Diapositiva 1 · 2019. 11. 21. · 2 SO 4. Prelevo 20.0 ml dalla soluzione 0.500 M, ed aggiungo a...
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•positiva, endotermico
(la soluzione si raffredda)
•negativa, esotermico
(la soluzione si scalda).
DHsol = Eret + Esolv
Esempio: Preparare mezzo litro (0,5 l) di soluzione
acquosa 0,1 M di cromato di potassio (K2CrO4)
concentrazione Molare
pf(K2CrO4) = 2·pa(K) + pa(Cr) + 4·Pa(O) =
= 2·39,1 + 52,0 + 4·16,0 = 194,2 mollitrilitri
moln
VMnV
nM
05,0][5,01,0
1,0 mol K2CrO4 194,2 gr
0,05 mol K2CrO4 n · pf = 0,05 ·194,2 = 9,71 gr
9,71 gr di K2CrO4
Si aggiunge acqua mescolando fina a raggiungere ½ litro
I fattori che possono influenzare lasolubilità di un soluto in un solventesono 2:
• PRESSIONE (solo per soluti gassosi)
• TEMPERATURA
Temperatura e solubilità
•Per la maggior parte dei solidi la solubilità aumenta con la temperatura della soluzione (solvatazione endotermica)
•Per la maggior parte dei liquidi e dei gas la solubilità diminuisce con la temperatura (solvatazione esotermica)
eptano - etere etilico ; acqua – alcol etilico acetone - etere etilico
Quasi tutte le soluzioni acqua – acido(acido cloridrico, solfidrico, nitrico, etc.)
Proprietà colligative
le soluzioni liquide presentano variazioni di alcune proprietà rispetto al solvente puro che non dipendono dalla natura (chimica) del soluto, ma soltanto dalla quantità (concentrazione).
Abbassamento della tensione di vapore
Innalzamento della temperatura di ebollizione
Abbassamento della temperatura di fusione (solidificazione)
Pressione osmotica
Soluzione costituita da una miscela di A (solvente) e B (soluto).
Se B non è volatile ed xB << xA
P = PA + PB = xA P°A + xB P°B (legge di DALTON)
Essendo B non volatile P°B = 0
P = xA P°A P < P°A
Tensione di vapore
xA=0
xB=1
xA=1
xB=0
P°A
P°B = 0
xA + xB = 1
P = xA P°A = (1- xB) P°A = P°A - xB P°A
Vediamo come si può mettere in relazione
alla concentrazione
=[nB/(nA+nB)]P°A
La Variazione della tensione di vapore sarà:
DP = P°A - P
soluzione diluita nB << nA (nA+nB) nA e quindi:
DP = (nB/nA)P°A
nA = wA/MA [in gr] per wA in Kg nA = (wA/MA) · 10-3
DP = k ·mk = P°A · MA · 103 è una costante che dipende solo dal solvente.
= xB P°A
DP = m P°A · MA · 103
= P°A 310/ AA
B
Mw
n
nB/wA [in kg] = m (concentrazione molale di B in A)
C1 > C2
(C1) (C2)
P(C1) = P(C2)
C1 = C2
Dopo un tempo t
Diagramma di stato dell’acqua in presenza di
un soluto
DP
P(C1) < P(C2)
ghiaccio
La variazione della tensione di vapore comporta una
variazione nella temperatura di ebollizione
DP non dipende da T, quindi la tensione di vapore
sarà uguale 760 mmHg a temperature maggiori di 100 °C.
la variazione della temperatura di ebollizione della soluzione rispetto a quella
del solvente puro è detta:
innalzamento ebulloscopico.
DTe = Te(soluzione) –Te(solvente puro)
DTe = Ke m
m = concentrazione molale del soluto
Ke = costante ebulloscopica molale
Anche la temperatura di fusione Tf (o congelamento) subisce una
variazione, che diventa minore di quella del solvente puro.
DTf = Tf(solvente puro) – Tf(soluzione)
DTf = Kf m
Kf = costante crioscopia molale
In questo caso si parla di
abbassamento crioscopico.
DTf = Kf m
Solvente Te (°C) Tf (°C) Ke
(K mol-1 kg)
Kf
(K mol-1 kg)
H2O 100.0 0.0 0.512 1.858
C6H6 80.2 5.46 2.61 5.10
CH3COOH 118.5 16.60 3.08 3.59
C6H12
cicloesano
80.74 6.55 2.79 20.0
Pressione osmotica (p)
Definizione: pressione che occorre applicare a una soluzione per impedire
il passaggio in essa del solvente, quando solvente e soluzione sono
separati da una membrana semipermeabile.
Vant’t Hoff ha determinato sperimentalmente che:
p = c ·R · T
c = concentrazione molare
ed essendo c = (n/V) l’equazione può essere riscritta come
l’equazione dei gas ideali
p · V = n · R · T
Il fenomeno dell’osmosi può essere visto come una conseguenza
dell’abbassamento della tensione di vapore in una soluzione
assumendo il solvente sia allo stato di vapore quando passa
attraverso la membrana semipermeabile.
(quindi un soluto contenuto in una
soluzione “agisce” come un gas ideale)
due soluzioni sono isotoniche se hanno la stessa pressione osmotica (quindi la stessa concentrazione)
Isotoniche
p(i) = p(e) p(i) < p(e) p(i) > p(e)
i
e
i
e
i
e
Anomalie delle proprietà colligative
Le proprietà colligative non dipendono dalla natura delle particelle
del soluto ma soltanto dal numero di particelle presenti in soluzione.
DP = i k m
DTe = i Ke m
DTf = i Kf m
p = i cRT
“ i ” viene detto coefficiente di van’t Hoff, e dipende dal
numero effettivo di particelle presenti di soluzione.
i > 1 (soluti che si dissociano)
i < 1 (soluti che si associano)
elettroliti fortii = numero di particelle (+ e -) in cui l’elettrolita si dissocia
es NaCl Na+ + Cl- ; i = 2
CaCl2 Ca2+ + 2 Cl- ; i = 3
se a è il grado di dissociazione (frazione di mole di soluto che si dissocia in nparticelle) a =nd/nt
nd= numero di molecole dissociate ; nt= numero totale di molecole
NT = n(indissociate) + n n(dissociate) = [(1-a) + a n] nt =[ 1+ a ( n - 1)] nt
i = 1+ a ( n - 1)
Elettroliti deboli
Quando una sostanza si associa, (ad es. n molecole si raggruppano in un'unica
entità) a =na/nt grado di associazione
na=numero di molecole che si associano ; nt=numero totale di molecole
NT = n(non associate)+ n(associate)/n = [(1-a) + a/n]nt = [ 1+ ( 1 - n ) a/n] nt
i = 1+ (1 - n ) a/n
ESERCITAZIONI
Si ha bisogno di 0.250 moli di NaCl e tutto quello di cui si dispone è di
una soluzione «0.400 M di NaCl». Quale volume (in ml) di questa
soluzione si dovrà usare?
V
nM
M
nV
l
NaClmoliNaClM
00.1
400.0400.0
V
NaClmoli250.0
NaClmoli
lNaClmoliV
400.0
00.1250.0 l625.0
mlml 62510625.03
Quanti grammi di carbonato di sodio occorrono per preparare 500 ml di
soluzione a 0.150 M ?
V
nM VMn
ml
CONamoliCONaM
1000
150.0150.0 32
32 ml
n
500
mlml
CONamolin 500
1000
150.0 32320750.0 CONamoli
)(3)()(2)( 32 OpaCpaNapaCONapf 1060.1630.120.232)( 32 CONapf
grmol
grmolpfnCONam 95.71060750.0)( 32
Determinare il volume di una soluzione di acido cloridrico [HCl]=0.556 M
che si combina esattamente con 25.4 ml di soluzione 0.458 M NaOH.
L’equazione relativa alla reazione è:
HCl + NaOH = NaCl +H2O
25.4 ml di NaOH 0.458 M
VMn mlml
mol4.25
1000458.0 mol0116.0
0.0116 mol di NaOH reagiscono con 0.0116 mol di HCl
V
nM
M
nV
ml
HClmol
HClmol
1000556.0
0116.0 mlml 9.201000
556.0
0116.0
Determinare il volume (ml) di una soluzione 0.114 M di acido solforico
[H2SO4] che si combina con 32.2 ml di soluzione 0.122 M NaOH.
L’equazione relativa alla reazione è:
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O
32.2 ml di NaOH 0.122 M
VMn mlml
mol2.32
1000122.0 NaOHdimol00393.0
2 mol di NaOH reagiscono con 1 mol di H2SO4
V
nM
M
nV
ml
SOHmol
SOHmol
1000114.0
00197.0
42
42 mlml 3.171000114.0
00197.0
0.00393 mol di NaOH reagiscono con 0.00393 mol di H2SO42
0.00393 mol di NaOH reagiscono con 0.00197 mol di H2SO4
Prelevo 20.0 ml dalla soluzione 0.500 M, ed aggiungo a questi 100-20.0 = 80.0
ml di H2O per ottenere la soluzione desiderata (100 ml 0.100 M)
Determinare il volume di soluzione 0.500 M NaCl per preparare100 ml di
soluzione NaCl 0.100 M .
100 ml di 0.100 M NaCl contengono
VMn ll
mol1.0100.0 mol0100.0
Il volume di soluzione 0.500 M che contiene 0.0100 mol di NaCl è
M
nV
l
mol
mol
500.0
0100.0 mll 0.200200.0
Nelle diluizioni il volume della soluzione a maggiore concentrazione (MC) deve
avere lo stesso numero di moli (n) della soluzione diluita (MD)
CC VMn DD VM
C
DDC
M
VMV
ml0.20
500.0
100100.0
Preparare 200 ml di soluzione 0.2 M di HCl da una soluzione (1) 0.5
M di HCl e una soluzione (2) 0.1 M HCl
VMn V
nM
21 nnnT 2211 VMVMVM TT
21 VVVT 12 VVV T
)( 1211 VVMVMVM TTT 12211 VMVMVMVM TTT 12112 VMVMVMVM TTT 1212 )()( VMMVMM TT T
T VMM
MMV
)(
)(
21
21
200)100.0500.0(
)100.0200.0(1
V 0.50200
400.0
100.0
12 VVV T 1500.50200
Prendo
50 ml sol(1) 0.500 M
e
150 ml sol(2) 0.100 M
Viene preparata una soluzione di albumina contenente 1.08 gr di proteina
in 50 ml di acqua. La soluzione ha una pressione osmotica di 5.85 mmHg a
298 K. Quale è la massa molecolare dell‘albumina?
nRTV p
RT
Vn
p
)(0821.0
050.050
11
KmollatmR
lmlV
atmamtmmHg 00770.0760
85.585.5 p
KKmollatm
latm
298)(0821.0
050.000770.011
mol51057.1
)(
)(
moln
grmpm
)(1057.1
)(08.15 mol
gr
41086.6
La nicotina è un liquido completamente miscibile in acqua a temperature
inferiori a 60 °C. Sciogliendo 1.921 gr di nicotina in 48.92 gr di acqua, la
soluzione congela a -0.450 °C.
Calcolare la molalità della soluzione e la massa molecolare della nicotina
DTf = Kf mf
f
K
Tm
D
DTf = T(solv) – T(soluz) = 0.00 – (– 0.450) = 0.450 K
Kf = 1.86
kg) mol(K 86.1
450.01-
Km )(242.0 1 kgmol
pm = massa molare(mol)
)(
n
grw
molkgkgmolMmn solv 01184.004892.0242.0(mol) 1
)(
2.16201184.0
921.1
mol
gr
Zinco in soluzione acquosa di HCl reagisce secondo:
Zn (s) + 2HCl (aq) = ZnCl2 (aq) + H2 (gas)
In un esperimento condotto alla temperatura di 20 °C, l’idrogeno raccolto sopra la
soluzione è contenuto in un volume di 250 ml e una pressione di 0.55 atm.
Determinare la massa dello Zn che è stato messo a reagire.
Tensione di vapore dell’H2O a 20 °C è 17.5 mmHg
Il gas raccolto è una miscela di H2 (gas) ed H2O(vap)
Legge di Dalton OHH PPP
22
760 mmHg =1 atm
atmmmHg760
5.175.17 atm0230.0
atmPatm H 0230.055.02
atmatmPH 527.0)0230.055.0(2
RTnVP HH 22
RT
VPn
H
H2
2
)(0821.0
15.29315.2730.20
250.0250
11
KmollatmR
KCT
lmlV
KKmollatm
latm
293)(0821.0
250.0527.011
mol00548.0
1 mol H2 proviene da 1 mol di Zn;
Quindi abbiamo messo a reagire 0.00548 mol di Zn;
m(Zn) = pa(Zn)×n(Zn) = 65.41×0.00548 = 0.358 g di Zn
Zn (s) + 2HCl (aq) = ZnCl2 (aq) + H2 (gas)
450 ml di un gas si trovano alla pressione di 745 torr. Quale volume
occupa il gas alla pressione di 785 torr, alla stessa temperatura?
nRTPV tPV cos
2211 VPVP
2
112
P
VPV
tor
mltor
785
450745 ml427
Il volume di un gas a 25 °C è di 5 l. Calcolare il volume alla stessa
pressione e a una temperatura di 150 °C.
nRTPV costP
nR
T
V
2
2
1
1
T
V
T
V
1
122
T
VTV
K
lK
298
5423 l09.7
KCtKT 15.29815.2732515.273)()(1
KCtKT 15.42315.27315015.273)()(2
Quale sarà la pressione di un gas che a -5 °C occupa un volume di 2 l se il
suo volume a 50 °C e 1,5 atm è di 900 ml?
nRTPV costnRT
PV
2
22
1
11
T
VP
T
VP
12
1122
TV
VPTP
Kl
latmK
3232
900.05.1268
atm560.0
KCtKT 15.26815.273515.273)()(2
KCtKT 15.32315.2735015.273)()(1
Calcolare il numero di moli di un gas che a condizioni normali (a c.n.)
occupa un volume di 7 l.
nRTPV RT
PVn
nKKmollatm
latm
273)(0821.0
00.700.111
mol310.0
c.n. → P = 1.00 atm; t = 0.00 °C = 273.15 K
R = 0.0821 (atm l mol-1 K-1)
Un litro di CO2 pesa a c.n. 1.9766 g. A quale temperatura pesa 0.825 g se la
pressione viene mantenuta costante?
RTpm
mnRTPV cost
R
VPpmTm
2Tg
Kg
825.0
2739766.1 K654
pm
mn c.n. → P = 1.00 atm; t = 0.00 °C = 273.15 K
R = 0.0821 (atm l mol-1 K-1)
2211 TmTm 2
112
m
TmT
La densità del fosforo rispetto all’ossigeno è 3.875. Da quanti atomi è costituita
la molecola del fosforo? (R=4)
Legge di Avogadro: volumi uguali dello stesso gas o di gas diversi nelle stesse
condizioni di temperatura e di pressione contengono un ugual numero di molecole.
pm
mn
V
md
pmnm
V
pmnd
2
1
2
1
pm
pm
d
d 1
1
22 pm
d
dpm 12432875.32 pm
paNipapm
Ni
,1
)( pa
pmN
40.31
124N
pa (P) = 31.0
pa(O) = 16.0
Calcolare il volume di O2 necessario per bruciare 5 litri di etano a c.n.
C2H6 + O2 = CO2 + H2O
c. n.
P = 1 atm
t = 0 °C 273 K
C2H6 + O2 = CO2 + H2O
[C2H6 + 2O2] + O2 = 2CO2 + H2O-3 +1 0 0 +4 -2 +1 -2
-14e- + 8e- = -6e-
+4e-
2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O
-3 +1 0 +4 -2 +1 -2
· 2 = -12e-
· 3 = +12e-
2[C2H6 + 2O2] + 3O2 = 2·2CO2 + 3·2H2O
C2H6 + O2 = 2CO2 + H2O
[C2H6 + 2O2] + O2 = 2CO2 + 2H2O-3 +1 0 0 +4 -2 +1 -2
2C2H6 + 4O2 + 3O2 = 4CO2 + 6H2O
Calcolare il volume di O2 necessario per bruciare 5 litri di etano a c.n.
2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O
Legge di Avogadro: volumi uguali dello stesso gas o di gas diversi nelle stesse condizioni di
temperatura e di pressione contengono un ugual numero di molecole.
2 litri di etano reagiranno con 7 litri di ossigeno
6262
2
di5di2
di7
HCl
V
HCl
Ol
62
262
di2
di7di5
HCl
OlHClV 2
2 5,172
di75 Odil
Ol
Calcolare il volume di O2 necessario per bruciare 5 litri di etano a c.n.
Calcolare il volume di biossido di zolfo che si ottiene alla temperatura di 30
°C e alla pressione di 780 tor facendo reagire 30 gr di solfito di sodio con
acido cloridico
Solfito di sodio = Na2SO3
Acido cloridrico = HCl
Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + SO2 + H2O
pf(Na2SO3) = 2 pa(Na) + pa(S) + 3pa(O)
= 2·23 + 32 3 ·16
= 46 + 32 48
= 126
n mol = m/pf = 30/126 =0,2381
m = 30 gr
T = 30 °C = 303 K
P = 780 torr = 780/760 atm. = 1,026 atm
PV = nRT
V = nRT/P
V = 0,2381·0,0821·303/1,026
V = 5,77 litri
3 moli di idrogeno ed 1 di azoto vengono mescolate in un recipiente a 400 °C e
fatte reagire. Calcolare quante moli di ammoniaca si sono formate se la
temperatura è rimasta costante e la pressione è variata da 200 atm iniziali a 190
atm. Finale. (R=0,2 mol)
N2 + 3H2 = 2NH3
nRTPV cost
V
RT
n
P
2
2
1
1
n
P
n
P
21
12 P
P
nn molatm
atm
moln 80.3190
200
)31(2
xxxmoln )3()1(80.323
21
2
xxxxmol 43180.323
21
molx 2.08.34