PROVA SCRITTA DI CHIMICA PER INGEGNERIA MECCANICA

18 LUGLIO 2017 B

1. Ad 1 L di soluzione a pH 8,2 viene aggiunto 1 mL di soluzione a pH 3,3. Qual è il pH risultante?

pH 8,2 pOH 5,8 [OH-]= 1,58 x 10-6 M in un litro ci sono quindi 1,58 x 10-6 moli di OH-. pH 3,3 [H+] = 5,01 x 10-4 M in 10-3L ci sono 5,01 x 10-7 moli di H+. 1,58 x 10-6 - 5,01 x 10-7 moli = 1,08 x 10-6 moli di OH- residue in 1 L. pOH = 6 Quindi il pH è 8. Parte della base inizialmente presente è stata neutralizzata.

2. Un elettrodo standard Ni2+/Ni viene collegato ad un elettrodo a idrogeno, con p(H2(g)) = 1 atm e pH

3,5. Indicare le polarità della pila e calcolare E.

E° Ni2+/Ni = - 0,257 V E H+/H2 = - 0,059 x 3,5 = - 0,2065 V Il nichel è l’anodo, negativo, e si ossida; la reazione è Ni + 2 H+ = Ni2+ + H2

con E = 0,257 – 0,2065 = + 0,0505 V > 0

3. Un recipiente chiuso a temperatura e pressione ambiente contiene NH3, H2 e N2 allo stato gassoso.

Se si comprime il sistema mantenendo costante T, uno solo dei tre gas liquefa: quale e perché?

Liquefa NH3 perché è una molecola polare in grado di formare legami a idrogeno, mentre le altre sono piccole molecole apolari con scarse forze di London.

4. Un sistema chiuso contenente P4O10 (s) viene portato a 1300°C; si instaura l’equilibrio

P4O10 (s) = P4O6 (g) + 2 O2 (g) Quanto vale la pressione totale all’equilibrio?

H° = - 2214 + 3010 = + 796 kJ

S° = 346 + 2 x 205 - 229 = + 527 J/K

G° (900°C) = +796000 - 1573 x 527 = - 32971 J - 32971 J = - 8,31 J/K 1573 K ln K da cui ln K = 2,52 e K = p(P4O6) p (O2)2 = 12,5 ma le frazioni molari dei due gas prodotti saranno rispettivamente 1/3 e 2/3 per la stechiometria del sistema; quindi 12,5 = P3 (1/3) (2/3)2 da cui P3 = 12,5 x 3 (9/4) = 84,375 e P = 4,4 atm

5. Quanti litri di CH3CH2OH (liq) (d = 0,79 g/mL) occorre bruciare per ottenere lo stesso calore fornito

dalla combustione di 1 m3 di CH4 (g) misurato a 0°C e 1 atm ?

Combustione del metano: CH4 (g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O(liq)

H° = - 2 x 285,8 - 393,5 + 74,9 = - 890,2 kJ per mol di metano bruciata (1 m3 x 101325 Pa) : (8,31 J/K 273 K) = 44,66 mol CH4 (g) bruciate, per un calore totale di - 890,2 kJ/mol x 44,66 mol = - 39759 kJ Combustione dell’etanolo: CH3CH2OH (liq) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 3 H2O(liq)

H° = - 1367,4 kJ/mol . Quindi per ottenere 39759 kJ di calore occorrono 39579 kJ : 1367,4 kJ/mol = 28,9 mol di etanolo x 46 g/mol : 0,79 g/mL = 1685 mL = 1,685 L

6. Sciogliendo in acqua il composto NaNH2 si otterrà un pH acido, neutro o basico? Giustificare la

risposta indicando la reazione di idrolisi che avviene.

NaNH2 + H2O = Na+ + NH2

– in cui Na+, coniugato della base forte NaOH, non idrolizza NH2

– + H2O = NH3 + OH – è un equilibrio completamente spostato a destra (Kb >>1) Soluzione basica.

6. Un recipiente chiuso mantenuto a T e P costanti contiene la sostanza A in

equilibrio negli stati solido, liquido e gassoso. Cosa si osserverà a)

aumentando T a P costante e b) diminuendo P a T costante? Spiegare con

l’aiuto di un opportuno diagramma. costante, la pressione viene

aumentata. Spiegare cosa avviene all’interno del recipiente, anche con

l’aiuto di un opportuno diagramma.

La sostanza A si trova inizialmente al punto triplo. Sia nel caso a) che nel caso b) si passerà alla sola fase vapore, con sparizione delle altre due.

7. Un cubo di rame di lato 7 cm alla temperatura di 825°C viene immerso in acqua inizialmente a 20°C. Al

termine il sistema si troverà in equilibrio alla temperatura di 85°C. Calcolare la massa dell’acqua in cui

è stato immerso il rame.

(7 cm)3 = 343 cm3 x 8,96 g/cm3 = 3073 g è la massa del rame.

q = 3073 g x 0,385 J g-1K-1 x 740 K = 875583 J ceduti dal rame che si raffredda e acquistati dall’acqua

che si scalda: 835583 J = m (g) x 4,184 J g-1K-1 x 65 K

Si può ricavare m = 3219 g

8. Quanti litri d’acqua pura occorrono per sciogliere completamente 1 mg di CuCN ?

Kps = 3,2 x 10-20 = [Cu+] [CN-] da cui [Cu+] = [CN-] = 1,8 x 10-10 mol/L 10-3 g CuCN : 89,56 g/mol = 1,1 x 10-5 mol CuCN da sciogliere 1,1 x 10-5 mol : 1,8 x 10-10 mol/L = 6,1 x 104 L d’acqua

9. Un recipiente chiuso contiene 0,82 atm di CH2=CH2 (g), 14 atm di H2 (g) e 1,8 atm di CH3-CH3(g) a 450°C.

Dire se la reazione CH2=CH2 (g) + H2 (g) = CH3-CH3(g) avverrà spontaneamente verso destra

a partire dalle condizioni indicate, oppure no.

H° = - 84,7 + 52,5 = - 137,2 kJ

S° = 229,6 – 130,7 – 219,3 = - 120,8 J/K

G° (450°C) = - 137200 + 723 x 120,8 = - 49862 J

G = - 49862 J + 8,31 J/K 1073 K ln [1,8 : (0,82 x 14)] = - 70442 J < 0 la reazione è spontanea.

T

P