Esercitazioni, Fondamenti di chimica

Problema 5

Si fanno passare 88 g di anidride carbonica in 180 g di idrossido di calcio.

CO₂(g) + Ca(OH)₂(n) → CaCO₃(s) + H₂O(l)

Conoscendo la massa di anidride carbonica e idrossido di calcio, se non si forma tutta l'acqua, quale massa di Ca(OH)₂ è rimasta in eccesso presente?

PM (CO₂) = PA_C + 2PA_O = 12 + 2·16 = 44 g

PM (Ca(OH)₂) = PA_Ca + 2PA_O + 2PA_H = 40 + 2·16 + 2·1 = 74 g

μ = m / M

μ (CO₂) = 88 g / 44 g/mol = 2 mol

μ (Ca(OH)₂) = 180 g / 74 g/mol = 2,43 mol

CO₂(g) + Ca(OH)₂(n) → CaCO₃(n) + H₂O(l)

88 g, 180 g

2 mol, 2,43 mol

Avanzano 0,43 mol di Ca(OH)₂ e si formano 2 mol di CaCO₃ e 2 moli di H₂O

Reagente in eccesso: 0,43 mol di Ca(OH)₂

PM (CaCO₃) = PA_Ca + PA_C + 3PA_O = 40 + 12 + 3·16 = 100 g

PM (H₂O) = 2PA_H + PA_O = 18 g

m (CaCO₃) = m = 2 mol · 100 g/mol = 200 g

m (H₂O) = μ · M = 2 mol · 18 g/mol = 36 g

Avanzano:

m (Ca(OH)₂) = 0,43 mol · 74 g/mol = 32 g di Ca(OH)₂

Problema 6

Determinare la quantità necessaria di H₂SO₄ che si può ottenere partendo da 1 t di pirite FeS₂.

Risposta

Le moli di atomi di zolfo sono costanti:

m (FeS₂) = 120

PM (FeSO₄) = 98

• –> 16g 8.33 . 10³ mol

n (H₂SO₄) = 2n (FeS₂) = 4.67 . 10⁴ mol

m (H₂SO₄) = m . = 4.67 . 10⁴ mol . 98 g/mol = 4.66 . 10⁶g = 4.64 t

m (Fe) = m . = 8.33 . 10³ mol . 56 g/mol = 4.66 . 10⁵g = 0.47 t

Bilanciamento di reazioni chimiche

Esercizio 7

CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(1)

4Fe₂O₃(s) + 3O₂(g) → 3Fe₂O₃(g) + 2SO₂(g)

2Al(1) + 3 H₂SO₄(1) → Al₂(SO₄)₃(n) + 3 H₂(g)

Esercizio 8

Acido cloridrico e HCl reagiscono con 60 g di Ca(OH)₂?

Reazione: Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O

Pm (Ca(OH)₂) = 40 + 2 . 16 + 2 = 74

m . 60 g 74 g/mol = 0.81 mol

n HCl = 2m . 60 g/mol = 2 . 60 g/mol : 36.9 g/mol : 59.1 g

Problema 2

Calcolare l'entalpia standard (0,25°C) delle reazioni:

1. 2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O (l)
2. NH₃(g) + O₂(g) → NO (g) + H₂O (l)

a) ΔH°_reaz:

ΔH°_f (C₂H₅OH l) - [ΔH°_f (C₂H₄ g) + ΔH°_f (H₂O g)] =

• 1 · [eserc. -278 kJ/mol] - 1 · [eserc. -52,3 kJ/mol + 1 · eserc. -242 kJ/mol]
• = -83,7 kJ calore per ogni mol di C₂H₅OH

b) 2 NH₃(g) + 2,5 O₂(g) → 2 NO (g) + 3 H₂O (l)

ΔH°_reaz:

2 mol · ΔH°_f (NO g) + 3 mol · ΔH°_f (H₂O l) - 2 mol · ΔH°_f (NH₃ g)

• 2 mol · 90,4 kJ/mol + 3 mol · (-286 kJ/mol) - 2 mol · (-46,6 kJ/mol)
• = -585,2 kJ calore per 2 mol di NH₃

Problema 3

Stabilire quanto calore si ottiene dalla riduzione di 50 g di Fe₂O₃ e di 25 g di Al sottoposti alla reazione alla termochimica della termite:

Fe₂O₃(s) + 2 Al l → 2 Fe (l) + Al₂O₃(s)

RISPOSTA

ΔH°_reaz:

ΔH°_f (Al₂O₃ s) - ΔH°_f (Fe₂O₃ s)

• -1 mol · (-675,7 kJ/mol) - 1 mol · (-824,2 kJ/mol) =-851,5 kJ/mol
• per 1 mol di Fe₂O₃ 2 di Al

PM_Fe2O3 = 2 · 56 + 3 · 16 = 112 + 48 = 160

• μ_Fe2O3 = ^{50 g}⁄_{160 g/mol} = 0,312 mol
• μ_Al = ^{25 g}⁄_{27 g/mol} = 0,93 mol > 2 · 0,312 mol

Problema 1

L'idrazina N₂H₄ viene usata come propellente per razzi (aspetto attuale), razziatori spaziali messicani lunari.

L'idrazina viene fatta reagire con un eccesso di perossido di azoto con ossigeno:

N₂H₄(l) + N₂O₄(l) → N₂(g) + H₂O(l)

Calcolare il calore sviluppato da questa reazione partendo da Δ_fG

Δ_fH°(N₂H₄, l) = +50,63 kJ/mol

Δ_fH°(N₂O₄, l) = +9,66 kJ/mol

Δ_fH°(H₂O, l) = -285,8 kJ/mol

2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(l)

Δ_rH°₂₀₂₂ = Σ_prod μ Δ_fH°_j = Σ_reag μ Δ_fH°_j =

= 4 mol(-285,8 kJ/mol) - 2 mol 50,63 kJ/mol - 9,66 kJ/mol

= -1254,8 kJ (per 2 mol di idrazina)

Reazione fortemente esotermica.

μ_N2H4 = ^{20 g}/_{32 g/mol} = 2,5 mol

→ 9 = 2,5 mol [(-1254,8 kJ)/2 mol] = 1567,6 kJ

Problema 6

Si calcola la p (in atms) presente nel tubo catodico di un televisore vecchio tipo, posto che il volume sia di 5,0 l ed a temperatura di 23°C, calcolare la p di opera mg H₂.

Risposta

PM = ^{1,0 g}/_{28 g/mol} = 3,57·10^-2 mol

PV = µ RT

→ P = ^{µ RT}/_V = ^{3,57·10-2 mol · 0,082 l·mol k·atm · 296 k}/_{5,0 l} = 1,73·10^-6 atm

Problema 7

Un campione di gas della masssa di 21,39 g è contenuto in un recipiente del volume di 7,83 l alla pressione di 0,50 atm e alla temperatura di 30°C.

a) Calcolare la densità del gas a 1,00 atm e 298 K.

b) Stabilire la massa molare del gas.

Risposta

a) d₁ = ^m/_V = ^{21,39 g}/_{7,83 l} = 2,76 g/dm³ a 0,50 atm e 30°C

pV = µ RT e µ = ^m/_M

P = ^µ/_V RT → P = ^{d RT}/_M oppure d = ^{P M}/_RT

Struttura atomica e molecolare

Problema 1

Spiegare la configurazione elettronica degli seguenti atomi ed evidenziarne le proprietà periodiche (giustificandole).

• a) Ba, b) P

Descrivere i composti formati rispettivamente con a) O e Cl, e con b) H e Cl.

Risposta

• a) Ba 6² bassa EI ed AE (e lontano dal nucleo, bassa carica e schermata da tutti gli elettroni dei livelli interni), grande raggio atomico
• b) P 3s²3p³ EI e AE relativamente alti (ma non enormi), dimensioni relativamente piccole (e elettroni nel 3° livello, carica nucleare piuttosto elevata)

1. a) BaO composto ionico, BaCl₂ composto ionicoioni: Ba²⁺ O^2- Ba²⁺ Cl^-
2. b) PH₃ composto molecolare, PCl₃ composto molecolare

Problema 10

Punto di ebollizione di idrocarburi aventi come composizione liv es C₅H₁₂

n-pentano CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃ Teb 36°C

iso pentano CH₃ - CH - CH₂ - CH₃ Teb 28°C

                      CH₃

neo-pentano     CH₃                 CH₃ - C - CH₃                         CH₃ Teb = 9,5°C

Come mai hanno Teb diverse?

Problema 11

Spiegare perché in un cilindro di vetro l'acqua forma un menisco concavo mentre lo forma convesso in un cilindro di PE (polietilene)

Risposta 10

INGOMBRO MOLECOLARE IMPOSTO DALLE RAMIFICAZIONI -> dipoli, indotti meno efficienti, e impacchettamento meno efficiente

Risposta 11

Il menisco convesso o concavo dipende da se prevalgono le forze di coesione fra le molecole o se esistono maggiori forze di attrazione con la superficie.