NOME E COGNOME MATRICOLA CORSO DI LAUREA CFU PREFERENZE ORALE PROVA SCRITTA DI CHIMICA PER INGEGNERIA MECCANICA 21 GENNAIO 2014 B 1. Calcolate il calore sviluppato dalla combustione completa di 1 m3, misurato a 15°C e 760 mmHg, di una miscela gassosa formata da propano CH3CH2CH3 e da etene CH2=CH2 in pari quantità in moli. ∆H° = - 4 x 285,8 - 3 x 393,5 + 103,8 = - 2220 kJ per mol di C3H8 C3H8 + 5 O2 = 3 CO2 + 4 H2O C2H4 + 7/2 O2 = 2 CO2 + 2 H2O 1000 L x 1 atm : (0,082 atm L ∆H° = - 2 x 285,8 - 2 x 393,5 - 52,5 = - 1411 kJ per mol di C2H6 mol-1 K-1 x 288 K) = 42,34 mol gas di cui 21,17 di ciascuno dei due 21,17 mol C3H8 x (- 2220 kJ/mol) = - 46995 kJ 21,17 mol C2H6 x (- 1411 kJ/mol) = - 29873 kJ in totale si sviluppano - 46995 - 29873 = - 76868 kJ di calore 2. Se si scioglie in acqua pura dell'idrogenosolfito di potassio, KHSO3, si otterrà un pH acido, neutro o basico? Attenzione: lo ione in questione è anfotero: scrivere entrambe le reazioni di idrolisi a cui può dar luogo in acqua, confrontando le rispettive costanti di equilibrio. K+ non subisce idrolisi (acido coniugato della base forte NaOH) HSO3 − + H2O = H2SO3 + OH− Kb = 7,2 x 10 -13 HSO3 − + H2O = SO3= + H+ Ka = 6,5 x 10 -8 dato che Ka > Kb, avviene l'idrolisi acida e si ottiene un pH acido. 3. Una pila a concentrazione è costituita da due elettrodi di argento, immersi uno in una soluzione satura di AgBr e l’altro in una soluzione satura di AgI. Indicare le polarità degli elettrodi e calcolare ∆E. soluzione satura di AgI: [Ag+] = √8,5 x 10-17 = 9 x 10-9 M ox, anodo − soluzione satura di AgBr: [Ag+] = √5,3 x 10-13 = 7,28 x 10-7 M red, catodo + ∆E = 0,059 log (7,28 x 10-7) : (9 x 10-9) = 0,112 V 4. Scrivere la formula di struttura della molecola NO2. Qual è l'ibridizzazione di N ? Quale stato fisico si prevede che abbia? Ritenete che si tratti di una sostanza stabile? Perché? . sp2; gassosa (basse forze di London). Instabile perché è una specie a elettroni dispari (radicale libero). 5. Si elettrolizza una soluzione acquosa a pH 7 di CuBr2 per 8h con una corrente di 2,5A. Scrivere le reazioni che avvengono agli elettrodi di Pt e calcolare la massa in g dei prodotti formati. − catodo Cu2+ + 2 e- = Cu + anodo 2 H2O = O2 + 4 e- + 4 H+ 8 h x 3600 s/h x 2,5 A = 72000 C 72000 C : (2 x 96500 C/mol Cu) = 0,373 mol Cu 0,373 mol Cu x 63,55 g/mol = 23,7 g Cu 0,1865 mol =O2 x 32g/mol = 6 g O2 6. A 5 L di una soluzione acquosa a pH 10,6 vengono aggiunti 0,08 mL di una soluzione di HCl al 37% in massa, di densità 1,18 g/mL. Calcolare il pH risultante. pH 10,6 → pOH 3,4 quindi [OH−] = 4 x 10 -4 M 4 x 10 -4 mol/L x 5 L = 2 x 10 -3 mol OH− La soluzione di HCl contiene 37 g : 36,5 g/mol = 1,014 mol di HCl in 100 g /1,18 g/mL = 84,745 mL ovvero 1,014 mol : 84,745 mL = 0,012 mol HCl / mL x 0,08 mL = 9,6 x 10 La soluzione finale sarà basica: 2 x 10 -3 mol OH− - 9,6 x 10 -4 -4 mol HCl = mol H+ mol H+ = 1,04 x 10-3 mol =OH- in 5L significa [OH−] = 2,1 x 10-4 mol/L Quindi pOH 3,68 e pH 10,32 7. Calcolare K di equilibrio per la reazione 2 Fe + Al2O3 = 2 Al + Fe2O3 a 2800°C. (Attenzione: la reazione va bilanciata) ∆H° = + 824,2 - 1675,7 = + 851,5 kJ ∆S° = - 27,3 x 2 - 50,9 + 28,3x 2 + 87,4 = + 38,5 J/K ∆G° = 851500 J - 3073 K x 38,5 J/K = + 733189,5 J = - RTln K da cui ln K = - 28,71 e K = 3,4 x 10-13 8. Disporre le seguenti sostanze in ordine crescente di temperatura di fusione: SiO2 H2SO4 NaF BH3 CH3Cl spiegando in poche parole i motivi della scelta. BH3 (deboli forze di London) < CH3Cl (forze di London maggiori) < H2SO4 (forti legami H) < NaF (solido ionico) < Al2O3 (reticolo covalente) 9. 100 g di NaHCO3 si mettono in un recipiente vuoto da 10 L a T = 150°C. Si instaura l'equilibrio 2 NaHCO3(s) = Na2CO3 (s) + CO2(g) + H2O(g) All'equilibrio la P nel recipiente è di 1,6 atm. Calcolare Kp e la quantità di Na2CO3 formata. Kp = p(CO2) x p(H2O) = (0,5 x 1,8)2 = 0,81 p(CO2) = p(H2O) = √Kp = 0,9 atm (le frazioni molari valgono entrambe 0,5 per i due gas) 0,9 atm x 10 L : (0,082 atm L mol-1 K-1 x 423 K) = 0,26 mol di CO2 formate, pari alle moli di Na2CO3, x 106 g/mol = 27,5 g Na2CO3. 10. Il sistema H2O (g) = H2O(solido) si trova all’equilibrio a una data T. a) Suggerire due modi diversi per spostare verso destra l'equilibrio; b) Spiegare in quali condizioni l'acqua è in equilibrio tra le due fasi indicate, e come si dovrebbe fare per ottenere acqua liquida alla stessa T. a) aumentare P oppure diminuire T P b) l'acqua solida è in equilibrio con la fase gas ad una P inferiore a quella del punto triplo; per ottenere acqua liquida P deve essere portata ad un valore superiore al punto triplo. T