Teoria ed esercizi svolti, Chimica

Multipli e sottomultipli nel sistema internazionale

• 10⁹ giga G
• 10⁶ mega M
• 10³ kilo K
• 10^-3 milli m
• 10^-6 micro μ
• 10^-9 nano n

Esercizi sulle masse atomiche

1. Qual è la composizione percentuale in massa del propano C₃H₈?
   • Qual è la massa di carbonio presente in 454,0 g di propano?
2. Massa di C₃H₈
   • 3 · 12,011 + 8 · 1,008 = 44,097
   • Massa C: 3 · 12,011 / 44,097 = 0,8271 → 87,71% di C
   • 100 - 87,71 = 12,29% di H
3. 454,0 g · 0,8271 = 370,36 g di C
   • peso totale

2) Un composto viene analizzato e risulta essere formato da

carbonio (26,68%), ossigeno (71,080%) e idrogeno.

1. Determinare la formula minima del composto.
2. Calcolare in grammi gli elementi presenti in 250 g del composto.
3. Se ogni molecola del composto contiene 6 atomi di O, qual è la formula di

che composto?

C 26,68%

O 71,080%

H 100 - 26,68 - 71,080 = 2,239%

Indichiamo di avere 100 g di composto

C → 100 g x 26,68% mol di C

26,68

12,011 = 2,22 mol

fra chimico C

O

2,239

1,008 = 2,22 mol

la formula minima è CHO₂

1. 71,080% di 250 g

250 x 71,080

100 = 66,70 g di O

c) Deve essere mantenuto il rapporto

composto C₃H₄O₆

• 163,8 = (12,011 + 2 · 15,999) = 3585,5 (peso di CO₂ nelle molecole)
• P₁₀₀ tot = 1370,2 + 3585,5 = 506,2 g = 4,3062 Kg

4) Calcolare la densità dell’aria a 25°C e 1,000 atm, nella stessa miscela composta del 20% di O₂ e dell'80% di N₂.

d = ^P/_{R · T} = ^{peso mol.}/_{%mole rale}

O₂ = 2 · 15,999 / N₂ = 2 · 14,007 (0,80) = 1,00 / (31,998 · 0,20 + 28,084 · 0,80) = 1,17 g · m^-3

b) A parità di temperatura, se nell’aria c’è anche H₂O (g), rispetto a quella calcolata più sopra la densità è:

• ☐ MAGGIORE
• ☒ MINORE
• ☐ UGUALE

È minore perché H₂O ha peso molecolare 18 ed è inferiore sia a O₂ che N₂ quindi cresce un M più basso e quindi la densità è minore.

II^o PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

In un processo irreversibile (spontaneo) a temperatura costante in un corpo:

ΔS ≥ Δ_irr____           T

S è chiamato ENTROPIA (è una funzione di stato)

l' entropia aumenta con l'aumentare del disordine di un sistema.

CALCOLO DEL ΔS

• a T e P costanti ΔS = ΔN______    T
• a T e V costanti ΔS = ΔE______    T
• a V costante ΔS = n·c_v ln T_finale          _______                           T_iniziale
• a P costante ΔS = n·c_p ln T_finale

se T_finale > T_iniziale

• allora ΔS > 0

CALORE SPECIFICO MOLARE DI UN GAS IDEALE

Se un gas è MONOATOMICO l'unica energia interna è quella cinetica:

E = ³/₂·R·T ; ΔE = ³/₂·R·ΔT per ogni mole

• a V costante si ha:
• Q_v = n·c_vΔT = ΔE = ³/₂·R·ΔT

quindi il calore specifico molare di un gas ideale a volume costante è:

c_v = ³/₂R

Stati di Aggregazione della Materia

Solido

Gas

Liquido

Legge di Clausius-Clapeyron

P_vap ∝ e^{−ΔH_vap/RT}

P₁ = e^{−ΔH_vap/RT₂}

P₂ = e^{−ΔH_vap/RT₂}

P₁/P₂ = e^{ΔH_vap/R (1/T₁ − 1/T₂)}

Soluzioni

Una soluzione è una miscela omogenea di più composti chimici.

In una soluzione, se un composto è presente in quantità maggiore rispetto agli altri, si dice solvente, mentre gli altri sono soluti.

b) _c calore

ΔH - N = 1000

= ^{2,55 · 7,4 · 3,75 · 333}/_155,6 =

= ¹⁰⁰/_155,6 · 35,55 = 533,2 kJ

5) Alla pressione di 1,00 atm il pentano fonde a 337,4°C con

ΔH_fus = 36,4 kJ · mol^-1

a) Calcolare questo calore occorre per far fondere 7,0 kg di

pentano alla sua temperatura di fusione e 1,00 atm.

b) Di quanto cambia l'entropia totale, quando la fusione avviene sotto queste condizioni?

ΔS_tot = ^ΔH/_T

ΔS = ^{36,4 · 103 J · mol -1}/_{273,15 + 337,4} = 30,52 J · mol ^-1 · K ^-1

LEGGI DI GULDBERG E WAAGE DELL'EQUILIBRIO CHIMICO

xA + yB ⇌ yC + dD

K_p = (p_C)^y (p_D)^d / (p_A)^x (p_B)^y

oppure

K_c = [C]^γ [D]^δ / [A]^α [B]^β

A TEMPERATURA COSTANTE!

[A] = concentrazione molare del composto A

ESEMPIO

3NO(g) ⇌ N₂O(g) + NO₂

K_p = (p_N2O)(p_NO2) / (p_NO)³

a 25°C e all'equilibrio le pressioni parziali dei composti chimici che partecipano alla reazione debbono sempre rispettare questa relazione.

APPLICANDO LE LEGGI DELLA TERMODINAMICA SI ARRIVA ALLA SEGUENTE ESPRESSIONE:

K = a_C a_D / a_A a_B

dove K = e^-ΔG°/RT e

a_i = attività del composto i

Esercizi sull'equilibrio

1) A 2000 K la costante di equilibrio per la formazione di NO_(g) è 4,0·10^-4.

N_2(g) + O_2(g) ⇌ 2NO_(g)

Un recipiente portato a 2000 K contiene N₂ alla pressione di 0,50 atm, O₂ alla pressione di 0,25 atm e NO a 4,2·10^-3 atm. Lo stato è all'equilibrio? E in un caso migliore, in quale direzione si muoverà per raggiungere l'equilibrio?

Q = ^{((4,2·10-3)²)} / _(0,50·0,25) = 17,64·10^-6 / 0,125 = 1,41·10^-4

Il sistema non è all’equilibrio siccome Q < K: la reazione si muoverà a destra per raggiungerlo.

2) La costante di equilibrio per la reazione: N₂O_4(g) ⇌ 2NO_2(g) è 2,0·10^-2 e vale 0,15 a 25°C. Se la pressione totale della miscela gassosa all’equilibrio è 2,5 atm, qual è la pressione parziale di ogni gas?

P_tot = P_N2O4 + P_NO2 ⇒ 2,5 = X + Y

K = ^y² / _(0,15·x)

Imposto il sistema:

• x + y = 2,5
• y² / (0,15·x) = 0,15

⇔

• ^y² / _(0,15·x) = y² / 0,15 ⇒ x = y² / 0,15
• x + y = 2,5

⇔

• y² / 0,15 + y = 2,5 = 0