1. Quante moli di un gas ideale monoatomico alla pressione di 50 kPa e temperatura di 30 °C sono contenute in un recipiente con volume pari ad un litro?

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Politecnico di Milano – Chimica Generale Cognome/Nome_________________________________

1° sem. Data: 06/03/2015 “II ^a verifica scritta” N° matricola __________________________

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

1. Quante moli di un gas ideale monoatomico alla pressione di 50 kPa e temperatura di 30 °C sono contenute in un recipiente con volume pari ad un litro?

2. Bilanciare la seguente reazione:

PbS + NO 3

- + H 3 O ⁺ → Pb ²⁺ + NO + S + H 2 O e calcolare il quantitativo di vapore (in L, 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 .

3. Una miscela gassosa è costituita da 320 mg di metano, 175 mg di argon e 225 mg di neon. La pressione parziale del neon a 300 K è 66.5 Torr. Calcolare: (a) il volume della miscela, (b) la pressione parziale dell’argon, (c) la pressione totale della miscela. (PM Ne = 20.18 g/mol; PM Ar

= 39.959 g/mol; M _CH4 = 16.04 g/mol)

4. Dell’aria, contenuta in un recipiente con volume pari a 1 litro si trova alla pressione di 50 kPa alla temperatura di 30 °C. Determinare la massa dell’aria contenuta nel recipiente.

(R aria = 287 J·kg ^-1 ·K ^-1 )

5. 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 nelle

seguenti condizioni: i) a 273.15 K in 22.414 L, ii) a 500 K in 150 cm ³ . Commentare i risultati ottenuti.

6. Per il sistema CH 3 Cl(g) + HCl(g)  CH 4 (g) + Cl 2 (g) sono note le quantità: ∆H° = + 99 kJ·mol ^-1 e K _c = 1×10 ^-18 a 25 °C. Valutare se la K _c aumenta o diminuisce con l'aumentare della temperatura.

Giustificare la risposta e stimare la K c a 100 °C.

7. Il dimetil etere, CH 3 OCH 3 , si usa come an propellente ambientalmente compatibile nelle bombolette spray. Il composto si prepara da metanolo secondo la seguente equazione.

2CH 3 OH (g) → CH 3 OCH 3(g) + H 2 O (g) ; ΔH = –24 kJ·mol ^–1 La costante di equilibrio, K, per questa reazione a 350 °C vale 5.74. a) Scrivere una espressione per la K di questa reazione; b) se si alimenta metanolo in un reattore vuoto da 20.0 L, all’equilibrio il sistema contiene 0.340 moli di metanolo a 350 °C. Qual è la composizione del sistema all’equilibrio? c) Determinare la

quantità, in moli, di metanolo introdotto all’inizio nel reattore.

8. 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 ]

9. 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? ______

b) il solido è stabile a bassa temperatura?

_______

c) il sistema è monovariante? ____

10. A 100°C si stabilisce il seguente equilibrio (K c = 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 1L, quale sarà

pressione parziale di H 2 S all’equilibrio?

2 11. Si ha una soluzione acquosa satura di H 2 S.

Cosa succede nei casi seguenti?

A. Si aggiunge dell’idrossido di calcio. ______

_____________________________________

B. Si aggiunge alla soluzione del cloruro di ferro.

____________________________________

12. Una soluzione contiene AgNO 3 0.0010 M e Pb(NO 3 ) 2 0.010 M. Entrambi i cationi si possono precipitare dalla soluzione per aggiunta di cloruro di sodio diluito o acido cloridrico. (a) Quale composto precipiterà per primo, AgCl o PbCl ₂ ? Spiegare.

13. Calcolare il pH di una soluzione acquosa 1.50·10 ^-2 M di Na 2 CO 3 . (K a1 H 2 CO 3 = 5.6·10 ^-11 e K a2 H 2 CO 3 = 4.3.10 ^-7 )

14. Calcolare la concentrazione dello ione argento Ag ⁺ in una soluzione 0.1 M di diamminoargento nitrato, Ag(NH 3 ) 2 NO 3 , contenente 1 mol·L ^-1 di ammoniaca. Per lo ione complesso, K i = 9.3 ⋅10 ^-8 .

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 soltanto di-t-butil perossido e il manometro misurava una pressione totale di 380.0 mmHg. In tabella sono riportati i valori della pressione totale, misurata ai diversi tempi:

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 e la costante di velocità b) il tempo necessario perché la reazione sia completa al 90%.

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16. Predire il pH relativo (>, < o = a 7) dei seguenti sali:

(a) NaH 2 PO 4 (b) KI (c) AlCl 3 (d) NH 4 NO 3 (e) KSCN (f) Na 3 AsO 4

17. Completare le seguenti reazioni, assegnando un nome ed una struttura ad 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) K (s) + H 2 O (l) → c) Na/Hg (s) + H ⁺ (aq) →

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

a) Al 2 Cl 6 b) NO 2 c) NH 4 ClO 4

19. Per quale dei seguenti composti la solubilità è influenzata dal pH della soluzione? Scrivere le equazioni chimiche mostrando come il pH aumenta (o diminuisce) la loro solubilità.

a) PbCl 2

b) PbCO 3

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20. Un 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 from in estate. Le macchine tipicamente contengono una soluzione 50/50 costituita da 50.0 mL of acqua (densità = 1.0 g/mL) e 50.0 mL di glicol etilenico (densità

= 1.12 g/mL). Determinare il punto di fusione e il punto di ebollizione di questa miscela. [-33.7 °C e 109.4 °C] (K _cr(H2O) =1.86; K _eb(H2O) = 0.512)

21. Qual 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?

22. Disegnare il diagramma di stato dell'anidride carbonica indicando i campi di stabilità delle diverse fasi.

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

23. Sapendo che il sodio, di numero atomico Z = 11, cristallizza in un reticolo cubico a corpo centrato (BCC) e che la distanza fra 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 di elettroni degli elettroni di valenza nel reticolo.

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

Stabilire I) la formula del composto e il numero di unità di formula in cella; II) il reticolo definito dagli atomi di S e quello definito dagli atomi di Pt; III) 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.

25. 10 m ³ di acqua vengono scaldati da 10 °C a 80 °C con un generatore di calore che fornisce una potenza termica pari a 50 kW. Sapendo che la densità dell’acqua è 0.98 kg·L ^-1 e il calore specifico medio

dell’acqua è 4.18 kJ·kg ^-1 ·K ^-1 , determinare:

a) La quantità di calore da fornire all’acqua kJ ________

b) Il tempo necessario ore _______

c) la variazione di entropia del sistema, esplicitando il segno kJ·K ^-1 _______

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26. Identificare l'anodo, il catodo, e le specie ridotte e ossidate per la seguente cella elettrochimica. Scrivere le semi reazioni per l'anodo e il catodo, e la reazione globale. Calcolare il potenziale standard e quello effettivo della cella.

a) Pb(s) + PbO ₂ (s) + 2H ₂ SO ₄ (aq) → 2PbSO ₄ (s) + 2H ₂ O(l)

27. Analizzando il diagramma delle aree di predominanza dello zolfo, stabilire:

a) i nomi degli anioni corrispondenti ai numeri di ossidazione -2, +6 b) quali sono le specie che dismutano e a quale pH

c) L’equazione redox che rappresenta la linea indicata da numero 4 d) L’equazione acido base che rappresenta la linea indicata da numero 7.

28. 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 2.0x10 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?

(risposta: 5.4 secondi; 8.9 kWh)

29. Si consideri la pila non standard: Zn / Zn ⁺⁺ (0.10 M) // MnO 4 ˉ (0.01 M), Mn ²⁺ (1M), H ⁺ (0.01 M) / Pt . a) Scrivere la reazione della pila, b) calcolare la differenza di potenziale e c) calcolare il G ° d e lla reazione su cui si base la pila.

30. Si fa passare una carica elettrica di 0.030 faraday attraverso soluzioni separate di Cr(NO 3 ) 3 1.0 M, Cu(NO 3 ) 2 1.0 M e AgNO 3 1.0 M. In ciascun caso si deposita all’elettrodo negative il corrispondente metallo. Stabilire la quantità, in grammi, depositata per ciascun metallo.

31. Quale reazione costituisce il processo catodico dominante per la corrosione in ambienti naturali, quali acqua di mare, laghi, suolo e condensazione nell’atmosfera? A) Scrivere l’equazione per la semi- reazione. b ) Come funziona il metodo di protezione del ferro dalla corrosione per protezione catodica?

32. Stabilire il ∆S per la seguente pila a concentrazione operante a 25°C:

Pt / H 2 , H ⁺ (0.1 M) // H ⁺ (10 ^-5 M), H 2 / Pt