Transcript PROVA IN ITINERE DI CHIMICA PER IL CORSO DI LAUREA IN

PROVA IN ITINERE DI CHIMICA PER IL CORSO DI LAUREA IN TECNOLOGIE DELLA SALUTE
DALMINE, 7 NOVEMBRE 2016 - VERSIONE A
1. Si consideri la reazione
2 Al (s) + 6 HBr(aq) = 2 AlBr3 (aq) + 3 H2 (g).
Se si fanno
reagire 250 g di alluminio metallico con 5 L di soluzione acquosa 2,5 M di HBr, quanti litri di
idrogeno gassoso, misurati a 20°C e 1,07 atm, si potranno ottenere ?
250 g Al : 27 g/mol = 9,26 mol Al
5 L x 2,5 mol/L = 12,5 mol HBr
è limitante HBr, che reagisce con 12,5 : 3 = 4,17 mol Al e forma 12,5 : 2 = 6,25 mol H2
pari a (6,25 mol x 0,082 atm L mol-1K-1 293 K) : 1,07 atm = 140 L di H2.
2. Tra le seguenti sostanze:
SiO2, CH3OH, KBr, H2S
liquida e quale è gassosa? Motivare brevemente la scelta.
quali sono solide, quale è
SiO2 è un solido a reticolo covalente; KBr è un solidi ionico; CH3OH è una molecola con
legami a idrogeno, liquida; H2S è una molecola piccola e poco polare, gassosa.
3. Quanti m3 (misurati a 0°C e 1 bar) di gas etano CH3CH3 occorre bruciare per ottenere il
calore necessario a scaldare 150 L d’acqua pura da 10° a 65°C ?
Il calore richiesto è q = 150 kg x 4,184 kJ kg-1 K-1 55 K = 34518 kJ
La combustione completa dell’etano è CH3CH3 (g) + 7/2 O2 (g) = 2 CO2 (g) + 3 H2O(liq)
con H° = 2 x (-393,5) + 3 x (-285,8) – (- 84,7) = - 1560 kJ ricavabili bruciando una mole di etano.
34518 kJ : 1560 kJ/mol = 22,13 mol etano occorrenti, pari a
(22,13 mol x 8,31 j mol-1 K-1 273 K) : 101325 Pa = 0,495 m3 di etano necessari
4. Tracciare un diagramma di G° in funzione di T per la reazione CO (g) + H2O(g) = CO2 (g) + H2 (g)
e trovare a quale temperatura per questa reazione Kp = 1. In quale campo di temperature
Kp sarà maggiore di 1?
H° = - 393,5 + 110,5 + 241,8 = - 41,2 kJ
S° = 213,8 + 130,7 – 197,7 – 188,7 = - 42,1 J/K
Kp = 1 per G° = 0, il che si ha per T = 41200 J : 42,1 J/K
T = 979 K. Kp > 1 per G° < 0 e T < 979 K
5. Dato il seguente sistema in equilibrio:
C (grafite) + CO2 (g) = 2 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) si sposta verso sinistra, dove vi sono meno moli di gas
b) non succede nulla, il solido non altera l’equlibrio
c) H° = - 221 + 393,5 > 0, endotermica, va verso destra
6. Un recipiente del volume di 10 L contiene 4,5 mol di HI (g), 0,42 mol di H2 (g) e 1,76 mol di I2 (g).
Il sistema viene portato a 250°C: dire se la reazione
2 HI (g) = H2 (g) + I2 (g)
si
trova all’equilibrio, e in caso contrario in che direzione si prevede che debba reagire.
Per la reazione indicata:
H° = 62400 – 2 x 26400 = + 9600 J
S° = 260,7 + 130,7 – 2 x 206,6 = - 21,8 J/K
G° = 9600 J + 523 K x 21,8 J/K = 20001,4 J
G = 20001,4 + 8,31 x 523 ln (0,42 x 1,76) : (4,5)2 = + 6615 J > 0
la reazione è spontanea verso sinistra, verso la formazione di altro HI.
VERSIONE B
1. Si consideri la reazione
2 Al (s) + 6 HBr(aq) = 2 AlBr3 (aq) + 3 H2 (g).
Se si fanno
reagire 100 g di alluminio metallico con 5 L di soluzione acquosa 2,5 M di HBr, quanti litri di
idrogeno gassoso, misurati a 18°C e 0,97 atm, si potranno ottenere ?
100 g Al : 27 g/mol = 3,7 mol Al
5 L x 2,5 mol/L = 12,5 mol HBr
è limitante Al, che reagisce con 3,7 x 3 = 11,1 mol HBr e forma 3,7 x 3/2 =5,55 mol H2
pari a (5,55 mol x 0,082 atm L mol-1K-1 291 K) : 0,97 atm = 136,5 L di H2.
2. Tra le seguenti sostanze:
MgCl2, CH3OH, SO2, Al2O3
quale è liquida e quale è gassosa? Motivare brevemente la scelta.
quali sono solide,
Al2O3 è un solido a reticolo covalente; MgCl2 è un solido ionico; CH3OH è una molecola con
legami a idrogeno, liquida; SO2 è una molecola piccola e poco polare, gassosa.
3. Quanti m3 (misurati a 0°C e 1 bar) di gas etilene CH2=CH2 occorre bruciare per ottenere il
calore necessario a scaldare 250 L d’acqua pura da 10° a 45°C ?
Il calore richiesto è q = 250 kg x 4,184 kJ kg-1 K-1 35 K = 36610 kJ
La combustione completa dell’etilene è CH2=CH2 (g) + 3 O2 (g) = 2 CO2 (g) + 2 H2O(liq)
con H° = 2 x (-393,5) + 2 x (-285,8) – (52,5) = - 1411 kJ ricavabili bruciando una mole di
etano.
36610 kJ : 1411 kJ/mol = 25,95 mol etano occorrenti, pari a
(25,95 mol x 8,31 j mol-1 K-1 273 K) : 101325 Pa = 0,58 m3 di etano necessari
4. Tracciare un diagramma di G° in funzione di T per la reazione CO2 (g) + H2 (g) = CO (g) + H2O(g) *
e trovare a quale temperatura per questa reazione Kp = 1. In quale campo di temperature Kp
sarà maggiore di 1?
H° = - 110,5 - 241,8 + 393,5 = + 41,2 kJ
S° = 197,7 + 188,7 - 213,8 - 130,7 = + 42,1 J/K
Kp = 1 per G° = 0, il che si ha per T = 41200 J : 42,1 J/K
T = 979 K. Kp > 1 per G° < 0 e T > 979 K
*Attenzione: era sbagliata la reazione indicata nel testo. La soluzione è relativa alla
reazione corretta, ma la valutazione degli esercizi svolti tiene conto del testo sbagliato
5. Dato il seguente sistema in equilibrio:
H2 (g) + I2 (g) = 2 HI (g) dire se viene spostato, e in
che direzione, da ciascuna delle seguenti operazioni:
a. aumento di pressione
b. aggiunta di idrogeno gassoso
c. aumento di temperatura
Motivare in breve la risposta.
a. non succede nulla, perché le moli di gas non variano
b. si sposta a destra per legge di azione di massa
c. H° = 2 x 26,4 – 62,4 < 0, esotermica, va verso sinistra
6. Un recipiente del volume di 10 L contiene 6,5 mol di HI (g), 0,12 mol di H2 (g) e 0,26 mol di I2 (g).
Il sistema viene portato a 250°C: dire se la reazione
2 HI (g) = H2 (g) + I2 (g)
si
trova all’equilibrio, e in caso contrario in che direzione si prevede che debba reagire.
Per la reazione indicata:
H° = 62400 – 2 x 26400 = + 9600 J
S° = 260,7 + 130,7 – 2 x 206,6 = - 21,8 J/K
G° = 9600 J + 523 K x 21,8 J/K = 20001,4 J
G = G° + RTlnQ = 20001,4 + 8,31 x 523 ln (0,12 x 0,26) : (6,5)2 = - 11338 J < 0
la reazione è spontanea verso destra, verso la decomposizione di HI.