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Esercizi sui gas nelle reazioni

di Chimicamo
3 Luglio 2021
in Chimica, Stechiometria
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Esercizi sui gas nelle reazioni-chimicamo

Esercizi sui gas nelle reazioni-chimicamo

Gli esercizi sui gas presenti come  reagenti o  prodotti di una reazione vanno risolti conoscendo le leggi sui gas che correlano le varie grandezze caratteristiche.

Nella risoluzione degli esercizi sui gas nelle reazioni bisogna inoltre conoscere la reazione e quindi i coefficienti stechiometrici. Una volta bilanciata la reazione può capitare, negli esercizi sui gas, che vi sia un reagente limitante e pertanto i prodotti si calcolano su quest'ultimo

Legge di Boyle

Tale legge è valida in condizioni isoterme ovvero a temperatura costante .

ADVERTISEMENTS

Consideriamo un sistema che passa dalla pressione p1 e dal volume V1 alla pressione p2  e al volume V2. Poiché per la legge di Boyle p1V1 = costante e p2V2 = costante possiamo dire p1V1= p2V2

Prima legge di Gay-Lussac

Tale legge è valida in condizioni isobare ovvero a pressione costante.

Consideriamo un sistema che passa dalla temperatura T1 e dal volume V1 alla temperatura T2 e al volume V2.Poiché per la prima legge di Gay Lussac V1/T1 = costante e V2/T2 = costante possiamo dire V1/T1= V2/T2

Seconda  legge di Gay-Lussac

Tale legge è valida in condizioni isocore ovvero a volume costante.

Consideriamo un sistema che passa dalla temperatura T1 e dalla pressione p1 alla temperatura T2 e alla pressione p2. Poiché per la seconda legge di Gay Lussac p1/T1= costante e p2/T2 = costante possiamo direp1/T1=p2/T2

Equazione di stato dei gas

Tale equazione  mette in relazione pressione, volume, temperatura e numero di moli ed è espressa da:

pV = nRT ; se la pressione è espressa in atmosfere, il volume in litri, la temperatura in Kelvin la costante R vale 0.08206 atm ∙L/ mol ∙K

Equazione combinata dei gas

Se un gas passa da una pressione p1 , un volume V1 , una temperatura T1 a una pressione p2 , un volume V2 e una temperatura T2 senza variazione di numero di moli sussiste la seguente relazione :

p1V1/ T1= p2V2/T2

Oltre ai consueti esercizi sui gas spesso vengono proposti problemi che riguardano reazioni che sviluppano un gas e che richiedono un maggior grado di conoscenza.

Esercizi sui gas

 1)      Calcolare i grammi di clorato di potassio che si decompongono secondo la reazione da bilanciare KClO3(s) → KCl(s) + O2(g) perché possano essere ottenuti 638 mL di O2 alla temperatura di 128 °C e alla pressione di 752 torr

Scriviamo innanzi tutto la reazione bilanciata:

2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2

Procediamo facendo le opportune conversioni:

V = 0.638 L
T = 128 + 273 = 401 K

p = 752 torr ( 1 atm/ 760 torr) = 0.989 atm

Dall'equazione di stato dei gas n = moli di O2 = pV/RT = 0.989∙ 0.638 / 0.08206 ∙ 401 = 0.0192

Dal rapporto stechiometrico tra KClO3 e O2 che è di 2:3 calcoliamo le moli di KClO3

moli di KClO3 = 0.0192 ∙ 2/3 = 0.0128

Il peso molecolare di KClO3 è 122.5495 g/mol e pertanto la massa m di KClO3 è pari a:

LEGGI ANCHE   Reazioni fotochimiche

0.0128 mol (122.5495 g/mol) = 1.57 g

2)      Calcolare la massa di fosfina che si forma secondo la reazione da bilanciare P4(s) + H2(g) → PH3(g) se 37.5 g di fosforo reagiscono con 83.0 L di H2 a STP

Scriviamo innanzi tutto la reazione bilanciata:

P4 + 6 H2 → 4 PH3

Il peso molecolare di P4 è 30.9738 ∙ 4 = 123.8952 g/mol

Le moli di P4 sono pari a 37.5 g ( 1 mol/ 123.8952 g) = 0.303

Dal rapporto stechiometrico tra P4 e H2 che è di 1:6 le moli di H2 necessarie per reagire con 0.303 moli di P4 sono pari a 0.303 ∙ 6 = 1.82

A STP ovvero alla pressione di 1 atm e alla temperatura di 0°C ( 273 K) 1 mole di qualsiasi gas occupa un volume di 22.4 L infatti posto n = 1 si ha:
V = nRT/p = 1 ∙ 0.08206 ∙ 273 / 1 atm = 22.4 L

Possiamo quindi calcolare le moli di H2 disponibili:

moli di H2 = 83.0 L ( 1 mol/22.4 L) = 3.71

Risulta pertanto che H2 è in eccesso e P4 è il reagente limitante e i calcoli vengono quindi fatti su P4.

Dal rapporto stechiometrico tra P4 e PH3 che è di 1:4  le moli di PH3 prodotte sono pari a:

moli di PH3 prodotte = 0.303 ∙ 4 = 1.21

Il peso molecolare di PH3 è 33.9978 g/mol

La massa di PH3 ottenuta è quindi 1.21 mol ∙ 33.9978 g/mol = 41.1 g

3)      Calcolare il volume di idrogeno gassoso che viene raccolto sull'acqua a 18 °C e alla pressione di 725 mm Hg che si ottiene da 0.840 g di litio dalla reazione da bilanciare Li(s) + H2O(l)  → LiOH(aq) + H2(g) sapendo che a 18 °C la pressione dell'acqua è di 15.48 mm Hg

 Scriviamo innanzi tutto la reazione bilanciata:

2 Li+ 2 H2O → 2 LiOH+ H2

Le moli di Litio sono pari a 0.840 g ( 1 mol/ 6.941 g) = 0.121

Dal rapporto stechiometrico tra Li e H2 che è di 2:1 possiamo calcolare le moli di H2:

moli di H2= 0.121/2 = 0.0605

La pressione di H2 si ottiene sottraendo alla pressione totale quella dell'acqua:

p = 725 – 15.48 = 709.52 mm Hg corrispondente a p = 709.52 mm Hg ( 1 atm /760 mm Hg) = 0.934 atm

la temperatura T è pari a T = 18 + 273 = 291 K

Dall'equazione di stato dei gas

V = nRT/p = 0.0605 ∙ 0.08206 ∙ 291 K/ 0.934 atm = 1.55 L

4)      Calcolare la massa di solfato di ammonio che deve reagire con un eccesso di idrossido di sodio secondo la reazione da bilanciare

(NH4)2SO4 + NaOH → NH3 + Na2SO4 + H2O

affinché si ottengano 2.00 L di NH3 a STP

Scriviamo innanzi tutto la reazione bilanciata:

 (NH4)2SO4 +2  NaOH → 2 NH3 + Na2SO4 +2 H2O

A STP le moli di ammoniaca che corrispondono a 2.00 L sono pari a 2.00 L ( 1 mol/ 22.4 L) = 0.0893

Dal rapporto stechiometrico tra (NH4)2SO4 e NH3 che è di 1:2 le moli di (NH4)2SO4 sono pari a:

moli di (NH4)2SO4 = 0.0893/2 = 0.0447

la massa di (NH4)2SO4 sono: 0.0447 mol ( 132.14 g/mol) = 5.90 g

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Tags: coefficienti stechiometricifosfinaidrogenoleggi sui gas

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Maurizia Gagliano, Dottore in Chimica e Docente. Massimiliano Balzano, Dottore in Scienza e Ingegneria dei Materiali.

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Massimiliano Balzano, ideatore e creatore di questo sito; dottore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l’Università Federico II di Napoli. Da sempre amante della chimica, è cultore della materia nonché autodidatta. Diplomato al Liceo Artistico Giorgio de Chirico di Torre Annunziata.


Maurizia Gagliano, ha collaborato alla realizzazione del sito. Laureata in Chimica ed iscritta all’Ordine professionale. Ha superato il concorso ordinario per esami e titoli per l’insegnamento di Chimica e Tecnologie Chimiche. Docente.

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