Politecnico di Milano – Chimica Generale Cognome/Nome_________________________________

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1 Politecnico di Milano – Chimica Generale Cognome/Nome_________________________________

1° sem. Data: 06/02/2017 “II

^a

verifica scritta” N° matricola __________________________

N.B. Fornire sempre una giustificazione della risposta, altrimenti l’esercizio è considerato non fatto!

1. a) Schematizzare in un disegno la pila basata sulla seguente reazione:

Pb(s) + PbO

2

(s) + 2H

2

SO

4

(aq) → 2PbSO

4

(s) + 2H

2

O(l)

b) Scrivere la semi-reazione anodica e quella catodica e localizzare nello schema di pila dove si trovano tutte le specie ridotte e ossidate.

c) Calcolare il potenziale effettivo della cella in condizioni standard.

2. L’elettrolisi di Al

₂

O

₃

sciolto in criolite fusa produce il metallo alluminio. Se la cella elettrolitica opera a 3.0 V e 2.0·10

⁶

A, quanto tempo deve passare per produrre 1.00 kg di alluminio? Quanti kWh di energia si consumano per produrre tale quantità di alluminio?

2. Stabilire il ∆S per la seguente pila a concentrazione operante a 25°C: Pt/H

2

, H

⁺

(0.01 M)//H

⁺

(10

^-5

M), H

2

/Pt b) calcolare la differenza di potenziale della pila, c) calcolare il ∆G° della reazione su cui si basa la pila.

3. Bilanciare la seguente reazione: PbS + NO

3

-

+ H

₃

O

⁺

→ Pb

²⁺

+ NO + S

₈

+ H

₂

O

e calcolare la quantità di vapore (in litri, misurato a 1 atm e 100°C) massimo ottenibile a partire da 30.00 g di PbS e da 6.50 g di HNO

3

.

4. Considerare le specie O

2

, O

2−

, e O

22−

. Quale di queste specie sono paramagnetiche?

(usare la teoria degli orbitali molecolari per fornire la risposta e assegnare l’ordine di legame).

5. Quante moli di un gas ideale monoatomico alla pressione di 50 kPa e temperatura di 50 °C sono contenute in un recipiente con volume pari a due litri?

6. Una miscela gassosa è costituita da 330 mg di metano, 300 mg di argon e 40.5 mg d’idrogeno. La pressione parziale del metano a 300 K è 56.6 Torr. Calcolare a 300 K: (a) il volume della miscela, (b) la pressione parziale dell’argon, (c) la pressione totale della miscela. (PM

H2

= 2.02; PM

Ar

= 39.96; PM

CH4

= 16.04 g·mol

^-1

)

7. Per la reazione: C

₈

H

₁₈

→ C

8

H

₁₆

+ H

₂

sono noti i seguenti dati termodinamici di formazione (in kcal·mol

^-1

) 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 quale temperatura il processo è spontaneo e qual è la composizione del sistema all’equilibrio a 25°C.

8. Calcolare la pressione esercitata da 1 mole di H

2

S quando si comporta a) come un gas ideale, b) come una gas di van der Waals a 273.15 K in un volume di 22.414 L. Costanti vdW: a = 4.485 L

²

·atm·mol

^-2

; b = 0.0434 L·mol

^-1

. Commentare i risultati.

9. Per le seguenti coppie di gas dire quale effonde più rapidamente e perché:

a. CO

2

o F

2

b. CFCl

3

o C

2

Cl

2

F

2

10. Qual è la solubilità del cloruro d’argento (K

ps

= 1.6×10

^-10

) in acqua e in soluzione 3.0 M di NH

3

,

rispettivamente? [Ag

⁺(aq)

+ 2NH

3(aq)

⇄ [Ag(NH

³

)

2

]

⁺(aq)

, K

f

= 1.7·10

⁷

– Costante di formazione]

(2)

2 11. Si consideri la reazione:

2 NH

3

(g) + H

2

O(g) + CO

2

(g) a (NH

4

)

2

CO

3

(s) E’ corretto affermare, spiegando, che:

a) la reazione è favorita da un aumento di pressione? perché______

b) il solido è stabile a bassa temperatura? _perché______________

c) il sistema è monovariante? perché V = ________

12. A 100°C si stabilisce il seguente equilibrio (K

p

= 0.068): H

2

(g) + S(s)  H

2

S(g)

Se 0.2 moli di H

2

e 1 mole di S sono riscaldate a 100°C in un recipiente da 1 L, quale sarà la pressione parziale di H

2

S all’equilibrio?

13. Si ha una soluzione acquosa satura di H

2

S (0.10 M). Scrivere la reazione che avviene nei casi seguenti:

A. Si aggiunge un eccesso d’idrossido di calcio: ___________________________________________

B. Si aggiunge una soluzione 0.05 M di cloruro di ferro(II): ____________________________________

14. Calcolare il pH di una soluzione acquosa 3.50·10

^-2

M di Na

2

CO

3

(K

a1H2CO3

= 4.3·10

^-7

e K

a2H2CO3

= 5.6·10

^-11

)

15. Si conduce la seguente reazione a 200 °C: (CH

3

)

3

COOC(CH

3

)

3(g)

→ 2 CH

3

COCH

3(g)

+ C

2

H

6(g)

Il recipiente di reazione contiene all’inizio solo di-t-butil perossido e il manometro misura una pressione totale di 380.0 mmHg. I valori della pressione totale misurata ai diversi tempi sono:

t (min) 1 2 5 7 10 P

tot

(mmHg) 398.8 417.1 469.3 502.0 548.1

Determinare: a) l’ordine di reazione; b) la costante di velocità; c) il tempo per convertire il 90% del reagente.

16. Predire il pH relativo (maggiore, minore o uguale a 7) dei seguenti sali (1 grammo) sciolti in acqua (100 ml):

(a) NaH

2

PO

4

(b) KI (d) NH

4

[SbCl

6

] (f) CH

2

O

17. Completare le seguenti reazioni, assegnando un nome e una struttura a ogni reagente e prodotto e spiegando di che tipo di reazioni si tratta:

a) Na

2

O

(s)

+ H

2

PO

4

ˉ

(aq)

→ b) Cs

(l)

+ FeO

(s)

→

c) Na

(s)

+ H

⁺(aq)

→

18. Schematizzare la struttura (legami, cariche, cariche formali, geometria) molecolare o salina dei seguenti composti: a) SF

₄

b) Ni(CO)

₄

c) NH

₄

ClO

₄

19. Il radiatore di un’auto è protetto in inverno dal glicol etilenico, C

2

H

6

O

2

, conosciuto come anticongelante.

La stessa sostanza evita che il radiatore bolla in estate. Un’auto tipicamente contiene una soluzione costituita da 50.0 mL di H

2

O (densità = 1.0 g·mL

^-1

) e 50.0 mL di glicol etilenico (densità = 1.12 g·mL

^-1

).

Determinare il punto di fusione e quello d’ebollizione della miscela. (K

cr(H2O)

=1.86; K

eb(H2O)

= 0.512)

20. Elencare le quattro proprietà colligative delle soluzioni, spiegando cosa s’intende con questo termine:

a)

b)

c)

d)

(3)

3 21. Disegnare il diagramma di stato dell'anidride carbonica

indicando i campi di stabilità delle diverse fasi.

a) Tracciare poi una linea corrispondente alla pressione di 1 atm (pressione ambiente) ed individuare le fasi esistenti in funzione della temperatura. b) Nel diagramma, le linee di equilibrio solido-liquido e liquido-gas hanno la stessa inclinazione positiva? Motivare.

22. Sapendo che il sodio, di numero atomico Z = 11, cristallizza in un reticolo cubico a corpo centrato (BCC) e che la distanza fra gli atomi primi vicini è d = 0.371 nm, valutare a) la costante reticolare (lato della cella elementare) in nm, b) quanti atomi di sodio sono contenuti nella cella elementare, e c) la densità degli elettroni di valenza nel reticolo.

23. In Figura è illustrata la struttura tetragonale della Cooperite.

Stabilire: a) la formula del composto e il numero di unità formula nella cella; b) il reticolo definito dagli atomi di S; c) la densità del composto. Definire inoltre la coordinazione dei due tipi di atomi e determinare la distanza di legame Pt-S e gli angoli di legame attorno al platino.

24. Dopo aver disegnato le strutture dei seguenti composti : CF

4

, PF

5

, CS

2

, HCOOH, NH

2