Esercitazione con soluzioni n.6 - liquidi e soluzioni - Chimica - a.a.2017/2018 PDF

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Esercizi liquidi e soluzioni: 1. Calcolare la molarità di una soluzione che contiene 0,300 mol di HCl in un volume di 545 ml. La molarità corrisponde a M = n/V dove V è il volume in Litri Quindi M = 0.300/0.545 = 0,550M 2. Si sciolgono 10,3 g di HCl in una quantità di H2O tale da ottenere 200,5 ml di soluzione. Calcolare la M e la m sapendo la densità della soluzione d = 1,021 g/ml. Calcoliamo le moli di HCl: PMHCl = 36.46 g/mol nHCl = mHCl / PMHCl = 10.3 / 36.46 = 0.2825 mol Quindi conoscendo il numero di moli e il volume della soluzione possiamo calcolare la molarità: M = n / V = 0.2825 / 0.2005 = 1,41M Invece per calcolare la molalità ci serve il peso in kg di solvente, calcoliamo prima il peso della soluzione dal volume e dalla densità: msoluzione = d * V = 1.021 * 200.5 = 204.71 g a questo punto possiamo scrivere che msolvente = msoluzione – msoluto msolvente = 204.71 – 10.3 = 194.41 g e quindi m = n / msolvente [kg!] = 0.2825 / 0.19441 = 1,4531 m 3. Una soluzione è stata preparata sciogliendo 3,50 g di metanolo (CH 3OH) in 50,90 g di acqua. Calcolare la frazione molare dei due componenti. Calcoliamo le moli di acqua e di metanolo: n = m / PM nCH3OH = 3.50 / 32 = 0.109 mol nH2O = 50.90 / 18 = 2.828 mol quindi nTOT = nCH3OH + nH2O nTOT = 0.109 + 2.828 = 2.937 mol e Xi = ni / nTOT XCH3OH = 0.109 / 2.937 = 0,0371 XH2O = 2.828 / 2.937 = 0,963 4. Una soluzione è preparata aggiungendo 10,15 g di NaOH a 70,55 g di acqua. Calcolare le % in peso dei due componenti. %wi = (mi / mTOT) *100 mTOT = mNaOH + mH2O = 10.15 + 70.55 = 80.70 g %wNaOH = (10.15 / 80.70) * 100 = 12,58% %wH2O = (70.55 / 80.70) * 100 = 87,42% 5. Calcolare la molarità di una soluzione ottenuta miscelando 75,0 ml di HCl 0,200 M con 25,8 ml di HCl 0,450 M. Assumere che i volumi siano additivi. Calcoliamo le moli di HCl ottenute da ogni soluzione ricordandosi che M = n / V quindi n = M * V n1 = 0.075 * 0.200 = 0.015 mol n2 = 0.0258 * 0.450 = 0.0116 mol nTOT = n1 + n2 = 0.015 + 0.0116 = 0.0266 mol Se consideriamo i volumi additivi abbiamo VTOT = V1 + V2 = 0.075 + 0.0258 = 0.101 l M = nTOT / VTOT = 0.0266 / 0.101 = 0,263M

6. In una reazione si devono usare 0,240 l di soluzione di KOH 0,500 M. Quanti ml di soluzione di KOH al 15,9% in peso (d = 1,145 g/ml) devono essere diluiti con acqua per ottenere la soluzione desiderata? Calcoliamo le moli di KOH necessarie alla reazione: M = n / V quindi nKOH = M * V nKOH = 0.240 * 0.500 = 0.120 mol Calcoliamo il peso corrispondente: mKOH = nKOH * PMKOH mKOH = 0.120 * 56.1 = 6.73 g La soluzione madre contiene 15.9 % in peso di KOH, quindi abbiamo 15.9 g di KOH in 100 g di soluzione madre, calcoliamo quindi quanti grammi di soluzione madre servono per avere 6.73 g di KOH: mSolMadre = (6.73 / 15.9) * 100 = 42.3 g Conosciamo la densità della soluzione madre e d = m / V Quindi VSolMadre = mSolMadre / d = 42.3 / 1.145 =36.94 ml 7. Si addizionano 125,5 ml di acqua (d = 1,000 g/ml) a 68,2 ml di CH 3CH2OH (d = 0,790 g/ml). La soluzione ottenuta ha una densità di 0,954 g/ml. Calcolare il volume della soluzione, la m e la M. Attenzione, qui non è specificato di considerare i volumi additivi, quindi non lo sono! Abbiamo la densità della soluzione finale, e ci ricordiamo che d = m TOT / V, quindi per calcolare il volume della soluzione finale ci serve la massa totale della soluzione finale. Ma abbiamo la densità e il volume delle due soluzioni iniziali quindi possiamo calcolare le masse: m = d * V mH2O = 125.5 * 1 = 125.5 g mCH3CH2OH = 68.2 * 0.790 = 53.878 g mTOT = mH2O + mCH3CH2OH = 125.5 + 53.878 = 179.378 g e quindi V = mTOT / d = 179.378 / 0.954 = 188 ml Per calcolare la molarità ci servono il numero di moli di soluto in soluzione: nCH3CH2OH = mCH3CH2OH / PM = 53.878 / 46 = 1.17 mol M = n / V = 1.17 /0.188 = 6.22 M Invece per la molalità servono le moli di soluto sulla massa di solvente: m = n / msolvente = 1.17 / 0.1255 = 9,32 m 8. Calcolare la %w di una soluzione contenente 20 g di Na2CO3.10H2O in 350 g di acqua. Supponendo che la d della soluzione sia 0.95 g/ml, trovare la molarità, molalità e la frazione molare. Qui abbiamo il soluto: Na2CO3.10H2O e msoluto = 20 g e il solvente: H2O e msolvente = 350g quindi mTOT = msoluto + msolvente = 20 + 350 = 370 g %w = (msoluto / mTOT) *100 = (20 / 370) *100 = 5.4 % La molarità è M = nsoluto / Vsoluzione Calcoliamo le moli di soluto n = m / PM nsoluto = 20 / 286 = 0.0699 mol Calcoliamo il volume della soluzione tramite la densità: V = mTOT / d = 370 / 0.95 = 389.47 ml M = 0.0699 / 0.38947 = 0.179 M La molalità è m = nsoluto / msolvente = 0.0699 / 0.350 = 0.200 m La frazione molare è Xsoluto = nsoluto / nTOT Conosciamo il numero di moli di soluto, calcoliamo il numero di moli di solvente per calcolare nTOT nsolvente = msolvente / PM = 350 / 18 = 19.4 mol nTOT = nsoluto + nsolvente = 0.0699 + 19.4 = 19.47 mol X = 0.0699 / 19.47 = 0.00359 9. La solubilità di KCl in H2O a 20 °C è di 34.0 g di KCl per 100 g di H 2O. Se la densità della soluzione è di 1.17 g/ml, calcolare la frazione molare di KCl, la molalità e la molarità.

Qui abbiamo il soluto: KCl e msoluto = 34.0 g E il solvente: H2O e msolvente = 100 g Calcoliamo quindi le moli di soluto, le moli di solvente e le moli totali per calcolare la frazione molare: nsoluto = msoluto / PM = 34 / 74.5 = 0.456 mol nsolvente = msolvente / PM = 100 / 18 = 5.56 mol nTOT = nsoluto + nsolvente = 0.456 + 5.56 = 6.02 mol X = nsolvente / nTOT = 0.456 / 6.02 = 0.0757 m = nsoluto / msolvente = 0.456 / 0.1 = 4.56 m M = nsoluto / V V = mTOT / d mTOT = msoluto + msolvente = 100 + 34 = 134 g V = 134 / 1.17 = 114.5 ml M = 0.456 / 0.1145 = 3,983 M 10. Calcolare la molalità di una soluzione ottenuta mescolando volumi eguali di una soluzione al 30% in peso di H2SO4 (densità 1.218 g/ml) e di una soluzione al 70% in peso di H2SO4 (1.610 g/ml). Sappiamo che prendiamo volumi uguali delle due soluzioni, (chiamiamole soluzione A e B), quindi consideriamo di prendere 100 ml di ogni soluzione. Soluzione A: Calcoliamo la massa della soluzione msoluzioneA, considerando 100 ml e conoscendo la densità msoluzioneA = d * V = 1.218 * 100 = 121.8 g Di cui 30 % è il peso di H2SO4: mH2SO4A = 0.30 * 121.8 = 36.54 g E 70% è il peso di solvente: msolventeA = 0.70 * 121.8 = 85.26 g Soluzione B: Calcoliamo la massa della soluzione msoluzioneB, considerando 100 ml e conoscendo la densità msoluzioneB = d * V = 1.610 * 100 = 161.0 g Di cui 70 % è il peso di H2SO4: mH2SO4B = 0.70 * 161.0 = 112.7 g E 30% è il peso di solvente: msolventeB = 0.30 * 161.0 = 48.3 g Quindi mescolando 100 ml di soluzione A con 100 ml di soluzione B avremo: V = 200 ml mH2SO4 = mH2SO4A + mH2SO4B = 36.54 + 112.7 = 149.24 g msolvente = msolventeA + msolventeB = 85.26 + 48.3 = 133.56 g La molalità è m = nH2SO4 / msolvente Quindi calcoliamo le moli di H2SO4 nH2SO4 = mH2SO4 / PM = 149.24 / 98.1 = 1.52 mol m = 1.52 / 0.13356 = 11,38 m 11. Calcolare a quale volume occorre diluire 125 ml di una soluzione di HCl 1M per ottenere una soluzione di HCl 0.1M. Calcoliamo il numero di moli di HCl contenuto in V1 = 125 ml della prima soluzione: nHCl = V1 * M1 = 0.125 * 1 = 0.125 mol A questo punto possiamo calcolare il volume corrispondente della seconda soluzione: V2 = nHCl / M2 = 0.125 / 0.1 = 1.25 l 12. In 620g di soluzione sono disciolti 25.4g zucchero. Calcolare la %w del soluto. %w = (msoluto / msoluzione) * 100 %w = (25.4/620) * 100 = 4,1% 13. Quanti g di acido sono contenuti in 850 ml di una soluzione 0.58 M di acido solforico?

MH2SO4 = nH2SO4 / V Quindi nH2SO4 = MH2SO4 * V nH2SO4 = 0.58 * 0.850 = 0.493 mol mH2SO4 = nH2SO4 * PMH2SO4 mH2SO4 = 0.493 * 98.1 = 48,36 g 14. Una soluzione di acido solforico al 44% in peso ha una densità di 1.3386 g/ml. Calcolare la molarità dell’acido e la sua frazione molare. Sappiamo che %w = (msoluto / msoluzione) * 100 e d = msoluzione / V Se consideriamo V = 100 ml abbiamo msoluzione = d * V = 1.3386 * 100 = 133.86 g E quindi msoluto = %w * msoluzione / 100 = 44 * 133.86/100 = 58.898 g nsoluto = msoluto / PMsoluto = 58.898 / 98.1 = 0.600 mol M = nsoluto / V = 0.600 / 0.100 = 6M msoluzione = msoluto + msolvente msolvente = msoluzione – msoluto = 133.86 – 58.898 = 74.962 g nsolvente = msolvente / PMsolvente = 74.962 / 18 = 4.165 mol quindi nTOT = nsoluto + nsolvente = 0.600 + 4.165 = 4.765 mol X = nsoluto / nTOT = 0.600 / 4.765 = 0,126 15. A 200gr di acqua vengono aggiunti 160g di anidride solforica e si forma acido solforico. Calcolare la molalità dell’acido solforico e la sua % in peso. (SO3 + H2O  H2SO4) SO3 + H2O moli x x n = m / PM Quindi nSO3 = 160 / 80 = 2.0 mol = x1 nH2O = 200 / 18 = 11.11 mol = x2 quindi x1 < x2 , l’anidride solforica è il reagente limitante e x = x1 = 2.0 mol la molalità è m = nH2SO4 / mH2Of Calcoliamo il numero finale di moli di acqua nH2Of = nH2O – x = 11.11 – 2.0 = 9.11 mol mH2Of = nH2Of * PMH2O = 9.11 * 18 = 163.98 g m = 2.0 / 0.16398 = 12,2 m %w = (msoluto / msoluzione) * 100 mH2SO4 = nH2SO4 * PMH2SO4 = x * PMH2SO4 = 2.0 * 98.1 = 196.2 g msoluzione = mH2SO4 + mH2Of = 196.2 + 163.98 = 360.18 g %w = (196.2 / 360.318) * 100 = 54,5%



H2SO4 x

16. Calcolare il volume di gas che si raccoglie a 35°C e a p = 740mmHg facendo reagire 108 g di Al con 860 ml di soluzione al 37% peso di HCl (d=1.32g/cm3). La reazione che avviene è Al + HCl  AlCl3 + H2 2 Al + 6 HCl  2 AlCl3 + 3 H2 moli 2x 6x 2x 3x nAl = mAl / PAAl = 108 / 26.98 = 4.0 mol = 2 x1 quindi x1 = 2.0 mol %w = (mHCl / msoluzione) * 100 e d = msoluzione / V quindi msoluzione = d * V E mHCl = %w * d * V / 100 = 37 * 1.32 * 860 / 100 = 420.0 g nHCl = mHCl / PMHCl = 420.0 / 36.46 = 11.5 mol = 6x2 quindi x2 = 1.9 mol quindi x2 < x1, HCl è il reagente limitante e x = x2 = 1.9 mol nH2 = 3x = 3*1.9 = 5.7 mol VH2 = nH2RT/p con p = 740 / 760 = 0.97 atm e T = 35 + 273 = 308 K VH2 = 5.7 * 0.08206 * 308 / 0.97 = 148,5 l

17. Una soluzione acquosa di NaCl contiene il 22% in peso di sale (d=1.01g/cm 3). Calcolare frazione molare, molarità, molalità. %w = (mHCl / msoluzione) * 100 e d = msoluzione / V quindi msoluzione = d * V E mNaCl = %w * d * V / 100 Consideriamo di avere V = 100 ml mNaCl = 22 *1.01 * 100 / 100 = 22.22 g nNaCl = mNaCl / PMNaCl = 22.22 / 58.44 = 0.38 mol msoluzione = mH2O + mNaCl mH2O = msoluzione - mNaCl = d * V - mNaCl =1.01 * 100 – 22.22 = 78.78 g nH2O = mH2O / PMH2O = 78.78 / 18 = 4.38 mol nTOT = nNaCl + nH2O = 0.38 + 4.38 = 4.76 mol XNaCl = nNaCl / nTOT = 0.38 / 4.76 = 0.08 M = nNaCl / V = 0.38 / 0.1 = 3,8 M m = nNaCl / mH2O = 0.38 / 0.7878 = 4,8 m 18. 125,5 ml di H2O (d = 1,000 g/ml) sono aggiunti a 68,2 ml di etanolo C2H5OH (d = 0,790 g/ml). La soluzione ottenuta ha una densità d = 0,954 g/ml. Calcolare il volume della soluzione, la molarità, la molalità e le percentuali in volume. Sappiamo che d = m / V quindi la massa m = d * V Per l’acqua: mA = VA * dA = 125.5 * 1 = 125.5 g Per l’etanolo: mE = VE * dE = 68.2 * 0.790 = 53.878 g mTOT = mA + mE = 125.5 + 53.878 = 179.378 g E quindi il volume della soluzione è VTOT = mTOT / d = 179.378 / 0.954 = 188.0 ml (non additività dei volumi) nA = mA /PMA = 125.5 / 18 = 6.97 mol M = nE / VTOT = 1.17/0.188 = 6,22 M m =nE / mA = 1.17/0.1255 = 9,32 m %va = (VA / VTOT)*100 = (125.5 / 188) *100 = 66,76% %ve = (VE / VTOT) * 100 = (68.2 / 188) * 100 = 36,27% 19. 2,34 g di CaCl2 sono disciolti in 330,0 ml. Calcolare la concentrazione delle specie ioniche in soluzione tenendo conto del fatto che i volumi sono additivi. nCaCl2 = mCaCl2 /PMCaCl2 = 2.34 / 110.98 = 0.0211 mol

In acqua abbiamo CaCl2 x

moli Quindi x = 0.0211 mol nCa2+ = x = 0.0211 mol nCl- = 2 x = 2*0.0211 = 0.0422 mol [Ca2+] = nCa2+ / V = 0.0211 / 0.330 = 6,39.10-2 M [Cl-] = nCl- / V = 0.0422 / 0.330 = 1,28.10-1 M



Ca2+ x

+

2 Cl2x

20. Calcolare la concentrazione delle specie ioniche in una soluzione che contiene 2,32 g di NaCl e 1,21 g di KCl in 0,500l. nNaCl = mNaCl / PMNaCl = 2.32 / 58.44 = 0.0397 mol nKCl = mKCl / PMKCl = 1.21 / 74.55 = 0.0162 mol

In acqua avvengono contemporaneamente due dissociazioni moli

NaCl x1



Na+ x1

+

Clx1

KCl x2



K+ x2

+

Clx2

moli Con x1 = nNaCl = 0.0397 mol E x2 = nKCl = 0.0162 mol E quindi, dopo dissociazione abbiamo: nNa+ = x1 = 0.0397 mol nK+ = x2 = 0.0162 mol nCl- = x1 + x2 = 0.0397 + 0.0162 = 0.0559 mol [Na+] = nNa+ / V = 0.0397 / 0.5 = 7,94.10-2 M [Cl-] = nCl- /V = 0.0559 / 0.5 = 1,12.10-1 M [K+] = nK+ / V = 0.0162 / 0.5 = 3,24.10-2 M

21. Calcolare la concentrazione delle specie ioniche in una soluzione preparata aggiungendo 0,732 l di una soluzione di 1,5.10-2 M di LiCl a 0,283 l di una soluzione a 3,00.10 -2 M di Mg(NO3)2. Considerare che i volumi sono additivi.

In acqua avvengono contemporaneamente due dissociazioni LiCl  Li+ + Clmoli x1 x1 x1 nLiCl = V1 * M1 = 0.732 * 1,5.10-2 = 1.098.10-1 mol = x1 nLi+ = nCl- = x1 = 1.098.10-1 mol Mg(NO3)2  Mg2+ + 2 NO3moli x2 x2 2 x2 nMg(NO3)2 = V2 * M2 = 0.283 * 3,00.10-2 = 8,49.10-3 mol = x2 nMg2+ = x2 = 8,49.10-3 mol nNO3- = 2 x2 = 2 * 8,49.10-3 = 1,698.10-2 mol Sappiamo che i volumi sono additivi e quindi VTOT = V1 + V2 = 0.732 + 0.283 = 1.015 l [Li+] = nLi+ / VTOT = 1.098.10-1 / 1.015 = 1,08.10-2 M [Cl-] = nCl- / VTOT = 1.098.10-1 / 1.015 = 1,08.10-2 M [Mg2+] = nMg2+ / VTOT = 8,49.10-3 / 1.015 = 8,3.10-3 M [NO3-] = nNO3- / VTOT = 1,698.10-2 / 1.015 = 1,67.10-2 M...