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Soluzioni, concentrazioni e proprietà colligative

Esercizi per il corso di Chimica Medica dei Proff. Massimiliano Coletta e Stefano Marini, riguardante i seguenti argomenti:- Concentrazione delle soluzioni e proprietà colligative;- Calcolo delle moli, della molarità e della frazione molare;- Calcolo della temperatura di ebollizione.

  • Per l'esame di CHIMICA MEDICA del Prof. M. Coletta
  • Università: Tor Vergata - Uniroma2
  • CdL: Corso di laurea in farmacia (Facoltà di Medicina e Chirurgia e di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali)
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Voto: 5 verificato da Skuola.net

  • 10
  • 09-07-2011
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Soluzioni, concentrazioni e proprietà colligative
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Università di Udine -Sede di PordenoneC.d.L in Ingegneria Meccanica a.a. 2006/2007 Esercizi risolti di Chimica 1 I. Soluzioni e Diluizioni 1) Una soluzione di HNO3 al 27% in peso ha una densità di 1.16 g/mL. Calcolare molarità (M) e molalità (m) della soluzione. PM HNO3 =63.02 g/mole 27 = 313 g g HNO3 in 1 L = 1160 ⋅ 100 313 = 4.97 M= 63.02 27 g HNO3 per 1000g di H2O = ⋅ 1000 = 370 g 63 370 m= = 5.87 63.02 2) Calcolare la molalità di una soluzione ottenuta miscelando uguali volumi di soluzioni di HNO3, rispettivamente 4.60 molale (densità 1.13g/mL) e 4.60 molare (densità 1.15 g/mL). PM HNO3 = 63 g/mol. Indichiamo con V il volume espresso in mL di ognuna delle due solulzioni. La massa di un volume V della prima soluzione è: 1.13 (g/mL) — V(mL) =1.13 V (g) Poiché tale soluzione è 4.60 molale contiene:  moliHNO 3 4.60  Kg H O  2 ossia:   g HNO3  g  ⋅ 63  = 290 H 2O   Kg H O  Kg HNO 3   2   g H 2O   g  + 290 HNO3 1000  Kg H O   Kg H O  2   2  g  = 1290 ( H 2O + HNO3 )  Kg H 2O  Nel volume V di soluzione di massa pari a 1.13 V sono quindi contenuti:  g HNO 3   290  KgH O  2    g H O + g HNO 3 1290 2  Kg H 2O      ⋅ 1.13 ⋅ V ( g H 2O + g HNO 3 ) = 0.254V(g HNO 3 ) 1.13V – 0.254V = 0.876V g di H2O La massa di un volume V della seconda soluzione corrisponde a: 2 1.15 (g/mL) — V(mL) = 1.15 — V g di H2O poichè è 4.60 molare contiene una quantità di HNO3 pari a:  moli   g  −3  1  4.60  ⋅ 63  ⋅ V (mL) ⋅ 10   = 0.290 — V g di HNO3  L   mole   mL  La massa di H2O contenuta nel volume V di questa soluzione è data da: 1.15· V (gH2O + g HNO3) – 0.290 · V(g HNO3 )= 0.860 V g H2O dopo mescolamento dei due volumi ho una massa totale di HNO3 pari a: 0.254 — (g HNO3) + 0.290 — V (g HNO3) = 0.544 — V g HNO3 e una massa di acqua totale pari a: 0.876 — V (g di H2O) + 0.860 — V (g di H2O) = 1.736 — V g di H2O La molalità della soluzione finale è: m= 0.544 ⋅ V ( g ) ⋅ 1000( g / Kg ) = 4.96 moli/Kg 63( g / mole) ⋅ 1.74 ⋅ V ( g ) 3) Una soluzione di NaOH è 1.1M Calcolare il volume di H2O che deve essere aggiunto a 700mL di soluzione per ottenere una soluzione 0.35M. moliNaOH = 1.1 — 0.7 = 0.77 moli V= 0.77 = 2.2 L 0.35 Ammettendo che i volumi possano essere additivi il volume d’H2O da aggiungere è 1.5L. 4) Quale volume di acqua si deve aggiungere a 100g di una soluzione di KOH al 30% (d=1.29 g/mL) per avere una soluzione 1M? 100 = 77.5 mL 1.29 In 77.5 mL ossia 100g di soluzione ci sono 30g di KOH M= 30 PM KOH 77.5 ⋅ 10 −3 = 6.9 moli/L 3 Detto x il volume da aggiungere ho: 77.5 — 10-3 — 6.9 = (77.5 + x) — 10-3 — 1 x = 457 mL 5) Una soluzione è ottenuta sciogliendo 61.9g di H3PO4 in 500g di H2O.La densità della soluzione è 1.16 g/mL. Calcolare molarità e molalità della soluzione. Calcolare molarità della soluzione ottenuta aggiungendo 10mL della soluzione di partenza a 20 mL di una soluzione 0.5M di H3PO4. PM H3PO4= 98 g/mole 61.9 98 = 1.26 moli/Kg m= 500 ⋅ 10 −3 La massa complessiva della soluzione è 561.9g e la densità 1.16 g/mL, V=m/d= 484.4mL M= 0.63 = 1.3006 moli/L 484.4 ⋅ 10 −3 0.01L · 1.3006 = 0.013006 moli in 10mL della prima soluzione 0.5 — 0.02 = 0.01 moli in 20mL della seconda soluzione Vtotale= 0.03L M= 0.02306 = 0.768 moli/L 0.03 6) 10mL (V1)di una soluzione 0.1M (C1)di HCl vengono aggiunti a 20mL(V2) di una soluzione 0.2M (C2) in HCl, qual’ è la concentrazione molare finale in HCl? Si deve calcolare il numero di moli di HCl nelle due soluzioni C fin = n1 + n 2 C1V 1+C 2V2 0.1M ⋅ 0.01L + 0.2 M ⋅ 0.02 L = = = 0.167 M V1 + V2 V fin 0.03L 7) 1.5g di KCl vengono sciolti in 50mL d’acqua. Poi vengono aggiunti altri 35mL d’acqua. Calcolare la concentrazione molare prima e dopo la diluizione. Si deve calcolare il numero n di moli di KCl in 1.5g. n= g 1 .5 g = = 0.0201 moli KCl PM KCl 74.55 g / mole 4 0.0201g = 0.402 M 0.05 L C1 = Dopo la diluizione le moli di sale devono essere le stesse e si può ricavare la concentrazione dalla formula: C1V1 = C 2V2 C2 = C1V1 0.402M ⋅ 0.05L = = 0.236M V2 0.05L + 0.035L 8) 15mL (V1)di una soluzione di H2SO4 al 19.2%(C1) in peso (d= 1.132g/mL) sono addizionati a 35mL(V2) di H2SO4 0.195M (C2) e si diluisce con H2O fino a 80mL totali. Calcolare la molarità della soluzione ottenuta. C= n H 2 SO4 V = n1 H 2 SO 4 + n 2 H 2 SO 4 V g H 2 SO 4 0.01 ⋅ % H 2 SO 4 ⋅ V1 ⋅ 1000 ⋅ d + C 2V2 H 2 SO 4 + C 2V2 H 2 SO 4 PM H 2 SO 4 PM H 2 SO 4 = = V V 0.01 ⋅ 19.2 ⋅ 0.015 L ⋅ 1132 g / L + 0.195M ⋅ 0.035 L 98.1g / mole C= = 0 .5 M 0.08 L II. I gas 1) Calcolare la quantità in grammi di Cl2 che occupa un volume di 682mL alla temperatura di 38.2°C e alla pressione di 435 torr. Quale sarebbe la pressione del gas se contemporaneamente la temperatura (centigrada) triplica e il volume è dimezzato? PM Cl2 = 70.90 g/mole  435    ⋅ 0.682 PV  760  w = PM · = 70.90 ⋅ = 1.083g di Cl2 RT 0.082 ⋅ 311.36 Tfinale = 387.7 K nCl2 = 0.0153 moli P= nRT 0.0153 ⋅ 0.082 ⋅ 387.7 = = 1.426 atm finale V 0.341 5 2Espandi ») Un contenitore del volume di 2L viene riempito di N2 a 22°C e 740 torr. Si aggiungono poi 2L di He e 2L di Ne misurati a 22°C e 740torr.La temperatura resta costante. Calcolare la pressione totale esercitata dal miscuglio di gas. 740 760 nN2 = = 0.0804 moli 0.082 ⋅ 295.13 2⋅ Per la legge di Avogadro nN2 = nHe = nNe pertanto il numero di moli presenti è 3 · 0.0804 = 0.2412 moli totali di gas. Dall’equazione di stato dei gas ideali si ha: P= n tot RT = 2.922 atm V Più semplicemente: P = 3 · 740 = 2220 torr = 2.922atm 3) Un miscuglio di gas ha la seguente composizione in volume: SO2 40%, N2 20%, O2 30%, H2O 10%. Calcolare la composizione in peso. PM SO2 = 64.06 g/mole PM N2 = 28.0 g/mole PM O2 = 32.0 g/mole PM H2O = 18.0 g/mole Poiché la composizione percentuale in volume coincide con la composizione percentuale in moli 1 mole di gas contiene 0.40 moli di SO2 cioè: 0.40 · PM SO2 = 25.62g SO2 0.20 · PM N2 = 5.6g N2 0.30 · PM O2 = 9.6g O2 0.10 · PM H2O = 1.8g H2O (25.62+5.6+9.6+1.8)/1 = 42.62g peso molecolare medio della miscela. Si ricava facilmente la composizione in peso: 25.62 ⋅ 100 = 60.10% SO2 in peso 42.62 5 .6 ⋅ 100 = 13.15% N2 in peso 42.62 9 .6 ⋅ 100 = 22.53% O2 in peso 42.62 1 .8 ⋅ 100 = 4.22% H2O in peso 42.62 6 4) In un recipiente è contenuta una miscela di N2 O2 e CH4 (metano). La miscela esercita alla temperatura di 32.5°C una pressione di 5.12 atm. Sapendo che la composizione in peso della miscela è N2=50.5% O2 = 22.9% e CH4 = 26.6%, calcolare la composizione percentuale in volume della miscela e le pressioni parziali dei tre gas espresse in torr. 100g della miscela vengono riscaldati a 300°C, tutto l’ossigeno reagisce con CH4 secondo la reazione: CH4 (g)+ 2O2 (g)→ CO2 (g)+ 2H2O (g). Calcolare la pressione totale nel recipiente a fine reazione. PMN2 = 28 g/mole; PMO2 = 32 g/mole; PMCH4 = 16 g/mole Se considero 100g di miscela: 50.5 = 1.803 moli 28 22.9 nO2= = 0.716 moli 32 26.6 nCH4= = 1.659 moli 16 nN2= Il numero totale di moli è 4.178. Si può ora ricavare il volume del recipiente. V= 4.178 ⋅ 0.082 ⋅ 305.5 = 20.44 L 5.12 Tenendo presente la proporzionalità tra i volumi di gas e moli ivi contenute: 1.803 ⋅ 100 = 43.15% 4.178 0.716 %VO2 = ⋅ 100 = 17.14% 4.178 1.659 %VCH4 = ⋅ 100 = 39.71% 4.178 %VN2 = pN2= 0.4315· 5.12 · 760 = 1679 torr pO2= 0.1714· 5.12 · 760 = 667 torr pCH4= 0.3971· 5.12 · 760 = 1545 torr 0.716 moli di O2 reagiscono con 0.716/2 = 0.358 moli di metano e danno 0.358 moli di CO2 e 0.716 moli di H2O.Dopo la reazione sono presenti in fase gassosa: 7 nN2= 1.803 moli nO2= 0 moli nCH4= 1.659 – 0.358 =1.301 moli nCO2= 0.358 moli nH2O= 0.716 moli ntot= 1.803 + 1.301 + 0.358 +0.716= 4.178 moli totali dopo la reazione P= 4.178 ⋅ 0.082 ⋅ 573 = 9.6 atm 20.44 5) Calcolare le moli e il volume di ossigeno necessari a bruciare 10L di etano, misurati a c.n. secondo la reazione: 2C2H6 (g) + 7O2 (g)→ 4CO2 (g) + 6H2O(l) Se dopo la reazione vengono prodotti 15g di H2O qual era la pressione parziale dei componenti della miscela iniziale a c.n.? In 10L di etano a c.n. (essendo che una mole di un qualsiasi gas a c.n. occupa 22.4L) sono contenute: nC2H6= 10 =0.446 moli 22.4 Dalla reazione risulta che: nO2= 7 nC2H6 2 nO2= 1.561 VO2=1.561 · 22.414=35 L Dopo la reazione si ottengono 15g d’acqua. nH2O = nC2H6 = nO2 = 15 = 0.833 moli H2O prodotte 18 2 nH2O = 0.277 moli 6 7 nH2O = 0.971 moli 6 ntot = 0.277 + 0.971 = 1.248 moli totali di gas Dette xO2 e xC2H6 le frazioni molari dell’ossigeno e dell’etano ho: 8 0.971 = 0.778 1.248 0.277 xC2H6= = 0.221 1.248 xO2= Per cui le pressioni parziali dei due gas a c.n. (Ptot=1atm, T=0°C) sono: PO2 = 0.778 · 1 = 0.778 atm e P C2H6= 0.221 · 1 = 0.221 atm 6) Quanti litri di diossido di zolfo si ottengono a 35°C e 740 torr bruciando 2Kg di pirite (FeS2) al 75% se la resa è del 92%? (2FeS2 + 5O2 → 4SO2 + 2FeO) PM FeS2 = 120 g/mole La massa effettiva di pirite è : 2000 · 0.75 = 1500g a cui corrispondono: nFeS2= 1500 = 12.5 moli 120 Dalla reazione: 2FeS2 + 5O2 → 4SO2 + 2FeO Risulta: nSO2 = 2nFeS2 = 25.0 moli VSO2 = 25.0 ⋅ 0.082 ⋅ 308 = 648.46 L 740 760 Essendo la resa del 92%, il volume effettivo è: VO2 = 7) 92 · 648.46 = 596.6 L 100 In un recipiente di 850mL inizialmente vuoto si miscelano 250mL di O2 a 40°C e 15 atm e 500mL di CO a 30°C e 20atm. La miscela viene portata a 200°C.Calcolare la pressione totale e le pressioni parziali dei gas dopo il riscaldamento. Data la reazione: 2CO (g) + O2(g) → 2CO2(g) Calcolare le frazioni molari dei gas e la pressione totale a reazione avvenuta T=25°C. nO2 = 15 ⋅ 0.25 = 0.146 moli 0.082 ⋅ 313 nCO = 20 ⋅ 0.50 = 0.402 moli 0.082 ⋅ 303 9 ntot = 0.146 + 0.402 =0.548 moli 0.146 ⋅ 0.082 ⋅ 473 = 6.66 atm 0.85 0.402 ⋅ 0.082 ⋅ 473 PCO = = 18.34 atm 0.85 PO2 = La P totale nel recipiente è data dalla somma delle pressioni parziali dei componenti della miscela. Ptot = 6.66 + 18.34 = 25 atm Nel recipiente ho un eccesso di CO, per cui a reazione avvenuta sono presenti nel recipiente: nO2 = 0 nCO = 0.402 – 0.146 — « Comprimi
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