soluzioni compito chimica del 10/02/2014

COMPITO DI CHIMICA DEL 10 FEBBRAIO 2014
Cognome:________________________________________________ Nome:_____________________________________________
Corso Di Laurea:_____________________________________________CFU: ______ Matricola:_________________
1) Un minerale di cobalto del peso di 0.25 g, contenente ossido di cobalto(III) viene disciolto in acido cloridrico. La
reazione porta alla formazione di cloruro di cobalto(II) che viene quindi ossidato stechiometricamente con 25.0 mL di una
soluzione 0.020 M di permanganato di potassio in presenza di acido cloridrico. La reazione porta alla formazione di
cloruro di cobalto(III). Scrivere e bilanciare le due reazioni chimiche complete e calcolare la percentuale di ossido di
cobalto(III) presente nel minerale di partenza.
Soluzione:
Le due reazioni chimiche da bilanciare sono:
Co2O3 + HCl
CoCl2 + Cl2+ H2O
CoCl2 + KMnO4 + HCl → CoCl3 + MnCl2+ H2O + KCl
Bilancio la prima:
2Co3+ + 2e 2Co2+
2ClCl2 + 2e
Co2O3 + 6HCl 2CoCl2 + Cl2+ 3H2O
Bilancio la seconda:
Co2+
Co3+ + e
| 5
MnO 4 + 5e + 8H3O+
Mn2+ + 12H2O
La reazione bilanciata è:
5Co2+ + MnO 4 + 8H3O+ 5Co3+ + Mn2+ + 12H2O (forma ionica)
5CoCl2 + KMnO4 + 8HCl → 5CoCl3 + MnCl2+ 4H2O + KCl
nKMnO4 = M∙V = 2∙10-2 mol L-1 0.025 L = 5∙10-4 mol
nCoCl2 = 5 nKMnO4 = 5 5∙10-4 =2.5∙10-3 mol
nCO2O3 = (1/2) nCoCl2 = 2.5∙10-3/2 = 1.25∙10-3 mol
massaCO2O3 = 1.25∙10-3 mol∙165.86 g mol-1 = 0.207 g
% = (0.207/0.25)∙100 = 82.93%
% = 82.93%
2) Determinare la formula molecolare di uno degli ossidi del fosforo sapendo che una soluzione ottenuta sciogliendo 56.8
g di tale composto in 507.0mL di etanolo, bolle a 79.0°C. [Per l'etanolo: Keb = 1.19mol–1 Kg °C; d = 789.0 kg/m3; Teb =
78.4°C]
Soluzione
ΔTeb = 79.0 – 78.4 = 0.6°C
ΔTeb = Keb∙m ⇒ m = 0.6/1.19 = 0.504 mol kg-1
Massa solvente = 0.507 L∙789.0 g L-1 = 400 g = 0.4 kg
m = nsoluto/kgsolvente ⇒ nossido = m∙ kgsolvente = 0.504 mol kg-1∙0.4 kg = 0.202 mol
Mm(ossido) = 56.8 g/0.202 mol = 281.74 g mol-1
Mm(P2O3) = 109.95 g mol-1
Mm(P2O5) = 141.94 g mol-1
Mm(P4O10) = 283.86 g mol-1
L’ossido del fosforo del problema è: P4O10
P4O10
3) Sottoponendo a combustione 200 mL di etanolo (C 2H5OH) liquido (d = 0.80 kg/L) si sviluppa una quantità di calore pari
a 4750kJ e sottoponendo a combustione 10.0 g di glucosio (C6H12O6) si sviluppa una quantità di calore pari a 155.87 kJ.
Calcolare l’entalpia molare della reazione: C6H12O6(s) →2C2H5OH(l) + 2CO2(g)
Soluzione:
La reazione di combustione dell’etanolo è:
C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
(I)
massa etanolo = 0.2 L∙0.8 kgL-1 = 0.16 kg
netanolo = 160 g/46.07 g mol-1 3.47 mol
L’entalpia di combustione dell’etanolo è:
ΔHco(I) = -4750 kJ/3.47 mol = -1369 kJ mol-1
La reazione di combustione del glucosio è:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
(II)
nglucosio = 10 g/180.15 g mol-1 = 5.55∙10-2 mol
L’entalpia di combustione del glucosio è:
ΔHco(II) = -155.87kJ/5.55∙10-2 mol = -2808 kJ mol-1
C6H12O6(s) → 2C2H5OH(l) + 2CO2(g)
(III)
ΔH(III) = ΔHco(II) - 2 ΔHco(I) = -2808 – 2(-1369) = -70 kJ
ΔH =-70 kJ
4) Alla temperatura di 1100 K, idrogeno ed anidride carbonica sono in equilibrio con ossido di carbonio ed acqua e la
costante di equilibrio vale 0.11. In un recipiente di volume pari a 20.0 L, termostatato alla temperatura di 1100 K, vengono
introdotti 150 g di idrogeno, 2.00 kg di anidride carbonica, 950 g di ossido di carbonio e 500 g di acqua. Ad equilibrio
raggiunto, calcolare quanti grammi di ossido di carbonio bisogna introdurre nel recipiente affinché la concentrazione di
anidride carbonica diventi 3.20 M.
Soluzione
H2(g) + CO2(g)
CO(g) + H2O(g)
Calcolo le moli iniziali delle sostanze presenti nel recipiente:
nH2 = 150 g/2.02 g mol-1 = 74.26 mol,
nCO2 = 2000 g/44.01 g mol-1 = 45.44 mol
nCO = 950 g/28.01 g mol-1 = 33.92 mol,
nH2O = 500 g/18.01 g mol-1 = 27.76 mol
Calcolo il quoziente di reazione e lo confronto con la costante di equilibrio.
Poiché Δn = 0 posso considerare Q = Qn e K = Kn
Qn = (nCO∙nH2O)/(nCO2∙nH2) = (33.92∙27.76)/(74.26/45.44) = 0.28 > K = 0.11
La reazione si sposta verso la formazione dei reagenti.
Scrivo l’equilibrio:
H2
+
⇄
CO2
CO
+
H2O
i
74.26
45.44
33.92
27.76
eq
74.26+x
45.44+x
33.92-x
27.76-x
K = (nCO∙nH2O)/ (nCO2∙nH2) = [(33.92-x)(27.76-x)]/[(74.26+x)(45.44+x)] = (941.6+x2 – 61.8x)/(3374.4+x2+119.7x)
Ricavo x = 8.47 mol
Parto ora da questa condizione
H2
CO2
⇄
CO
+
H2O
i
ag
82.73
53.91
25.45
y
19.29
eq
82.73+x
53.91+x
25.45+y-x
19.29-x
Poiché [CO2] = 3.20 M, ricavo le moli di CO2 all’equilibrio
nCO2 = M∙V= 3.20 mol L-1∙20.0 L = 64 mol
Ricavo x = 64-53.1 = 10.09 mol
Posso scrivere
K = (nCO∙nH2O)/(nCO2∙nH2) = [(15.36+y)9.2]/(92.82∙64)
Ricavo
y = 55.67 mol
massa CO= 55.67 mol∙28.01 g mol-1= 1559 g
g=1559 g
+
5) Ad 1.00 L di acqua pura vengono aggiunti in sequenza: (a) 25.0 mL di una soluzione di acido iodidrico 0.60 M; (b) 15.0
mL di una soluzione di carbonato di potassio 0.20 M; (c) 10.0 mL di una soluzione di carbonato di sodio 0.10 M. Calcolare il
pH della soluzione ottenuta dopo ogni aggiunta.
Soluzione
a) HI + H2O → I- + H3O+
[HI]=ca = 0.6 mol L-1∙0.025L/1.025 L = 1.46∙10-2 M
[H3O+] = 1.46∙10-2 M
pH = 1.83
b) K2CO3→2K++CO32CO32-+H2O⇄ HCO3-+OHHCO3-+H2O⇄ CO2+OHH2CO3 ⇄ CO2+H2O
[CO32-] = 0.2 mol L-1∙0.015L/1.04 L = 2.88∙10-3 M
[HI]=ca =0.6 mol L-1∙0.025L/1.04 L = 1.44∙10-2 M
Avviene la reazione:
HI
+
CO32-
⇄
HCO3-
1.44∙10-2
2.88∙10-3
-
1.15∙10-2
-
2.88∙10-3
+
I-
+
I-
e
HI
+
HCO3-
⇄
CO2
1.15∙10-2
2.88∙10-3
-
8.66∙10-3
-
2.88∙10-3
+ H2O
Trascurando CO2 ho:
[H3O+] = 8.66∙10-3 M e pH = 2.06
c) Con la terza aggiunta ho:
V = 1.04 + 0.01 = 1.05 L
Na2CO3→2Na++CO32CO32-+H2O⇄ HCO3-+OHHCO3- + H2O ⇄ H2CO3+OHH2CO3 ⇄ CO2+H2O
[CO32-] = 0.1 mol L-1∙0.01L/1.05 L = 9.52∙10-4 M
Inoltre
[HI] =8.66∙10-3 mol L-1∙1.04L/1.05 L = 8.58∙10-3 M
Avviene la reazione:
HI
+
CO32-
⇄
HCO3-
8.58∙10-3
9.52∙10-4
-
7.63∙10-3
-
9.52∙10-4
+
I-
e
HI
+
HCO3-
⇄
CO2
+
7.63∙10-3
9.52∙10-4
trascurabile
6.68∙10-3
-
9.52∙10-4
I-
Trascurando CO2 ho:
[H3O+] = 6.68∙10-3 M e pH = 2.18
(a) pH =1.83
(b) pH = 2.06
=2.06
(c) pH =2.18
+H2O
6)Determinare di quanto varia la f.e.m. della seguente pila:
Fe FeCl2 (5 10
2
M) AgIO3 (sol.sat.) Ag
quando, nel semielemento di destra, il cui volume è 0.5 L, si aggiungono 81.0 mg di iodato di calcio solido. (Kps(AgIO3) =
3.09∙10-8).
Soluzione
Le reazioni distintive dei semielementi sono:
semielemento a sinistra:
Fe2+ + 2e- → Fe(s)
E° = -0.447 V
EFe2+|Fe = -0.447 - (0.059/2) log(1/5∙10-2) = - 0.485 V
(-)
Semielemento a destra:
Ag+ + e- → Ag(s)
E° = 0.799 V
EAg+/Ag = 0.799 – 0.0591 log (1/[Ag+])
Calcolo [Ag+]
AgIO3(s)
⇄
Ag+ + IO3s
s
[Ag+] = s =√3.09∙10-8 = 1.76∙10-4 M
EAg+/Ag = 0.799 – 0.0591 log (1/1.76∙10-4) = 0.577 V
(+)
f.e.m. = E+ - E- = 0.577 – (-0.485) = 1.062 V
Aggiungo Ca(IO3)2 nel semielemento di destra, varia la solubilità di AgIO3 e quindi anche [Ag+].
Ca(IO3)2
→
Ca2+
+
2IO3-
Le moli di Ca(IO3)2 sono:
nCa(IO3)2 = 0.081 g/389.87 g mol-1 = 2.08∙10-4 mol
[IO3-] = 2.08∙10-4 mol∙2/0.5 L = 8.31∙10-4 M
AgIO3(s) ⇄ Ag+ +
IO3s
8.31∙10-4 +s
Kps = 3.09∙10-8 = s(8.31∙10-4 +s)
Ricavo s = 3.65∙10-5 M
EAg+/Ag = 0.799 – 0.0591 log (1/3.65∙10-5) = 0.537 V
f.e.m. = E+ - E- = 0.537 – (-0.485) = 1.022 V
Δf.e.m. =1.022 - 1.062 = -0.040 V
Δf.e.m. =-40 mV
=

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