Esercizi svolti di stechiometria

Gli esercizi di stechiometria, in genere, non sono mai banali e differiscono l’uno dall’altro quindi non si possono dare regole generali per la risoluzione.

Di seguito sono presentati esercizi di stechiometria con relative spiegazioni e svolgimento.

Nella gran parte dei casi le quantità delle varie sostanze vengono date in grammi quindi bisogna innanzi tutto trasformare le masse in moli tramite il peso molecolare.

Se nel problema compare una reazione chimica essa va scritta e bilanciata.

Dopo che le quantità sono state convertite in moli e la reazione è stata bilanciata, si deve tener conto che dei coefficienti stechiometrici di ogni specie che partecipa alla reazione in modo da conoscere il rapporto stechiometrico tra le varie specie.
Ad esempio dalla reazione bilanciata 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O sappiamo che due moli di H₂ reagiscono con una mole di O₂  per dare due moli di H₂O quindi il rapporto stechiometrico è 2:1:2.

Quindi se le moli di H₂ sono pari a quattro le moli di O₂ necessarie sono pari a 2 e le moli di acqua che si ottengono sono pari a quattro. In genere, viene richiesta la quantità in grammi di un reagente necessaria a reagire con un altro oppure la quantità di prodotto ottenuta; bisognerà quindi trasformare le moli in grammi.

Esercizi di stechiometria

1) Un sale binario contiene bario e un alogeno. Il sale è solubile in acqua e 0.1480 g di esso sono disciolti in acqua. Alla soluzione è aggiunto un eccesso di acido solforico e, il solfato di bario filtrato e asciugato  pesa 0.1660 g. Determinare la formula del sale.

Il peso molecolare di BaSO₄ è pari a 233.43 g/mol

Le moli di solfato di bario sono quindi: 0.660 g/ 233.43 g/mol= 0.000711

Scriviamo la reazione BaX₂ → Ba²⁺ + 2 X^– ( dissoluzione del sale)

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO_{4 (s)}

Pertanto le moli di BaSO₄  sono pari alle moli di BaX₂

Moli di BaX₂ = 0.000711

Il peso molecolare di BaX₂ è : 0.1480 g/ 0.000711 = 208.1 g/mol

Da tale peso molecolare sottraiamo il peso atomico di Ba per ottenere il peso di X₂:

peso di X₂ = 208.1 – 137.327 = 70.79

peso atomico di X = 70.79/2 = 35.4 g/mol che corrisponde al peso atomico del cloro. Quindi la formula dell’alogenuro di bario è BaCl₂

2) 0.5000 g di XI₃ reagiscono completamente con il cloro secondo la seguente reazione (da bilanciare) : XI₃ + Cl₂ → XCl₃ + I₂

Identificare l’elemento X sapendo che sono stati ottenuti 0.2360 g di XCl₃

Bilanciamo la reazione:

2 XI₃ +3 Cl₂ → 2 XCl₃ + 3 I₂

Dalla reazione bilanciata sappiamo che il rapporto stechiometrico tra XI₃ e XCl₃ è di 2:2 ovvero di 1:1. Ciò implica che le moli di XI₃ sono uguali alle moli di XCl₃

Detto x il peso atomico di X si ha:

peso molecolare di XI₃ = x + (3)(126.9) = x + 380.7 e peso molecolare di XCl₃ = x + (3)( 35.45) = x + 106.36

le moli di XI₃ sono : 0.5000 g / x + 380.7 e le moli di XCl₃ sono : 0.2360 g/ x + 106.36 g/mol

da cui 0.5000 g / x + 380.7 = 0.2360 g/ x + 106.36 g/mol

risolviamo rispetto a x:

0.5000 ( x + 106.36) = 0.2360 ( x + 380.7)

0.5000 x + 53.18 = 0.2360 x + 89.8

0.264 x =36.7

x = 139 g/mol che corrisponde al peso atomico del lantanio quindi la reazione sarà:

2 LaI₃ +3 Cl₂ → 2 LaCl₃ + 3 I₂

3) 12.5843 g di ZrBr₄ sono disciolti in acqua e tutto il bromo presente fu precipitato come AgBr. La quantità di argento in AgBr è pari a 13.2160 g. Assumendo che il peso atomico dell’argento e del bromo  sono pari a 107.868 g/mol e 79.904 g/mol rispettivamente determinare il peso atomico di Zr.

Le moli di argento in AgBr sono pari a 13.2160 g/ 107.868 g/mol = 0.12252

Le reazioni che avvengono sono:

ZrBr₄ → Zr⁴⁺ + 4 Br^–

Ag⁺ + Br^– → AgBr

Le moli di Br^– sono pari alle moli di Ag⁺ ovvero 0.12252

La massa di Br^– è 0.12252 mol ∙79.904 g/mol= 9.790 g

La massa di Zr contenuta nella sostanza è 12.5843 – 9.790 = 2.794 g

Poiché il rapporto stechiometrico tra ZrBr₄  e Br^– è di 1:4 ciò implica che le moli di ZrBr₄ sono pari a 0.122252/4= 0.03063. Le moli di Zr sono quindi 0.03063.

Il peso atomico di Zr vale quindi 2.794 g/ 0.03063 mol = 91.2 g/mol

4) Una miscela di idrossido di potassio, carbonato di potassio e cloruro di potassio avente massa complessiva di 5.00 g reagisce con un eccesso di HCl. Furono misurati 249 mL di CO₂ anidro alla temperatura di 22.0 °C e alla pressione di 740.0 torr. Calcolare la percentuale di carbonato di potassio nella miscela.

La prima osservazione che bisogna fare è che l’unica specie che reagisce con HCl è il carbonato di potassio secondo la reazione:

K₂CO₃ + 2HCl → 2 KCl + H₂O + CO₂

Dai coefficienti stechiometrici vediamo che il rapporto tra K₂CO₃ e CO₂ è di 1:1 ; calcoliamo le moli di CO₂ sviluppatesi a seguito della reazione. Operiamo le opportune conversioni:

Pressione = 740/760 = 0.974 atm ; temperatura = 22.0 + 273 = 295 K ; volume = 249/1000 = 0.249 L

Dall’equazione di stato dei gas ideali si ha:

n = pV/RT = 0.974∙0.249 / 0.08206∙295 = 0.0100 = moli di CO₂ = moli di K₂CO₃

massa di K₂CO₃ = 0.0100 mol∙138.2 g/mol= 1.38 g

% di K₂CO₃ = 1.38 ∙100 / 5.00 = 27.6