Chimica generale

H O + SO H SO

2 2 2 2 4

Dopo 2.5 h, l’acido solforico viene titolato con 25 mL 3

di KOH 0.010 M. Calcolare la concentrazione di SO in mg/m

2

presente nell’aria inquinata. ) viene aggiunto all’acqua si produce biossido di titanio (TiO

16. Quando il tetracloruro di titanio (TiCl ) come solido

4 2

bianco e acido cloridrico gassoso sulla base della reazione seguente (da bilanciare)



TiCl (g) + H O (l) TiO (s) + HCl (g) bilanciata TiCl (l) + 2 H O (l) TiO (s) + 4 HCl (aq)

4 2 2 4 2 2

Calcolare la massa di TiO che si produce dalla reazione di 215 L di TiCl gassoso (volume misurato a 15.5 kPa e 35 °C)

2 4

con acqua in eccesso.

17. Lo studente dimostri di conoscere la legge di stato dei gas ideali, la sua derivazione dai fatti sperimentali e le

sue applicazioni.

La Legge dei gas ideali che è una delle più importanti della Termodinamica, stabilisce che il prodotto tra pressione e

volume di un gas perfetto è uguale al prodotto tra il numero di moli, la costante dei gas ideali e la temperatura; tale

equazione racchiude in sé le leggi relative alle trasformazioni isoterma, isobara dei gas, non che la legge di Avogadro.

detta anche equazione di stato dei gas perfetti. L’equazione dei gas ideali riassume in un’unica formula le

Questa legge è

quattro leggi dei gas (Boyle, Gay-Lussac, Avogadro). pV = nRT le tre variabili dei gas, ossia p la pressione, T la

temperatura, V il volume. Con n indichiamo il numero dimori e con R la costante dei gas perfetti che vale: R=8,314472 J/

mol x K. Le unità di misura da usare nel contesto della legge dei gas perfetti sono: i pascal per la pressione P, i metri cubi

per il volume V, i Kelvin per la temperatura T, le moli per il numero di moli n.

Tenendo conto che le proprietà richieste dalla definizione di gas ideale sono: a) è costituito da molecole con volume

trascurabile (molecole puntiformi); b) le molecole non interagiscono tra loro a distanza (molecole non interagenti); c) le

molecole interagiscono con le pareti del recipiente tramite urti perfettamente elastici; d) le molecole sono tutte uguali tra

Alla luce dell’equazione di stato, possiamo

loro; e) le molecole si muovono di moto casuale in ogni direzione. fornire una

definizione alternativa e del tutto equivalente . Diciamo che gas perfetto o gas ideale, un qualsiasi gas che soddisfa

l’equazione di stato . Allo stesso modo, un gas si dice ideale se soddisfa la legge di Boyle e le due leggi di Gay-Lussac.La

prima applicazione dell’equazione di stato riguarda lo studio degli stati di equilibrio dei gas. Conoscendo due grandezze

termodinamiche è sempre possibile ricavare la terza mediante la legge dei gas perfetti.Se manteniamo una delle tre

costante, l’equazione di stato fornisce una perfetta sintesi delle leggi per le trasformazioni

grandezze termodinamiche

isoterme, isobare e isocore.Se manteniamo costante la temperatura, la relazione che si ottiene tra la pressione e il volume è

di fatto la legge di Boyle. Se al contrario si pensa di effettuare una trasformazione isobara, e dunque di mantenere costante

la pressione, possiamo scrivere la legge dei gas perfetti per lo stato iniziale e per lo stato finale. Stessa logica, si può

arrivare ad una legge simile mantenendo costante il volume (trasformazione isocora).Stando alla Legge di Avogadro, se

consideriamo due volumi uguali V di gas diversi alla stessa temperatura T e alla stessa pressione p, otteniamo lo stesso

valore di n per entrambi i gas. Se il numero di moli n non cambia, vuol dire che non cambia nemmeno il numero di

molecole N, infatti vale la relazione N=N n dove N è il numero di Avogadro

A A

18. La quantità di NO in un campione di aria viene determinata dopo ossidazione ad HNO con H O secondo la

2 3 2 2

reazione: 2HNO

2NO + 2H O +H O+1/2O

2 2 2 3 2 2

Calcolare la concentrazione in mg/L di NO se sono stati consumati 5.1 mL di una soluzione di NaOH 0.0105 M per

2

l’acido

neutralizzare formato da 50 L di aria:

5,1 x 0,0105 = mmoli NaOH equivalenti a 0,5355 mmoli NO cioè 0,05355 x 46 = 2,463 mg NO

2 2

quindi se in 50 litri vi sono 2,463 mg, in 1 litro ve ne saranno X

X = 2,463/50 =0,049 mg/L

L’alluminio metallico può essere corroso da una soluzione acquosa di acido solforico secondo la reazione seguente (da

19. 

bilanciare): Al + H SO Al (SO ) + H

2 4 2 4 3 2

Quale volume di H gassoso a 40°C e 1.4 atm si ottiene mescolando da 323.8 g di alluminio con 24 L di soluzione

2

acquosa di H SO 0.9 M.

2 4 

La reazione bilanciata è: 2Al + 3 H SO Al (SO ) + 3H

2 4 2 4 3 2

323.8 g di Al corrispondono a: n.mol Al = (323.8 g ) / 26.9815g su moli = 12mol

La soluzione di acido solforico utilizzata contiene:

n.moli H SO =(24L) x (1.4 mol su L) = 33,6mol

2 4 Al. Quindi l’alluminio è il reagente

In base alla reazione bilanciata occorrono 1.5 moli di acido solforico per ogni mole di

limitante mentre l’acido è in eccesso (ce ne sono 9.6 mol contro le 9 moli teoriche), Pertanto le moli di H2 prodotte sono

vincolate alle moli di alluminio: n moli H =3/2 . n.moli Al =9mol

2

l’equazione

Il volume di idrogeno si valuta con di stato dei gas ideali:

20. La sodio azide NaN è un sale tipicamente usato per gonfiare gli airbags delle auto in caso di incidente stradale

3

in quanto può decomporsi secondo la reazione seguente: da bilanciare:



NaN Na + N

3 2

1) Calcolare quanti grammi di sodio azide occorre far esplodere per poter riempire un airbag del volume di 80 L

nell'ipotesi che la temperatura sia di 45 °C e la pressione sia di 1,3 atm.

Il sodio prodotto viene neutralizzato facendolo reagire con nitrato di potassio, KNO3, secondo la reazione da

bilanciare:

Na (s) + KNO (s) --> K O (s) + Na O (s) +N (g) 2)

3 2 2 2

Quanti grammi di nitrato di potassio occorre caricare nel dispositivo per distruggere tutto il sodio prodotto dalla

reazione 1)?

Di quanto aumenta la pressione nell'airbag se si considera anche l'azoto prodotto dalla 2), nell'ipotesi che il volume

sia sempre 80 L e la temperatura sia ancora pari a 45 °C?



2 NaN 2Na + 3N

3 2

(N ]= 4 mol

)=PV/RT = (1,3*80)/[0,082*(45+273)

2

NaN (2/3)*n(N

n( )= )=(2/3)*4=2,67 mol

3 2

NaN

(

M )=n*P.M. = 2,67 mol * (23+14*3) g/mol = 173,55 g

3

5Na (s) + 2KNO (s) --> K O (s) + (5/2)Na O (s) +N (g)

3 2 2 2

Na)= NaN

n( n( )=2,67 mol

3

KNO

n( )= (2/5)*n(Na)=(2/5)*2,67 mol = 1,07 mol

3

KNO

m( )= n*P.M. = 1,07 mol * (39,1+14+16*3) g/mol = 108,18g

3

n(N )= n(na)/5 = 2,67 mol/5 = 0,53 mol

2

21. La nitroglicerina esplode secondo la reazione da bilanciare:



C H (NO ) (l) N (g) + H O(g) + CO (g) + O (g)

3 5 3 3 2 2 2 2

Calcolare il volume totale del gas prodotto a 2.0 atm e 300 °C dalla decomposizione di 73 g di nitroglicerina.

Calcolare inoltre le pressioni parziali di tutte le specie gassose prodotte.

Bilanciata 4 C H (NO ) (l) = 6 N (g) + 10 H O(g) + 12 CO (g) + O (g)

3 5 3 3 2 2 2 2

n nitroglicerina = 227 g / 227,09 g/mol = 1,00 mol

n CO2 = 1,00 mol · 12/4 = 3,00 mol

n H2O = 1,00 mol · 10/4 = 2,50 mol

n N2 = 1,00 mol · 6/4 = 1,50 mol

n O2 = 1,00 mol · 1/4 = 0,25 mol

n totali miscela gassosa = 7,25 mol

V miscela gassosa = 7,25 · 0,0821 · 723 / 1 = 430 L

oppure

V iniziale nitroglicerina = 1,00 · 0,0821 · 723 / 1 = 59,33 L

V finale miscela gassosa = 59,33 L · 7,25 = 430 L

P miscela gassosa = 7,25 · 0,0821 · 723 / 2,270 = 189,5 atm

22. Per ottenere il rame metallico occorre trasformare il minerale calcopirite (CuFeS ) in solfuro di rame (CuS) secondo la

2



reazione da bilanciare: CuFeS (s) + O (g) FeO(s) + CuS(s) + SO (g):

2 2 2

Quale volume (misurato a 750 °C e 1.4 atm) di anidride solforosa (SO ) si genera da 1800 kg di calcopirite?

2



Bilanciata 2CuFeS (s) + 3O (g) 2FeO(s) + 2CuS(s) + 2SO (g)

2 2 2

Lezione 026

01. Un aumento della temperatura di un recipiente rigido contenente azoto gassoso provoca un aumento della

dell’azoto

pressione in quanto:

l’energia

aumenta con cui le molecole urtano le pareti del recipiente

02. Lo studente dimostri di conoscere la teoria cinetica dei gas.

La teoria cinetica dei gas è un modello teorico che descrive un gas come un insieme di microscopiche particelle (atomi o

molecole) che, nel loro continuo movimento caotico, urtano tra loro e urtano le pareti del recipiente che le contiene, come

palline di gomma che rimbalzano; a causa degli urti esse cambiano continuamente direzione e velocità. L'effetto

complessivo degli urti delle singole molecole del gas contro le pareti del recipiente che lo contiene rappresenta la

pressione del gas; più precisamente, la pressione di un gas in un contenitore è proporzionale al numero di urti delle

particelle sull'unità di superficie e nell'unità di tempo, alla loro massa e alla loro velocità media.Le molecole di un gas

sono permanentemente in moto, e ciascuna di esse all'istante t possiede una certa energia cinetica, di cui però non è

possibile determinare il valore; ciò perché fra le molecole in moto si ha un gran numero di urti elastici e di conseguenza

un continuo, caotico trasferimento di energia cinetica da una molecola all'altra (circa 1010 urti per molecola e per secondo

a temperatura e pressione ambiente ) Questa situazione fa sì che le molecole non abbiano, ad un dato istante e ad una data

temperatura ugual valore dell'energia cinetica; pertanto quando si parla di energia cinetica delle molecole di un gas, essa

va intesa sempre come energia cinetica media. A valori diversi dell'energia cinetica (Ec = 1⁄2mv2) di molecole uguali,

quindi di stessa massa, corrispondono ovviamente valori diversi della loro velocità.

Secondo la teoria cinetica, per i sistemi materiali costituiti da un numero enorme di particelle (come per i gas), non è

possibile determinare per la singola particella la posizione, la velocità e l'energia, tuttavia è possibile stabilire i valori medi

delle grandezze dinamiche e cinematiche messe in gioco. In questo modo è stato possibile dimostrare che le variabili

macroscopiche (pressione, volume, temperatura) messe in gioco sono strettamente correlate con grandezze microscopiche

(energia cinetica, frequenza degli urti, etc.) caratteristiche delle particelle. La teoria cinetica ha permesso infatti di stabilire

la relazione esistente tra la pressione P di un gas ideale monoatomico e l'energia cinetica media Ec delle sue particelle:

dove V è il volume occupato da una mole di gas e Na è il numero di Avogadro.

Questa relazione è molto importante perché P e V sono due grandezze macroscopiche facilmente misurabili e dal loro

prodotto