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ESERCIZI
di
CHIMICA FISICA
CINETICA
TERMOCHIMICA
TERMODINAMICA GAS
TERMOCHIMICA |
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-5100
0.1) Una reazione ha meccanismo A+B--->C+D e C+D--->A+B con costanti cinetiche 2 e 4 M alla meno uno.
Se (A)=(B)= 10 alla meno 2 M,quali saranno le concentrazioni all'equilibrio di C e D?
0.2) Un campione di metano gassoso a 250K e 18.5atm si espande isotermicamente fino a raggiungere di 2,5atm.Si calcoli la variazione di entropia subita dal gas.
03) Considerare un sistema costituito da:
Metallo / Corrispondente sale poco solubile / Soluzione contenente un sale solubile il cui anione è comune con l'anione del sale poco solubile: M/MX/X-
Tale sistema è all'equilibrio elettrochimico.
Mostrare che tale differenza di potenziale è funzione della attività dell'anione del sale poco solubile (X-) e del prodotto di solubilità del sale MX.
0.4) Il dirigibile Hindenburg la cui cubatura era di 200000 metri cubi, si incendiò nella fase di atterraggio perché il gas utilizzato per produrre la spinta ascensionale era l’idrogeno, gas estremamente pericoloso data la sua alta infiammabilità. Questa sciagura (1937) costò la vita a 34 persone. Calcolare il peso dei 200000 metri cubi di idrogeno trasportati dal dirigibile Hindenburg a 25°C e 1 atm.
0.5) 1 mole di vapore di acqua a 100 °C viene compressa a pressione esterna costante di 1 atm fino a formare acqua liquida a 100 °C. calcolare per il sistema: il volume iniziale, quello finale, il calore e il lavoro scambiati e la variazione di energia interna. Il calore latente di evaporazione dell' acqua a 100 °C è uguale a 40670 J/mol, la densità dell' acqua liquida è uguale a 0.958 g/ml; assumere il vapore di acqua come un gas ideale.
0.6) Si mescolano 4Kg di acqua liquida a 80 °C e 5 Kg di acqua liquida a 7 °C. La capacità termica a pressione costante è Cp= 18.01 cal/kmol. Calcolare la temperatura di equilibrio e la varizione di entropia.
0.7) La reazione 2CrCl3(s)---->Cl2(g) + 2CrCl2(s) ha un deltaH=332,17. Sapendo che CrCl3(g) ha un deltaH= - 556,47, calcolare il deltaH di CrCl(s)
0.8) Calcolare il calore scambiato nella reazione in cui si formano 12,8 g di CaO. DH°= 178 kJ/mole.
CaCO3---> CaO+ CO2
0.9) Il DH° per la combustione del C(diamante) è -395 KJ/mol
C(diamante) + O2 ---> CO2
Il DH° per la combustione del C(grafite) è -393 KJ/mol
C(grafite) + O2 ---> CO2
Calcolare il DH° molare per la reazione:
C(diamante) ---> C(grafite)
10) Se 1.92 g di magnesio reagiscono con azoto molecolare per dare Mg3N2, la variazione di entalpia in condizioni standard è -12.2 Kj . Determinare l'entalpia standard di formazione di Mg3N2
11) a temperatura appena inferiore di 13°C un elemento X passa da una forma alfa ad una beta.L'entalpia di transizione da Xalfa--->Xbeta è -2092 J/mol . Calcolare l'energia libera standard di formazione di entrambe le forme a 25°C.
12) Determinare quanto vale l'energia di un legame N-H di una molecola di ammoniaca sapendo che l'energia di legame di H2 è 436 kJ/mol, quella di N2 è 940 kJ/mol e che l'entalpia standard di formazione dell'ammoniaca è -46 kJ/mol
13) Calcolare la costante di velocità per la reazione:
NO2(g)+ N2O5(g)<- ->O2(g)
sulla base dei seguenti dati sperimentali:
[NO2] [O2] v
1,5 M 1,5M 3,6×103 M s-1
1,5 M 3,0M 7,2×103 M s-1
3,0 M 1,5M 1,4×104 M s-1 |
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0.1) reazione di equilibrio:
A + B <==> C + D
inizialmente hai [A] = [B] = 10^-2 M
k1 = 2 M^-1, k-1 = 4 M^-1
dalle due costanti cinetiche, puoi calcolare la costante termodinamica di equilibrio (Keq = k1 / k-1 = 0.5)
la costante di equilibrio (in questo caso) è definita
Keq = [C] * [D] / [A] / [B] con le concentrazioni intese come conc. di equilibrio...
sai che ti si formano x mol/L di C e x mol/L di D e contemporaneamente sono sparite x mol/L di A e x mol/L di B
quindi
[C] = [D] = x
[A] = [B] = (10^-2 - x)
e basta che risolvi l'eqz di II grado
Keq = 0.5 = x^2 / (10^-2 - x)^2
e trovi x...
0.2) per una espansione reversibile il lavoro W è
W = -n*R*T*Ln(V2/V1) ma essendo P1V1 = P2V2 cioè V2/V1 = P1/P2
W = -nRTLn(P1/P2)
DU = Q + W = 0 poichè T costantre
allora Q = -W = nRTLn(P1/P2)
DS = Q/T = RT*Ln(P1/P2)
0.3) M+(aq) + 1e- --> M(s)
e
MX(s) <-- --> M+(aq) + X-(aq)
con Kps = a(M+)*a(X-)
dunque a(M+) = Kps / a(X-)
E = E°(M+/M) + 0.059*Log(a(M+)) =
= E° + 0.059*LogKps - 0.059*Loga(X-)
0.4) Sostituire i dati nella formula p*V=nRT per trovare n, ovvero il numero delle moli di H2, che andranno quindi moltiplicate per il peso atomico della molecola, in questo caso 2, essendo l'idrogeno 1.
Quindi:
1*(200000*1000) (perchè il volume va calcolato in litri, 1m cubo sono 1000 litri) =n*0,082*298 (Temperatura in Kelvin).
Ricavando n si ha n = 8,18*10^6. Troviamo ora il peso moltiplicandolo per 2 ---> 8,18*10^6 * 2= 1,6*10^7 g, ovvero 160 quintali.
0.5) V iniz= n* R* T/P = 373*0.0821*1/1=30.62 L
siccome Q= - n*lambda, cioè il calore latente. Il segnp negativo è dato dal fatto che esegui un raffreddamento(passi da vapore a liquido). Quindi Q = - 40670
la densità è
d= m/V, quindi la massa la possiamo calcolare ed è
m=n*PM = 18*1 = 18 g
V= m/d = 18/0.958= 18.79 che arrotondo a 18.8 ml
adesso il lavoro è negativo perchè si esegue una compressione: bisogna usare le stesse unita di misura P in Pa (N/m2) Volume in m3 = lavoro in J (Nm)
1 atm = 10^5 Pa 30.6 lt = 0.0306 m3 18.8 ml =18,8 *10^-6 m3
10^5 x ( 18.8 x 10^-6 -30.6 x 10^-3 )=-3058 J
con questo criterio (criterio misto)
DU=Q-L =-40670+3058=-37611J
0.6) 4kg H2O =4/18 = 0.22 Kmoli
5Kg H2O=5/18=0.28 kmoli
80°C=353.15K
7°C=280.15K
dQp=n* Cp*dT
0.22*18.01*(353.15-Tx)=0.28*18.01*(Tx-...
1399.25-3.96Tx=5.04Tx-1411.96
2811.90=9Tx
Tx=312.36 K =39.21 °C
dS= dQ/T
dQp=n Cp dT
DS=DS1+DS2
DS1=int(n Cp dT/T) fra T1 e Tf
DS2=int(n Cp dT/T) fra T2 e Tf
DS1=n1 Cp ln Tf/T1
DS2=n2 Cp ln Tf/T2
DS1=0.22*18.01 ln 312.36/353.15
DS2 =0.28*18.01 ln 312.36/280.15
DS1=3.9622*(-0.1227)=-0.4862 kcal/K
DS2=5.0428*(0.1088)=0.5488 Kcal/K
DS=0.5488-0.4862=0.0626 kcal/K
=62,6 cal/K
0.7) il DH della reazione = DHfprodotti-DHfreagenti
dove DHf e' il DH di formazione
DHf Cl2 = 0 per definizione
quindi:
332.17 = 2*DHCrCl2-2*DHCrCl3 = 2*X-2*(- 556.47)
da cui
X = (332.17+2*(- 556.47))/2 =-390.39
quindi il DH di CrCl2 = -390.39
0.8) peso molecolare CaO = 56 g/mol
moli caO = 12.8g/ 56g/mol = 0.23mol
DH° = 178 Kj/mol * 0.23mol = 40.7 Kj
0.9) C(diamante) + O2 --> CO2 reax 01
-
C(grafite) + O2 --> CO2 - reax 02
=
C(diamante) + O2 --> CO2
+
CO2 --> C(grafite) + O2
=
C(diamante) + O2 + CO2 --> CO2 + C(grafite) + O2
=
C(diamante) --> C(grafite) reax 03
allora
reazione 03 = reax 01 - reax 02
quindi
DH°(3) = DH°(1) - DH°(2)
10) la reazione sarebbe:
3Mg + N2 --> Mg3N2
cerca il peso atomico di Mg = PA
calcala le moli di Mg = 1.92/PA
imposta la proporzione:
1.92/PA : -12.2KJ = 3 : X
X = 3*(-12.2)/(1.92/PA) = entalpia per consumare 3 moli du Mg e quindi produrre 1 mole di Mg3N2
11) la transizione avviene a T < 13°C quindi a 25°C la forma termodinamicamente stabile è X(alfa) t.c.:
DG°f(alfa) = 0 per convenzione
mentre
DG°f(beta) = DH°transizione = -2092 J/mol
considerando che:
dG= dH- TdS
secondo me l'utente di prima ha scritto così perchè a temperature non elevate il valore di dG dipende interamente dal fattore entalpico ,e quindi si può non considerare l'entropia.
è anche giusto dire però,che a temperature elevate il fattore entropico può diventare predominante per il valore dell'energia libera .
12) sfruttiamo l legge di hess:
NH3 ---> N + 3H
=
3/2H2 ---> 3H 3/2*(+436KJ)
+
1/2N2 ---> N 1/2*(+940KJ)
+
NH3 --> 3/2H2 + 1/2N2 -1*(-46KJ)
quindi
NH3 ---> N + 3H (436*3/2 + 940*1/2 + 46 = 1170Kj)
poichè in questa reazione si rompono 3 legami N-H
Emedia(N-H) = 1170 / 3 = 390KJ/mol
13) La determinazione dell'ordine di reazione (x e y) viene fatta sulla base di dati sperimentali, per cui non può essere dedotta dalla stechiometria della reazione. Immagino quindi che nel testo dell'esercizio ti vengano forniti alcuni dati: in genere vengono forniti diversi valori di concentrazione di A e di B e di velocità iniziale (V).
In tal caso devi individuare almeno 2 situazioni in cui [A] ha lo stesso valore; allora guardi se e come V varia al variare di [B], potendo inglobare [A] nella costante cinetica, ossia:
V = k[A]^X . [B]^Y = K’ . [B]^Y
Cioè
V1 = K’ . [B]1^Y
V2 = K’ . [B]2Y
Allora, dividendo membro a membro, si ha:
V1 / V2 = {[B]1 / [B]2}^Y
Ln(V1 / V2)= Ln{[B]1 / [B]2} Y = y . Ln{[B]1 / [B]2}
e quindi y = Ln(V1 / V2) / Ln{[B]1 / [B]2}
con V1= 3.6*103
V2 = 7.2*10^3
[B]1 = 1.5
[B]2 = 3
poi cerca 2 valori 2 casi in cui [B] ha lo stesso valore; allora guardi se e come V varia al variare di [A] in questo caso, potendo inglobare [B] nella costante cinetica:
V = k[A]^X . [B]^Y = K’ . [A]^x
Cioè
V3 = K’ . [A]3^x
V4 = K’ . [A]4^x
Allora V3 / V4 = {[A]3 / [A]4}^x
Ln(V3 / V4)= Ln{[A]3 / [A]4}^x = x . Ln{[A]3 / [A]4}
e quindi x = Ln(V3 / V4) / Ln{[A]3 / [A]4}
con V3= 3.6*103
V4 = 1.4*10^4
[A]3 = 1.5
[A]4 = 3 |
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