostantedidissocia-zionehaunvaloreelevatissimoelasuasoluzioneèquellapiùacida.Unacostantedidissocia-zioneconunvalorealtoindicaunamaggioredissociazionedell’acidoequindiunapiùelevataconcentrazionedegliidrogenioniH+.Dopol’acidonitrico,lacostantedidissociazionepiùaltaèquelladell’acidoformico,seguitadaquelladell’acidoaceticoeinfinedaquelladell’acidocia-nidrico.Possiamoricavaredaquestasuccessionel’ordinediacidità,andandodall’acidomenofortealpiùforte:

HCN<CH3COOH<HCOOH<HNO3

3 Indica se la soluzione acquosa di ciascuno dei seguenti sali risulta acida, basica o neutra: (a) KBr; (b) NH4NO3; (c) KCN.

(a)IlbromurodipotassioKBrèilsalediunabaseforte,l’idrossidodipotassioKOH,ediunacidoforte,l’acidobromidricoHBr.IlsaleKBrècompletamentedissociatoesialoioneK+sialoioneBr–insoluzionenonidrolizzano.PertantolasoluzioneacquosadiKBrèneutra.

(b)IlnitratodiammonioNH4NO3èilsalediunabasedebole,l’ammoniacaNH3,ediunacidoforte,l’acidonitricoHNO3.IlsaleNH4NO3ècompletamentedissociatoe,mentreloioneNO3

–nonidrolizza,loioneNH4

+dàluogoaunareazionediidrolisiacida: NH4

+(aq)+H2O(l)↔NH2(aq)+H3O+

(aq)

LasoluzionedinitratodiammoniocontieneioniH3O+ineccessorispettoagliioniOH–edèperciòacida.

(c)IlcianurodipotassioKCNèilsalediunabaseforte,l’idrossidodipotassioKOH,ediunacidodebole,l’acidocianidricoHCN.IlsaleKCNècompletamentedissociatoe,mentreloioneK+nonidrolizza,loioneCN–dàluogoaunareazionediidrolisibasica:

CN –(aq)+H2O(l)↔HCN(aq)+OH–

(aq)

LasoluzionedicianurodipotassiocontieneioniOH–ineccessorispettoagliioniH3O+edèperciòbasica.

Segue →

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1 Calcola la concentrazione degli idrogenioni e il pH di una soluzione 0,050 M di acido acetico.

Dopoaverscrittol’equazionedellareazionedidissociazioneionicadell’acidoacetico,scriviamol’espressionedellacostantedidissociazioneKadiquestoacido:

CH3COOH↔CH3COO–+H+

Ka=[CH3COO–]·[H+]/[CH3COOH] Dalletabellericaviamoche ilvaloredellacostanteKaè1,8·10–5.Aquestopuntoricerchiamo

ivaloridiconcentrazionepresentiall’equilibrio.Se indichiamoconx laconcentrazionedegliidrogenionichesiformanoconladissociazione,possiamodescriverelasituazionedelletrespe-ciepresentiinsoluzioneconlaseguentetabella:

[CH3COOH] [CH3COO–] [H +]Concentrazione iniziale 0,050 0 0Variazione – x + x + xConcentrazione all’equilibrio 0,050 – x x x

Sostituiamoleconcentrazioniall’equilibrio,definiteinfunzionedix,nell’espressionedellaco-stantedidissociazioneKaerisolviamol’equazione:

Ka=[x]·[x]/[0,050–x]=1,8·10–5

x2/(0,050–x)=1,8·10–5

PoichéilvaloredellacostanteKaèmoltobasso,laquantitàdiacidoaceticochesiionizzaècosìpiccoladapoteresseretrascurata,seconfrontataconlaconcentrazioneiniziale.Ilvaloredixètrascurabilequandovienerapportatoa0,050mol/L,essendominoredell’erroredimisura.Ciòpermettedisemplificarel’equazione,considerando0,050ildenominatore,cosìdapoterricavarelaconcentrazionedegliidrogenioniedaquestacalcolareilpH:…(continuatu).

2 Sciogliamo in acqua 7,00 g di idrossido di sodio NaOH e portiamo il volume della soluzione a 200 mL. Calcola il pH e il pOH della soluzione.

DapprimacalcoliamoquantemolidiNaOHsonostatesciolte,sapendochelamassamolaredelcompostoè40,00g/mol:

7,00g/40,00g/mol=0,175mol Poicalcoliamolaconcentrazionemolaredelcomposto,sapendocheilvolumeincuièdisciolto

è200mL=0,200L: 0,175mol/0,200L=0,875mol/L L’idrossidodisodioNaOHèunabaseforteepertantoècompletamentedissociatoinioni: NaOH→Na++OH–

PoichéinsoluzioneperogniunitàdiNaOHchesiscomponesiformaunoioneidrossidoOH–,laconcentrazionedellabaseNaOHcheabbiamocalcolato(0,875mol/L)corrispondeancheallaconcentrazionedegliioniOH–.AquestopuntopossiamocalcolareilpOHedaquestopoiricava-reilpH:…(continuatu).

Segue →

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3 Calcola il pH di una soluzione di cloruro di ammonio NH4Cl che contiene 11,6 g di questo sale in 2,00 L di soluzione. La costante di dissociazione Kb dell’ammoniaca NH3 è 1,8 · 10–5.

IlclorurodiammonioNH4Clpuòessereconsideratocomeunsaleformatodaunacidoforte,HCl,edaunabasedebole,NH3.QuestosalediscioltoinacquasidissociacompletamenteinioniNH4

+eioniCl–.GliionicloruroCl–nonreagisconoconl’acqua,mentregliioniNH4+dannocon

l’acquaunareazionediidrolisiacida: NH4

+(aq)+H2O(l)↔NH3(aq)+H3O+

(aq)

PercalcolarelaconcentrazionedegliioniossonioH3O+presentiinsoluzione,equindiilpH,fac-ciamoriferimentoallarelazionespecificaperl’idrolisiacida:

— [H3O+]=√(Kw/Kb)·[S] doveKwèilprodottoionicodell’acqua,Kbèlacostantedidissociazionedellabasee[S]èlacon-

centrazionemolaredelsale.ConosciamoivaloridellecostantiKweKb,mentrelaconcentrazio-nedelsaledeveesserericavataapartiredallamassadelclorurodiammonio(11,6g),dallasuamassamolare(53,49g/mol)edalvolumedellasoluzione(2,00L):…(continuatu).

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Capitolo 12 - Elettrochimica

Capitolo 12Elettrochimica

ESERCIZI SVOLTI

1 Bilancia l’equazione chimica della seguente reazione di ossidoriduzione, che avviene in soluzione

acida: KNO2 + KMnO4 + H2SO4 → KNO3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O

Assegniamo prima il numero di ossidazione a tutti gli atomi che partecipano alla reazione.Idrogeno,ossigeno,potassioezolfononcambianonelcorsodellareazioneilloron.o.Interessia-mocialloradell’azotoedelmanganese,chesonoiprotagonistidellareazione:

(+3) (+7)(+5)(+2)KNO2+KMnO4+H2SO4→KNO3+K2SO4+MnSO4+H2O

Scriviamoleduesemireazioniredox.Lasemireazionediossidazioneèquellaincuil’azotoperde2elettroni,passandodan.o.+3an.o.+5:

(+3) (+5)N→N+2e–

n.o.N+3→+5,cioèΔN=2=coefficientedelmanganese Lasemireazionediriduzioneriguardailmanganese,cheacquista5elettronipassandodan.o.

+7an.o.+2: (+7) (+2)

Mn+5e–→Mnn.o.Mn+7→+2,cioèΔMn=5=coefficientedell’azoto

Datocheunatomodiazotocededueelettroni,mentreogniatomodimanganeseneaccettacinque,perogni5atomidiazotochesiossidanooccorronodueatomidimanganesechesiridu-cono.Mettiamoquindiilcoefficiente2davantiaicompostichecontengonoilmanganeseeilcoefficiente5davantiaicompostichecontengonol’azoto.Abbiamoperciò:

5KNO2+2KMnO4+H2SO4→5KNO3+K2SO4+2MnSO4+H2O Continuiamoilbilanciamento,considerandocheneiprodottifiguranotreradicalisolfatoSO4

2–;andiamo perciò ad aggiungere il coefficiente 3 davanti all’acido solforico nei reagenti. Infine,poichéaquestopuntoneireagentifiguranoseiatomidiidrogeno,conl’aggiuntadelcoefficiente3davantiall’acquaneiprodotticompletiamoilbilanciamento:

5KNO2+2KMnO4+3H2SO4→5KNO3+K2SO4+2MnSO4+3H2O

2 La cella voltaica che si caratterizza per la reazione: 2Ag+(aq) + Ni(s) → 2Ag(s) + Ni 2+

(aq) ha una forza elettromotrice pari a 1,05 V a 25 °C. Qual è il valore del potenziale di riduzione

standard E° per il semielemento a nichel Ni 2+ + 2e– → Ni(s), se E° per il semielemento ad argento Ag+ + e– → Ag(s) vale +0,80 V nelle stesse condizioni?

Sappiamochelaforzaelettromotricediunapilaèdatada:f.e.m.=E°catodo–E°anodo

Inunacellavoltaicaavvengonoseparatamentelareazionediossidazioneequelladiriduzione.Piùprecisamenteall’anodoavvienel’ossidazioneealcatodoavvienelariduzione.Inquestocasoilsemielementointeressatodall’ossidazioneèquelloanichel,mentrequelloadargentoèinte-ressatodallariduzione.Abbiamoperciòche:

anodoNi(s)→Ni2+(aq)+2e–ossidazione

catodo2Ag+(aq)+2e–→2Ag(s)riduzione

Poichéconosciamolaf.e.m.dellapilaeilpotenzialediriduzionestandarddelsemielementoadargento,checorrispondeaE°catodo,possiamoricavareperdifferenzailpotenzialedelsemielemen-toanichel,cheèquellodoveavvienel’ossidazioneE°anodo:

E°anodo=E°catodo–f.e.m.=+0,80V–(+1,05V)=–0,25V Segue →

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3 Una corrente elettrica la cui intensità è di 2,0 A (ampere) viene fatta passare per 50 minuti in una cella elettrolitica attraverso una soluzione che contiene ioni Cu2+. Quale quantità di rame in gram-mi si deposita al catodo?

Lareazionecheavvienealcatodoèlariduzionedelloionerameicoaramemetallico:Cu2+

(aq)+2e–→Cu(s)

PerpoterutilizzarelarelazionedellaprimaleggediFaraday,occorrecalcolareprimalaquantitàdicaricaQ,espressaincoulomb(C),chepassaattraversolacellaneltempot,espressoinsecondi(s),essendoIl’intensitàdicorrente,espressainampere(A):

Q=I·t cioè Quantitàdicarica(C)=intensitàdicorrente(A)⋅tempo(s) dacui Q=2,0A⋅(50min⋅60s/min)=6000C Aquestopuntocalcoliamoaquantemolidielettroni,cioèaquantifaradayFdielettricità,corri-

spondequestaquantitàdicaricachepassa: 6000C⋅(1mole–/96500C)=0,0622mole–

Oranonrestachepassaredallemolidielettroni,cioèdaifaraday,allemolidiramechesitrasfor-manoerisalireinfineallamassadelramedepositato.Lemolidiramesonoesattamentelametàdiquelledeglielettroni,poichéperdepositarealcatodounatomodirameCuapartiredaunoionerameicoCu2+servonodueelettroni:

0,0622mol/2=0,0311molCu Sapendochelamassamolaredelrameè63,546g/mol,determiniamoquantigrammidelmetal-

losidepositano: 0,0311mol⋅63,546g/mol=1,98g

Segue →

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1 Bilancia l’equazione chimica della seguente reazione di ossidoriduzione, che avviene in soluzione

basica: PCl3 + KMnO4 + KOH → MnCl2 + K3PO4 + KCl + H2O

Assegniamo prima il numero di ossidazione a tutti gli atomi che partecipano alla reazione.Idrogeno,ossigeno,cloroepotassiononcambianonelcorsodellareazioneilloron.o.Interessia-mocialloradelfosforoedelmanganese,chesonoiprotagonistidellareazione:

(+3) (+7)(+2)(+5)PCl3+KMnO4+KOH→MnCl2+K3PO4+KCl+H2O

Scriviamoleduesemireazioniredox.Lasemireazionediossidazioneèquellaincuiilfosforoperde2elettroni,passandodan.o.+3an.o.+5:

(+3) (+5)P→P+2e–

n.o.P+3→+5,cioèΔP=2=coefficientedelmanganese Lasemireazionediriduzioneriguardailmanganese,cheacquista5elettronipassandodan.o.

+7an.o.+2: (+7) (+2)

Mn+5e–→Mnn.o.Mn+7→+2,cioèΔMn=5=coefficientedelfosforo

Datocheunatomodifosforocededueelettroni,mentreogniatomodimanganeseneaccettacinque,perogni5atomidifosforochesiossidanooccorronodueatomidimanganesechesiriducono,cioèilrapportotraPeMnè5:2.Mettiamoquindiilcoefficiente2davantiaicompostichecontengonoilmanganeseeilcoefficiente5davantiaicompostichecontengonoilfosforo.Abbiamoperciò:

5PCl3+2KMnO4+KOH→2MnCl2+5K3PO4+KCl+H2O Ilbilanciamento,cheancoranonècompleto,proseguecon:...(continuatu).

2 Per quanti minuti una corrente elettrica, la cui intensità è di 1,50 A (ampere), deve passare in una cella elettrolitica attraverso una soluzione contenente ioni Fe3+ per avere la deposizione al catodo di 100 g di ferro metallico?

Lareazionecheavvienealcatodoèlariduzionedelloioneferricoaferrometallico: Fe3+

(aq)+3e–→Fe(s)

Dapprimacalcoliamolemolidielettroni,cioèifaradayF,chesononecessarieperfardepositarelaquantitàrichiestadiferro(100g).DallareazionesappiamocheperdepositareunatomodiferrodaunoioneFe3+sononecessaritreelettroni.Lemolidielettronidevonoessereperciòiltriplodellemolidiferrodadepositare.Essendo55,847g/mollamassamolaredelferro,abbiamo:

100g/55,847g/mol=1,79moldiFe moldie–=3·moldiFe=3⋅1,79mol=5,37mol SapendochelacaricaelettricadiunamoledielettronicorrispondeallacostantediFaraday,cioè

a96500C(coulomb),possiamocalcolareprimalaquantitàdicaricaQespressaincoulomb(C)chedevepassareepoi,attraversolarelazioneQ=I·t,iltemponecessario:…(continuatu).


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Capitolo 13 - Le proprietà dei composti organici

Capitolo 13Le proprietà dei composti organici

ESERCIZI SVOLTI

1 Qual è l’ibridazione di ciascun atomo di carbonio nel composto che segue? O ||

CH3CCH2CN

Perprimacosaespandiamolastrutturadelcompostoindicandotuttiilegamitragliatomidicarbonioeglialtriatomi;quindiassegniamoadogniatomodicarboniounasigladiriferimen-to(I),(II),(III)e(IV).

H O H | || |

H—C—C—C—C———N | | H H (I) (II) (III) (IV)

Individuiamoperciascunatomodicarbonioiltipodiibridazione. Gliatomidicarboniolegatiadaltriquattroatomiutilizzano,durantel’ibridazione,quattroor-

bitali(1orbitalese3obitalip);quindiicarboniIeIIIhannounaibridazionesp3. L’atomodicarboniolegatoadaltritreatomiutilizza,durantel’ibridazione,treorbitali(1orbitale

se2orbitalip);quindiilcarbonioIIhaunaibridazionesp2. L’atomodicarboniolegatoadaltridueatomiutilizza,durantel’ibridazione,dueorbitali(1orbi-

talese1orbitalep);quindiilcarbonioIVhaunaibridazionesp. Lasequenzadelle ibridazionidegliatomidicarboniodelcomposto,procedendodasinistraa

destranellamolecola,èsp3,sp2,sp3,sp.

2 Quale dei seguenti composti è otticamente inattivo? CH3

CH3

(A)

HClClH

CH3

CH3

(B)

ClHHCl

CH3

CH3

(C)

ClHClH

CH3

CH3

(D)

HHClH

Perprimacosanumeriamogliatomidicarboniopresentineiquattrocompostiiniziandodaquellosituatopiùinalto.Individuiamoicarbonichiraliecontrassegnamoliconunasterisco.Ricordiamocheuncarbonioèchiralequandoèlegatoaquattroatomiogruppidifferenti.Icarbonichiralisonoresponsabilidell’attivitàotticadiuncomposto.

CH3

CH3

(A)

HClClH

4

1

2 **3

CH3

CH3

(B)

ClHHCl

4

1

2 **3

CH3

CH3

(C)

ClHClH

4

1

2 **3

CH3

CH3

(D)

HHClH

4

1

2 *3

Sonochiraliicarboniinposizione2e3neicomposti(A),(B)e(C),eilsolocarbonioinposizione2nelcomposto(D).

Segue →

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Capitolo 13 - Le proprietà dei composti organici

Analizziamoleformule.Tuttecontengonocarbonichirali.Perindividuareseunadiquestemo-lecolenonèotticamenteattivadobbiamoscoprireunacaratteristicacheconferiscaquestapro-prietà.

Icomposti(A)e(B)sonoenantiomeriunodell’altro(sonoimmaginispeculari)emostrerannosicuramenteunapropriaattivitàottica.

Ilcomposto(D),poichécontieneunsolocarboniochirale(ilsecondodall’alto)enonhaunpianointernodisimmetria,saràuncompostootticamenteattivo.

Ilcomposto(C)haunapeculiarità:sesitracciaunpianodisimmetriatragliatomidicarbonioinposizione2e3siosservachelapartesuperioredellamolecolaèl’immaginespecularedellaparteinferiore.Ilcarboniochirale2eilcarboniochirale3sitrovanocomedavantiaunospec-chioesicomportanocomeunacoppiadienantiomeri.L’attivitàotticadelcarbonio2èannulla-tadall’attivitàotticadelcarbonio3:lamolecola(C)èotticamenteinattiva,èachirale.

Icompostidiquestotiposonodettimeso-compostiesonootticamenteinattivi.Imeso-compo-stiperesseretalidevonoavereunnumeroparidicarbonichiralieunpianodisimmetriacherendaspecularemetàdellamolecolaall’altrametà.


1 Le molecole (I) e (II) di seguito rappresentate sono: (A) enantiomeri, (B) diastereoisomeri, (C) meso-

composti o (D) isomeri strutturali? CH3

CH3(I)

H3C

H3C(II)

Individuiamoedindichiamoconunasteriscoicarbonichirali.

12

**

H3C

H3C

12

**

CH3

CH3(I) (II)

Daunaprimaanalisisembratrattarsididueimmaginispecularinonsovrapponibili. L’opzione(B)nonècorretta,perchéidiastereoisomerisonostereoisomeriche...(continuatu). L’opzione(C)nonècorretta,perchéimeso-compostidevonocontenere...(continuatu)chenes-

sunadiquestemolecoleha(cfr.l’eserciziosvolto2). L’opzione(D)nonècorretta,perchégliisomeristrutturalisonocompostichehannolastessa

formulamolecolare,ma...(continuatu). Leconnessionitraquesteduemolecolesonolestesse:ciòsignificacheessisonostereoisomeri,

nonisomeristrutturali. Dovrebbequinditrattarsidiunacoppiadienantiomeri,l’opzione(A).Ilfattocheicarbonichi-

raliorientinoigruppisopraesottoilpianodellemolecolepuò,però,lasciarequalchedubbio. Perfacilitarel’analisiruotiamodi180°ilcomposto(II),chedivienecosì(III),everifichiamoseè

sovrapponibilealcomposto(I).

12

**

H3C

H3C

12

**

CH3

CH3

12

**

CH3

CH3(I) (II) (III)

Facendoscorrerelaformuladelcomposto(III)suquelladelcomposto(I)vediamochelasovrap-posizioneèimpossibile,perché...(continuatu).

47




ESER

CIZI

DI

RECU

PERO

Capitolo 14 - Gli idrocarburi

Capitolo 14Gli idrocarburi

ESERCIZI SVOLTI

1 Il nome IUPAC dell’idrocarburo di seguito rappresentato è (A) 2,5-dimetileptano, (B) 2-etil-5-metile-

sano, (C) 3,6-dimetileptano o (D) 5-etil-2-metilesano?

Laprimacosadafareperassegnareilnomeauncompostoèidentificarelacatenacarboniosapiùlunga.

Inquestocasolacatenapiùlungahasetteatomidicarbonio:unatomodicarbonioperognispigolodellastrutturaazig-zag(5C)piùunatomodicarbonioperogniestremitàdellacatena(2C),intotale7atomidicarbonio.

Comeconseguenzalacatenaprincipaledell’alcanoavràlapartefinaledelnomecheterminacon-eptano.Leopzioni(B)e(D)possono,perquestomotivo,essereeliminate.

Nellafasesuccessivadobbiamoverificarechegliatomidicarboniosianonumeratiinmodocheisostituentiabbianolanumerazionepiùbassapossibile.

Questocompostohaduegruppimetilici(leestremitàliberesottintendonoungruppoCH3);perassegnareaquestigruppilanumerazionepiùbassadobbiamonumerarelacatenadadestraasinistra.

3 17

465 2

Igruppimetilicisonolegatialleposizionidellacatena2e5,percuiilnomeIUPACcorrettoè2,5-dimetileptano,cioèl’opzione(A).

L’opzione(C),3,6-dimetileptano,nonècorretta,perchélanumerazionedeisostituentinonsa-rebbelapiùbassa,andandodasinistraversodestra.

5 71

423 6

numerazioneerrata

Segue →

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Capitolo 14 - Gli idrocarburi

2 Disegna la formula di struttura triangolare planare del seguente composto, il cui nome commer-ciale è vinil cloruro, e assegnagli il nome IUPAC corretto.

H2C —— CHCl

Ilvinilcloruro,dettoancheclorurodivinile,èilcompostodipartenzaperlasintesidelpolivi-nilcloruro(PVC),unpolimerodiaddizioneeunamateriaplasticamoltocomune(vedi§15.15dellibroditesto).

Ilterminevinile,ogruppo vinilicooetenile(IUPAC),èungruppofunzionalecostituitodadueatomidicarboniolegatitraloroconundoppiolegameedatreatomidiidrogenoedèderivatodall’etene(etilene)perperditadiunidrogeno.

Perprimacosadisegnamolaformula,disponendoilegamiattornoaldoppiolegamecarbonio-carbonioa120°traloro.

C —— C

L’atomodicarboniodisinistraèlegatoadueatomidiidrogeno,mentrel'atomodicarboniodidestraèlegatoaunatomodiidrogenoeunodicloro.Aggiungendoquestiatomicompletiamolaformuladistrutturadelcomposto.

C —— C

ClH

HH

IlnomeIUPACdelcompostodeveindicarelastrutturacarboniosadibase,l’etene(oetilene),allaqualepremettereilnomedelsostituente,ilcloro.IlnomeIUPACèquindicloroetene(ocloroetilene).

Inquestocasolanumerazioneperindicarelaposizionedelcloro(1)èsuperflua,inquantoque-stoelementoèl’unicosostituentesuunacatenadidueatomidicarbonio.


1 Disegna la struttura completa condensata e a zig-zag del 2-bromo-1-pentene.

Ilnomebromopentenecidicecheabbiamoachefareconunacatenacarboniosaacinqueatomidicarbonio(pent-),checontieneundoppiolegame(-ene)edhaunsostituente(bromo).

Iniziamoadisegnarelacatenacarboniosausando,perora,sololegamisingoli.

C—C—C—C—C

Adessodobbiamoaggiungereildoppiolegame.Ilnumero1all’iniziodelnomecidicecheilpri-molegamecarbonio-carbonioèundoppiolegame.

12345 C——C—C—C—C

Lasecondainformazionecheabbiamoècheunatomodibromositrovasulcarbonio2.

12345C——C—C—C—C

Br|

Adessopossiamodisegnarelastrutturacondensata(senzaevidenziareilegamiC–H)completadelcompostoelastrutturaazig-zagconilegamiegliatomimancanti:…(continuatu).

Utilizziamol’eserciziosvolto1comeriferimento.

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ESER

CIZI

DI

RECU

PERO

Capitolo 15 - Gruppi funzionali e polimeri di sintesi

Capitolo 15Gruppi funzionali e polimeri di sintesi

ESERCIZI SVOLTI

1 Tra le seguenti liste di metanolo, 2-metil-1-propanolo e 1-propanolo, quale indica correttamente la

sequenza in ordine decrescente del punto di ebollizione? La solubilità in acqua a 20 °C ha un anda-mento decrescente analogo? Quale potrebbe essere una sequenza alternativa?

(A) Metanolo > 2-metil-1-propanolo > 1-propanolo; (B) 2-metil-1-propanolo > metanolo > 1-propanolo; (C) 2-metil-1-propanolo > 1-propanolo > metanolo; (D) Metanolo > 1-propanolo > 2-metil-1-propanolo.

Aparitàdiognialtracondizione,ilpuntodiebollizionedicompostiorganiciappartenentiallastessaclasseaumentaconl’aumentodellalunghezzadellacatenacarboniosa,perchéleintera-zionidiVanderWaalssonopiùnumeroseepersepararelemolecoleoccorrepiùenergia.

Neglialcoli,comenelnostrocaso,haun’importanzanontrascurabileanchelapossibilepre-senzadilegamiidrogenotraigruppiossidrilici,perchélalororotturarichiedeenergiaeciòconcorreall’innalzamentodelpuntodiebollizione.

Poichétraglialcolimessiaconfrontolacatenaidrocarboniosapiùlungaèquelladel2-metil-1-propanolo(ilnomecomuneèalcolisobutilico),seguitadaquelledelpropanoloeinfinedelmetanolo,l’alcolpiùsemplice,lasequenzacorrettaèla(C).Ipuntidiebollizionedeitrecompo-stisono,infatti,nell'ordine:108°C,96°C,64,7°C.

Lasolubilitàinacquadeicompostiorganicicontenentiungruppopolare,comeglialcoli,de-cresceall’aumentaredellalunghezzadellacatenacarboniosa,inquantolemolecoled’acquasiunisconoconlegamidipolo-dipoloeidrogenoesclusivamenteconl’ossidrile,marifuggonolacatenaidrocarboniosa.Lasequenza(C)dovrebbeancheinquestocasoesserequellacorretta.

Idatisperimentalimostranounapiccolaincongruenza:mentreil2-metil-1-propanolohaunasolubilitàinacquaa20°Cdi80g/L,siailpropanolosiailmetanoloaquestatemperaturasonocompletamentemiscibiliinacquainogniproporzione.Perquestomotivononèpossibilesta-bilireunordinedisolubilitàinacquaa20°C.Laspiegazionediquestacaratteristicarisiedenelfattochelacatenaidrocarboniosaneiduecompostiètroppobreveperinterferireconilgruppoossidrilicocheformalegamiconl’acqua.

Segue →

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Capitolo 15 - Gruppi funzionali e polimeri di sintesi

2 Quale tra le formule proposte in basso rappresenta il prodotto della reazione seguente?

+ ?O CH3 HO

OH OH

O

O

OO(A) (B) (C) (D)

Individuiamoprimaicompostireagenti.Ilprimocompostoèun’aldeide(etanaleoaldeideace-tica),ilsecondocompostoèunalcol(1-propanolo).

Sappiamochelareazionetraun’aldeideeunalcolformaunemiacetale(cfr.§15.8deltesto). Lareazioneèun’addizionenucleofiladell’ossidrilealcolicoalgruppoaldeidico:

+H3C O HO

OHH

H3C OC3H7

Inunemiacetale,allostessoatomodicarboniosonolegaticontemporaneamenteungruppo–OH,ungruppo–OR,unatomodiidrogenoeungruppo–R.

Traleopzioniproposte(A)rappresentaunchetone,(B)unalcol,(C)unestere.Solol’opzione(D)rispondeairequisiticheabbiamoelencato.


1 Quale tra le formule proposte in basso rappresenta il prodotto della reazione seguente?

C2H5H3C

O

+ ?OH

OCH3

CH3

H3C OC2H5

OH

C2H5

H3C OC2H5

H3CO

H3C

OH C2H5

O

H3C(A) (B) (C) (D)

Individuiamoinnanzituttoicompostireagenti.Laprimamolecolaèunchetone(etilmetilche-tone),lasecondaunalcol(etanolo).

Sappiamocheun’aldeidequandoreagisceconunalcolformaunemiacetale,ungruppodimole-coleimportantenellachimicadeglizuccheri.

Analogamente,quandounchetonereagisceconunalcolformaunemichetale.Unemichetaledeveavereungruppo–OR,ungruppo–OHeduegruppialchilici(–R)legatiallostessocarbonio.

L’opzione(B)rappresentaunemiacetale,inquantohaungruppo–OH,un–OR,ungruppoReunatomodiidrogeno.

L’opzione(D)rappresentaunchetone,perché…(continuatu). Unemichetaleèuncompostomoltoinstabilechereagiscerapidamenteconun’altramolecola

dialcolperformare,inambienteacido,unchetale,uncompostocontenenteduegruppi–OReduegruppi–R.

Ilprodottodellareazione,cioèl’emichetale,èrappresentatodall’opzione….(continuatu). Ilcompostorappresentatodallarimanenteopzioneè….(continuatu),perché….(continuatu).

Capitolo 1 La struttura...

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