1. Qual è il valore delle espressioni

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Politecnico di Milano – Chimica Generale Cognome/Nome_________________________________

1° sem. Data: 25/11/2014 “I ^a verifica” N° matricola __________________________

N.B. Fornire sempre una breve giustificazione della risposta. (Correzione scritto)

1. Qual è il valore delle espressioni

a) (0.41 H 10 ³ ) H (3.65 H 10 ^-4 ) : (1.5) = 0.10 b) 3.50 kJ + 1260.36 J + 5.425H10 ³ J = 10.19 kJ si applicano le regole minor numero di cifre significative per le moltiplicazioni e del numero dei decimali per le somme.

2. Nel sistema S.I. le unità per la quantità di sostanza, energia e massa, sono:

Q di sostanza [mol];

energia [J = kg·m·s ^-2 ] massa [Kg massa ]

a) Quali di queste sono grandezze intensive?

Nessuna perché tutte dipendono dalla massa del campione.

3. Il composto CH 3 CH 2 OH bolle a 60.0 °C ad una pressione di 350 mmHg. Nella scala assoluta tale temperatura corrisponde a T = 333.15 K e la pressione in unità SI vale P = 4.7·10 ⁴ Pa (valore e unità di misura)?

T(K) = t(°C) + 273.15 350 mmHg = 350/760 atm

= (350/760)x1.01325·10 ⁵ Pa 4. Si sono ottenuti i seguenti risultati per la

molarità di una soluzione di idrossido di sodio:

0.1029, 0.1055, 0.1036, 0.1032, e 0.1024.

Calcolare la media e la deviazione standard per il gruppo di dati. Che criteri si applicano per stabilire un livello di confidenza del 95%?

5. Quale delle seguenti è una proprietà chimica dell’elemento potassio?

a) Si ottengono gocce lucenti quando si scalda cautamente il potassio in atmosfera di azoto.

b) Un cubo di potassio, dallo spigolo di 1 dm, pesa meno di un 1 L di acqua.

c) L’idrossido di potassio si ottiene per cauta aggiunta del potassio all’acqua.

d) Campioni di potassio possono essere laminati in fogli sottili e tirati in fili sottili.

E’ l’unica reazione chimica:

K (s) + H 2 O (l) → KOH (id) + ½ H 2(g)

6. La formula chimica del catalizzatore di Wilkinson [((C 6 H 5 ) 3 P) 3 PtCl] contiene in totale quanti atomi? [3×(11)+1]×3 + 2 = 104

7. Quali dei seguenti sono elementi della serie d?

a) Re b) Bi c) K d) Th e) Zn Sono gli unici ad appartenere al gruppo centrale dei metalli di transizione (orbitali d esterni) 8. Qual è la massa di 100 atomi di rame? (N Av =

6.022×10 ²³ /mol)

(100 x MW Cu )/N Av = (100 x 63.55)/6.02·10 ²³ = = 1.06·10 ²⁰ g

9. Quanti neutroni, protoni ed elettroni sono presenti nel seguente atomo? ¹⁵³ ₆₄ Gd

n: _89___ p: __64__ e: __64___

10. Completare la seguente reazione nucleare:

₁₀ ²⁰ Ne  ₂ ⁴ He  ₁₂ ²⁴ Mg  

Bilancio di neutroni e protoni (il magnesio formato è eccitato e decade emettendo raggi .)

11. Un elemento immaginario X consiste di due isotopi di massa 100.00 e 102.00. Un

campione di X è risultato composto per l’80%

di ¹⁰⁰ X e per il 20% di ¹⁰² X. Quale è la massa atomica media di X nel campione?

Massa = (100.00×0.80) + (102.00×0.20) uma = = 100.40

12. Un campione di 1.00 g di cobalto-60 (MW = 59.92 g/mol) ha un’attività di 1.1×10 ³ Ci (1 Curie = 3.700×10 ¹⁰ atomi che decadono/secondo).

Determinare la costante di velocità del processo.

a) 3.700×10 ^-10 s ^-1 b) 4.1×10 ^-9 s ^-1 c) 1.01×10 ²² s

10

3.7 10 disintegr./s 13

N° disintegr./s (attività Ci) .= 4.07 10

1 Ci

  

    

 

N 0 atomi ⁶⁰ Co in 1 g = 1.005·10 ²² atomi (1.1·10 ³ Ci)(3.700·10 ¹⁰ atomi/s/Ci) = = 4.1·10 ¹³ atomi che decadono/s 4.1·10 ¹³ atomi dec/s = k[1.01·10 ²² atomi]

k = 4.1·10 ^-9 s ^-1

13. Il Samario è un (metallo) (nonmetallo) (metalloide) _ metallo __ avente simbolo __Sm_ ed un numero atomico di __62_. E' collocato nel Gruppo

Lantanidi e nel Periodo _6_ della tabella periodica.

L'elemento ha _62_ protoni nel nucleo. Lo ione Sm(III) ha formula _Sm ³⁺ _ e possiede_59 elettroni.

L'isotopo più abbondante del samario ha numero di massa 152, un isotopo con _90_

neutroni nel nucleo. Il metallo alcalino dello stesso periodo del Samario è _Cs_ .

1

media / 0.1035

N i i

x N





   

2 2 3

1

varianza ( ) 1.91 10

N i i

 x  ^



     

2 14. Un campione di acido oleico (formula

C 18 H 34 O 2 ) ha fornito la seguente analisi elementare: C 75.94% H 12.08% O 11.03%.

Questi dati sono compatibili con un prodotto puro.

MW = 282,46; dalla formula si ricava:

Anal. El. %C = (18x 12,01)/282,46 = 76.53%

%H = 12.13%

% O = 11.33%

Gli errori sperimentali sarebbero eccessivi. Il prodotto è sporco di altri composti.

15. Indicare quali di questi composti o elementi esistono in forme polimeriche o come singole molecole, giustificando le risposte:

Se(s), Na 2 O(s), Ir(s), NO 2 (g), H 2 S(l)

16. Riempire le caselle vuote della tabella sottostante (segnalare tra le note i composti non ionici).

Catione Anione Formula Nome Note

Ca ²⁺ SO 4 2- CaSO 4 ·2H 2 O Solfato di calcio biidrato sale

Mg ²⁺ CO 3 2- MgCO 3 Carbonato di magnesio sale

SF 6 Esafluoruro di zolfo covalente

Cr ³⁺ OH ^- Cr(OH) 3 Idrossido di cromo(III) ionico

C 12 H 26 Dodecano (idrocarburo saturo) covalente [Ag(NH 3 ) 2 ] ⁺ PO 4 3- [Ag(NH 3 ) 2 ] 3 PO 4 Fosfato(V) di diamminoargento(I) sale comp.

H ⁺ HCOO ^- HCOOH Acido formico diss. parz.

NH 4 + [IrCl 6 ] ^2- (NH 4 ) 2 [IrCl 6 ] Esacloroiridato(IV) di ammonio sale comp.

17. Assegnare il numero di ossidazione a ciascun atomo sottolineato.

a) P 4 O 10 _5__ b) CH 3 CN _-3_ _+3_ c) NO 3 ⎯ _5___ d) H 2 PO 4 ⎯ __5___ e) [Pt(NH 3 ) 2 Cl 2 ] _2_

18. Scrivere l’equazione corrispondente alla reazione di combustione del butano con aria in eccesso.

C 4 H 10 + 13/2 O 2 → 4 CO 2 + 5 H 2 O (reazione in fase gas)

19. Classificare le seguenti reazioni dopo averle completate e bilanciate:

Tipo di Reazione Reazione

Ossido-riduzione _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ S 2 O 8 2− (aq) + 2 I ⎯(aq) → 2 SO 4 2− (aq) + I 2 (s)

Salificazione (acido-base) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Ca(OH) 2 (s) + 2 CH 3 COOH(aq)  Ca(OCOCH 3 ) 2 + H 2 O Redox (combinazione e formazione) _ _ _ _ _ _ N 2 (g) + 2 H 2 (g) → NH 2 NH 2 (l)

Complessazione (acido-base)_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ PtCl 2 (aq) + 2 NH 3 (aq)  [Pt(NH ₃ ) 2 Cl 2 ](s) Disidratazione (acido-base) _ _ _ _ _ _ _ _ Na 2 CO 3 ·10H 2 O(s)  Na 2 CO 3 (s) + 10 H 2 O(g)

20. Quanti grammi di ammoniaca si formeranno se un grammo di idrogeno reagisce completamente secondo la seguente equazione? N 2 (g) + 3H 2 (g) → 2NH 3 (g)

A. 2.0 B. 5.7 C. 8.5 D. 17 moli NH 3 = 2/3 moli H 2 moli H 2 = 1.00/(1008x2)

grammi NH 3 = moli x 17.031 = 5.65 g

21. L’acido solforico concentrato, H 2 SO 4 , è puro al 96.0 % (p/p) ed ha una densità di 1.84 g/mL. Calcolare la molarità dell’acido solforico concentrato.

Molarità = moli/volume kmoli (H 2 SO 4 ) in 1 litro = (1,84 kg × 0.96)/MW (H 2 SO 4 ) = 0,0180 kmol Molarità = 18.0 M

22. Una soluzione acquosa contiene 101.9 ppm (mg/L) di ioni Fe ²⁺ . A) Calcolare la concentrazione di Fe ²⁺

in molarità. B) Una porzione di 4.00 mL di tale soluzione viene diluita a 250 mL (in matraccio graduato) con acqua deionizzata. Calcolare in ppm la concentrazione finale della soluzione di Fe ²⁺ diluita.

A) Molarità = moli/volume = (101.9x10 ^-3 g/L)/MW Fe = 1,825x10 ^-3 moli/L = 0.001825 M B) = (101.9 x 4)/250 = 1.630 ppm

23. Quanti chilogrammi di zolfo sono contenuti in 10 kg di acid solforico?

A. 6.53 B. 3.26 C. 1.95 D. 1.63 da (10/98.08)x32.06

molecole

polimeri

3

24. 25 mL di una soluzione di idrossido di potassio, KOH, reagiscono completamente con 18.5 mL di una soluzione dell’acido diprotico H 2 C 2 O 4 0.25 M. Qual è la molarità della soluzione di KOH?

(V × M) base =( V × M) acido × 2 da cui M base = (2 × 18.5 x 0.25) / (25) = 0.37 moli/L

25. Identificare l’agente limitante e calcolare la resa e l’economia atomica di C 6 H 5 Br 2 per la reazione:

C 6 H 6 + 2 Br 2 C 6 H 4 Br 2 + 2HBr , sapendo che si è partiti da 78 g di benzene e 160 g di bromo e si sono ottenuti 110 g di C 6 H 5 Br 2 .

moli (C ₆ H ₆ ) = 78 g / ( 78.11 g/mol) = 0.996 mol ; moli (Br ₂ ) = 160 g / ( 79,904×2 g/mol) = 1.001 dal confronto tra le moli di C ₆ H ₆ e ½ delle moli di Br ₂ si deduce che l’agente limitante è il bromo.

Resa = moli pratiche/moli teoriche = [(110/ 235.90) × (2)]/(1.001) × 100 = 93,2 %

Economia atomica % = (MW _prodotto /MW reagenti ) ×100 = 235.90/(78.11 + (4×79.90))×100 = 59.3 % 26. 300 grammi di un composto a 10 °C sono scaldati con 14640 Joule di energia. Qual è la temperatura

finale del composto, sapendo che il calore specifico di questo composto è 2.44 J·g ^-1 ·K ^-1 . Q = c p × massa × T = 2.44 J·g ^-1 ·K ^-1 × (T (K) - 283) × 300 g da cui T = 303 K (30 °C)

27. A campione di fruttosio, C 6 H 12 O 6 , di massa 4.50 g viene bruciato in un calorimetro a bomba. La capacità termica del calorimetro è 2.115×10 ⁴ J·°C ^-1 e la temperatura del calorimetro sale da 23.49 °C a 27.71 °C.

Calcolare il valore del calore q per la combustione di 1 mole di fruttosio. La massa molare del fruttosio è 180.159 g/mol.

Q = c p (calorimetro) × T = 2.115×10 ⁴ J·°C ^-1 × (27.71 – 23.49)°C = 8.925×10 ⁴ J da 4.50 g di fruttosio Calore molare: Q × (180.159/4.50) = 3573 kJ

28. Date le equazioni termochimiche a 25°C sotto riportate,

2KCl(s) + 3 O 2 (g) → 2KClO 3 (s) H = +78.0 kJ P 4 (s) + 6 Cl 2 (g) → 4PCl 3 (g) H = -1148.0 kJ P 4 (s) + 2 O 2 (g) + 6 Cl 2 (g) → 4 POCl 3 (g) H = -2168.8 kJ

determinare il H per la reazione: KClO ₃ (s) + 3 PCl 3 (g) → 3POCl 3 (g) + KCl (s)

La reazione è il risultato della somma della metà della prima reazione rovesciata + ¾ della seconda reazione rovesciata + ¾ della quarta reazione diretta. Pertanto, il bilancio energetico associato alla reazione è:

AH _reaz = ¾ (-2168.8) + ¾ (+1148.0) + ½ (-78) = -1626.6 – 861 + 39 = -804,6 kJ/mol 29. L’energia reticolare di CaS è 3100 kJ·mol ^-1 . L’energia reticolare approssimata di KCl sarà:

a) 716 kJ·mol ^-1 b) 310 kJ·mol ^-1 c) 1033 kJ·mol ^-1 d) 1550 kJ·mol ^-1

E’ circa un quarto per la legge di Coulomb delle attrazioni ioniche (considerando costante la costante M) 30. Classificare ognuno dei seguenti composti in metallici, ionici, reticoli covalenti o molecolari, e ordinarli

secondo variazioni di entalpia crescenti per i relativi processi di dissoluzioni in acqua:

a) HI(s) b) CH ₃ COOH(s) c) C(grafite) d) W(s) e) NaI(s).

Molecolare molecolare reticolo coval. Ret. Metallico Reticolo ionico

< 0 < 0 > 0 > 0 < 0 -H HI > NaI > CH 3 COOH > W > C(grafite)

31. Quale tra le seguenti radiazioni porta più energia e quale ne porta meno? Fornirne il valore per 1 mole di fotoni. (h = 6.6260755H10 ^-34 J·sec, R H = 109677.581 cm ^-1 ):

a) Luce con  = 10 Hz b) Raggi  c) Microonde (10 ^-3 m) d) Luce visibile e) Luce con  = 2537 Å E = h·c/= 6.626×10 ^-34 ×3×10 ⁵ /253.7×10 ^-9 m = 7.84×10 ^-19 J

E = h = 6.6260755H10 ^-34 J·s x 10 s ^-1 = n = 6.6260755H10 ^-33 J

Hanno più alta energia i raggi gamma (= 10 ^-12 m) e più bassa energia la radiazione con v = 10 Hz.

4 32. Riempire gli spazi bianchi sottolineati:

Lo stato ad energia più bassa di un atomo è lo stato _fondamentale_, e gli stati ad energia superiore sono gli stati _eccitati_. La meccanica quantistica ci dice l’elettrone può essere descritto da _funzione d’onda_ e che un livello energetico principale, detto _strato_ può essere suddiviso in _sottostrati_. I tipi di queste suddivisioni, in ordine di energia crescente, sono _n_, __p__, __d__, e __f_ . Le regioni di spazio in cui si ha il 95% di probabilità di trovare elettroni in un atomo sono dette _orbitali_ . Il sottostrato s ha __0__, quello p ha _3__, quello d ha __5__ e quello f ha __7__ livelli degeneri. Ciascun orbitale può ospitare _2_ elettroni che differiscono per _lo spin_. La forma dell’orbitale p è descritta da _un doppio lobo_ e ha simmetria _antismmetrico__.

33. Usando la notazione spettroscopica [1s ² 2s ² …], scrivere le configurazioni elettroniche per i seguenti ioni:

(a) As ^3- (notazione completa) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6.

(b) Bi ³⁺ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2 4d10 5p6 4f14 5d10 6s2 Oppure [Xe]4f14 5d10 6s2

34. Per la regola di Hund quanti elettroni spaiati possiedono i seguenti atomi o ioni in fase gas Na ⁺ , Fe, Rh ³⁺ , N ^3- , Se ^- ? Scriverne di due la configurazione elettronica.

Na ⁺ nessuno (conf. da gas nobile tutti gli elettroni appaiati)

Fe 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁶ (6 elettroni in 5 orbitali d , quindi quattro elettroni spaiati - paramagnetico) Rh ³⁺ [Kr] 4d ⁶ (come per il ferro, paramagnetico)

N ^3- 1s ² 2s ² 2p ⁶ (diamagnetico)

Se ^- 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁵ (paramagnetico , 1 elettrone spaiato)

35. Stimare il valore del campo elettrico efficace (Z eff ) sentito dall’elettrone più esterno del catione bivalente dell’atomo con la seguente configurazione elettronica: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ³ .

E’ il Br ²⁺

(1s) ² (2s,2p) ⁸ (3s,3p) ⁸ (3d) ¹⁰ (4s,4p) ⁵ configurazione (+2) carica (n-3) (n-2) (n-1) (n-1) (n)

S = 2(1.00) + 8(1.00) + 18(0.85) + 4(0.35) = 26,7 (schermo) La Z eff perciò sarà : Z eff = 35 – 26,7 = 8.3

36. Cosa si intende per regola diagonale nell’assegnazione dei livelli energetici in atomi plurielettronici?

Il rispetto nella sequenza dei livelli energetici degli atomi di una successione prevista dalla

combinazione la n+l dei numeri quantici, cioè in una schema visivo dalla regola della diagonale nel

diagramma n contro l.