1
Politecnico di Milano – Corso: Chimica Generale Cognome/Nome __________________________
1° sem. Data: 23/11/2015 “I° Scritto” N° matricola __________________________
Giustificare sempre le risposte!!!
1. Eseguire i seguenti calcoli trattando correttamente le cifre significative:
a. 53.987 mg – 0,053110 g ______0.877mg b. (1.3·103)×(5.724·10-4) =_________= 0.74 c. 0.0422 : 2.020·103 _________= 2.09·10-5 2 Un pezzo di una tubazione di plastica in PVC
sposta 60 mL quando posto in un contenitore d'acqua. Se il tubo ha una massa di 78 g, qual
è la densità del PVC?
d = massa/volume = 1.3 g/mL
3. Il composto CH3I bolle a 41 °C. Nella scala assoluta tale temperatura corrisponde a ___K?
K = °C + 273.16 = 314 K (fatt. di conversione) 4. Classificare le seguenti proprietà in intensive o
estensive, chimiche o fisiche:
Proprietà intensiva/estensiva fisica/chimica entalpia estensiva chimica/fisica
densità intensiva fisica
esplosività intensiva chimica
massa estensiva fisica
corrodibilità intensiva chimica
N.B. il H può avere origine chimica o fisica!
5. La densità energetica nel sistema SI ha le seguenti unità: m−1·kg·s−2. Come si esprime in termini di potenza (Watt) o energia (J)?
Densità energetica = J/m3 da definiz. energia 6. Si abbia 0.125 moli di ciascuno dei seguenti
elementi o composti: Ca, Si, CaC2 e SiO2. Quale campione ha la massa maggiore (fornendone il valore)?
CaC2 in base a PM ; 64.10×0.125 = 8.01 g 7. Un tipico nucleo atomico è dell’ordine di:
a) 3 fm b) 10 Ǻ c) 100 m d) 2·10-3 pm
1-4 fm e 1-4·10-3 pm 8. Qual è l’atomo mancante n= h·ella seguente
reazione di fissione del Plutonio?
14 17
7N 8O
(1 protone)
24He147N 11H 178O
9. Determinare la formula empirica di un composto che contiene il 21.2% di azoto, 6.1 % di
idrogeno, 24.2% di zolfo e il 48.5% di ossigeno.
21.2 g N ×(1 mol N/14.01 g N) = 1.51 mol N 2 6.1 g H ×(1 mol H/1.008 g H) = 6.1 mol H 8 24.2 g S ×(1 mol S/32.07 g S) = 0.75 mol S 1 48.5 g O ×(1 mol O/16.00 g O) = 3.03 mol O 4
10. La massa molare della nicotina è 162.1 g/mo!.
Essa contiene 74.0 % di carbonio, 8.7 % di idrogeno, e 17.3 % di azoto. Determinarne la formula empirica e quella molecolare.
74.0 g C ×(1 mol C/12.01 g C) = 6.16 mol C 8.7 g H ×(1 mol H/1.008 g H) = 8.6 mol H 17.3 g N ×(1 mol N/14.01 g N) = 1.23 mol N Elementare C5H7N ; molecolare C10H14N2
11. Scrivere la parola della frase che meglio si adatta alla descrizione sottostante:
a) degli elettroni sono espulsi da metalli usando luce di una specifica frequenza Effetto fotoelettrico (E = hper metalli) b) molto vicino al valore vero
accuratezza (distinta da precisione!) c) numero totale di protoni e neutroni nel nucleo di un atomo
numero di massa (A)
d) parte di un campione che ha composizione e proprietà uniformi
miscela omogenea (non ci sono fasi distinte) e) energia richiesta per allontanare un secondo elettrone da un atomo potenziale di seconda ionizzazione
12. Scrivere la parola della frase che meglio si adatta alla descrizione sottostante:
f) capacità di un atomo ad attrarre elettroni quando l'atomo è legato in un composto elettronegatività (scala Pauling o altre; F = 4) g) distanza tra due creste di un'onda
lunghezza d'onda (legata a c dalla relazione c =
h) frequenze della luce emesse da un elemento
spettro di emissione di atomi gassosi (a righe) i) la più piccola particella di un elemento che conserva le proprietà dell'elemento a bassa temperatura
nucleo/atomo (non modificabile con mezzi chimici a bassa T)
l) afferma l'impossibilità di conoscere nello stesso tempo la velocità e la posizione di una particella in movimento
principio di Heisemberg:
13. La lunghezza d'onda uscente da un laser ad argon è 488.0 nm. Calcolare: a) la frequenza di questa lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica e b) l'energia trasportata da una mole di questi fotoni.
· = c da cui (4.88·10-7 m) (x) = 3.00·108 m·s.1 x = 6.15·1014 s-1
E = h ·= 4.07·10-19J Emolare = N·E = 245 kJ
2
·14. Un elemento X è costituito da due isotopi di massa 78.92 e 80.91. Un campione di X risulta composto per il 50.69% di 79X e per il 49,31%
di 81X. Quale è la massa atomica media di X nel campione?
a) 97.28 b) 79.41 c) 79.92 d) 79.90 Definizione di peso atomico medio:
(78.92 x 0.5069) + (80.91 x 0.4931) = 79.90
15.Il gallio è un (metallo) (nonmetallo) (metalloide) metallo __ avente simbolo _Ga__ e un numero atomico di _31__. E' collocato nel gruppo IIIA/13__ e nel periodo _4_ della tabella periodica. L'elemento ha _31__ protoni nel nucleo. Lo ione Ga3+ possiede _28_ elettroni.
L'isotopo più abbondante del gallio è 69Ga, un isotopo con __38___ neutroni nel nucleo. Un metallo appartenente allo stesso periodo del gallio è _Calcio (Ca)___ (fornire nome e simbolo).
16. Riempire le caselle vuote della tabella sottostante (segnalare i composti covalenti).
Catione Anione Formula Nome
-- -- ICl3 Tricloruro di iodio (covalente per bassa )
Fe3+ O2- Fe2O3 Ossido di Ferro (III) o ossido ferrico Ca2+ SO42- CaSO4·2H2O Solfato di calcio biidrato
Mg2+ [PF6]- Mg[PF6]2 Esafluorofosfato(V) di magnesio
Na+ BH4- NaBH4 Sodioboroidruro (tetraidroborato di sodio) [Ni(H2O)(NH3)3]2+ Cl- [Ni(H2O)(NH3)3]Cl2 Dicloruro di acquotriamminonichel(II)
-- -- C12H26 Dodecano (covalente)
NH4+ S2O82- (NH4)2S2O8 Persolfato di ammonio
Fe3+ SCN- Fe(SCN)3 (tri)Solfocianuro di Ferro(III) (complesso neutro)
17. Assegnare il numero di ossidazione a ciascun atomo sottolineato:
(a) NiCO)4 ____ (b) HS2⎯ ____ (c) lO7____ (d) [Cd(CN)4]2⎯ ____ (f) CH3COCN ___ , ___ e ___
0 -1 +7 +2 -3 +2 +3 (da regole su N.Ox) 18. L'acido solforico (H2SO4) reagisce con ammoniaca (NH3) producendo il fertilizzante solfato di ammonio
((NH4)2SO4). Qual è la resa teorica di solfato di ammonio che si può ottenere da 2,0 kg di acido solforico? Si è trovato che si formano 2.2 kg of fertilizzante. Determinare la resa %.
Si recupera la resa teorica dalla reazione acido/base: H2SO4 + 2 NH3 → (NH4)2SO4 convertendo la quantità in moli di acido in massa di solfato ammonico in pase al suo PM.
Teor. 2.69 kg ; Resa% = (Reale/Teorico)x100 = 81.7%
19. Completare le seguenti reazioni con i prodotti mancanti e quindi bilanciarle:
a) TiCl4(l) + 2 H2O → TiO2(s) + 4HCl(aq) _reazione acido base del liquido TiCl4 con H2O e formazione di TiO2 solido perché caratterizzato da elevata energia reticolare.
c) CaCl2 + H2O → Ca2+(aq) + 2 Cl-(aq) Dissoluzione del sale in acqua (solo idratazione degli ioni) 20. Scrivere le reazioni di prima e seconda dissociazione dell'acido carbonico (biprotico) nonché quella di
dissoluzione del carbonato di calcio (sale poco solubile in acqua) in una soluzione acquosa 1 Molare di acido nitrico.
H2CO3 + H2O → H3O+ + HCO32- (Ka1) e HCO32- + H2O → H3O+ + CO32- (Ka2) CaCO3(s) + 2 HNO3 → Ca2+(aq) + 2 NO3-(aq) + CO2 + H2O
21. Classificare le seguenti reazioni dopo averle completate e bilanciate (scrivendone, ove appropriato, l’equazione ionica netta):
Tipo di Reazione (redox, A/B, diss. com.) Reazione
_Idrolisi (A/B)_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ PCl5(s) + 4 H2O(l) H3PO4 + 5 HCl
_doppio scambio e precipitazione (A/B) _ _ _ Pb(NO3)2 + H2SO4 PbSO4 ↓ + 2 HNO3
_redox (corrosione metallica)__ _ _ _ _ _ _ _ 4 Cs(s) + O2(g) 2 Cs2O
_ decomposizione (redox) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ C2H5-N=N-C2H5 (g) C4H10(g) + N2(g)
_ redox (attacco di un metallo con acido ox)_ 3 Cu(s) + 8 HNO3(aq) 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
22. Determinare quanti grammi di K2Cr2O7 sono necessari per fare 50.00 g di iodio molecolare secondo la seguente equazione. Assegnare ad ogni composto lo stato fisico (s, l, g) in cui si trova a 25°C e P = 1 atm.
3
K2Cr2O7(aq) + 6NaI (aq) + 7H2SO4(aq) → Cr2(SO4)3 (aq) + 3I2(s) + 7H2O + 3Na2SO4(aq) + K2SO4(aq)
moli I2 = 50.00/253.81 = 0.1970; moli K2Cr2O7 = (1/3)(0.1970) ; grammi bicromato = 1/3(0.1970) (294.185) = 19.32 23. Dopo aver scritto la reazione di salificazione completa dell'acido fosforico con l'idrossido di sodio, stabilire quale
volume di NaOH 0.150 M è richiesto per far reagire completamente 50.0 mL di acido .fosforico (H3PO4) 0.100 M.
H3PO4 + 3 NaOH → Na3PO4 + 3 H2O (eq. netta 3 H+ + 3 OH- → 3 H2O)
50 mL di H3PO4 0.100 M corrispondono a 5,00 mmoli di acido che essendo triprotico genera 5.00 x 3 = 15.00 mmol di ioni H+ che reagiranno con la stessa quantità di ioni OH-. Da cui si deduce che la quantità di NaOH sarà gNaOH
= (5.00 x 3)/0.150 = 100 mL
24. Ordinare i seguenti gas in ordine di forze di attrazione intermolecolare crescenti, indicandone la natura.
a. NH3 b. CH4 c. O2 d. He e. HF
He O2 CH4 NH3 HF HF più altobollente perché legame a idrogeno più forte per
( London ) (dipolo dipolo e Legame H)
25. Stabilire i tipi di legami (ionico, covalente, covalente polare o metallico) presenti nei seguenti composti e il loro stato fisico a condizione normale (c.n.):
a. PCl5 b. MgCl2 c. CCl4 d. Fe2O3 e) Na/Hg
covalente ionico covalente polare ionico metallico (lega)
(solido) (solido alto pf) (liquido bassobol.) (solido alto pf) (solido basso pf o liquido)
26. L’ammoniaca si produce con il processo Haber usando azoto e idrogeno gassosi. Se 85.90 grammi di azoto sono fatti reagire con 21.66 grammi di idrogeno e la reazione fornisce 98.67 grammi di ammoniaca, qual è la resa percentuale della reazione? 3 H2(g) + N2(g) → 2 NH3(g)
Agente limitante: il minore di moli/coeff. stechiometrico (N2) perché: 3.068/1 (N2) ; (21.66/2,016)/3 = 3.58 = 3.58 (O2) ; ammoniaca teorica producibile = 3.068 × 2 × 17.03 = 104.5 g ; Resa% = 94.4%
27. Quale sequenza di punti di fusione vi aspettate per i seguenti composti ionici:
a) NaCl, b) CsBr, c) MgCl2 d) CaCl2 e) Na2O f) CaO b) < a) < c) < d) < e < f per la legge di Coulomb E = (q1 x q2)/r
28. Cosa s'intende per idratazione di uno ione e di che entità è l’energia d'idratazione di Ca2+ in kJ/mol?
L'idratazione è il fenomeno per cui sali e molecole molto polari si sciolgono in una grande quantità d'acqua a seguito della solvatazione degli ioni positivi e negativi preesistenti o formati. Gli ioni idratati sono complessi tra lo ione e le molecole d'acqua (in numero limitato (4-6), ulteriormente solvatati da altre molecole d'acqua in sfere d'idratazione successive.
L'energia d'idratazione dello ione Ca2+ è dell'ordine di -1600 kJ·mol-1 da confrontarsi con il valore dello ione Na+ che vale -400 kJ·mol-1. La differenza è dovuta alla carica 2+ del Ca2+ rispetto a quella 1+ Na+.
29. Calcolare la molarità di una soluzione preparata facendo assorbire 42 grammi di HBr gas in 136 grammi di acqua a 20°C. La densità a 20°C della soluzione finale è 1.191 g/mL. Determinare poi la frazione molare dell'HBr nella soluzione.
Moli di HBr = (42 g)/(80.911 g/gmol) = 0,52 moli. Volume soluzione = m/d = 178/1.191 = 149 mL
Molarità(HBr) = 0.52 mol/0.149 L = 3.5 M. Frazione molare = mol HBr /(mol tot.) = 0.52/(0.52 + (136/18)) = 0.064.
30. Qual è il U per un sistema che passa per i seguenti due stadi:
Stadio 1: Il sistema assorbe 60 J di calore mentre si compie un lavoro di 40 J su di esso.
Stadio 2: Il sistema rilascia 30 J di calore mentre compie 70 J di lavoro.
U = (+60 J + 40 J) + (-30 J – 70 J) = 0 J per le definizioni dei segni di calore e lavoro
31. Un campione di 1.55 g di CH4O è bruciato in un calorimetro. Se il calore di combustione molare di CH4O è -725 kJ·mol-1, e assumendo che 2.0 litri di acqua assorbano completamente il calore di combustione, quale variazione di temperatura subirà l'acqua?
1 CH4O(l) + 3/2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) Hºc = -725.8 kJ
Moli CH4O = 1.55/32.04 = 0.0484 ; calore prodotto = 0.0484 moli x (-725 kJ/mol) = 35.1 kJ 4.18 x 2000 x T = q T = 4.2 °C
32. Date le energie di dissociazione di legame (N≡N 946 kJ/mol; F-F 159 kJ/mol; N-F 272 kJ/mol) calcolare l’entalpia standard molare (∆Hº) di formazione di NF3.
1/2 N2(g) + 3/2 F2(g) → NF3(g) Hprodotto – Hreagenti = Hreazione = Hformazione = - (3x272 – 3/2x159 – ½ 946) = -105 kJ/mol.
