CORSO DI CHIMICA (Sede distaccata di Orvieto)
Esame del 26 settembre 2006
COGNOME___________________________________NOME _________________________
Scrivere le risposte solo negli spazi appositi e in maniera chiara e leggibile. Si prega inoltre di non aggiungere commenti o
spiegazioni non richieste. Durante il compito è permesso consultare libri di testo o appunti.
1 – La seguente reazione, CO2(g) + C(s) ⇄ 2 CO(g), presenta G°=-33,055 kJ mol-1. Calcolare la costante K dell'equilibrio a
727°C. (0,8 punti)
K = ___________________
In un recipiente a 727°C e a volume costante vengono introdotti CO 2(g) e CO(g) insieme a una quantità in eccesso di carbonio
solido. La pressione parziale iniziale dei due gas è di 10,00 atm ciascuno. In che direzione dovrà reagire tale sistema per
raggiungere lo stato d’equilibrio? (1,2 punti)
□ verso la formazione di altro CO2(g)
□ verso la formazione di altro CO(g)
2 - In ambiente acido, lo ione ferroso, Fe2+(aq), si ossida a ione ferrico, Fe3+(aq), riducendo lo ione nitrato, NO3-(aq), a NO(g).
Scrivere la reazione di ossidoriduzione bilanciata. (1,2 punti)
________________________________________________
Calcolare quante moli
di
NO(g) si
ottengono
NO3-(aq) e 0,60 moli di Fe2+(aq) in ambiente acido. (0,8 punti)
facendo
reagire
completamente
0,06
moli
di
______________ moli di NO(g)
3 - Dire quali sono i numeri quantici principale ed angolare dell’orbitale atomico esterno del manganese (3 d5).
n = _______(1,0 punti)
l = _____(1,0 punti)
4 – Il Hº della reazione C(s, grafite)  C(s, diamante) è Hº=1,90 kJ mol-1. Il Hºf di CO2(g) è -393,48 kJ mol-1.
Determinare il Il Hº della reazione C(s, diamante) + O2(g)  CO2(g). (1,2 punti)
Hº = ________________ kJ mol-1
Quanto calore si sviluppa nella combustione di un diamante del peso di 2,0 g? (0,8 punti)
________________ kJ
5 – Un composto organico ha la molecola formata da carbonio, idrogeno ed ossigeno. La percentuale in peso del carbonio è
40,00 % e quella dell'idrogeno è 6,71%. Determinare la formula empirica (o minima) della molecola. (1,2 punti)
C
H
O
Sapendo che il composto in questione ha peso molecolare di 240,2, scrivere la formula molecolare del composto. (0,8 punti)
C
H
O
6 - L'ammoniaca, NH3, è una base debole monoprotica con Kb=1,8×10-5 alla temperatura di 25°C. Calcolare la concentrazione
[OH-] di una soluzione 0,10 M di ammoniaca a 25°C. (1,0 punti)
[OH-] = ____________
Calcolare la concentrazione [H3O+] nella stessa soluzione. (1,0 punti)
[H3O+] = ____________
7 – Una soluzione viene preparata sciogliendo in 1,200 kg di acqua 2,4 moli di NaCl. Determinare la molalità della soluzione
così preparata. (1,0 punti)
m = ________________
Sapendo che la costante crioscopica dell’acqua è Kcr=1,86, determinare la temperatura di congelamento della soluzione così
preparata. (1,0 punti)
Tcongelamento = __________ °C
8 - Calcolare la differenza di potenziale a 25ºC della seguente pila: (1,4 punti)
Ag [Ag  ]  1,0  10 7 [Ag  ]  1,0  10 2 Ag
V = _________________ V
Scrivere la semireazione che avviene all'elettrodo di destra: (0,7 punti)
____________________________________
9 – Il carbonato di nichel, NiCO3(s), è un sale poco solubile con Kps=1,4×10-7 a 25°C. Calcolare la concentrazione degli ioni
nichel [Ni2+] in equilibrio con il carbonato di nichel solido in una soluzione d’acqua pura. (0,8 punti)
[Ni2+] = _____________ M
Calcolare il ΔG° della reazione di solubilità: NiCO3(s) ⇄ Ni2+(aq) + CO3 (aq). (1,2 punti)
-
ΔG° = _____________ kJ mol-1
10 – Il tetrossido di diazoto, N2O4(g), si decompone in biossido d'azoto, NO2(g), secondo la reazione seguente,
N2O4(g)  2 NO2(g),
che segue una cinetica del prim'ordine, con una costante di velocità a 30ºC k=5,1×106 s-1. Calcolare la velocità di reazione a
30ºC con [N2O4]=0,0010 mol L-1. (1,2 punti)
v = ______________ mol L-1 s-1
Con la stessa concentrazione, ma a 45°C, la velocità di questa reazione è (0,8 punti)
□ uguale
□ maggiore
□ minore
11 – Il fluoruro di calcio, CaF2(s), è poco solubile con Kps=1,5×10-10 a 25°C. Calcolare la concentrazione dello ione Ca2+ in una
soluzione acquosa satura di CaF2 a 25°C. (1,0 punti)
[Ca2+] = ________________ mol L-1
Calcolare la concentrazione dello ione F nella stessa soluzione. (1,0 punti)
-
[F-] = ________________ mol L-1
12 – Una bombola con un volume di 10,00 L, viene riempita con etano, C 2H6, alla pressione di 80,00 atm e alla temperatura di
25°C. Calcolare il peso in grammi del gas contenuto nella bombola. (1,2 punti)
__________________ g di C2H6
Calcolare la pressione nella bombola quando la temperatura viene portata a 80°C. (0,8 punti)
__________________ atm
13 – Studiando la velocità di una reazione chimica si trovano i seguenti risultati:
[A]iniziale
0,12
0,24
0,12
0,12
[B]iniziale
0,12
0,12
0,24
0,12
[C]iniziale
0,12
0,12
0,12
0,24
viniziale
1,62 x 10-4 moli L-1 s-1
3.24 x 10-4 moli L-1 s-1
6.48 x 10-4 moli L-1 s-1
3.24 x 10-4 moli L-1 s-1
Determinare la legge cinetica della reazione.
v = k [A] m [B] n [C] r
m = ____(0,4 punti) n = _____(0,4 punti)r = _____(0,4 punti)
Determinare la costante di velocità a tale temperatura. (0,8 punti)
k = ________________
14 – Lo ione fosfonio, PH4+, ha una struttura con l'atomo di fosforo al centro di un tetraedro, ai cui vertici ci sono i quattro
atomi di idrogeno. Quale ibridazione presentano gli orbitali del fosforo in questa molecola? (1,0 punti)
□ sp3
□ sp2
□ sp
Che numero di ossidazione avrà il fosforo in questa molecola? (1,0 punti)
_________
15 – L’anidride carbonica, CO2, quando è in fase gassosa, ha una molecola lineare. Quale ibridizzazione presentano gli orbitali
esterni dell'atomo di carbonio in questa molecola? (1,0 punti)
□ sp3
□ sp2
□ sp
L’ossigeno è molto più elettronegativo del carbonio. L'intera molecola, è polare? (1,0 punti)
□ Si
H
Pt
1,008
195,08
COSTANTE DEI GAS,
COSTANTE DI FARADAY,
NUMERO DI AVOGADRO,
□ No
ALCUNI PESI ATOMICI
C
12,011
O
R = 0,0821 L atm mol-1 K-1; R = 8,314 J mol-1 K-1
F = 9,6485×104 C mol-1
N = 6,022×1023
15,999
Esercizio 1
La seguente reazione, CO2(g) + C(s) ⇄ 2 CO(g), presenta G°=-33,055 kJ mol1. Calcolare la costante K dell'equilibrio a 727°C.
Ke

G o
RT
Ke

33055
8.3145*1000,15
K=53.26
In un recipiente a 727°C e a volume costante vengono introdotti CO2(g) e
CO(g) insieme a una quantità in eccesso di carbonio solido. La pressione
parziale iniziale dei due gas è di 10,00 atm ciascuno. In che direzione dovrà
reagire tale sistema per raggiungere lo stato d’equilibrio?
Q
2

10.00 
Q
2
PCO
10.00
PCO2
 10.00
Q << K
G = RT ln (Q / K)
G < 0 Reazione procede verso destra
Esercizio 2
In ambiente acido, lo ione ferroso, Fe2+(aq), si ossida a ione ferrico, Fe3+(aq),
riducendo lo ione nitrato, NO3-(aq), a NO(g). Scrivere la reazione di
ossidoriduzione bilanciata.
Ossidazione
Riduzione
Fe3++ e-
Fe2+
4 H3O+ + 3e- + NO3-
x3
NO + 6 H2O
3 Fe2+ + NO3- + 4 H3O+ → NO + 3 Fe3+ +6 H2O
Calcolare quante moli di NO(g) si ottengono facendo reagire completamente
0,06 moli di NO3-(aq) e 0,60 moli di Fe2+(aq) in ambiente acido.
Il Fe2+ reagisce in rapporto 3:1 con NO3Fe2+ è il reagente in difetto
Fe2+ finisce prima di NO3-
Ogni 3 moli di Fe2+ che reagisce si forma una mole di NO
Questo comporta che quando ha reagito tutto Fe2+
(0.06 moli) si saranno formate 0.02 moli di NO
Esercizio 3
Dire quali sono i numeri quantici principale ed angolare
dell’orbitale atomico esterno del manganese (3 d5).
Nella notazione quantomeccanica il primo numero indica il
livello energetico (definito dal numero quantico principale n). In
questo caso il livello energetico dell’orbitale d è n = 3.
Nella notazione quantomeccanica la lettera indica la geometria
dell’orbitale (definito dal numero quantico orbitale l).
l=0
l=1
l=2
orbitale s
orbitale p
orbitale d
Orbitali d
Esercizio 4
Il Hº della reazione C(s, grafite)  C(s, diamante) è
 Hº=1,90 kJ mol-1. Il  Hºf di CO2(g) è 393,48 kJ mol-1.
Determinare il Il  Hº della reazione
C(s, diamante) + O2(g)  CO2(g).
Legge di Hess
H 0 reazione 
o
c

H
 f
prodotti
H 0 reazione
o
c

H
 f
reagenti
 H of CO 2   H of diamante

 H of CO 2   H o  grafitediamante
Ho = -393,48 - 1,90 = -395.38 kJ mol-1
Quanto calore si sviluppa nella combustione di un diamante del
peso di 2,0 g?
H = E + RT ng
ng =0 → H = E
m
2
n

 0.17
PA 12.011
q = n H = 0.17 x -395,38 = 65.84 kJ
Esercizio 5
Un composto organico ha la molecola formata da carbonio, idrogeno ed
ossigeno. La percentuale in peso del carbonio è 40,00 % e quella
dell'idrogeno è 6,71%. Determinare la formula empirica (o minima)
della molecola.
C
40.00
H
6.71
O
53.29
40.00
 3.33
12.011
6.71
 6.66
1.008
53.29
 3.33
15.999
1
2
1
CH2O
Sapendo che il composto in questione ha peso molecolare di
240,2, scrivere la formula molecolare del composto.
Il peso molecolare della formula minima trovata sarà:
PM = 12.011+ ( 2 x 1.008) + 15.999 = 30.026
Dato che il peso molecolare vero del composto è 240,2 g mol-1 avremo:
240,2
n
8
30,026
C8H16O8

Esercizio 6
L'ammoniaca, NH3, è una base debole monoprotica con Kb=1,8×10-5
alla temperatura di 25°C. Calcolare la concentrazione [OH-] di una
soluzione 0,10 M di ammoniaca a 25°C.
Base debole (Kb < 1) in concentrazione cb
[OH  ]  K bcb
[OH ] 
5
3
1.8x10
x
0.10
1.3x10
M


Calcolare la concentrazione [H3O+] nella stessa soluzione.
K w  [H 3O  ] [OH  ]
Kw
[ H 3O ] 
[OH  ]

14
10
12
[ H 3O  ] 

7
.
7
x
10
M
3
1.3x10
Esercizio 7
Una soluzione viene preparata sciogliendo in 1,200 kg di
acqua 2,4 moli di NaCl. Determinare la molalità della
soluzione così preparata.
2,4
moli soluto

 2,0
m
1,2
kg solvente
Sapendo che la costante crioscopica dell’acqua è Kcr=1,86,
determinare la temperatura di congelamento della soluzione così
preparata.
T  k cr m
NaCl è un elettrolita forte solubile. Messo in acqua
si dissocia in Na+ e Cl-.
T  1,86 x 2.0 x 2  7.44
Dato che la temperatura di congelamento dell’acqua pura
(solvente) è 0 °C il valore di T è anche la temperatura di
congelamento della soluzione.
Esercizio 8
Calcolare la differenza di potenziale a 25ºC della seguente pila:
Ag [ Ag  ]  1,0  107 M [ Ag  ]  1,0  102 M Ag
c1
c2
c1 < c2
catodo a destra
c1 > c2
catodo a sinistra
0,059
1
log 10
1
1,0 x 10 -2
0,059
1
anodo  o 
log 10
1
1,0 x 10 -7
V  catodo  anodo
catodo  o 

0,059
1,0 x 10-7
V  
log 10
 0,30 V
-2
1
1,0 x 10
Scrivere la semireazione che avviene all'elettrodo di destra:
Elettrodo a destra: catodo
riduzione
Ag+(aq) + e-  Ag(s)
Esercizio 9
Il carbonato di nichel, NiCO3(s), è un sale poco solubile con Kps=1,4×10-7 a
25°C. Calcolare la concentrazione degli ioni nichel [Ni2+] in equilibrio con il
carbonato di nichel solido in una soluzione d’acqua pura.
La reazione di dissociazione del carbonato di nichel è la seguente:
NiCO3(s) ⇄ Ni2+(aq) + CO32-(aq)
Solubilità: moli di sale che passano in soluzione
Per litro di soluzione avremo:
Concentrazione ioni in soluzione = coeff. Stechiometrico x solubilità
[Ni2+] = [CO32-] = s
k ps  Ni2 CO32 s2
s  k ps  1,4 x 10-7  3,74 x 10-4 M
il ΔG° della reazione di solubilità: NiCO3(s) ⇄ Ni2+(aq) + CO32-(aq)
Calcolare
G o   R T ln k ps
8,314 x 298,15 x ln 1,4x10 7
G  
 39,120 kJ mol -1
1000passaggio JkJ
o
Esercizio 10
Il tetrossido di diazoto, N2O4(g), si decompone in biossido d'azoto, NO2(g),
secondo la reazione seguente, N2O4(g)  2 NO2(g), che segue una cinetica
del prim'ordine, con una costante di velocità a 30ºC k=5,1×106 s-1. Calcolare
la velocità di reazione a 30ºC con [N2O4]=0,0010 mol L-1
v = k [N2O4]
v = 5,1 x 10-6 x 0,0010 = 5,1 x 10-3 mol L-1 s-1
Con la stessa concentrazione, ma a 45°C, la velocità di questa reazione è
□ uguale
□ minore
x□ maggiore
Effetto della temperatura:
Alla aumentare della temperatura, la
costante di velocità di una reazione
chimica aumenta sempre.
lnk
b
ln k  T
k Ae
1/T

b
T
Svante August Arrhenius
Wijk (Svezia), 1859 – Stoccolma, 1927
Esercizio 11
Vedi esercizio 9
Il fluoruro di calcio, CaF2(s), è poco solubile con Kps=1,5×10-10 a 25°C.
Calcolare la concentrazione dello ione Ca2+ in una soluzione acquosa
satura di CaF2 a 25°C.
Solubilità: moli di sale che passano in soluzione
Per litro di soluzione avremo:
Concentrazione ioni in soluzione = coeff. Stechiometrico x solubilità
CaF2(s) ⇄ Ca2+(aq) + 2 F-(aq)
[Ca2+] = s
[F-] = 2s
k ps  Ca
s3

2
F

 2
s2s  4s3
2
-10
1,5
x
10
3
 3,4 x 10-4 M
4
4
k ps
Calcolare la concentrazione dello ione F- nella stessa soluzione.
[F-] = 2s = 6,8 x 10-4 M
Esercizio 12
Una bombola con un volume di 10,00 L, viene riempita con etano,
C2H6, alla pressione di 80,00 atm e alla temperatura di 25°C. Calcolare
il peso in grammi del gas contenuto nella bombola.
Consideriamo l’etano come un gas perfetto
PV  nRT
PV
n
RT
80,00 x 10,00
n
 32,68 moli
0.0821 x 298,15
PM esano  2 x 12.011  6 x 1,008  30,07 g mol -1
grammi  n PM esano  32,68 x 30.07  982,69 grammi
Calcolare la pressione nella bombola quando la temperatura viene portata a 80°C.
PV  nRT
nRT
P
V
32,68 x 0,0821 x 353,15
P
 94,75 atm
10,00
Esercizio 13
Studiando la velocità di una reazione chimica si trovano i seguenti risultati:
[A]iniziale
[B]iniziale
[C]iniziale
viniziale
0.12
0.12
0.12
1,62 x 10-4 moli L-1 s-1
0.24
0.12
0.12
3.24 x 10-4 moli L-1 s-1
0.12
0.24
0.12
6.48 x 10-4 moli L-1 s-1
0.12
0.12
0.24
3.24 x 10-4 moli L-1 s-1
v = k [A]m [B]n [C]r
m=1
n= 2
r= 1
Determinare la costante di velocità a tale temperatura
v
k
AB2 C 
1,02 x 10 -4
k
 0,78
2
0,12 0,12 0,12
Esercizio 14
Lo ione fosfonio, PH4+, ha una struttura con l'atomo di fosforo al
centro di un tetraedro, ai cui vertici ci sono i quattro atomi di idrogeno.
Quale ibridazione presentano gli orbitali del fosforo in questa
molecola?
□
X sp3
□ sp2
□ sp
Che numero di ossidazione avrà il fosforo in questa molecola?
L’idrogeno nei composti ha sempre numero di ossidazione +1.
PH4+
+1 = 4×(+1) + x; x = -3
Esercizio 15
L’anidride carbonica, CO2, quando è in fase gassosa, ha una
molecola lineare. Quale ibridizzazione presentano gli orbitali
esterni dell'atomo di carbonio in questa molecola?
□ sp3
□ sp2
□ sp
X
L’ossigeno è molto più elettronegativo del carbonio. L'intera
molecola, è polare?
□ Si
□
X No