Giustificare sempre le risposte!!!

(1)

1 Politecnico di Milano – Chimica Generale Cognome_ Nome__

N° matricola ………. Verifica_IIa 26/01/2010 CCS-CHI

Giustificare sempre le risposte!!!

1. La composizione dell’aria varia poco con l’altezza mentre varia molto la pressione. Dal livello del mare (ASL) a 3000m la pressione si riduce di circa un terzo. Qual è (approssimativamente) la pressione parziale di O

2

a 3000m ASL?

2. Quale delle affermazioni indica che la legge dei gas ideali è un’approssimazione:

a. Tutti i gas possono essere liquefatti b. Riscaldando un gas in un recipiente da 0 a

550°C raddoppia il suo volume.

c. Se si apre la valvola di un recipiente contenente un gas pressurizzato, il gas uscente si raffredda.

d. Riscaldando un pallone pieno di gas da 0 a 550°C raddoppia il suo volume.

e. Esistono dei gas colorati: Cl

2

giallo, I

2

violetto, NO

2

rosso-bruno

3. La composizione di un gas naturale espressa in

% in peso è: CH

4

= 72%, C

2

H

6

= 16%, N

2

= 12%.

Calcolare la quantità di CO

₂

formata per combustione di 1 m

³

di gas a 0°C e 1 atm.

4. Un pallone, contenente 25 litri di elio a 27°C e 1 bar, sale a 6000m, dove la pressione è 0.5 bar e la temperatura è -23 °C. Che volume avrà il pallone a quest’altezza?

5. In un recipiente chiuso, dell’acqua è in equilibrio con aria contenente della CO

2

(g). Si può aumentare la concentrazione della CO

2

nell’acqua se si:

a) aumenta la pressione dell’aria.

b) aggiunge più CO

2

(g) all’aria.

c) aggiunge più N

2

(g) all’aria.

d) aumenta la temperatura.

e) aggiunge dell’acqua.

6. Stabilire se la CO

2

può essere utilizzata per palloni aerostatici. Supponete che la

composizione dell’aria sia 80% di N

2

e 20% di O

2

in volume. Confrontate le densità dei 2 gas.

7. Qual è la pressione totale (in atm) di una miscela di gas contenente 2.00 g di H

2

(g) e 16.00 g di Ar(g) in un recipiente di 3.00 L a 30°C?

a) 34.6; b) 11.54; c) 1.142; d) 19.76; e) 59.2

8. Quale massa di vapor d’acqua vi aspettate di trovare nell’aria di una stanza da bagno quando l’acqua è stata lasciata nella vasca a 40°C? Le dimensioni della stanza sono 2 x 2.5 x 2.5 m e la tensione di vapore dell’acqua a quella

temperatura è di 7.4 kPa.

9. In base al diagramma di una certa sostanza sotto riportato, a) quale fase è presente a 1.5 atm e a 150°C? b) posizionate sul diagramma il punto critico e il punto triplo. c) esistono forme polimorfe del composto? d) stabilire la varianza nel punto indicato col cerchio nero.

10. La solubilità dei gas generalmente (aumenta, diminuisce, non varia molto) se si aumenta la pressione; la solubilità dei liquidi e dei solidi generalmente (aumenta, diminuisce, non varia molto) se la pressione cresce. a) Sottolineare la scelta e giustificare. b) Quali funzioni

termodinamiche sono coinvolte nella risposta?

11. Quale delle seguenti molecole ha il più alto momento dipolare: CF

4

, PF

5

, CH

4

, CS

2

, o PF

3

? Quale delle seguenti molecole ha il più basso momento dipolare: HBr, NH

3

, BF

3

, HF, o HCl?

P atm

T(°C) 1.0

2.0 100 150 200 250

(2)

2 12. Qual è il punto di ebollizione di una soluzione

ottenuta aggiungendo 75.0 g di S

8

a 500 g di CCl

4

? (b.p. normale di CCl

4

= 76.5°C; k

b

= 4.95 K/m)

a) 77.9°C; b) 73.6°C; c) 75.1°C; d) 79.4°C; e) 76.5°

13. Un alto punto di fusione si osserva in composti a elevata energia reticolare e anche con alta entalpia di dissociazione. a) Quale composto ionico prevede abbia il più basso punto di fusione -- CsI, MgO, CaCl

2

, Al

2

O

3

o KCl,?

b) Sapreste metterli in ordine di p.f. crescente?

14. Quando 50.0 mg di un composto sconosciuto sono sciolti in 12.0 g di canfora fusa, il sistema cristallizza a 177.5°C. Il punto di fusione della canfora pura è 179.8°C; k

f

= 39.7 K/m. Qual è la massa molare del composto sconosciuto?

15. Una forma polimorfa del carburo di silicio, SiC, cristallizza in un reticolo tipo diamante, mentre il nitruro di boro, BN, cristallizza in una forma simile a quella della grafite. Indicare il tipo di cella elementare e quanti atomi questa contiene nei due casi.

16. Dal rapporto tra i raggi del catione e quello dell’anione di un solido ionico è possibile stabilire il numero di coordinazione degli ioni.

Perché?

Noti i raggi ionici dei seguenti cationi Be

²⁺

(0.31 Å), Na

⁺

(0.95 Å), Ti

⁴⁺

(0.68 Å), Rb

⁺

(1.48 Å), stabilire il numero di coordinazione nei solidi ionici che formano con l’anione fluoruro (raggio = 1.36 Å). Almeno in un caso disegnate la cella unitaria.

17. La cella cubica a facce centrate del platino ha una lunghezza di 0.392 nm. Calcolare la densità del platino (g/cm

³

). (Peso At. Pt = 195.1).

18. La qualità della benzina può essere migliorata con reazioni del tipo: C

8

H

18

→ C

8

H

16

+ H

2

Sono noti i seguenti dati termodinamici di formazione (in Kcal/mol) a 25°C:

per C

8

H

18

∆H° = 49,82; ∆G° = + 3,95;

per C

8

H

16

∆H° = 19,82; ∆G° = + 24,96.

Stabilire a che temperatura il processo è spontaneo.

19. Alla pressione di 1 atm l'acetone bolle a 56.4°C ed il cloroformio a 61.2°C. Tali liquidi,

completamente miscibili fra loro, formano un azeotropo di composizione: acetone 20% e cloroformio 80% che bolle a 64.7 °C.

a) Stabilire il segno di ∆G, ∆H e ∆S quando si fa una soluzione con il 60% di acetone e il 40% di cloroformio. b) Dire cosa è possibile ottenere per distillazione di questa soluzione.

20. Conoscendo l’entalpia e l’energia libera di formazione dei componenti della reazione di sintesi del metanolo (CH

3

OH) da ossido di carbonio e idrogeno (CO: ∆H°

f

= -26,42 Kcal/mol, ∆G°

f

= -32,78 Kcal/mol; CH

3

OH

(l)

:

∆H°

_f

= -57,04 Kcal/mol, ∆G°

_f

= -39,76 Kcal/mol), stabilire la quantità di calore necessaria per preparare 1 tonnellata di metanolo e il valore della costante di equilibrio in condizioni standard.

21. Il calore di sublimazione dello iodio a 298.1 K é 14.77 kcal/mol. L’entropia assoluta dello iodio solido a 298.1 K é 27.9 u.e./mol. a) Stabilire l’entropia dello iodio gassoso a questa

temperatura. b) Se i vapori di iodio costituissero un gas ideale, quale variazione di entropia si

determinerebbe comprimendo 1.33 moli di iodio gassoso da 10 litri a 5 litri a 150°C?

22. Il seguente sistema reagente ha K

p

= 8.62 2 NO(g) + Cl

2

(g) → 2 NOCl(g)

Quando una data miscela di specie reagenti va all’equilibrio, si osserva P(Cl

2

) = 0.501 atm e P(NOCl) = 0.661 atm. Qual è la pressione parziale di NO nella miscela?

23. Dato il valore di K

c

si 6.0 X 10

^-7

per la reazione 2 ICl (g) ⇄ I

2

(g) + Cl

2

(g)

e partendo con una concentrazione del solo ICl di

0.250 M, quali saranno le concentrazioni di tutte

e tre le specie quando la reazione raggiunge

l’equilibrio?

(3)

3 24. Si consideri il seguente equilibrio:

2 NOCl(g) → 2 NO(g) + Cl

2

(g) ∆H

rxn

= +76 kJ Riempire la tabella sottostante, con frecce su e giù se aumenta e diminuisce, rispettivamente, e frecce destra e sinistra per la direzione di spostamento dell’equilibrio. Se non c’é variazione, mettere 0 in quello spazio.

Che cosa succede al sistema se si:

effetto su [NOCl] effetto su [Cl2] effetto su Kc

(a) toglie del NO ……… ………. …..…..

(b) aggiunge più NOCl ……… ………. ……….

(c) aumenta la T .……… ………. ……….

(d) aumenta la P …….... ………. ……...

25. Il bicarbonato di sodio si decompone secondo la reazione:

2 NaHCO

3

(s) ⇄ Na

2

CO

3

(s) + H

2

O(g) + CO

2

(g) Alla temperatura di 150°C, 100 g di NaHCO

3

(s) sono posti in un recipiente da 10 litri in cui è stato fatto il vuoto. All'equilibrio, nel recipiente è raggiunta la pressione di 1.80 atm. a) Qual è la percentuale di NaHCO

3

che si è decomposta?

b) Qual è la varianza del sistema?

26. Il Solfuro di Argento, è un sale poco solubile con K

ps

= 3.92·10

^-22

a 25°C. Qual è la

concentrazione di Ag

⁺

e di S

^2-

in una soluzione satura di questo sale. Ritenete che tale valore dipenda dal pH? (spiegare)

27. Calcolare la costante di equilibrio K

p

della reazione: Al

2

(SO

4

)

3

(s) ⇄ Al

2

O

3

(s) + 3 SO

3

(g) sapendo che la pressione all’equilibrio è 450 mmHg. Se il volume del recipiente è di 10 litri e la temperatura di 1280°C, determinare la K

c

ed i grammi di Al

2

O

3

che si producono. Qual è l’effetto della temperatura e pressione su questo equilibrio?

28. Dopo avere indicato la struttura (formule di Lewis, tipi di legami e ibridizzazione, eventuali forme di risonanza, tipo di solido se il composto esiste in tale fase a T. amb., ed entità del momento dipolare se si tratta di composti molecolari):

C

2

H

2

, SO

2

Cl

2

, Fe(ClO

4

)

3

·6H

2

O, CF

3

COOH, NaNH

2

a) Indicare quale si scioglie prevedibilmente in acqua; b) qual è elettrolita forte, debole o non elettrolita; c) quale origina una soluzione acida, basica o neutra.

29. Il composto SnCl

2

si comporta sia da acido che da base di Lewis, perché? Scrivere la formula del composto, con i relativi elettroni esterni. Dare un esempio dei due tipi di reazione.

30. Quale frazione di acido propionico

(CH

3

CH

2

COOH) è dissociata nelle seguenti soluzioni? (K

a

= 1.34 x 10

^-5

)

a) 0.100 M, b) 0.010 M, c) 0.001 M

31. Spiegare le basi delle seguenti affermazioni:

a) L’acqua di coordinazione dei metalli di transizione è più acida dell’acqua “libera”

b) Un complesso in cui sono presenti tre leganti ossalato (C

2

O

4

2-

) può avere una geometria di coordinazione ottaedrica.

c) Il più alto stato di ossidazione del Ferro è +VIII con potenziale volt-equivalente di 5.5 V.

32. Scrivere le reazioni di formazione del complesso Cd(NH

4

)

4

2+

e stabilite l’espressione per le relative costanti di equilibrio K

4

e β

₄

.

33. Suddivider i seguenti ossidi tra acidi, basici, anfoteri o neutri:

a. CaO, b. P

4

O

10

, c. TiO

2

, d. N

2

O

5

, e. CO, f. Fe

3

O

4

. Scrivere, per quelli che reagiscono con acqua, i prodotti e le relative stechiometrie di reazione.

34. Quale delle seguenti soluzioni produrrà una soluzione acquosa con pH minore di 7 ?

a. Ca(HCO

3

) b. NH

4

Br c. Na

2

SO

3

d.

LiCN

e. KClO

4

35. Quali tra i seguenti composti è un anfolita e quale esiste come switterione (scrivere le formule relative):

a. NaSCN b. Na

2

HPO

4

c. NH

2

NH

2

d. CH

3

-NH-CH

2

PO

3

H e. Sn(OH)

2



36. Si considerino i seguenti cationi:

a. B

³⁺

; b. Hg

⁺

; c. Cl

⁷⁺

; d. Sb

⁵⁺

; e. K

⁺

;

Determinate l'acidità di ognuno di essi e

scrivere le reazioni dei loro cloruri con H

2

O.

(4)

4 37. Quale è il pH di una soluzione tampone realizzata

aggiungendo 12.0 g di NaH

2

PO

4

e 7.1 g di Na

2

HPO

4

a 500 mL di acqua?

38. Stabilire: a) i centri basici e acidi presenti nella molecola sotto disegnata.

b) gli angoli di legame 1-4 previsti per i corretti stati di ibridizzazione degli atomi indicati

39. La decomposizione del dimetil etere gassoso a pressione ordinaria è del primo ordine. La sua vita media è di 25.0 min a 500°C.

CH

3

OCH

3

(g) → CH

4

(g) + CO(g) + H

2

(g) a) Scrivere la legge cinetica ...

b) Determinare il valore e le unità di misura della costante cinetica ...

b) Partendo da 8.00 g di dimetil etere, che massa rimane (in grammi) dopo 75.0 min?

40. Dire quale delle seguenti affermazioni è vera e perché. Un catalizzatore:

a) aumenta la resa della reazione b) sposta l’equilibrio a destra

c) consente di raggiungere più rapidamente le condizioni di equilibrio

d) aumenta la velocità della reazione

41. L’ozono nella stratosfera si decompone secondo l’equazione: 2 O

3

(g) → 3 O

2

( g )

Il meccanismo della reazione si pensa proceda tramite un veloce equilibrio iniziale e un successivo stadio lento.

Stadio 1 veloce, reversible O

3

(g) a O

2

(g) + O(g) Stadio 2 lento O

3

(g) + O(g) → 2 O

2

(g)

a) Qual è la molecolarità del secondo stadio?

b) Qual è la legge cinetica che meglio corrisponde al meccanismo postulato?

42. Sapendo che la costante di velocità della reazione precedente dipende dalla temperatura

k (min

^-1

) T (K) 0.0409 298 0.0818 308 0.157 318

Stabilire l’energia di attivazione e il parametro pre-esponenziale del processo.

43. Si consideri una cella elettrochimica in cui si abbia luogo la seguente reazione:

3 Sn

²⁺

(aq) + 2 Al(s) a 3 Sn(s) + 2 Al

³⁺

(aq) Quale delle seguenti è la notazione corretta per questa cella?

(a) Al | Al

³⁺

|| Sn

²⁺

| Sn (b) Al

³⁺

| Al || Sn | Sn

²⁺

(c) Sn | Sn

²⁺

|| Al

³⁺

| Al (d) Sn | Al

³⁺

|| Al | Sn

²⁺

44. Si considerino le seguenti semi reazioni:

SEMI REAZIONE E°(V)

F

2

(g) + 2 e

^-

⇄ 2 F

^-

(aq) +2.87 I

2

(g) + 2 e

^-

a 2I

^-

(aq) +0.56 Cu

²⁺

(aq) + 2 e

^-

a Cu(s) +0.34 Al

³⁺

(aq) + 3 e

^-

a Al(s) -1.66 (i) Qual è il più forte agente ossidante? ________

(ii) Qual è il più forte agente riducente _________

(iii) Cu(s) riduce Al

³⁺

(aq) a Al(s)? __________

(iv) F

^-

(aq) riduce I

2

(g) a I

^-

(aq)? __________

(vi) Se si costruisce una batteria usando le coppie I

2

/I

^-

e Al

³⁺

/Al, che voltaggio di cella si ottiene (assumere che tutti i reagenti siano a c.s.)?

45. Stabilire il tipo di elettrodi, la polarità e la direzione del flusso di elettroni e ioni per la seguente pila, schematizzandola:

Fe, Fe(OH)

3 (s)

|| NaCl (0,1 M), H

2

O| O

2

, Pt

46. Il sodio metallico si produce commercialmente per elettrolisi del cloruro di sodio fuso co-producendo cloro come coprodotto. Quanti litri di cloro a 10 atm e 20°C si producono se si fa passare una corrente di 1.00 x 10

³

A attraverso NaCl (l) per 8.0 ore?

47. Determinare per quanto tempo è necessario far passare una corrente di 15 A in una soluzione di Cr

2

(SO

4

)

3

per rivestire un cubetto metallico di 3 cm di spigolo con uno strato di Cromo di 1 mm di spessore. Densità del Cr = 7.20 g cm

^-3

.

48. Cosa s’intende per sovratensione agli elettrodi in un processo elettrochimico?

49. Il diagramma E°/pH per l’elemento Argento (10

^-2

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N° matricola ………. Verifica_IIa 26/01/2010 CCS-CHI

Giustificare sempre le risposte!!!

1. La composizione dell’aria varia poco con l’altezza mentre varia molto la pressione. Dal livello del mare (ASL) a 3000m la pressione si riduce di circa un terzo. Qual è (approssimativamente) la pressione parziale di O

a 3000m ASL?

2. Quale delle affermazioni indica che la legge dei gas ideali è un’approssimazione:

a. Tutti i gas possono essere liquefatti b. Riscaldando un gas in un recipiente da 0 a

550°C raddoppia il suo volume.

c. Se si apre la valvola di un recipiente contenente un gas pressurizzato, il gas uscente si raffredda.

d. Riscaldando un pallone pieno di gas da 0 a 550°C raddoppia il suo volume.

e. Esistono dei gas colorati: Cl

giallo, I

violetto, NO

rosso-bruno

3. La composizione di un gas naturale espressa in

% in peso è: CH

= 72%, C

H

= 16%, N

= 12%.

Calcolare la quantità di CO

formata per combustione di 1 m

di gas a 0°C e 1 atm.

4. Un pallone, contenente 25 litri di elio a 27°C e 1 bar, sale a 6000m, dove la pressione è 0.5 bar e la temperatura è -23 °C. Che volume avrà il pallone a quest’altezza?

5. In un recipiente chiuso, dell’acqua è in equilibrio con aria contenente della CO

(g). Si può aumentare la concentrazione della CO

nell’acqua se si:

a) aumenta la pressione dell’aria.

b) aggiunge più CO

(g) all’aria.

c) aggiunge più N

(g) all’aria.

d) aumenta la temperatura.

e) aggiunge dell’acqua.

6. Stabilire se la CO

può essere utilizzata per palloni aerostatici. Supponete che la

composizione dell’aria sia 80% di N

e 20% di O

in volume. Confrontate le densità dei 2 gas.

7. Qual è la pressione totale (in atm) di una miscela di gas contenente 2.00 g di H

(g) e 16.00 g di Ar(g) in un recipiente di 3.00 L a 30°C?

a) 34.6; b) 11.54; c) 1.142; d) 19.76; e) 59.2

8. Quale massa di vapor d’acqua vi aspettate di trovare nell’aria di una stanza da bagno quando l’acqua è stata lasciata nella vasca a 40°C? Le dimensioni della stanza sono 2 x 2.5 x 2.5 m e la tensione di vapore dell’acqua a quella

temperatura è di 7.4 kPa.

9. In base al diagramma di una certa sostanza sotto riportato, a) quale fase è presente a 1.5 atm e a 150°C? b) posizionate sul diagramma il punto critico e il punto triplo. c) esistono forme polimorfe del composto? d) stabilire la varianza nel punto indicato col cerchio nero.

10. La solubilità dei gas generalmente (aumenta, diminuisce, non varia molto) se si aumenta la pressione; la solubilità dei liquidi e dei solidi generalmente (aumenta, diminuisce, non varia molto) se la pressione cresce. a) Sottolineare la scelta e giustificare. b) Quali funzioni

termodinamiche sono coinvolte nella risposta?

11. Quale delle seguenti molecole ha il più alto momento dipolare: CF

, PF

, CH

, CS

, o PF

? Quale delle seguenti molecole ha il più basso momento dipolare: HBr, NH

, BF

, HF, o HCl?

P atm

T(°C) 1.0

2.0

100 150 200 250

2 12. Qual è il punto di ebollizione di una soluzione

ottenuta aggiungendo 75.0 g di S

a 500 g di CCl

? (b.p. normale di CCl

= 76.5°C; k

= 4.95 K/m)

a) 77.9°C; b) 73.6°C; c) 75.1°C; d) 79.4°C; e) 76.5°

13. Un alto punto di fusione si osserva in composti a elevata energia reticolare e anche con alta entalpia di dissociazione. a) Quale composto ionico prevede abbia il più basso punto di fusione -- CsI, MgO, CaCl

, Al

O

o KCl,?

b) Sapreste metterli in ordine di p.f. crescente?

14. Quando 50.0 mg di un composto sconosciuto sono sciolti in 12.0 g di canfora fusa, il sistema cristallizza a 177.5°C. Il punto di fusione della canfora pura è 179.8°C; k

= 39.7 K/m. Qual è la massa molare del composto sconosciuto?

15. Una forma polimorfa del carburo di silicio, SiC, cristallizza in un reticolo tipo diamante, mentre il nitruro di boro, BN, cristallizza in una forma simile a quella della grafite. Indicare il tipo di cella elementare e quanti atomi questa contiene nei due casi.

16. Dal rapporto tra i raggi del catione e quello dell’anione di un solido ionico è possibile stabilire il numero di coordinazione degli ioni.

Perché?

Noti i raggi ionici dei seguenti cationi Be

(0.31 Å), Na

Politecnico di Milano – Chimica Generale Cognome_ Nome__