Politecnico di Milano – Chimica Generale Cognome/Nome_________________________________

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Politecnico di Milano – Chimica Generale Cognome/Nome_________________________________

Data: 14/02/2018 “1 ^o scritto” N° matricola __________________________

N.B. Fornire obbligatoriamente una giustificazione della risposta e/o delle formule utilizzate.

1. Eseguire i seguenti calcoli trattando corretta- mente le cifre significative:

a) 40.83 ml + 11081.3 μl + 2.41×10 ^-2 L = 76.0 mL b) (20.22 × 0.169)/log 2 .11.4 ...

c) (0.0198 × 29.32) – 0.22 ..0.36...

2. Quali sono gli elementi costituenti del marmo;

qual è la formula chimica del composto; qual è la natura delle forze che tengono assieme questo solido?

CaCO 3 , solido ionico, Ca ²⁺ CO 3 2-

3. Mettere in ordine di raggio ionico (dal più piccolo al più grande) i seguenti ioni (spiegare):

a) Mg ²⁺ ; b) l ‾ ; c) Cs ⁺ ; d) O 2

2 ‾ ; e) Al ³⁺

Al ³⁺ < Mg ²⁺ < Cs ⁺ < l ‾ < O 2

2 ‾ maggiore carica positiva minore dimensione; anioni > cationi;

anioni molecolari > anioni monoatomici

4. Scrivere l'equazione nucleare bilanciata per il processo riassunto come

¹⁸ 8 O n, ( ) e ¹⁹ 9 F

5. Qual è la differenza tra una molecola, un composto e uno ione poliatomico? a) Scrivere una formula (composta di 3 atomi) per una molecola che è anche un composto e per una molecola che non è un composto. b) Scrivere una formula (composta di 3 atomi) per un anione di un elemento e una per un anione pluriatomico.

Composto: H 2 O e molecola O 3

Anione elemento: l 3 ‾ ; Anione composto: ClO 2 ‾ 6. Quali delle seguenti proprietà sono intensive e

quali sono estensive: lunghezza, area, volume, massa, temperatura, densità, calore specifico, entalpia?

Intensiva: densità, calore specifico

Estensiva: area, lunghezza, volume, massa, entalpia, temperatura

7. Una soluzione di idrossido di potassio (25 mL) reagisce completamente con una soluzione 0.25 M si HCl (37 mL). Qual è la molarità della soluzione d’idrossido di potassio? Scrivere la reazione.

HCl + KO H → KCl + H 2 O mL acido × M acido = mL base × M base da cui:

M _base = (37 × 0.25) / 25 = 0.37 M

8. Il fumo è un esempio di:

a) miscela omogenea; b) soluzione gassosa;

c) miscela eterogenea; d) elemento; e) composto (spiegare).

Miscela eterogenea di un solido sospeso in un gas.

9. Quale dei seguenti sistemi contiene il maggior numero di molecole: a) 50 g di SO 2 ; b) 40 g di F 2 ; c) 2.0 g di H 2 O ; d) 15 g di CO 2 ?

moli SO 2 0.78; F 2 1.05; H 2 O 0.11; CO 2 0.34 40 g/(18.99x2 g/mol) = 1.05 moli

10. Quale massa di idrogeno si ottiene quando 25 g di calcio reagiscono con 25 g di acqua?

Scrivere la reazione e indicare qual è l'agente limitante.

Ca + 2 H 2 O → H 2 + Ca(OH) 2

Poiché Ca = 0.62 moli e H 2 O = 1.4 moli, l’agente limitante è Ca (2×0.62 < 1.4) Massa H 2 = 0.62 mol × 2 g/mol = 1,24 g

11. Il biossido di cloro è usato come disinfettante.

Esso reagisce con l’acqua secondo l’equazione da bilanciare:

6 ClO 2 + 3 H ₂ O a 5 HClO 3 + HCl

Si mescolano 142.0 g di ClO 2 con 38.0 g di H 2 O.

Stabilire: a) qual è l’agente limitante;

b) quanti grammi del reagente in eccesso rimangono se la reazione va a completezza.

moli ClO 2 = 142.0/ 67.45 = 2.105 moli (x6) moli H 2 O = 38.0/18.0 = 2.11 moli (x3) ;

a) L’acqua è in difetto. b) moli H 2 O reagiti = moli Cl 2 O × 1/2 = 1.052 moli; rimangono (2.11-1.052) moli = 1.06 moli, pari a 19.1 grammi.

12. Quale prodotto X si forma quando del radio-226 subisce un decadimento alfa?

226 4

88 Ra  → _Z ^A X + 2 He

b) Se il t 1/2 per questo isotopo è 5.1×10 ¹⁰ secondi, in quanto tempo 1 gr di ²²⁶ Ra si riduce a 0.01 g?

l’elemento è il Radon ²²⁶ ₈₈ Ra → ²²² ₈₆ Rn + ⁴ ₂ He

b) 0.01 g = 1g/2 ⁿ (2 = n x 0.301) da cui n = 6.64 t 1/2

= 33×10 ¹⁰ secondi

13. Predire i prodotti, bilanciare, e quindi scrivere le equazioni ioniche nette per le seguenti reazioni (fare uso delle regole di solubilità):

A. Co(NO 3 ) 2(aq) + 6 NH 3(aq) → [Co(NH 6 )] ²⁺ + 2 NO 3 - Ionica netta _Co ²⁺ + 6 NH 3 → [Co(NH 6 )] ²⁺ ______

B. (NH 4 ) 3 PO 4(aq) + 3 CaBr 2(aq) → Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3 NH 4 Br Ionica netta _ 2 PO 4

3-

(aq) + 3 Ca ²⁺ → Ca 3 (PO 4 ) 2 ___

C. SO 2(g) + 2 NaOH (aq) → Na 2 SO 3 + H 2 O .…

Ionica netta _ SO 2(g) + 2 OH ‾ (aq) → SO 3

2 ‾ + H 2 O _

18 1 0 19

8 O + 0 n → -1 e + 9 F

2 14. Con quanta acqua si devono diluire 5.11 g di

HNO 3 al 65 % in peso per ottenere una soluzione 0.915 molare? La densità della soluzione finale è 1.04 g/mL.?

moli HNO ₃ = (5.11 × 0.65)/63.01 = 0.052 moli moli/vol. = Molarità ; 0.915 = 0.052/V e V = 56.

mL pari a 59.1 g (da densità), per cui si deve aggiungere H 2 O pari a (59.1 - 5.11×0.35) = 57.3 g

15. Il perossiacetilnitrato (PAN) è uno dei componenti dello smog fotochimico. Esso contiene gli elementi C, H, N e O. Esso ha la seguente composizione in massa: 19.84% C, 2.50% H, 11.57% N, 66.09% O.

a) Qual è la sua formula molecolare se la sua massa molare è 121.05 g/mol? B) Sulla base del nome scrivere la formula di struttura del composto.

a) C 2 H 3 NO 5 b)

C H ₃

C O O

O N ⁺

O

O ^-

16. Ordinare i seguenti composti ionici in ordine di crescente punto di fusione: (a) NaCl, (b) CaTe, (c) TiO 2 , e (d) MgS. (spiegare)

Essendo tutti composti ionici ci si basa sulla carica e sulla dimensione di cationi e anioni secondo la legge di Coulomb, quindi NaCl <

CaTe < MgS < TiO 2 .

17. L'azoto e l'ossigeno formano una estesa serie di ossidi di formula general N y O x . Scrivere le reazioni che due di questi composti danno quando reagiscono con acqua.

a) N 2 O 5 + H 2 O → 2 HNO 3 (ossido acido) b) 2NO 2 + H 2 O → HNO 3 + HNO 2

18. Calcolare l’entalpia della seguente reazione:

6 C _(s) + 3 H _2(g) → C 6 H _6(l) ∆H° = ? kJ usando le seguenti equazioni e dati:

2C 6 H 6 + 15O 2 → 12CO 2(g) + 6H 2 O (l) ∆H° 1 = -6534 kJ ½ O 2(g) + H 2(g) → H 2 O (l) ∆H° ₂ = -286 kJ C (s) + O 2(g) → CO 2(g) ∆H° 3 = -393 kJ Applicando all’entalpia la funzione di stato:

∆H° _reaz. = 6 ∆H° 3 + 3 ∆H° 2 - ½ ∆H° 1 = 51 kJ

19. Un campione di rame di 74.8 g a 143.2 °C viene inserito in un calorimetro a tazza isolato contenente 165 ml di glicerina (C 3 H 8 O 3 ) (l) (d = 1.26 g/ml) a 24.8 °C. La temperatura finale della glicerina è 31.1 °C. Il calore specifico del rame è 0.385 J·g ^-1 ·°C ^-1 . Qual è la capacità termica della glicerina in J·mol ^-1 ·°C ^-1 . Calore perso dal rame = calore acquistato dal glicerolo: -74.8 × 0.385 × (31.1 – 143.2) = 165 × 1.26 × c sp ×(31.1 – 24.8), da cui si ha:

c sp(glicerolo) = 3.23×10 ³ /1.3×10 ³ = 2.5 J·g ^-1 ·°C ^-1 e capacità termica molare = c sp × 92 g/mol = 230 J·mol ^-1 ·°C ^-1 .

20. Il metabolismo del glucosio (C 6 H 12 O 6 ) forma CO 2 (g) e H 2 O(l). Il calore sviluppato viene convertito in lavoro utile con una efficienza del 70%. Calcolare la massa di glucosio

metabolizzata da una persona che cammina in montagna salendo a 1450 m. Si assume che il lavoro in salita sia quattro volte quello richiesto per sollevare 58 kg di 1450 m. (∆H° _f glucosio (s) = - 1273.3 kJ·mol ^-1 ).

Lavoro = 4 × mgh = 3.30×10 ³ kJ

∆H° c (glucosio) = 6 ∆H° f CO2 + 6 ∆H° f H2O - (∆H° f gluc. – 6 ∆H° _{f O2} ) = - 2802 kJ, da cui si recupera la Massa di glucosio = 303 g di C 6 H 12 O 6 .

21. Che volume di CaCl 2 0.248 M si deve aggiungere a 335 ml di KCl 0.186 M per ottenere una soluzione con una

concentrazione di Cl ‾ 0.250 M.

Se V = volume prima soluzione e [Cl ‾] = 0.250 M [Cl ‾] = (0.335 × 0.186 + V × 0.248 × 2)/(0.335 + V) Da cui V = (0.0838 – 0.0623)/(0.496 – 0.250) = 0.087 L

22. Riempire le caselle vuote della tabella:

Composto Nome ^{Catione Anione} FeAsO 4 Arseniato di ferro Fe

AsO

Co(SCN) 2 Solfocianuro di cobalto Co

SCN‾

C 6 H 6 Benzene - -

Na 3 [Co(CN) 5 (CO)] Tetracianocarbonilcobaltato di sodio

Na

[Co(CN)

(CO)]‾

SOCl 2 Cloruro di solforile - -

H 3 SbO 3 Acido antimonioso H

H

SbO

‾

Ba(HCO 3 ) 2 Idrogenocarbonato di bario Ba

HCO

Na 2 O 2 Perossido di sodio Na

O

[Ni(H 2 O) 6 ](NO 3 ) 2 Nitrato di esacquonichel(II)

RuO 4 tetrossido di rutenio - -

Ca 3 P 2 Fosfuro di calcio Ca ²⁺ P ^3-

K 3 [Ni(CN) 4 I] Tetracianoiononichelato di

potassio K

[Ni(CN)

I]‾

23. Usando la definizione di entalpia di formazione di un composto, scrivere la reazione di

formazione di CH 3 OH (indicare T e P).

C _grafite(s) + H _2(g) + O _2(g) → CH ₃ OH (T 298 K, P = 1 atm)

24. Scrivere l'equazione bilanciata per la combustione completa del cubano, C 8 H 8 . Si ricava più energia bruciando una mole di cubano o di ottano (C 8 H 18 )?

∆H _f (C ₈ H ₈ ) = 597.1 ± 5.0 kJ·mol ^-1

∆H f (C 8 H 18 ) = -208.4 ± 0.67 kJ·mol ^-1

∆H f (CO 2 ) = -393 kJ·mol ^-1 ; ∆H f (H 2 O) = -286 kJ·mol ^-1 C 8 H 8 + 10 O 2 → 8 CO 2 + 4 H 2 O

C 8 H 18 + 25/2 O 2 → 8 CO 2 + 9 H 2 O

Più energia per l’ottano perché si formano 5

moli di acqua in più.

3 25. Assegnare il numero di ossidazione a ciascun

atomo sottolineato.

a) P 3 O 10 5 ‾ __ +5___ b) CaFeSi 2 O 6 __+4__

c) CdSO 4 ·5H 2 O _+6__ d) [Cu(CN) 4 ] ² ‾__ +2_

26. Sul sole sono presenti varie specie chimiche tra cui gli ioni He ⁺ . Questi ultimi atomi originano emissioni su vari livelli. Qual è la lunghezza d’onda (in nm) della radiazione emessa quando l’elettrone in tali atomi di He ⁺ subisce una transizione dal livello n = 5 al livello n = 2?

E 5 = - R H ×Z ² /n ² = -3.486×10 ^-19 J E 2 = - R H ×Z ² /n ² = -2.179×10 ^-19 J

∆E = 1.830×10 ^-19 J e λ = hc/∆E = 108.6 nm

27. Definire cosa s’intende per carica nucleare effettiva. (a) Valutare quant’è la Z _eff sentita dall’elettrone più esterno in uno ione Li ⁺ .

(b) fornire una spiegazione fisica del perché per n = 3 e l = 0-2, vale Z eff (3,0) > Z eff (3,1) > Z eff (3,2) Z _eff = N* protoni – Schermo = 3 - 0.85 = 2.15 b) poiché gli orbitali con numero quantico l crescente hanno un raggio medio crescente, l’interazione con la carica nucleare è inferiore e quindi si giustifica la sequenza negli Z eff .

28. Identificare l’orbitale che ha a) un nodo radiale e un nodo angolare; b) nessun nodo radiale e due nodi angolari.

Si applicano le due regole: 1) il valore di l è pari al numero di nodi angolari; 2) il numero totale di nodi è pari a n-1.

Da ciò si deduce che: a) è l’orbitale 3p (l = 1 e 2 nodi totali = 3-1); b) orbitale 3d

29. Lo ione complesso [Cr(H 2 O) 6 ] ²⁺ ha una banda di assorbimento a circa 630 nm. Quale tra i seguenti colori è più appropriato per descrivere questo ione: rosso scuro, giallo ocra, verde smeraldo, blu cielo? Perché?

blu cielo, in quanto l'assorbimento a 630 nm è nel rosso e origina il colore complementare blu cielo.

30. Determinare quale(i) tra le seguenti configurazioni elettroniche non sono valide:

a) 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 3f ² __No f con n =3__

b) 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ³ 3d ⁵ ____No s ³ _____________

c) [Ra] 7s ² ______No [Ra] ma [Rn]___

d) [Kr] 4d ⁵ 5s ¹ ____Si, è l’elemento Mo _

e) [Xe] 6s ² ___ Si, è l’elemento Ba __