CORSO DI CHIMICA (Sede distaccata di Orvieto) Esame del 26 settembre 2006

COGNOME___________________________________NOME _________________________

Scrivere le risposte solo negli spazi appositi e in maniera chiara e leggibile. Si prega inoltre di non aggiungere commenti o spiegazioni non richieste. Durante il compito è permesso consultare libri di testo o appunti.

1 – La seguente reazione, CO2(g) + C(s) ⇄ 2 CO(g), presenta G°=-33,055 kJ mol-1. Calcolare la costante K dell'equilibrio a 727°C. (0,8 punti)

K = ___________________ In un recipiente a 727°C e a volume costante vengono introdotti CO2(g) e CO(g) insieme a una quantità in eccesso di carbonio solido. La pressione parziale iniziale dei due gas è di 10,00 atm ciascuno. In che direzione dovrà reagire tale sistema per raggiungere lo stato d’equilibrio? (1,2 punti)

□ verso la formazione di altro CO2(g) □ verso la formazione di altro CO(g) 2 - In ambiente acido, lo ione ferroso, Fe2+(aq), si ossida a ione ferrico, Fe3+(aq), riducendo lo ione nitrato, NO3

-(aq), a NO(g). Scrivere la reazione di ossidoriduzione bilanciata. (1,2 punti)

________________________________________________ Calcolare quante moli di NO(g) si ottengono facendo reagire completamente 0,06 moli di NO3

-(aq) e 0,60 moli di Fe2+(aq) in ambiente acido. (0,8 punti)

______________ moli di NO(g)

3 - Dire quali sono i numeri quantici principale ed angolare dell’orbitale atomico esterno del manganese (3 d5).

n = _______(1,0 punti) l = _____(1,0 punti)

4 – Il Hº della reazione C(s, grafite) C(s, diamante) è Hº=1,90 kJ mol-1. Il Hºf di CO2(g) è 393,48 kJ mol-1. Determinare il Il Hº della reazione C(s, diamante) + O2(g) CO2(g). (1,2 punti)

Hº = ________________ kJ mol-1 Quanto calore si sviluppa nella combustione di un diamante del peso di 2,0 g? (0,8 punti)

________________ kJ 5 – Un composto organico ha la molecola formata da carbonio, idrogeno ed ossigeno. La percentuale in peso del carbonio è 40,00 % e quella dell'idrogeno è 6,71%. Determinare la formula empirica (o minima) della molecola. (1,2 punti)

C H O Sapendo che il composto in questione ha peso molecolare di 240,2, scrivere la formula molecolare del composto. (0,8 punti)

C H O

6 - L'ammoniaca, NH3, è una base debole monoprotica con Kb=1,8×10-5 alla temperatura di 25°C. Calcolare la concentrazione [OH-] di una soluzione 0,10 M di ammoniaca a 25°C. (1,0 punti)

[OH-] = ____________ Calcolare la concentrazione [H3O

+] nella stessa soluzione. (1,0 punti)

[H3O+] = ____________

7 – Una soluzione viene preparata sciogliendo in 1,200 kg di acqua 2,4 moli di NaCl. Determinare la molalità della soluzione così preparata. (1,0 punti)

m = ________________ Sapendo che la costante crioscopica dell’acqua è Kcr=1,86, determinare la temperatura di congelamento della soluzione così preparata. (1,0 punti)

Tcongelamento = __________ °C 8 - Calcolare la differenza di potenziale a 25ºC della seguente pila: (1,4 punti)

Ag100,1]Ag[100,1]Ag[Ag 27

V = _________________ V

Scrivere la semireazione che avviene all'elettrodo di destra: (0,7 punti)

____________________________________

9 – Il carbonato di nichel, NiCO3(s), è un sale poco solubile con Kps=1,4×10-7 a 25°C. Calcolare la concentrazione degli ioni nichel [Ni2+] in equilibrio con il carbonato di nichel solido in una soluzione d’acqua pura. (0,8 punti)

[Ni2+] = _____________ M

Calcolare il ΔG° della reazione di solubilità: NiCO3(s) ⇄ Ni2+(aq) + CO3-(aq). (1,2 punti)

ΔG° = _____________ kJ mol-1

10 – Il tetrossido di diazoto, N2O4(g), si decompone in biossido d'azoto, NO2(g), secondo la reazione seguente, N2O4(g) 2 NO2(g),

che segue una cinetica del prim'ordine, con una costante di velocità a 30ºC k=5,1×106 s-1. Calcolare la velocità di reazione a 30ºC con [N2O4]=0,0010 mol L-1. (1,2 punti)

v = ______________ mol L-1 s-1

Con la stessa concentrazione, ma a 45°C, la velocità di questa reazione è (0,8 punti)

□ uguale □ maggiore □ minore 11 – Il fluoruro di calcio, CaF2(s), è poco solubile con Kps=1,5×10-10 a 25°C. Calcolare la concentrazione dello ione Ca2+ in una soluzione acquosa satura di CaF2 a 25°C. (1,0 punti)

[Ca2+] = ________________ mol L-1

Calcolare la concentrazione dello ione F- nella stessa soluzione. (1,0 punti)

[F-] = ________________ mol L-1

12 – Una bombola con un volume di 10,00 L, viene riempita con etano, C2H6, alla pressione di 80,00 atm e alla temperatura di 25°C. Calcolare il peso in grammi del gas contenuto nella bombola. (1,2 punti)

__________________ g di C2H6 Calcolare la pressione nella bombola quando la temperatura viene portata a 80°C. (0,8 punti)

__________________ atm 13 – Studiando la velocità di una reazione chimica si trovano i seguenti risultati: [A]iniziale [B]iniziale [C]iniziale viniziale

0,12 0,12 0,12 1,62 x 10-4 moli L-1 s-1 0,24 0,12 0,12 3.24 x 10-4 moli L-1 s-1

0,12 0,24 0,12 6.48 x 10-4 moli L-1 s-1

0,12 0,12 0,24 3.24 x 10-4 moli L-1 s-1

Determinare la legge cinetica della reazione. v = k [A] m [B] n [C] r m = ____(0,4 punti) n = _____(0,4 punti) r = _____(0,4 punti)

Determinare la costante di velocità a tale temperatura. (0,8 punti)

k = ________________

14 – Lo ione fosfonio, PH4+, ha una struttura con l'atomo di fosforo al centro di un tetraedro, ai cui vertici ci sono i quattro

atomi di idrogeno. Quale ibridazione presentano gli orbitali del fosforo in questa molecola? (1,0 punti)

□ sp3 □ sp2 □ sp Che numero di ossidazione avrà il fosforo in questa molecola? (1,0 punti)

_________ 15 – L’anidride carbonica, CO2, quando è in fase gassosa, ha una molecola lineare. Quale ibridizzazione presentano gli orbitali esterni dell'atomo di carbonio in questa molecola? (1,0 punti)

□ sp 3 □ sp 2 □ sp L’ossigeno è molto più elettronegativo del carbonio. L'intera molecola, è polare? (1,0 punti)

□ Si □ No

ALCUNI PESI ATOMICI

H 1,008 C 12,011 O 15,999 Pt 195,08

COSTANTE DEI GAS, R = 0,0821 L atm mol-1 K-1; R = 8,314 J mol-1 K-1

COSTANTE DI FARADAY, F = 9,6485×104 C mol-1

NUMERO DI AVOGADRO, N = 6,022×1023

La seguente reazione, CO2(g)+C(s) 2 CO(⇄ g), presenta G°=-33,055 kJ mol-1. Calcolare la costante K dell'equilibrio a 727°C.

In un recipiente a 727°C e a volume costante vengono introdotti CO2(g) e CO(g) insieme a una quantità in eccesso di carbonio solido. La pressione parziale iniziale dei due gas è di 10,00 atm ciascuno. In che direzione dovrà reagire tale sistema per raggiungere lo stato d’equilibrio?

Esercizio 1

RT

Go

eK

1000,15*3145.8

33055

eK

K=53.26K=53.26

2

CO

CO

2

P

PQ

00.10

00.10

00.10Q

2

Q << KQ << K

G < 0 Reazione procede verso destraG < 0 Reazione procede verso destra

G = RT ln (Q / K)

FeFe2+2+ FeFe3+3++ e+ e--

In ambiente acido, lo ione ferroso, Fe2+(aq), si ossida a ione ferrico, Fe3+(aq), riducendo lo ione nitrato, NO3

-(aq), a NO(g). Scrivere la reazione di ossidoriduzione bilanciata.

Calcolare quante moli di NO(g) si ottengono facendo reagire completamente 0,06 moli di NO3

-(aq) e 0,60 moli di Fe2+(aq) in ambiente acido.

Esercizio 2

FeFe3+3+OssidazioneOssidazione

NONO33-- NONORiduzioneRiduzione NONO + 6 H+ 6 H22OO3e3e-- + + 4 H4 H33OO+ + ++

x 3x 3

3 Fe3 Fe2+2+ + NO + NO33-- + 4 H+ 4 H33OO+ + → → NO + 3 FeNO + 3 Fe3+3+ +6 H +6 H22OO

Il FeIl Fe2+2+ reagisce in rapporto 3:1 con NO reagisce in rapporto 3:1 con NO3-3-

NONO33- - è ilè il reagente in difetto reagente in difetto NONO33

- - finisce prima di Fefinisce prima di Fe2+2+

Ogni mole di NOOgni mole di NO33-- che reagisce si forma una mole di NO che reagisce si forma una mole di NO

Questo comporta che quando ha reagito tutto NOQuesto comporta che quando ha reagito tutto NO33--

(0.06 moli) si saranno formate 0.06 moli di NO(0.06 moli) si saranno formate 0.06 moli di NO

Dire quali sono i numeri quantici principale ed angolare dell’orbitale atomico esterno del manganese (3 d5).

Esercizio 3

Nella notazione quantomeccanica il primo numero indica il Nella notazione quantomeccanica il primo numero indica il livello energetico (definito dal numero quantico principale n). In livello energetico (definito dal numero quantico principale n). In questo caso il livello energetico dell’orbitale d è n = 3.questo caso il livello energetico dell’orbitale d è n = 3.

Nella notazione quantomeccanica la lettera indica la geometria Nella notazione quantomeccanica la lettera indica la geometria dell’orbitale (definito dal numero quantico orbitale l).dell’orbitale (definito dal numero quantico orbitale l).

l = 0l = 0 orbitale sorbitale sl = 1l = 1 orbitale porbitale pl = 2l = 2 orbitale dorbitale d

Orbitali dOrbitali d

Il Hº della reazione C(s, grafite) C(s, diamante) è Hº=1,90 kJ mol-1. Il Hºf di CO2(g) è 393,48 kJ mol-1.Determinare il Il Hº della reazione

C(s, diamante) + O2(g) CO2(g).

Esercizio 4

Quanto calore si sviluppa nella combustione di un diamante del peso di 2,0 g?

Legge di HessLegge di Hess reagenti

of

prodotti

ofreazione HcHcH 0

diamantegrafite

o2

of

of2

ofreazione

HCOH

diamanteHCOHH 0

HHoo = -393,48 - 1,90 = -395.38 kJ mol = -393,48 - 1,90 = -395.38 kJ mol-1-1

H = H = E + RT E + RT nngg nng g =0=0 → → H = H = EE

q = n q = n H = 0.17 x -395,38 = - 65.84 kJH = 0.17 x -395,38 = - 65.84 kJ

17.0011.12

2

PA

mn

Un composto organico ha la molecola formata da carbonio, idrogeno ed ossigeno. La percentuale in peso del carbonio è 40,00 % e quella dell'idrogeno è 6,71%. Determinare la formula empirica (o minima) della molecola.

Esercizio 5

Sapendo che il composto in questione ha peso molecolare di 240,2, scrivere la formula molecolare del composto.

133.3999.15

29.5329.53O

266.6008.1

71.671.6H

133.3011.12

00.4000.40C

Il peso molecolare della formula minima trovata sarà:Il peso molecolare della formula minima trovata sarà:

PM = 12.011+ ( 2 x 1.008) + 15.999 = 30.026PM = 12.011+ ( 2 x 1.008) + 15.999 = 30.026

Dato che il peso molecolare vero del composto è 240,2 g molDato che il peso molecolare vero del composto è 240,2 g mol -1 -1 avremo:avremo:

8026,30

2,240n CC88HH1616OO88

CHCH22OO

Esercizio 6

L'ammoniaca, NH3, è una base debole monoprotica con Kb=1,8×10-5

alla temperatura di 25°C. Calcolare la concentrazione [OH-] di una soluzione 0,10 M di ammoniaca a 25°C.

Calcolare la concentrazione [H3O+] nella stessa soluzione.

Base debole (Base debole (KKbb < 1) in concentrazione c < 1) in concentrazione cbb

bbcK][OH

M10x3.110.0x10x8.1][OH 35

]OH[ ]OH[K 3w

]OH[

K]OH[ w

3

M10x7.710x3.1

10]OH[ 12

3

14

3

[OH[OH--] << c] << cbb

È giusto trascurare la È giusto trascurare la diminuzione, all’equilibrio, diminuzione, all’equilibrio, della concentrazione della della concentrazione della base (errore di circa 1%)base (errore di circa 1%)

Esercizio 7

Una soluzione viene preparata sciogliendo in 1,200 kg di acqua 2,4 moli di NaCl. Determinare la molalità della soluzione così preparata.

Sapendo che la costante crioscopica dell’acqua è Kcr=1,86, determinare la temperatura di congelamento della soluzione così preparata.

solvente kg

soluto molim 0,2

2,1

4,2

NaCl è un elettrolita forte solubile. Messo in acqua NaCl è un elettrolita forte solubile. Messo in acqua

si dissocia in Nasi dissocia in Na++ e Cl e Cl--..

mkT cr

44.72x 2.0x 86,1T

Dato che la temperatura di congelamento dell’acqua pura Dato che la temperatura di congelamento dell’acqua pura (solvente) è 0 (solvente) è 0 °C il valore di °C il valore di T è anche la temperatura di T è anche la temperatura di congelamento della soluzione.congelamento della soluzione.

Esercizio 8

Calcolare la differenza di potenziale a 25ºC della seguente pila:Calcolare la differenza di potenziale a 25ºC della seguente pila:

Ag M 100,1]Ag[ M 100,1]Ag[ Ag 27

Scrivere la semireazione che avviene all'elettrodo di destra:Scrivere la semireazione che avviene all'elettrodo di destra:

cc11 < c < c22 catodo a destracatodo a destra

cc11 > c > c22 catodo a sinistracatodo a sinistra

cc11 c c22

anodocatodo

7-10oanodo

2-10ocatodo

V10

1log

1

059,010

1log

1

059,0

V30,010

10log

1

059,0V 2-

-7

10

Elettrodo a destra: catodoElettrodo a destra: catodo riduzioneriduzione

AgAg++((aqaq) + e) + e-- Ag(Ag(ss))

-17o molkJ 39,1201,4x10lnx 298,15x 8,314G

Esercizio 9

Il carbonato di nichel, NiCO3(s), è un sale poco solubile con Kps=1,4×10-7 a 25°C. Calcolare la concentrazione degli ioni nichel [Ni2+] in equilibrio con il carbonato di nichel solido in una soluzione d’acqua pura.

Calcolare il ΔG° della reazione di solubilità: NiCO3(s) Ni⇄ 2+(aq) + CO32-(aq)

NiCONiCO33(s) Ni⇄(s) Ni⇄ 2+2+((aqaq) + CO) + CO332-2-((aqaq))

La reazione di dissociazione del carbonato di nichel è la seguente:

Solubilità: moli di sale che passano in soluzioneSolubilità: moli di sale che passano in soluzione

Per litro di soluzione avremo:Per litro di soluzione avremo:Concentrazione ioni in soluzione = coeff. Stechiometrico x solubilitàConcentrazione ioni in soluzione = coeff. Stechiometrico x solubilità

[Ni2+] = [CO32-] = s

223

2ps sCONik

M 10x 3,7410x 4,1ks -4-7ps

pso klnTRG

Esercizio 10

Con la stessa concentrazione, ma a 45°C, la velocità di questa reazione è Con la stessa concentrazione, ma a 45°C, la velocità di questa reazione è □ □ ugualeuguale □ maggiore□ maggiore □ minore□ minore

Il tetrossido di diazoto, NIl tetrossido di diazoto, N22OO44((gg), si decompone in biossido d'azoto, NO), si decompone in biossido d'azoto, NO22((gg), ),

secondo la reazione seguente, Nsecondo la reazione seguente, N22OO44((gg) ) 2 NO 2 NO22((gg), che segue una cinetica ), che segue una cinetica

del prim'ordine, con una costante di velocità a 30ºC del prim'ordine, con una costante di velocità a 30ºC kk=5,1×10=5,1×1066 s s-1-1. Calcolare . Calcolare la velocità di reazione a 30ºC con [Nla velocità di reazione a 30ºC con [N22OO44]=0,0010 mol L]=0,0010 mol L-1-1

v = k [Nv = k [N22OO44]]

v = 5,1 x 10v = 5,1 x 10-6 -6 xx 0,0010 = 5,1 x 10 0,0010 = 5,1 x 10-3-3 mol L mol L-1-1 s s-1-1

Svante August Arrhenius Wijk (Svezia), 1859 – Stoccolma,

1927

Effetto della Effetto della temperatura:temperatura:Alla aumentare della Alla aumentare della temperatura, la costante di temperatura, la costante di velocità di una reazione chimica velocità di una reazione chimica aumenta sempre.aumenta sempre.

1/T

lnk

Tb

eA

k

Tb

ln - k

xx

Esercizio 11

Il fluoruro di calcio, CaFIl fluoruro di calcio, CaF22((ss), è poco solubile con ), è poco solubile con KKpsps=1,5×10=1,5×10-10 -10 a 25°C. a 25°C.

Calcolare la concentrazione dello ione CaCalcolare la concentrazione dello ione Ca2+2+ in una soluzione acquosa in una soluzione acquosa satura di CaFsatura di CaF22 a 25°C. a 25°C.

Calcolare la concentrazione dello ione FCalcolare la concentrazione dello ione F-- nella stessa soluzione. nella stessa soluzione.

Vedi esercizio 9Vedi esercizio 9

Solubilità: moli di sale che passano in soluzioneSolubilità: moli di sale che passano in soluzione

Per litro di soluzione avremo:Per litro di soluzione avremo:Concentrazione ioni in soluzione = coeff. Stechiometrico x solubilitàConcentrazione ioni in soluzione = coeff. Stechiometrico x solubilità

CaFCaF22(s) Ca⇄(s) Ca⇄ 2+2+((aqaq) + 2 F) + 2 F--((aqaq))

[Ca2+] = s[F-] = 2s

3222ps s4s2sFCak

M 10x 3,44

10x 1,5

4

kCas 4-3

-10

3 ps2

[F[F--] = 2s = 6,8 x 10] = 2s = 6,8 x 10-4-4 M M

Esercizio 12

Una bombola con un volume di 10,00 L, viene riempita con etano, Una bombola con un volume di 10,00 L, viene riempita con etano, CC22HH66, alla pressione di 80,00 atm e alla temperatura di 25°C. Calcolare , alla pressione di 80,00 atm e alla temperatura di 25°C. Calcolare

il peso in grammi del gas contenuto nella bombola. il peso in grammi del gas contenuto nella bombola.

Calcolare la pressione nella bombola quando la temperatura viene portata a 80°C.Calcolare la pressione nella bombola quando la temperatura viene portata a 80°C.

Consideriamo l’etano come un gas perfettoConsideriamo l’etano come un gas perfetto

RT

PVn

nRTPV

grammi 982,69 30.07x 32,68PMngrammi

mol g 30,071,008x 6 12.011x 2PM

moli 32,68298,15x 0.0821

10,00x 00,80n

etano

-1etano

V

nRTP

nRTPV

atm 94,7510,00

353,15x 0,0821x 32,68P

Esercizio 13

Studiando la velocità di una reazione chimica si trovano i seguenti risultati:Studiando la velocità di una reazione chimica si trovano i seguenti risultati:

[A]iniziale [B]iniziale [C]iniziale viniziale

0.12 0.12 0.12 1,62 x 10-4 moli L-1 s-1

0.24 0.12 0.12 3.24 x 10-4 moli L-1 s-1

0.12 0.24 0.12 6.48 x 10-4 moli L-1 s-1

0.12 0.12 0.24 3.24 x 10-4 moli L-1 s-1

v = k [A]m [B]n [C]r

11 n = r =m = 11 22

Determinare la costante di velocità a tale temperatura Determinare la costante di velocità a tale temperatura

0,780,120,120,12

10x 1,02k

CBA

vk

2

4-

2

Esercizio 14

Lo ione fosfonio, PHLo ione fosfonio, PH44++, ha una struttura con l'atomo di fosforo al , ha una struttura con l'atomo di fosforo al

centro di un tetraedro, ai cui vertici ci sono i quattro atomi di idrogeno. centro di un tetraedro, ai cui vertici ci sono i quattro atomi di idrogeno. Quale ibridazione presentano gli orbitali del fosforo in questa Quale ibridazione presentano gli orbitali del fosforo in questa molecola?molecola?

Che numero di ossidazione avrà il fosforo in questa molecola?Che numero di ossidazione avrà il fosforo in questa molecola?

□ □ spsp33 □ sp□ sp22 □ sp□ spXX

L’idrogeno nei composti ha sempre numero di ossidazione +1. L’idrogeno nei composti ha sempre numero di ossidazione +1.

PHPH44++ +1 = 4×(+1) + x; x = -3

Esercizio 15

L’anidride carbonica, COL’anidride carbonica, CO22, quando è in fase gassosa, ha una , quando è in fase gassosa, ha una

molecola lineare. Quale ibridizzazione presentano gli orbitali molecola lineare. Quale ibridizzazione presentano gli orbitali esterni dell'atomo di carbonio in questa molecola? esterni dell'atomo di carbonio in questa molecola?

L’ossigeno è molto più elettronegativo del carbonio. L'intera L’ossigeno è molto più elettronegativo del carbonio. L'intera molecola, è polare?molecola, è polare?

□ □ SiSi □ No □ No

□ □ spsp33 □ sp□ sp22 □ sp□ spXX

XX