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ESERCITAZIONE di CHIMICA 31 ottobre 2012 GAS CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI PRESSIONE OSMOTICA

ESERCITAZIONE di CHIMICA 31 ottobre 2012 GAS CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI PRESSIONE OSMOTICA CRIOSCOPIA e EBULLIOSCOPIA. 1. GAS. 2. Equazione di stato dei gas ideali: P x V = n x R x T P = pressione [ atm ] V = volume [ L ] n = numero di moli [ mol ]

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ESERCITAZIONE di CHIMICA 31 ottobre 2012 GAS CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI PRESSIONE OSMOTICA

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  1. ESERCITAZIONE di CHIMICA 31 ottobre 2012 GAS CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI PRESSIONE OSMOTICA CRIOSCOPIA e EBULLIOSCOPIA 1

  2. GAS 2

  3. Equazione di stato dei gas ideali: P x V = n x R x T P = pressione [ atm ] V = volume [ L ] n = numero di moli [ mol ] R = 0,0820578 [ L atm / mol K ] T = temperatura [ K ] La legge vale per tutti i gas indipendentemente dalla natura del gas! Condizioni standard: P = 1 atm e T = 273,16 K (0 °C)

  4. R = 0,0820578 [ L atm / mol K ] R = 1,98722 [ cal / mol K ] R = 8,31451 [ J / mol K ] 4

  5. Unità di misura della pressione 1 atm = 101.325 Pa (Nw / m2) 1 atm = 760 mmHg = 760 torr nel sistema CGS: 1 atm = 1,01325 bar = 1.013,25 milli-bar 5

  6. Calcolare il volume di una mole di qualsiasi gas in condizioni standard (P = 1 atm; T = 0° C) P x V = n x R x T P = 1 atm V = ? L n = 1 mol R = 0,082 atm L / mol K T = 273 K V = 22,4 L 6

  7. Calcolare la pressione esercitata da 2 moli di ossigeno molecolare contenute in un recipiente di 10 L alla temperatura di 25 °C P x V = n x R x T P = ? atm V = 10 L n = 2 mol R = 0,082 atm L / mol K T = 273 + 25 = 298 K P = 4,89 atm

  8. Calcolare le moli di gas contenute in un recipiente di 20 L alla pressione di 15 atm e alla temperatura di 55 °C P x V = n x R x T P = 15 atm V = 20 L n = ? mol R = 0,082 atm L / mol K T = 273 + 55 = 328 K n = 11,15 mol

  9. Calcolare la temperatura di 5 moli di gas contenute in un recipiente di 30 L alla pressione di 6 atm P x V = n x R x T P = 6 atm V = 30 L n = 5 mol R = 0,082 atm L / mol K T = ? K T = 439 K cioè 166 °C

  10. Calcolare la temperatura di 5 moli di gas contenute in un recipiente di 30 L alla pressione di 4.560 torr P x V = n x R x T P = 4.560 torr = 4.560 / 760 = 6 atm V = 30 L n = 5 mol R = 0,082 atm L / mol K T = ? K T = 439 K cioè 166 °C 10

  11. 1 2009-2010 Gli airbag si gonfiano di azoto che si forma dalla reazione esplosiva sotto indicata (da bilanciare). Calcolare quanti grammi di NaN3 sono necessari per gonfiare un airbag di 15 L a 1,4 atm e 25 °C NaN3 Na + N2 (da bilanciare) 11

  12. 2 NaN3 Na + N2 (da bilanciare) 2 NaN3 2 Na + 3 N2 (bilanciata) P x V = n x R x T P = 1,4 atm V = 15 L n = ? mol R = 0,082 atm L / mol K T = 273 + 25 = 298 K moli di azoto = 0,86 mol 12

  13. 3 2 NaN3 2 Na + 3 N2 moli di azoto = 0,86 mol moli di NaN3 = moli di N2 x (2 / 3) = 0,57 mol massa molare NaN3 = 65 g / mol massa NaN3 = 65 x 0,57 = 37,5 g 13

  14. 1 2009-2010 Calcolare il volume di ossigeno a 1,0 atm e 25 °C consumato da un fornello che brucia 25 g di propano C3H8 (g) + O2 (g)  CO2 (g) + H2O (g) (da bilanciare) 14

  15. 2 C3H8 (g) + O2 (g)  CO2 (g) + H2O (g) C3H8 (g) + 5 O2 (g)  3 CO2 (g) + 4 H2O (g) massa propano = 25 g massa molare propano = 44 g / mol moli propano = 25 / 44 = 0,57 mol moli O2 = moli C3H8 x 5 = 0,57 x 5 = 2,84 mol 15

  16. 3 moli O2 = 2,84 mol P x V = n x R x T P = 1,0 atm V = ? L n = 2,84 mol R = 0,082 atm L / mol K T = 273 + 25 = 298 K volume di ossigeno = 69,4 L volume di aria = circa 345 L! 16

  17. 1 2010-2011 Calcolare il volume di cloro a 2,0 atm e 25 °C prodotto da 32 g permanganato di potassio in presenza di HCl in eccesso HCl + KMnO4 Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O (da bilanciare)

  18. 2 HCl + KMnO4 Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O 2 HCl  1 Cl2 + 2 e-10 HCl 5 Cl2 + 10 e- 1 KMnO4 + 5 e- 1 MnCl22 KMnO4 + 10 e-2 MnCl2 10 HCl + 2 KMnO4 5 Cl2 + 2 MnCl2 + KCl + H2O 16 HCl + 2 KMnO4  5 Cl2 + 2 MnCl2 + 2 KCl + 8 H2O 18

  19. 3 16 HCl + 2 KMnO4  5 Cl2 + 2 MnCl2 + 2 KCl + 8 H2O massa KMnO4 = 32 g massa molare KMnO4 = 159 g / mol moli KMnO4 = 32 / 159 = 0,20 mol moli Cl2 = moli KMnO4 x (5 / 2) = 0,50 mol 19

  20. 4 moli Cl2 = 0,50 mol P x V = n x R x T P = 2,0 atm V = ? L n = 0,5 mol R = 0,082 atm L / mol K T = 273 + 25 = 298 K volume di cloro = 6,1 L 20

  21. 1 2010-2011 Calcolare il volume di anidride carbonica a 1,0 atm e 25 °C prodotto da 1,59 g di potassio permanganato in presenza di HCl e ossalato in eccesso C2O42- + MnO4- + H+ CO2 + Mn2+ + H2O (da bilanciare)

  22. 2 C2O42- + MnO4- + H+ CO2 + Mn2+ + H2O 1 C2O42- 2 CO2 + 2 e- 5 C2O42- 10 CO2 + 10 e- 1 MnO4- + 5 e- 1 Mn2+2 MnO4- + 10 e-2 Mn2+ 5 C2O42- + 2 MnO4- + H+ 10 CO2 + 2 Mn2+ + H2O 5 C2O42- + 2 MnO4- + 16 H+ 10 CO2 + 2 Mn2+ + 8 H2O 22

  23. 3 2 MnO4- + 5 C2O42- + 16 H+ 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O massa KMnO4 = 1,59 g massa molare KMnO4 = 159 g / mol moli KMnO4 = 1,59 / 159 = 0,01 mol moli CO2 = moli KMnO4 x (10 / 2) = 0,05 mol 23

  24. 4 moli CO2 = 0,05 mol P x V = n x R x T P = 1,0 atm V = ? L n = 0,05 mol R = 0,082 atm L / mol K T = 298 K volume di CO2 = 1,22 L 24

  25. 1 2008-2009 Una bombola resiste fino a 160 atm. Contiene azoto a 120 atm e 27 °C. Calcolate se a 100 °C la pressione supera il limite di resistenza 25

  26. 2 P1 x V = n x R x T1 P2 x V = n x R x T2 (P1 / P2) = (T1 / T2) da cui P1 x T2 = T1 x P2 T1 = 273 + 27 = 300 K T2 = 273 + 100 = 373 K P1 = 120 atm P2 = ? atm P2 = (P1 x T2) / T1 = 149,2 atm La bombola resiste! 26

  27. CONCENTRAZIONE delle SOLUZIONI 27

  28. moli soluto (mol) Molarità (mol / L) = ------------------------------ volume soluzione (L) massa soluto (g) % massa / massa = ----------------------------- x 100 massa soluzione (g) massa soluto (g) % massa / volume = -------------------------------- x 100 volume soluzione (mL) 28

  29. MOLARITÀ Una soluzione è ottenuta sciogliendo 245 g di H2SO4 e portando il volume finale della soluzione a 1,5 L Calcolare la molarità massa H2SO4 = 245 g massa molare H2SO4 = 98 g / mol moli H2SO4 = 245 / 98 = 2,5 mol molarità = 2,5 / 1,5 = 1,7 mol / L 29

  30. % MASSA / VOLUME Una soluzione è ottenuta sciogliendo 245 g di H2SO4 e portando il volume finale della soluzione a 1,5 L Calcolare la percentuale massa / volume % massa / volume = (245 g / 1,5 x 103 mL) x 100 = 16,3 % 30

  31. % MASSA / MASSA Una soluzione è ottenuta sciogliendo 245 g di H2SO4 e portando il volume finale della soluzione a 1,5 L (pari a 1,609 kg) Calcolare la percentuale massa / massa % massa / massa = (245 g / 1,609 x 103 g) x 100 = 15,2 % 31

  32. DENSITÀ O MASSA SPECIFICA massa soluzione (g) Massa specifica (densità) = ---------------------------------- volume soluzione (mL) Unità di misura: g / mL = g / cm3 = kg / L = kg / dm3 La massa specifica consente di conoscere la massa di una soluzione partendo dal suo volume e viceversa!

  33. 1 2009-2010 100 mL di una soluzione di acido solforico al 96 % massa / massa (densità o massa specifica = 1,8 g / mL) sono diluiti al volume finale di 2 L Calcolare la molarità della soluzione 33

  34. 2 ... 100 mL H2SO4 96 % m / m (d = 1,8 g / mL) ... sono diluiti a 2 L ... molarità? densità H2SO4 96 % = 1,8 g / mL massa H2SO4 96 % = 1,8 x 100 mL = 180 g massa H2SO4 puro = 180 x (96 / 100) = 173 g massa molare H2SO4 = 98 g / mol moli H2SO4 puro = 173 / 98 = 1,8 mol molarità H2SO4 = 1,8 mol / 2 L = 0,9 mol / L 34

  35. 1 2009-2010 120 mL di una soluzione di acido nitrico al 70 % massa / massa (densità o massa specifica = 1,4 g / mL) sono diluiti al volume finale di 5 L Calcolare la molarità della soluzione 35

  36. 2 ... 120 mL HNO3 70 % m / m (d = 1,4 g / mL) ... ... sono diluiti a 5 L ... molarità? densità HNO3 70 % = 1,4 g / mL massa HNO3 70 % = 1,4 x 120 mL = 168 g massa HNO3 puro = 168 x (70 / 100) = 118 g massa molare HNO3 = 63 g / mol moli HNO3 puro = 118 / 63 = 1,9 mol molarità HNO3 = 1,9 mol / 5 L = 0,38 mol / L 36

  37. 1 Calcolare quanti mL di una soluzione di acido nitrico al 70 % massa / massa (densità o massa specifica = 1,4 g / mL) sono necessari per preparare 3 L di acido nitrico 0,05 mol / L 37

  38. 2 ... molarità HNO3 diluito = 0,05 mol / L volume HNO3 diluito = 3 L moli HNO3 = 0,05 x 3 = 0,15 mol massa molare HNO3 = 63 g / mol massa HNO3 = 63 x 0,15 = 9,15 g massa HNO3 70% = 9,15 x (100 / 70) = 13,1 g densità HNO3 70 % = 1,4 g / mL volume HNO3 70 % = 13,1 / 1,4 = 9,4 mL 38

  39. PRESSIONE OSMOTICA 39

  40. Equazione di stato dei gas ideali: P x V = n x R x T cioè P = M x R x T Pressione osmotica delle soluzioni: π = i x M x R x T π = pressione osmotica [ atm ] i = fattore di vant’t Hoff (“dissociazione”) M = molarità [ mol / L ] R = 0,0820578 [ L atm / mol K ] T = temperatura [ K ] osmolarità = i x M 40

  41. Calcolare la pressione osmotica di una soluzione di saccarosio (non dissocia!) 0,1 mol / L a 37 °C π = i x M x R x T π = ? atm i = 1 M = 0,1 mol / L R = 0,082 L atm / mol K T = 273 + 37 = 310 K π = 1 x 0,1 x 0,082 x 310 = 2,54 atm 41

  42. Calcolare la pressione osmotica di una soluzione di cloruro di sodio 0,1 mol / L a 37 °C NaCl  Na+ + Cl- (legame ionico!) π = i x M x R x T π = ? atm i = 2 M = 0,1 mol / L R = 0,082 L atm / mol K T = 273 + 37 = 310 K π = 2 x 0,1 x 0,082 x 310 = 5,08 atm 42

  43. 1 Calcolare la pressione osmotica della soluzione “fisiologica” (soluzione di cloruro di sodio 0,9 % massa / volume) a 37 °C NaCl  Na+ + Cl- (legame ionico!) 43

  44. 2 soluzione NaCl 0,9 % = 0,9 g / 100 mL massa di NaCl in 1 L = 9 g / L massa molare NaCl = 58,5 g / mol molarità NaCl = 9 / 58,5 = 0,15 mol / L La molarità della soluzione fisiologica (0,9 % massa / volume) è di 0,15 mol / L 44

  45. 3 NaCl  Na+ + Cl- (legame ionico!) π = i x M x R x T π = ? atm i = 2 M = 0,15 mol / L R = 0,082 L atm / mol K T = 310 K π = 2 x 0,1 x 0,082 x 310 = 7,62 atm! 45

  46. 1 2010-2011 Calcolare la pressione osmotica a 30 °C di 2 L di soluzione di glucosio 0,05 mol / L alla quale sono stati aggiunti 9,53 g di cloruro di magnesio 46

  47. 2 Pressione osmotica derivante dal glucosio π = i x M x R x T π = ? atm i = 1 M = 0,05 mol / L R = 0,082 L atm / mol K T = 273 + 30 = 303 K π glucosio = 1 x 0,05 x 0,082 x 303 = 1,24 atm 47

  48. 3 Molarità MgCl2 massa MgCl2 = 9,53 g massa molare MgCl2 = 95,3 g / mol moli MgCl2 = 9,53 / 95,3 = 0,1 mol volume soluzione = 2 L molarità MgCl2 = 0,1 / 2 = 0,05 mol / L 48

  49. 4 Pressione osmotica derivante da MgCl2 MgCl2 Mg2+ + 2 Cl- (legame ionico!) π = i x M x R x T π = ? atm i = 3 M = 0,05 mol / L R = 0,082 L atm / mol K T = 273 + 30 = 303 K π MgCl2 = 3 x 0,05 x 0,082 x 303 = 3,73 atm π = π glucosio + π MgCl2 = 1,24 + 3,73 = 4,97 atm 49

  50. 1 Calcolare la pressione osmotica a 30 °C di una soluzione di urea 0,1 mol / L e del volume di 5 L alla quale sono stati aggiunti 32,8 g di fosfato di sodio 50

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