La composizione delle miscele costituite, ad esempio, da due gas, due sali, un sale e un materiale inerte costituisce una informazione importante.
Per determinare la composizione delle miscele ci si avvale di dati sperimentali
Come accade spesso negli esercizi di stechiometria non esiste un metodo standardizzato per la loro risoluzione pertanto ogni esercizio è un caso a sé state.
In linea di massima conviene scrivere la reazione, valutare i coefficienti stechiometrici e valutare come i dati dell’esercizio possono essere tra loro correlati facendo spesso ricorso alla risoluzione di un sistema. Nota la massa dei componenti si può determinare la composizione della miscela
Esercizi
- Un campione di massa pari a 0.950 g contenente KClO3 e KCl viene riscaldato e la massa del residuo è pari a 0.700 g. Calcolare la composizione percentuale del campione
La reazione di decomposizione del clorato di potassio è la seguente:
2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2
La massa di ossigeno ottenuta dalla decomposizione del clorato di potassio è pari a 0.950 – 0.700 = 0.250 g
Le moli di ossigeno sono pari a 0.250 g/32 g/mol = 0.00781
Il rapporto stechiometrico tra KClO3 e O2 è di 2:3
Le moli di KClO3 contenute nel campione sono quindi pari a:
moli di KClO3 = 0.00781 ∙ 2/3 =0.00521
La massa di KClO3 è quindi pari a 0.00521 mol ∙ 122.55 g/mol = 0.638 g
Quindi la percentuale in massa di KClO3 contenuta nel campione è:
% di KClO3 = 0.638 ∙100/ 0.950 =67.2
- Per determinare il contenuto di NaOH in un contenente impurezza di Na2CO3 sono stati solubilizzati 0.949 g di esso in 100 mL di acqua. La soluzione è stata titolata da 35.4 mL di HCl 0.650 M. Calcolare la percentuale di NaOH presente nel campione
Detta x la massa di NaOH e detta y la massa di Na2CO3 si ha:
x + y = 0.949
Scriviamo ora le reazioni di NaOH e di Na2CO3 con HCl:
NaOH + HCl → NaCl + H2O
Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2
Nella prima reazione di rapporto stechiometrico tra NaOH e Na2CO3 è di 1:1 mentre nella seconda il rapporto è di 1:2 quindi 1 mole di NaOH richiede 1 mole di HCl mentre 1 mole di Na2CO3 richiede 2 moli di NaOH.
Calcoliamo le moli di HCl che sono state necessarie per la titolazione:
moli di HCl = 0.0354 L ∙ 0.650 M = 0.0230
Poiché conosciamo le moli di HCl dobbiamo esprimere la quantità di NaOH e di Na2CO3 in termini di moli ricordando che moli = massa/ massa molare
Quindi nel caso di NaOH le moli di NaOH sono pari a x/40.0 e le moli di Na2CO3 sono pari a y/106
Possiamo così impostare la seconda equazione:
x/ 40.0 + 2y/106 = 0.0230
0.0250 x + 0.0189 y = 0.0230
Dalla prima equazione sappiamo che x = 0.949-y
Sostituendo ad x il valore della prima equazione si ha:
0.0250(0.949-y) + 0.0189 y = 0.0230
0.0237 – 0.0250 y + 0.0189 y = 0.0230
0.0007 = 0.0061 y
Da cui y = 0.115 g che è la quantità di Na2CO3 contenuta nel campione
La percentuale in massa di Na2CO3 è quindi:
% Na2CO3 = 0.115 ∙ 100/0.949 = 12.1
La percentuale di NaOH presente nel campione è quindi pari a 100 – 12.1 = 87.9 %
- Un campione avente massa di 13.86 g contenete As2S3 e As4S4 viene fatta reagire con ossigeno ottenendosi arsenico e 9.23 g SO2. Calcolare la composizione percentuale della miscela
Detta x la massa di As2S3 e detta y la massa di As4S4 si ha:
x + y = 13.86
Scriviamo ora le reazioni dei due composti con l’ossigeno:
As2S3 + 3 O2 → 2 As + 3 SO2
As4S4 + 4 O2 → 4 As + 4 SO2
Nella prima reazione di rapporto stechiometrico tra As2S3 e SO2 è di 1:3 mentre nella seconda il rapporto tra As4S4 è di 1:4. Ciò implica che nel primo caso da 1 mole di As2S3 si ottengono 3 moli di SO2 mentre nel secondo caso da 1 mole di As4S4 si ottengono 4 moli di SO2.
Calcoliamo le moli di SO2 prodotte:
moli di SO2 = 9.23 g/64.066 g/mol = 0.144
Esprimiamo la massa dei due composti in termini di moli essendo moli = massa/massa molare
moli di As2S3 = x/246.04
moli di As4S4 = y/ 429.95
Si ha quindi:
3 x/246.04 + 4y/429.95 = 0.144
0.0122 x + 0.00930 y= 0.144
Dalla prima equazione sappiamo che x = 13.86 – y
Sostituendo ad x il valore della prima equazione si ha:
0.0122 (13.86-y) + 0.00930 y= 0.144
0.169 – 0.0122 y + 0.00930 y= 0.144
0.0250 = 0.00290 y
Da cui y = 8.62 g
La percentuale di As4S4 è quindi pari a
% As4S4 = 8.62 ∙ 100/13.86 = 62.2
Mentre quella di A2S3 è pari a 100 – 62.2 = 37.8 %