NOME E COGNOME CFU MATRICOLA PREFERENZE PROVA ORALE PROVA SCRITTA DI CHIMICA PER INGEGNERIA MECCANICA - 15 LUGLIO 2014 1. Una vasca di 1,2 m x 80 cm, profonda 25 mm, è piena di una soluzione acquosa a pH 8,4. Che volume di una soluzione acquosa a pH 2,5 occorre aggiungere nella vasca per portarla a pH 7 ? 120 cm x 80 cm x 2,5 cm = 24000 cm3 = 24 L pH = 8,4 significa pOH = 5,6 cioè [OH−] = 2,5 x 10-6 mol/L x 24L = 6,03 x 10 -5 mol OH− da neutralizzare 6,03 x 10 -5 mol H+ : 3,16 x 10 -3 mol/L = 0,019 L = 19 mL di soluzione a pH 2,5 necessaria. 2. Bilanciare la reazione redox NH3 (g) + O2 (g) = N2 (g) + H2O (g) e calcolare quanto calore si produrrebbe per ossidazione completa di 50 g di ammoniaca gassosa. 2 N -3 --> N20 + 6 e - O20 + 4 e- --> 2 O= mcm elettroni = 12 4 NH3 (g) + 3 O2 (g) = 2 N2 (g) + 6 H2O (g) è la reazione bilanciata, per la quale ∆H° = 6 x (-241,8) - 4 x (-45,9) = - 1267,2 kJ : 4 = - 316,8 kJ / mol NH3 50 g : 17 g/mol = 2,94 mol - 316,8 kJ/mol x 2,94 mol = - 931,4 kJ sviluppati. 3. Calcolare Keq per la reazione 2 Cu+ (aq) = Cu2+ (aq) + Cu (s) a 25°C. Cu+ --> Cu2+ e- - 0,153 V Cu+ + e- --> Cu + 0,521 V ∆E° = 0,521 - 0,153 = + 0,368 V log K = (n ∆E°) : 0,059 = 28,68 K = 2,86 x 1012 4. Sciogliendo in acqua del nitrito d'ammonio, NH4NO2, si otterrà un pH acido, neutro o basico? Scrivere le relative reazioni di idrolisi. NH4+ + H2O = NH3 + H3O+ Ka = 5,8 x 10-10 NO2 - + H2O = HNO2 + OH - Kb = 1,4 x 10-11 Kb < Ka e quindi soluzione acida 5. Considerare la reazione P4 (s) + 6 Cl2 (g) = 4 PCl3 (g) . Facendo reagire 4,50 g di P4 (s) con 3,90 L di Cl2 (g), misurati a 40°C e 2,50 atm, quanti grammi di PCl3 si ottengono ? 4,50 g : 123,88 g/mol = 0,0363 mol P4 (3,90 L x 2,50 atm):(0,082 atm L mol-1K-1 x 313K) = 0,38 mol Cl2 P4 è limitante (0,0363 x 6 = 0,2178 mol Cl2 occorrenti, meno di quelle presenti) si formano 0,0363 x 4 = 0,1452 mol PCl3 x 137,33 g/mol = 19,94 g PCl3. 6. Si consideri l’equilibrio NH4Cl(s) = NH3 (g) + HCl (g). Tracciare un diagramma di ∆G° in funzione di T e prevedere l’effetto, sulla posizione di questo equilibrio: a) di un aumento di pressione, b) di un’aggiunta di NH4Cl(s), c) di un aumento di temperatura. ∆G° ∆H° > 0; ∆S° > 0 a) sinistra (minori moli gassose) b) nulla (eterogeneo) c) destra (endotermica) T 7. Disporre le seguenti sostanze in ordine crescente di temperatura di fusione, spiegando: KCl, C10H8 , SiO2, H2S. H2S molecola piccola, poco polare < C10H8 molecola più grande < KCl solido ionico < SiO2 reticolo covalente. 8. Una pila, costituita da un elettrodo standard di argento e da un elettrodo di Cu immerso in una soluzione di ioni Cu2+, ha una forza elettromotrice di 0,51 V. Calcolare [Cu2+]. ∆EAg = ∆E° = + 0,80 V ∆ECu = 0,34 + 0,059 / 2 log [Cu2+] ∆E = 0,51 = 0,80 - 0,34 - 0,0295 log [Cu2+] da cui log [Cu2+] = - 1,695 e [Cu2+] = 0,02 M 9. Un recipiente da 5 L mantenuto alla temperatura di 850°C contiene 18 g di CaO solido e 1,42 atm di CO2 (g). Dire se in tali condizioni si osserverà formazione di CaCO3 (s) all'equilibrio, e in tal caso quanti grammi se ne formano. CaO + CO2 = CaCO3 Kp = p(CO2) -1 ∆G° = ∆H° - T∆S° = - 178300 J + (1123 K x 159 J/K ) = + 257 J = - RTlnK lnK = - 0,0275 e quindi Kp = 0,973 = p(CO2)-1 p(CO2) = 1,028 atm 1,42 - 1,028 = 0,39 atm di CO2 reagite, pari a (PV = nRT) 0,02 mol 0,02 mol x 100 g/mol = 2 g CaCO3 che si forma 10. La solubilità in acqua dell'arseniato di bario, Ba3(AsO4)2, è di 2,586 x 10-8 g/L. Calcolarne Kps. Ba3(AsO4)2 + H2O --> 3 Ba2+ + 2 AsO4= Kps = [Ba2+]3 [AsO4=]2 2,586 x 10-8 g : 689,7 g/mol = 3,75 x 10 -11 mol solubili per L, che si dissociano come nell'equazione per cui [Ba2+] = 1,12 x 10 -10 mol/L e [AsO4=] = 7,5 x 10 -11 mol/L. Sostituendo nell'espressione di Kps si trova Kps = (1,12 x 10 -10)3 x (7,5 x 10 -11)2 = 7,9 x 10 -51