"Esercizi svolti" chimica fisica

MODULO 2

Gas ideali

57. Un campione di gas ha un volume di 4.25L a 25.6°C e 748mmHg. Quale sarebbe il volume di questo gas a 26.8°C e 742mmHg?

58. Un campione di 10g di un gas ha un volume di 5.25L a 25°C e 102kPa. Se vengono aggiunti 2.5g dello stesso gas mantenendo il volume costante a 5.25L e si aumenta la temperatura fino a 62°C, qual è la nuova pressione del gas?

59. Qual è il volume di litri occupato da 89.2g di CO₂(g) a 37°C e 98.3kPa?

60. Un cilindro di 12.8L contiene 35.8g di O₂(g) a 46°C. Qual è la pressione del gas in kPa?

61. Un campione di Kr(g) in un cilindro di 18.5L esercita una pressione di 11.2atm a 28.2°C. quanti grammi di gas sono presenti?

62. Un cilindro a volume costante di 72.8L contenente 7.41g di He(g) viene riscaldato fino a quando la pressione raggiunge 3.50atm. Qual è la temperatura finale del gas?

63. Qual è il volume molare di un gas ideale a (a) 25°C e 1.00atm; (b) 100°C e 748Torr?

64. Se la pressione di un generico gas ideale è 2.5atm, a quale temperatura il gas raggiungerà un volume molare pari a 22.4L?

65. Un recipiente del volume di 1.00m³ contiene 10.0kg di O₂ alla pressione di 1•10⁶Pa. Qual è la temperatura nel recipiente?

66. Un campione di gas di massa pari a 0.418g ha un volume di 115mL a 66.3°C e 99.0kPa. Qual è la massa molare del gas?

67. Un campione di 0.231g di un idrocarburo gassoso occupa un volume di 102mL a 23°C e 749mmHg. Qual è la massa molare del composto?

68. 13.5g di un gas incognito occupano 6.87L misurati a 273K e a 1.0•10⁵Pa, qual è la sua massa molare?

69. Due gas sono stati uniti in un recipiente di 5.00L a 291.0K. Originariamente, il gas A era confinato in 14.20L a 1.081bar e 303.1K, mentre il gas B era confinato in 1.251L a 26.77bar e 327.5K.

• a) Qual è la pressione totale finale nel recipiente da 5.00L?
• b) Qual è la pressione parziale del gas A nel recipiente da 5.00L?
• c) Qual è la pressione parziale del gas B nel recipiente da 5.00L?

C_p e ΔH, C_v e ΔU

70. Calcolare il calore necessario per riscaldare 9.25L di acqua da: (a) 22.0°C a 29.4°C; (b) 22.0°C a 104.5°C.

71. Calcolare la temperatura finale raggiunta quando un campione di 12.6g di acqua a 22.9°C assorbe un calore pari a 875J.

72. Calcolare la massa di ghiaccio che può essere fusa con lo stesso calore richiesto per aumentare la temperatura 3.50ml di acqua da 0.0°C fino a 50.0°C.

73. Calcolare la variazione di temperatura di 3mol di gas monoatomico in seguito all'assorbimento di un calore pari a 100.0J se il processo avviene a volume costante. Quanto vale la variazione di temperatura se il gas è costituito da molecole biatomiche rigide?

74. Per aumentare la temperatura di X moli d'acqua da 25.0°C fino a 37.0°C è necessario fornire al sistema 905.0J sotto forma di calore. Determinare X.

Legge di Hess

75. L'entalpia standard di formazione di NH₃(g) è -46.11kJ/mol. Quanto vale il ΔH_r^° per la seguente reazione?

2/3 NH₃(g) → 1/3 N₂(g) + H₂(g)

76. Determinare il ∆H°_r per la reazione CO_(g) + 1/2 O₂(g) → CO₂(g), sapendo che:

• (a) C_(s) + 1/2 O₂(g) → CO_(g) ∆H°_f = -110.54kJ/mol
• (b) C_(s) + O₂(g) → CO₂(g) ∆H°_f = -393.51kJ/mol

77. Determinare il ∆H°_r per la reazione C₅H₁₂(g) + 2 H₂O → C₅H₈O₂(g), sapendo che:

• (a) H₂ + 1/2 O₂ → H₂O(l) ∆H°_f = -285.8kJ/mol
• (b) H₂ + 1/2 O₂ → H₂O_(g) ∆H°_f = -241.8kJ/mol
• (c) C₅H₁₂ + 5 O₂(g) → 3 CO₂(g) + 4 H₂O(l) ∆H°_f = -2219.1kJ/mol

78. Determinare il ∆H°_r per la reazione C₂H₄Cl₂ + Cl₂ → C₂H₄Cl₃(aq), sapendo che:

• (a) 4 HCl_(g) + O₂(g) → 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(l) ∆H°_f = -202.4kJ/mol
• (b) 2 HCl_(g) + C₂H₄O + 1/2 O₂ → C₂H₄Cl₂(l) + H₂O(l) ∆H°_f = -318.7kJ/mol

79. Determinare il ∆H°_r per la reazione N₂H₄ + 2 H₂O(l) → N₂ + 4 H₂O(l), sapendo che:

• (a) N₂H₄(l) + O₂(g) → N₂(g) + 2 H₂O(l) ∆H°_f = -622.2kJ/mol
• (b) H₂ + 1/2 O₂(g) → H₂O(l) ∆H°_f = -285.8kJ/mol
• (c) H₂O(l) → H₂O_(g) ∆H°_f = -187.8kJ/mol

80. Determinare il ∆H°_r per la reazione CH₄(g) + 1/2 O₂(g) → CO_(g) + 2 H₂(g), un’importante via di produzione

di idrogeno gassoso, sapendo che:

• (a) CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(l) ∆H°_f = -802kJ/mol
• (b) CH₄(g) + CO₂(g) → 2 CO_(g) + 2 H₂(g) ∆H°_f = +247kJ/mol
• (c) CH₄(g) + H₂O(g) → CO_(g) + 3 H₂(g) ∆H°_f = +206kJ/mol

Legge di Kirchhoff

81. Quando il n-esano (C₆H₁₄) passa sopra un catalizzatore a base di cromo a 500℃ si formano benzene(C₆H₆) e idrogeno secondo la reazione C₆H₁₄(g) → C₆H₆(g) + 4 H₂(g). Calcolare l'entalpia di reazione ∆H°_ra questa temperatura, sapendo che ∆H°_r a 25℃ e 250.3kJ/mol e che le capacita termiche molari a P=cost delle specie presenti sono C_p[C₆H₁₄] = 38.16J·mol^-1·K^-1, C_p[H₂] = 20.82J·mol^-1·K^-1 e C_p[C₆H₆] =82.93J·mol^-1·K^-1.

82. Calcolare il valore di ∆H°_r per la reazione di conversione del metano (CH₄) in etilene (C₂H₄)2 CH₄(g) → C₂H₄(g) + 2 H₂(g)a 45.0℃, sapendo che ∆H°_r a 25℃ e 48.3kcal/mol e che le capacita termiche delle varie specie sonoC_p[CH₄] = 8.54cal·mol^-1·K^-1, C_p[C₂H₄] = 10.41cal·mol^-1·K^-1 e C_p[H₂] = 6.89cal·mol^-1·K^-1.

83. Calcolare il valore della entalpia di formazione standard dell'acido cloridrico a 1000K secondo lareazione H₂(g) + Cl₂(g) → 2 HCl₈(g) in base ai seguenti valori tabulati:

∆G e ∆G vs K

84. A 298K, per la reazione 2 PCl₃(g) + O₂(g) → 2 POCl₃(g) si ha che ∆H°_f = -620.2kJ/mol e che le entropiemolari standard per le varie specie sono ∆S°[PCl₃(g)] = 311.8J·mol^-1·K^-1, ∆S°[O₂(g)] = 205.1J·mol^-1·K^-1 e∆S°[POCl₃(g)] = 222.4J·mol^-1·K^-1. Determinare il ∆G°_r a 298K e dire se, in queste condizioni, la reazionespontanea e quella diretta o quella inversa.

85. A 298K, per la reazione 2 Br₂(g) + 2 H₂(g) + 2 Br_(aq) → Br₂(l) + 2 HNO₂₂(aq), si ha che ∆H°_r = -61.6kJ/mol ee che le entropie molari standard per le varie specie sono ∆S°[H₂(l)] = 0.0J·mol^-1·K^-1, ∆S°[Br₂(aq)] =82.4J·mol^-1·K^-1, ∆S°[NO₂(g)] = 240.1J·mol^-1·K^-1, ∆S°[Br₂(l)] = 152.2J·mol^-1·K^-1, ∆S°[HNO₂(aq)] = 135.6J·mol^-1.