PROVA IN ITINERE DI CHIMICA PER IL CORSO DI LAUREA IN TECNOLOGIE DELLA SALUTE DALMINE, 7 NOVEMBRE 2016 - VERSIONE C 1.

Si consideri la reazione Fe 2 O 3 (s) + 3 CO (g) = 2 Fe (s) + 3 CO 2 (g) . Se si fanno reagire 15 kg di ossido di ferro con 7,5 m 3 di CO (g) misurati a 1 bar e 298 K, quanti kg di Fe metallico si potranno ottenere ?

15000 g Fe 2 O 3 : 159,69 g/mol = 93,93 mol Fe 2 O 3 (7,5 m 3 x 101325 Pa) : 8,31 J K -1 298 K = 306,87 mol CO è limitante Fe 2 O 3 , che reagisce con 93,93 x 3 = 281,8 mol CO e forma 93,93 x 2 =187,86 mol Fe, pari a 187,86 mol x 55,845 g/mol =10841 g = 10,491 kg Fe.

2.

Tra le seguenti sostanze: NO 2 , LiF, H 2 SO 4 , PH 3 è liquida e quale è solida? Motivare brevemente la scelta. quali sono gassose, quale

LiF è un solido ionico; H 2 SO 4 è una molecola con legami a idrogeno, liquida; NO 2 e PH 3 sono molecole piccole e poco polari, gassose.

3.

Quanti kg di acqua, inizialmente a 15°C, si possono scaldare fino a 62°C con il calore ottenuto bruciando completamente 0,21 m 3 (misurati a 0°C e 1 bar) di gas propano CH 3 CH 2 CH 3 ?

La combustione completa del propano è CH 3 CH 2 CH 3 (g) + 5 O 2 (g) = 3 CO 2 (g) + 4 H 2 O (liq) con



H° = 3 x (-393,5) + 4 x (-285,8) – (- 103,8) = - 2220 kJ ricavabili da una mole di propano. (0,21 m 3 x 101325 Pa) : (8,31 J mol -1 K -1 273 K) = 9,38 mol propano, che bruciate forniscono 9,38 mol x (-2220 kJ/mol) = - 20822 kJ di calore 20822 = m (kg) x 4,184 kJ kg -1 K -1 47 K da cui m = 106 kg

4.

Tracciare un diagramma di  G° in funzione di T per la reazione C (grafite) + H 2 O (g) = CO (g) + H 2 (g) e trovare a quale temperatura per questa reazione K p = 1. In quale campo di temperature K p sarà maggiore di 1? 

H° = - 110,5 + 241,8 = + 131,3 kJ



S° = 130,7 + 197,7 - 188,9 – 5,7 = + 133,8 J/K K p = 1 per



G° = 0, il che si ha per T = 131300 J : 133,8 J/K T = 981 K. K p > 1 per



G° < 0 e T > 981 K

5.

Dato il seguente sistema in equilibrio: C (grafite) + ½ O 2 (g) = CO (g) dire se viene spostato, e in che direzione, da ciascuna delle seguenti operazioni: a.

aumento di pressione b.

aggiunta di grafite c.

aumento di temperatura Motivare in breve la risposta.

a) b) c) va verso sinistra, dove vi sono meno moli di gas non succede nulla, l’aggiunta di un solido non sposta l’equilibrio combustione, esotermica, va verso sinistra

6.

Un recipiente chiuso alla temperatura di 750 K contiene 4,5 atm di COCl 2 (g) , 0,42 atm di CO (g) e 1,76 atm di Cl 2 (g) . Dire se la reazione CO (g) + Cl 2 (g) = COCl 2 (g) si trova all’equilibrio, e in caso contrario in che direzione si prevede che debba reagire.

Per la reazione indicata:



H° - 219,1 + 110,5 = - 108,6 kJ



S° = 283,5 – 223,1 – 197,7 = - 137,3 J/K



G° = - 108600 J + 750 K x 137,3 J/K = - 5625 J



G = - 5625 + 8,31 x 750 ln [(4,5) : (0,42 x 1,76)] = + 5632 J > 0 la reazione è spontanea verso sinistra, verso la decomposizione di COCl 2 .

VERSIONE D 1.

Si consideri la reazione Fe 2 O 3 (s) + 3 CO (g) = 2 Fe (s) + 3 CO 2 (g) . Se si fanno reagire 20 kg di ossido di ferro con 7 m 3 di CO (g) misurati a 1 bar e 298 K, quanti kg di Fe metallico si potranno ottenere ?

20000 g Fe 2 O 3 : 159,69 g/mol = 125,24 mol Fe 2 O 3 (7 m 3 x 101325 Pa) : 8,31 J K -1 298 K = 286,4 mol CO è limitante CO, che reagisce con 286,4 : 3 = 95,5 mol Fe 2 O 3 e forma 95,5 x 2 =190,9 mol Fe, pari a 190,9 mol x 55,845 g/mol =10662 g = 10,66 kg Fe.

2.

Tra le seguenti sostanze: SO 2 , BH 3 , CaO, HNO 3 è liquida e quale è solida? Motivare brevemente la scelta. quali sono gassose, quale

CaO è un solido ionico; HNO 3 è una molecola con legami a idrogeno, liquida; SO 2 e BH 3 sono molecole piccole e poco polari, gassose.

3.

Quanti kg di acqua, inizialmente a 20°C, possono essere scaldati fino a 84°C con il calore ottenuto bruciando completamente 0,24 m 3 (misurati a 0°C e 1 bar) di gas etano CH 3 CH 3 ?

La combustione completa dell’etano è CH 3 CH 3 (g) + 7/2 O 2 (g) = 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (liq) con



H° = 2 x (-393,5) + 3 x (-285,8) – (- 84,7) = - 1560 kJ ricavabili da una mole di etano. (0,24 m 3 x 101325 Pa) : (8,31 J mol -1 K -1 273 K) = 10,72 mol etano, che bruciate forniscono 10,72 mol x (-1560 kJ/mol) = - 16722 kJ di calore 16722 = m (kg) x 4,184 kJ kg -1 K -1 64 K da cui m = 62,45 kg

4.

Tracciare un diagramma di  G° in funzione di T per la reazione CH 2 =CH 2 (g) + H 2(g) = CH 3 CH 3(g) e trovare a quale temperatura per questa reazione K p = 1. In quale campo di temperature K p sarà maggiore di 1? 

H° = - 84,7 – 52,5 = - 137,2 kJ



S° = 229,6 - 130,7 – 219,3 = - 120,4 J/K K p = 1 per



G° = 0, il che si ha per T = 137200 J : 120,4 J/K T = 1140 K. K p > 1 per



G° < 0 e T < 1140 K

5.

Dato il seguente sistema in equilibrio: 2 CO (g) = C (grafite) + CO 2 (g) spostato, e in che direzione, da ciascuna delle seguenti operazioni: a.

b.

c.

aumento di pressione aggiunta di grafite aumento di temperatura Motivare in breve la risposta.

a.

b.

c.

va verso destra, dove vi sono meno moli di gas non succede nulla, l’aggiunta di un solido non sposta l’equilibrio



H° = - 393,5 - 2 x (-110,5) < 0, esotermica, va verso sinistra

dire se viene 6.

Un recipiente chiuso alla temperatura di 800 K contiene 0,45 atm di COCl 2 (g) , 4,2 atm di CO (g) e 1,76 atm di Cl 2 (g) . Dire se la reazione CO (g) + Cl 2 (g) = COCl 2 (g) si trova all’equilibrio, e in caso contrario in che direzione si prevede che debba reagire.

Per la reazione indicata:



H° - 219,1 + 110,5 = - 108,6 kJ



S° = 283,5 – 223,1 – 197,7 = - 137,3 J/K



G° = - 108600 J + 800 K x 137,3 J/K = + 1240 J



G = + 1240 + 8,31 x 750 ln [(0,45) : (4,2 x 1,76)] = - 16204 J < 0 la reazione è spontanea verso destra, verso la formazione di COCl 2

.