Soluzioni

SOLUZIONI COMPITO PARZIALE CHIMICA 20-05-11

1A) Il permanganato di potassio reagisce con il cloruro di potassio in presenza di acido nitrico
in eccesso dando luogo alla formazione di nitrato di potassio, nitrato di manganese (II), cloro
molecolare ed acqua. Bilanciare la reazione con il metodo ionico-elettronico e calcolare il
volume di cloro, misurato a 35°C e 698 torr, che si può ottenere facendo reagire 1.5 L di una
soluzione acquosa di permanganato di potassio avente concentrazione 0.35 mol L-1 con 1.5 kg
di una soluzione acquosa di cloruro di potassio avente molalità 0.51 mol kg-1, noto che la
reazione ha un rendimento del 91%.

Soluzione:
KMnO4 + KCl + HNO3 → KNO3 + Mn(NO3)2 + Cl2 + H2O Semireazione di ossidazione: 2Cl- → Cl2 + 2e- 4 + 16H3O+ + 10Cl- → 2Mn2+ + 24H2O + 5Cl2 2KMnO4 + 10KCl + 16HNO3 → 2 Mn(NO3)2 + 5Cl2+ 8H2O + 12KNO3 nKMnO4 =0.35 mol L-1·1.5 L = 0.525 mol
Calcolo le moli di cloruro di potassio: in 1.5 Kg di soluzione acquosa ho nKCl per cui conoscendo la
molalità posso scrivere:
0.51 mol Kg-1 = nKCl/kgH2O = nKCl/(1.5kg - nKCl·74.55·10-3 kg mol-1) → 0.765-3.8·10-2 nKCl = nKCl
nKCl = 0.765/1.038 = 0.737 mol
Vedo qual è il reagente in difetto.
nKMnO4/ nKCl = 0.525/0.737 = 0.712 > 2/10
Il reagente in difetto è il KCl.
Moli di Cl2 ottenibili teoricamente dalla reazione = ½ nKCl = 3.685 · 10-1 mol
Resa % = (moli Cl2 ottenute realmente/moli Cl2 ottenibili teoricamente dalla reazione)·100 = 91
moli Cl2 ottenute realmente = (91/100)· 3.685 · 10-1 mol = 3.353 · 10-1 mol
V = nCl2RT/P = (3.353 · 10-1 mol· 0.0821 L atm K-1 mol-1·308.16 K)/(698/760) = 9.23 L
1B) Il benzene (C6H6) reagisce con manganato di sodio in presenza di acido solforico in
eccesso dando luogo alla formazione di diossido di carbonio, solfato di manganese (II), solfato
di sodio ed acqua. Bilanciare la reazione con il metodo ionico-elettronico e calcolare il volume
di diossido di carbonio, misurato a 40°C e 635 torr, che si può ottenere facendo reagire 2.5 L
di una soluzione acquosa di manganato di sodio avente concentrazione 0.48 mol L-1 con 150
mL di benzene liquido (d = 0.873 g mL-1), noto che la reazione ha un rendimento del 79%.
Soluzione:

C6H6 + Na2MnO4 + H2SO4 → CO2 + MnSO4 + Na2SO4 + H2O Semireazione di ossidazione: C6H6 + 42H2O → 6CO2 + 30e- +30H3O+ |2 6H6 + 15MnO4 + 120H3O+ + 84H2O → 12CO2 + 15Mn2+ + 180H2O + 60H3O+ 6H6 + 15MnO4 + 60H3O+ → 12CO2 + 15Mn2+ + 96H2O 2C6H6 + 15Na2MnO4 + 30H2SO4 → 12CO2 + 15MnSO4 +15Na2SO4 + 36H2O
nNa2MnO4 =0.48 mol L-1·2.5 L = 1.2 mol
massa benzene = ρ·V = 0.873 g mL-1·150 mL = 130.95 g
nbenzene = 130.95 g/78.11 g mol-1 = 1.68 mol
Vedo qual è il reagente in difetto.
NNa2MnO4/ nbenzene = 1.2/1.68 = 0.72 < 15/2
Il reagente in difetto è Na2MnO4.
Moli di CO2 ottenibili teoricamente dalla reazione = (12/15) nNa2MnO4 = 0.96 mol Resa % = (moli CO2 ottenute realmente/moli CO2 ottenibili teoricamente dalla reazione)·100 = 79 moli CO2 ottenute realmente = (79/100)· 0.96 mol = 7.58 · 10-1 mol V = nCO2RT/P = (7.58 · 10-1 mol· 0.0821 L atm K-1 mol-1·313.16 K)/(635/760) = 23.32 L
1C) L’anidride cromosa reagisce con nitrato di potassio per dare acido cromico e nitrito di
potassio. Calcolare i grammi di anidride cromosa che devono essere utilizzati per ottenere 425
ml di una soluzione di acido cromico al 22,5% in peso ed avente densità pari a 1332 Kg/m3. Si
consideri il rendimento della reazione pari al 78 %.

Soluzione:

Cr

Cr2O3 + 3 KNO3 + 2 H2O → 2 H2CrO4 + 3 KNO2
d = 1332 Kg/m3 = 1,332 g/ml
m(H2CrO4) = V · d = 566,1 g
22,5 : 100 = x : 566,1
m(H2CrO4) = 127,37 g
n(H2CrO4) = g/PM = 1,08 mol
n(Cr2O3) = [n(H2CrO4) /2] /0,78 = 0,69 mol
g(Cr2O3) = n · PM = 104,9 g
1D) Il bicromato di potassio reagisce con acido solfidrico gassoso (in presenza di acido
solforico) per dare solfato di cromo (III), zolfo elementare e solfato di potassio. Calcolare il
volume di acido solfidrico, misurato a c.n., necessario per ottenere 507 mg di solfato di
cromo(III), considerando che la reazione procede con un rendimento del 67%.

Soluzione:

Cr

K2Cr2O7 + 3 H2S + 4 H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3 S + 7 H2O + K2SO4
n[Cr2(SO4)3] = g / PM = 1,293 · 10-3 mol
n(H2S) = n[Cr2(SO4)3] x 3 / 0,67 = 5,790 · 10-3 mol
V(H2S) = n R T / p = 0,1298 l = 129,8 ml


2A) Calcolare di quanti gradi aumenta la temperatura di 7.0 kg di acqua se questa viene
riscaldata utilizzando il calore sviluppato dalla combustione di 5.5 L di etano (C2H6) gassoso
(misurati a 20°C e 1.0 atm) sapendo che l’entalpia molare standard di formazione dell’etano
gassoso, del diossido di carbonio gassoso e dell’acqua liquida valgono rispettivamente: -83.8
kJ/mol, -393.5 kJ/mol e -285.8 kJ/mol. [Il calore specifico dell’acqua è pari a 4.184 J/g K].
Soluzione:

C2H6(g) + 7/2O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)
∆1H0comb(etano) = 2∆1H0f(CO2(g)) + 3∆1H0f(H2O(l)) - ∆1H0f(etano) = 2(-393.5 kJ mol-1) + 3(-285.8
kJ mol-1) – (-83.8 kJ mol-1) = -1560.6 kJ mol-1
Moli etano = PV/RT = (1.0 atm·5.5 L)/(0.0821 L atm K-1 mol-1·293.16 K) = 0.229 mol
Calore sviluppato dalla combustione dell’etano = 0.229 mol · 1560.6 kJ mol-1 = 356.6 kJ
Q = m·cp·∆T → ∆T = Q/m·cp = 356.6·103 J/(7.0·103 g·4.184 J g-1 K-1) = 12.2°C

2B) Data l’entalpia molare standard della seguente reazione di idrogenazione:
C15H14O2 + H2 → C15H16O2 (nabumetone, potente antiinfiammatorio)
pari a - 510,4 KJ/mol, calcolare l’entalpia molare standard di combustione del nabumetone,
note le entalpie molari standard di combustione del C15H14O2 (- 2240,0 KJ/mol), e l’entalpia
molari standard di formazione dell’H2O (- 285,8 KJ/mol). Calcolare inoltre i grammi di
nabumetone da bruciare per ottenere 3023,1 J.
Soluzione:

C15H14O2 + 35/2 O2 → 15 CO2 + 7 H2O

∆xH° = + ∆1H° - ∆2H° + ∆3H° = - 2015,4 KJ/mol
n = | Q / ∆xH°| = 0,0015 mol
g(C15H16O2) = n · PM = 0,0015 mol · 228, 29 g/mol = 0,3424 g

2C) Il nabumetone (C15H16O2), un potente antiinfiammatorio si ottiene dalla seguente
reazione di idrogenazione:
C15H14O2 + H2 → C15H16O2
Noti i valori delle entalpie molari standard di combustione del C15H14O2 (- 2237,0 KJ/mol) e
del nabumetone (- 2016,7 KJ/mol), calcolare l’entalpia molare standard della reazione di
idrogenazione. Calcolare inoltre il calore sviluppato dalla idrogenazione di 5,7 g di C15H14O2
[l’entalpia molare standard di formazione dell’H2O è pari a - 285,8 KJ/mol].
Soluzione:

C15H14O2 + 35/2 O2 → 15 CO2 + 7 H2O

∆xH° = ∆1H° - ∆2H° + ∆3H° = - 506,1 KJ/mol
n(C15H14O2) = g/PM = 5,7 g / 226, 27 g/mol = 0,025 mol
Q = |n · ∆xH°| = 12,65 kJ

2D) Il calore sviluppato dalla combustione 30 mL di ottano (C8H18) liquido viene utilizzato per
riscaldare 11.0 kg di glicol etilenico (C2H6O2) la cui temperatura viene innalzata da 25°C a
63°C. Calcolare il calore specifico del glicol etilenico sapendo che l’entalpia molare standard
di formazione dell’ottano liquido, del diossido di carbonio gassoso e dell’acqua liquida
valgono rispettivamente: -250.1 kJ/mol, -393.5 kJ/mol e -285.8 kJ/mol e che la densità
dell’ottano è pari a 0.699 g mL-1.

Soluzione:

C8H18(l) + 25/2O2(g) → 8CO2(g) + 9H2O(l)

∆1H0comb(ottano) = 8∆1H0f(CO2(g)) + 9∆1H0f(H2O(l)) - ∆1H0f(ottano) = 8(-393.5 kJ mol-1) + 9(-
285.8 kJ mol-1) – (-250.1 kJ mol-1) = -5470.1 kJ mol-1
Massa ottano = ρ·V = 0.699 g mL-1·30 mL = 20.97 g
Moli ottano = massa/M = 20.97 g/114.26 g mol-1 = 0.184 mol
Calore sviluppato dalla combustione dell’ottano = 0.184 mol · 5470.1 kJ mol-1 = 1006.5 kJ
Q = m·cp·∆T → cp = Q/m·∆T = 1003.9·103 J/(11.0·103 g·38 K) = 2.41 J g-1 K-1

3A) Un certo composto organico solido, di natura non elettrolitica, presenta la seguente
percentuale in peso: C = 60,00 %; H = 13,33%; O = 26,67 %. 5,77 g del composto vengono
sciolti in 500,0 g di etanolo (C2H5OH) a 25°C. La soluzione presenta una pressione di vapore
della soluzione pari a 0,669 atm. Si determini la formula molecolare del composto.
[p°(etanolo)25°C = 0,671 atm]
Soluzione:

Se considero 100 g di composto avrò:
g(C) = 60,00 g da cui n(C) = g/PA = 5,00 mol
g(H) = 13,33 g da cui n(H) = g/PA = 13,33 mol g(O) = 26,67 g da cui n(O) = g/PA = 1,67 mol La formula minima sarà: C3H8O
p = p°(EtOH) · X(EtOH) = p°(EtOH) · (1 - Xsol)
Xsol = 2,98 · 10-3
n(EtOH) = g/PM = 10,85 mol
nsol = 0,032 mol
PM(soluto) = g/n = 180,7 g/mol
La formula molecolare sarà: C9H24O3
3B) Un certo composto organico solido, di natura non elettrolitica, presenta la seguente
percentuale in peso: C = 32,00 %; H = 4,00 %; O = 64,00 %. 3,75 g del composto vengono
sciolti in 500,0 g di benzene (C6H6) a 25°C. La soluzione presenta una pressione di vapore pari
a 641,5 torr. Si determini la formula molecolare del composto. [p°(benzene)25°C = 644,0 torr]
Soluzione:

Se considero 100 g di composto avrò:
g(C) = 32,00 g da cui n(C) = g/PA = 2,67 mol
g(H) = 4,00 g da cui n(H) = g/PA = 4,00 mol g(O) = 64,00 g da cui n(O) = g/PA = 4,00 mol La formula minima sarà: C2H3O3
p = p°(benzene) · X(benzene) = p°( benzene) · (1 - Xsol)
Xsol = 3,89 · 10-3
n(benzene) = g/PM = 6,401 mol
nsol = 0,025 mol
PM(soluto) = g/n = 150,0 g/mol
La formula molecolare sarà: C4H6O6
3C) Una soluzione acquosa di cloruro di calcio ha una pressione osmotica, a 30°C, pari a 52.12
atm. Determinare la temperatura di ebollizione della soluzione sapendo che la densità della
soluzione è pari a 1.071 g cm-3. Calcolare inoltre la quantità di ghiaccio che si dovrebbe
separare, da 1 kg di solvente, affinché la temperatura di congelamento della fase liquida
diventi -20°C. (Per l’acqua Keb = 0.512 K kg mol-1 e Kcr = 1.86 K kg mol-1).
Soluzione:

π = νcRT = 52.12 atm → c = π/νRT =52.12 atm/(3·0.0821 L atm K-1 mol-1·303.16 K) = 0.698 mol L-1 1 L di soluzione contiene 0.698 mol di CaCl2 e ha una massa pari a ρ·V = 1071 g L-1·1L =1071 g = 1.071 kg; la massa di acqua in 1L di soluzione è: 1.071 kg – 0.698 mol·110.99·10-3 kg mol-1 = 0.994 kg m = 0.698 mol/0.994 kg = 0.702 mol kg-1 ∆Teb = 0.512 K kg mol-1· 0.703 mol kg-1 ·3 = 1.08 K
Teb = 373.16 + 1.08 = 374.24 K = 101.08°C
∆T = Kcr m ν = 1.86 K kg mol-1· 0.703 mol kg-1· 3 = 3.92 K T congelamento della soluzione = -0.55°C Calcolo la molalità della soluzione alla temperatura di congelamento di -20°C. 20 = 1.86·m·3
Poiché le moli di soluto sono sempre le stesse, la molalità è aumentata perché in soluzione ho una
minore quantità di acqua, a causa della formazione di ghiaccio.
Calcolo l’acqua nella soluzione a -20°C e quindi la quantità di ghiaccio che si è formata.
3.58 mol kg-1 = moli soluto/kg di acqua = (0.698 mol)/kg di acqua → kg di acqua = 0.703 mol/3.58
mol kg-1 = 0.194 kg
Ghiaccio formatosi = 1.0-0.196 =0.804 kg = 804 g
3D) In 350 mL di acqua sono sciolti 3 g di cloruro di sodio. Determinare la pressione osmotica
(a 0°C) e la temperatura di congelamento della soluzione. Calcolare inoltre la quantità di
ghiaccio che si dovrebbe separare affinché la temperatura di congelamento della fase liquida
diventi -10°C. (Per l’acqua Kcr = 1.86 K kg mol-1, si assuma la densità dell’acqua pari a 1.0
kgL-1)
Soluzione:
π = νcRT = 2·[(3/58.45)/0.35]·0.0821·273.16 = 6.58 atm
∆T = Kcr ν m = 1.86 K kg mol-1· 2·[(3/58.45)mol/0.35kg] = 0.55 K
T congelamento della soluzione = -0.55°C
10 = 1.86·2·m

2.69 mol kg-1 = (3/58.45)mol/kg di acqua] → kg di acqua = 0.019 kg = 19 g
Ghiaccio formatosi = 350-19 = 331 g

Scrivere la formula di struttura dei seguenti composti indicando l’ibridizzazione dell’atomo
centrale e la corrispondenza con il modello VSEPR.

Anidride nitrosa
Ione diidrogeno(orto)fosfato
Tricloruro di iodio
Anidride clorosa
Ione idrogeno(orto)fosfafo
Tetrabromuro di zolfo
Anidride antimoniosa
Ione diidrogeno(orto)silicato
Tetraioduro di selenio
Anidride iodosa
Ione idrogeno(orto)borato
Pentafluoruro di bromo

Source: http://www.ing.univaq.it/news/allegati/3473-20110525-soluzioni.pdf