Le soluzioni

Le soluzioni Sistema omogeneo costituito da almeno due componenti Il componente maggioritario e’ solitamente chiamato solvente I componenti in quantita’ minore sono chiamati soluti

La concentrazione Per caratterizzare una soluzione occorre specificare, oltre alla natura dei componenti, anche le loro quantità relative. La concentrazione può essere espressa in vari modi Molarita’ (M) = moli di soluto/ 1 litro di soluzione Molalita’ (m) = moli di soluto / 1 kg di solvente Frazione molare (x1) = n1/(n1+n2) Normalità (N) = n eq / 1 litro di soluzione Massa percentuale = le parti di soluto (in massa) presenti in 100 parti di soluzione

n = (0.100 mol dm-3 x 1.00 dm3) = 0.100 mol di NaOH Calcolare quanti grammi di NaOH sono necessari per preparare 1.00 dm3 di una soluzione 0,100 M di NaOH. Si calcolano le moli di soluto necessarie: n = (0.100 mol dm-3 x 1.00 dm3) = 0.100 mol di NaOH dalle moli si determinano i grammi corrispondenti 0.100 mol x 40.0 g mol-1 = 4.00 g

La densita’ di una soluzione di H2SO4 al 96. 4% e’ 1. 835 g cm-3 La densita’ di una soluzione di H2SO4 al 96.4% e’ 1.835 g cm-3. Calcolare il volume della soluzione che contiene discolta 1.0 mol dell’acido. 1 dm3 di soluzione ha massa pari a : 1000 cm3 x 1.835g cm-3 = 1835 g H2SO4 costituisce il 96.4% di questa massa, si calcolano quindi i corrispondenti grammi: 1835 g x 0.964 = 1769 g di H2SO4 corrispondenti a: 1769 g / 98.08 g mol-1 = 18.0 mol di H2SO4 Si calcola, quindi, il volume di soluzione contenente tali moli: 18.0 mol : 1 dm3 = 1.0 mol : x x = 5.55 x 10-2 dm3

Calcolare la massa di nitrato di potassio che deve essere aggiunta a 250 g di acqua per preparare una soluzione 0.200 m di KNO3. Una soluzione 0.200 m significa che ci sono 0.200 mol di soluto in 1 kg di solvente Quindi ci occorrono: 0.200 mol /1 kg x 0.250 kg = 0.050 mol di KNO3 0.050 mol x 101.1 g/mol = 5.06 g KNO3

Calcolare la concentrazione di una soluzione di NaCl ottenuta per diluizione di 100 ml di NaCl 0,100 M in 250 ml di H2O Le moli di NaCl sono: (O,1 l x 0,100 M) = 0,010 n (moli). Considerando che i volumi sono additivi: (0,1 l + 0,250 l) = 0,350 l M (dopo l’aggiunta di 250 ml di H2O) = 0,010 moli / 0,350 l = 0,028 M

Calcolare la concentrazione di una soluzione di NaCl ottenuta per mescolamento di 100 ml di NaCl 0,200 M con 50 ml di NaCl 0,100 M. Moli della prima soluzione (n1) = (0,1 l x 0,2 M) = 0,02 moli Moli della seconda soluzione (n2) = (0,05 l x 0,1 M) = 0,005 moli moli totali = (n1 + n2) = (0,02 + 0,005) = 0,025 moli Volume totale = (V1 + V2) = (0,100 + 0,05) l = 0,150 l Molarità della soluzione finale = moli totali / Volume totale = 0,025 moli / 0,150 l = 0,167 M

A 1 litro di una soluzione acquosa di HCl al 37,5% (d=1,185 g/ml) sono aggiunti 0,50 litri di una soluzione di HCl al 7,5% (d=1,035 g/ml), calcolare la concentrazione della soluzione finale. Bisogna calcolare le moli di HCl nella prima e nella seconda soluzione per poi sommarle; addizionare i volumi impiegati ed infine fare il rapporto per calcolare la molarità della soluzione finale. Peso di 1000 ml della prima soluzione = (1,185 x 1000) g = 1185 g Grammi di HCl nella prima soluzione = (37,5 x 1185 ) / 100 g = 442 g n1 = 442 g / 36,45 (peso molecolare di HCl) = 12,13 n1 (moli di HCl 1a soluzione) Peso dei 500 ml della seconda soluzione = (500 x 1,035) g = 517,5 g Grammi di HCl nella seconda soluzione = (7,5 x 517,5) / 100 g = 38,81 g n2 = 38,81 g / 36,45 u.m.a. = 1,06 n2 (moli di HCl 2a soluzione) nt = (12,13 + 1,06) n = 13,19 moli totali Volume totale = ( V1 + V2) = (1 + 0,5) l = 1,5 l Molarità della soluzione finale: moli totali / volume totale = 13,19 n / 1,5 l = 8,79 M

L’acido nitrico concentrato ha una percentuale in peso del 69% in HNO3 (d=1,41 g/ml) a 20°C. Quale volume e quale massa di acido nitrico concentrato sono necessari per preparare 100 ml di HNO3 6 M1. Bisogna prima calcolare la molarità di questa soluzione e quindi si passa a calcolare il volume da prelevare per avere 100 ml di una soluzione 6 M1. Moltiplicando le moli di HNO3 contenute in questo volume per il peso molecolare, si otterrà la massa di HNO3. 1000 ml di questa soluzione pesano: (1000 x 1,41) g = 1410 g Il 69% di 1410 g = (69 x 1410 / 100) g = 972,9 g di HNO3 Moli di HNO3 = (979,2 g / 63 u.m.a.) = 15,44 moli (che è anche la molarità della soluzione M) n (moli contenute in 100 ml 6 M1) = (0,1l x 6 M) = 0,6 moli Da M = n / V, V = n / M = (0,6 moli / 15,44 M) = 38,86 ml (volume da prelevare) Grammi HNO3 = (moli x peso molecolare) = (0,6 x 63 u.m.a.) = 37,8 g

La concentrazione di una soluzione di HCl commercialmente disponibile è 37% in peso di HCl (d=1,17 g/ml). Calcolare la molarità e la frazione molare di soluto. 1000 ml pesano: (1000 ml x 1,17 g/ml) = 1170 g Il 37% corrisponde a: (1170 g x 37 / 100) = 432,9 g di HCl Moli di HCl = (peso in grammi / peso molecolare) = (432,9 g / 36,45 u.m.a.) = 11,88 moli (che è anche la molaritàà della soluzione) Per calcolare la frazione molare di soluto è necessario calcolare le moli di H2O presenti in soluzione. Grammi di H2O = (g soluzione - g soluto) = (1170 - 432,9)g = 737,1 g Moli di H2O = (g H2O / peso molecolare) = (737,1g / 18 u.m.a.) = 40,95 moli Moli totali = (moli HCl + moli H2O) = (11,88 + 40,95) = 52,83 moli XHCl = moli HCl / moli totali = (11,88 / 52,83) = 0,225

La concentrazione della soluzione di acido nitrico commercialmente disponibile è 15,5 M (d=1,390 g/ml). Calcolare la composizione espressa in % in peso di HNO3. 1000 ml di questa soluzione pesano = (1000 ml x 1,390 g/ml) = 1390 g Grammi di HNO3 = (moli x peso molecolare) = (15,5 n x 63 u.m.a.) = 976,5 g % HNO3 = peso HNO3 / peso totale soluzione = (976,5 / 1390) g = 70,25%

Calcolare la frazione molare di CO in una miscela di CO e CO2 contenente il 30% in massa di C. Il 30% in massa vuol dire che su 100 grammi di questa miscela 30 grammi sono rappresentati dal carbonio. Indicando con x le moli di carbonio in CO e con y le moli di carbonio in CO2, si avrà 12 x (g di C in CO) + 12 y (g di C in CO2) = 30 grammi di carbonio nella miscela x sono anche le moli di CO e y le moli di CO2 per cui: 28 x (g di CO) + 44 y (g di CO2) = 100 g Risolvendo il sistema: x = 0,625 (moli di CO); y = 1,875 (moli di CO2) Moli totali = (0,625 + 1,875) = 2,5 XCO = 0,625/2,5 = 0,25

Determinare il volume di una soluzione di HNO3 al 15% in massa (d=1,05g/ml) che si può ottenere diluendo con acqua 30 ml al 54% in massa (d=1,28g/ml). Determinare inoltre la molalità delle due soluzioni. 1000 ml della prima soluzione pesano: (1000 ml x 1,05 g/ml) = 1050 g Il 15% corrisponde a: (15 x 1050/100) g = 157,5 g n1 = (grammi /peso molecolare di HNO3) = (157,5 g / 63 u.m.a.) = 2,5 n1 (che è anche la molarità M1 della soluzione) 1000 ml della seconda soluzione pesano: (1000 ml x 1,28 g/ml) = 1280 g Il 54% corrisponde a: (54 x 1280 / 100) g = 691,2 g n2 = (grammi / peso molecolare di HNO3) = (691,2 g / 63 u.m.a.) = 10,97 n2 (che è anche la molarità M2 della seconda soluzione) V1 x M1 = V2 x M2; V1 = V2 x M2 / M1 = (30 ml x 10,97 M2) / 2,5 M1= 131,64 V1 Bisogna prelevare 30 ml della soluzione 10,97 M e portarla a 131,64 ml con H2O per avere una soluzione 2,5 M. Grammi di H2O nella 1a soluzione: (1050 g - 157,5 g) = 892,5 g = 0,8925 Kg m1 = (n1/ Kg di H2O) = (2,5 n soluto/0,8925 Kg H2O) = 2,8 molale Grammi di H2O nella 2a soluzione = (1280 g - 691,2 g) = 588,8 g = 0,5888 Kg m2 = (n2/ Kg di H2O) = (10,97 n soluto/0,5888 Kg H2O) = 18,63 molale

La densità del benzene (C6H6) a 20°C è pari a 878,65 Kg/m3 La densità del benzene (C6H6) a 20°C è pari a 878,65 Kg/m3. Calcolare il volume molare ed il volume mediamente occupato da ciascuna molecola. 1 l di benzene pesa 878,65 g. Giacché una mole pesa 78 u.m.a.: 1 l : 878,65g = x : 78 (u.m.a.) x = 1 l x 78 u.m.a./878,65g = 0,0888 l 8,88 x 10-2 litri (volume molare) Volume molare / numero di Avogadro = 88,8 x 10-2 l / 6,022 x 1023 = 1,47 x 10-24 litri (volume di una molecola)

Calcolare il massimo volume di NaCl 0,0125 N che può essere preparato per semplice mescolamento diretto avendo a disposizione 1,53 litri di NaCl 0,0200 N e 2,15 litri di NaCl 0,0100 N. E’ necessario calcolare il numero di equivalenti totali dopo il mescolamento e poi dividere per la normalità richiesta (0,0125 N) per calcolare il volume massimo. neq1 = (1,53 litri x 0,0200 N) = 0,0306 eq1 neq2 = (2,15 litri x 0,0100 N) = 0,0215 eq2 Equivalenti totali = (neq1 + neq2) = (0,0306 + 0,0215) eq = 0,0521 eq Volume massimo = (n. eq. Totali)/normalità = 0,0521 eq/0,0125 N = 4,168 litri Per ottenere questa soluzione 0,0125 N, è necessario aggiungere ai due volumi (1,53 l + 2,15 l) tanta acqua fino a raggiungere il volume finale di 4,168 litri Volume acqua = (4,168 l - 3,68 l) = 0,488 litri

Una soluzione 0,511 m di un composto di peso molecolare 342 ha una densità di 1,15 g/ml. Calcolare la molarità della soluzione. Per calcolare la molarità della soluzione è necessario calcolare le moli di soluto disciolte in 1 litro di soluzione. Dai dati: Indico con x il peso in grammi del soluto: Moli soluto = x (peso in grammi)/ 342 u.m.a. 100 ml della soluzione pesano (1000 ml x 1,15g/ml) = 1150 g (1150g - x) = peso del solvente (acqua) m = moli di soluto/ kg di acqua; 0,511 m = x/342 per 1000/[1150 - x]; Risolvendo la x: x = 171,07g di soluto Moli di soluto = peso grammi soluto/peso molecolare = 171,07g / 342 u.m.a.= 0.50 moli che rappresenta anche la molarità della soluzione.

Calcolare la molarità e la molalità di una soluzione di etanolo in acqua se la frazione molare dell’etanolo C3H5OH è 0,05. Assumere che la densità della soluzione sia 0,997g/ml 1000 ml di questa soluzione pesano 997 grammi. Se x sono i grammi di etanolo: (997 - x) = grammi di H2O Da : X(soluto) = moli (soluto) / moli della soluzione Moli soluto = x grammi di etanolo/46 (p.m. dell’etanolo) Moli H2O = (997 - x) grammi di acqua/18 u.m.a.(p.m. acqua) Applicando la definizione di molalità (m) 0,05 = x/46 diviso [x/46 + (997 - x)/18] Risolvendo: x = 118,201 (grammi di C3H5OH) Grammi di H2O = (997 - 118,201) g = 878,80 g Moli di etanolo = 118,201 g/ 46 u.m.a. = 2,569 moli (che corrisponde anche alla molarità) m = 2,569 moli/0.8788 Kg di H2O = 2,923 m

Una soluzione di Na in NH3 liquida pesa 6,08 g Una soluzione di Na in NH3 liquida pesa 6,08 g. In essa la frazione molare di Na vale 0,0862. Calcolare la massa in grammi di NH3 che deve essere allontanata per evaporazione perché la frazione molare diventi 0,1530. x = peso in grammi di Na (0,608 - x) = peso in grammi di NH3 Applicando la definizione di frazione molare: 0,0862 = x/23 / [x/23 + (6,08 - x)/17] Risolvendo la x x = 0,688 g di Na Indico con y il peso in grammi di Na quando la sua frazione molare è 0,1530 (0,608 - y) = peso in grammi di NH3 Applicando di nuovo la definizione di frazione molare: 0,1530 = y/23 / [y/23 + (6,08 -y)/17] Risolvendo la y y = 1,194 g di Na (dopo l’allontanamento di NH3) Grammi di NH3 (prima dell’evaporazione) = (6,08 - 0,688) g = 5,392 g Grammi di NH3 (dopo l’evaporazione) = (6,08 - 1,194) g = 4,886 g Grammi di NH3 (allontanati) = (5,392 - 4,886) g = 0,506 g

Fine Le diapositive sono state preparate dal prof. Criscitiello Arturo, docente di Scienze Naturali nei corsi A e B del Liceo Scientifico “P.S.Mancini” di Avellino