Esercizi svolti sulle reazioni in soluzione acquosa

Per svolgere gli esercizi relative allele reazioni in soluzione acquosa conviene, in genere, procedere  secondo i seguenti passaggi:

1) scrivere la reazione

2) bilanciare la reazione

3) dai coefficienti stechiometrici rilevare il rapporto tra le moli delle sostanze implicate nella reazione

4) ricavare le moli di un reagente noti il volume e la concentrazione dello stesso secondo i dati forniti

5) ricavare le moli dell’altro reagente (ovvero le moli di uno o di tutti i prodotti) e, tramite il peso molecolare la sua massa.

A volte uno dei reagenti si trova in fase gassosa e, in questo caso, le moli si ricavano applicando le leggi dei gas.

Alcune tipologie di esercizi propongono il caso di un reagente limitante (ovvero di un reagente le cui moli sono inferiori, secondo i rapporti stechiometrici rispetto a quelle dell’altro reagente). In tal caso si dovrà calcolare il reagente limitante che è quella che “governa “ la reazione e dal quale si ricavano le moli dei prodotti. In altri casi viene richiesta la quantità di reagente in eccesso: in tal caso si calcolano le moli di reagente necessarie e, per differenza dal quelle realmente presenti si ricavano le moli in eccesso.

1) Calcolare quanti grammi di zinco metallico sono portati in soluzione quando sono attaccati da 125 cm3 di una soluzione 0.544 M di acido cloridrico.

La reazione tra un metallo e un acido è una reazione di scambio semplice che, nella fattispecie, dell’esercizio è la seguente:

Zn +2 HCl ZnCl2 + H2

Il rapporto stechiometrico tra le moli di zinco e le moli di HCl è di 1:2

Le moli di HCl si ricavano dal volume e dalla concentrazione della soluzione secondo la formula:

moli = Volume (espresso in Litri o dm3Molarità

Convertiamo i cm3 in dm3 dividendo per 1000:

125 cm3 = 0.125 dm3

Moli di HCl = 0.125 ∙ 0.544 = 0.0680

Dal rapporto stechiometrico sappiamo che le moli di zinco sono pari alla metà rispetto a quelle di HCl. Pertanto:

moli di Zn = 0.0680/2 = 0.0340

Nei casi più complessi può risultare conveniente impostare una proporzione che, nel nostro caso è:

1 (mole di Zn) : 2 (moli di HCl) = x (moli di zinco) : 0.0680 moli di HCl

Da cui: x (moli di zinco) = 0.0680 (moli di HCl) ∙ 1 (mole di zinco) / 2 (moli di HCl) = 0.0340

Per ottenere la massa di zinco moltiplichiamo il numero di moli per il peso molecolare:

Massa di zinco = 0.0340 mol ∙ 65.39 g/mol = 2.22 g

 

2)  1.00 dm3 di CO2 in condizioni standard viene fatto assorbire da 10.0 dm3 di una soluzione acquosa  di Ba(OH)2 6.7410-3 M. Calcolare la massa di BaCO3 che precipita.

La reazione bilanciata è la seguente:

Ba(OH)2 + CO2 → BaCO3 + H2O

Da cui si ha un rapporto 1:1 tra i reagenti

In condizioni standard (p = 1 atm e T = 273 K) 1 mole di gas occupa un volume di 22.4 L ( o dm3)

Le moli di CO2 sono quindi pari a: 1.00/ 22.4 =0.0446

Le moli di Ba(OH)2 sono pari a: moli di Ba(OH)2 = 10.0 dm3 x 6.74 x 10-3 M = 6.74 ∙ 10-2 che risultano in eccesso ( infatti solo 0.0446 moli di Ba(OH)2 reagiscono con altrettante moli di CO2 rimanendo 6.74 x 10-2 – 0.0446 =0.0228 moli in eccesso). Le moli di BaCO3 vengono determinate dal reagente limitante che è CO2. Poiché il rapporto stechiometrico tra CO2 e BaCO3 è di 1:1 le moli di BaCO3 che precipitano sono 0.0446.

La massa di BaCO3 è quindi pari a 0.0446 mol ∙ 197.3 g/mol=  8.80 g

 

3) Un eccesso di MnO2 è fatto reagire con 100 cm3 di una soluzione 1.50 M di HCl. Calcolare il volume di Cl2 misurato nelle condizioni standard che si sviluppa nella reazione da bilanciare:

MnO2 + H+ + Cl→ Mn2+ + Cl2 + H2O

La reazione proposta è una reazione di ossidoriduzione infatti il manganese passa da numero di ossidazione +4 a numero di ossidazione +2 mentre il cloro passa da numero di ossidazione zero. Tale reazione può essere bilanciata con il metodo delle semireazioni che sono:

MnO2 + 4 H+ + 2e → Mn2+ + 2 H2O

2 Cl = Cl2 + 2 e

Poiché il numero di elettroni scambiati è uguale basta sommare membro a membro:

MnO2 + 4 H+ + 2 Cl → Mn2+ + Cl2 +2 H2O

Tuttavia poiché a 4H+ devono corrispondere altrettante moli di Cl la reazione completa bilanciata è:

MnO2 + 4 H+ + 4 Cl → Mn2+ + Cl2 +2 H2O + 2 Cl

Le moli di HCl sono pari a 0.100 dm3 ∙ 1.50 M =  0.150

Dal rapporto tra Cl e Cl2 che è di 4:1 si ha che le moli di Cl2 che si sviluppano sono pari a 0.150/4 = 0.0375

Il volume di Cl2 risulta quindi pari a 0.0375 mol x 22.4 dm3/mol=  0.840 dm3

 

4)  1.45 g di KNO2 sono sciolti in 100 cm3 di acqua e la soluzione acidificata è ossidata con una soluzione 0.154 M di permanganato di potassio. Calcolare il volume della soluzione di permanganato di potassio necessario per ossidare completamente lo ione NO2 a NO3

La reazione è una reazione di ossidoriduzione:
NO2 + MnO4 + H+ →NO3+ Mn2+ + H2O

Le due semireazioni sono:

NO2 + H2O → NO3 + 2 H+ + 2 e

MnO4 + 8 H+ + 5 e → Mn2+ + 4 H2O

Poiché il numero di elettroni scambiati deve essere uguale moltiplichiamo la prima per 5 e la seconda per due:

5 NO2 +5 H2O → 5 NO3 + 10 H+ + 10 e

2 MnO4 + 16 H+ + 10 e → 2 Mn2+ + 8 H2O

Sommiamo membro a membro semplificando le specie che compaiono sia a destra che a sinistra:

5 NO2 + 2 MnO4 + 6 H+ → 5 NO3 + 2 Mn2+ + 3 H2O

Le moli di  KNO2  sono pari a 1.45 g /85.11 g/mol = 0.0170

Dal rapporto stechiometrico che è di 5:2 si possono ricavare le moli di permanganato necessarie:

moli di permanganato necessarie: 0.0170 ∙ 2 / 5= 0.00681

Il volume di soluzione di permanganato è quindi V = 0.00681 / 0.154 M= 0.0443 dm3 => 44.3 cm3

 

5) 0.500 dm3 di una soluzione di HClO4 0.00560 M sono aggiunti a 0.500 dm3 di una soluzione di Ca(OH)2 0.000700 M. Calcolare la concentrazione dell’acido rimasto in soluzione supponendo i volumi additivi.

La reazione bilanciata tra HClO4 e Ca(OH)2 è la seguente:

2 HClO4 + Ca(OH)2 → Ca(ClO4)2 + 2 H2O

Da cui si ricava un rapporto stechiometrico tra le moli di 2:1

Moli di HClO4 = 0.500 dm3 ∙ 0.00560 M =0.00280

Moli di Ca(OH)2 = 0.500 dm3 ∙ 0.000700 = 0.000350

Moli di HClO4 che vengono neutralizzate = 0.000350 ∙ 2 = 0.000700

Moli di HClO4 in eccesso = 0.00280 – 0.000700 =0.00210

Volume totale = 0.500 + 0.500 = 1.00 dm3

Concentrazione dell’acido in eccesso = 0.00210 / 1.00 = 0.00210 M

 

Avatar

Author: Chimicamo

Share This Post On