Un gas non solubile o scarsamente solubile in acqua come l'idrogeno o l'ossigeno può essere raccolto sopra di essa.
Ad esempio dalla reazione tra zinco e acido cloridrico si ottiene idrogeno gassoso:
Zn(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)
L'idrogeno può essere raccolto disponendo di un'apparecchiatura come quella rappresentata in figura:
In una beuta munita di tappo forato è fatta avvenire la reazione e il gas è fatto convogliare, tramite un apposito tubicino, in un recipiente contenente acqua. Un provettone riempito di acqua ècapovolto nell'acqua e il gas che si vuole raccogliere è fatto gorgogliare in esso.
Non appena il gas entra nel tubo sposta l'acqua fin quando il provettone risulta pieno di gas.
Tale gas è saturato con il vapore acqueo che esercita una pressione parziale che dipende dalla temperatura ed è tabulata.
La pressione totale è data dalla somma della pressione parziale del gas e del vapore acqueo pertanto la pressione parziale del gas è data da:
pgas = ptotale – pvapore acqueo
Esercizi
- Calcolare la massa di O2 a 23.0°C se 193 mL del gas sono stati raccolti sull'acqua con una pressione atmosferica di 762 mmHg. La pressione di vapore dell'acqua a 23.0°C è pari a 21.1 mm Hg
La pressione dell'ossigeno è pari a p = 762 – 21.1 = 740.9 mmHg
Esprimiamo la pressione in atm
p = 740.9 mmHg ( 1 atm/760 mmHg) = 0.975 atm
T = 23.0 + 273 = 296 K
Dall'equazione di stato dei gas n = pV/RT = 0.975 ∙ 0.193 L/0.08206 ∙ 296 = 0.00775
Massa di O2 = 0.00775 mol ∙ 32 g/mol = 0.248 g
- Calcolare le moli di CO2 raccolte sull'acqua alla temperatura di 25.0 °C, alla pressione di 1.00 atm che occupano un volume di 27.7 mL. La pressione di vapore dell'acqua a 25.0°C è di 23.8 torr.
Convertiamo i torr in atmosfere:
p = 23.8 torr ( 1 atm/760 torr) = 0.0313 atm
la pressione di CO2 è pari a p = 1.00 – 0.0313 = 0.969 atm
T = 25.0 + 273 = 298 K
Dall'equazione di stato dei gas n = pV/RT = 0.969 ∙ 0.0277 L/0.08206 ∙ 298 = 0.00110
- In un esperimento vengono raccolti sull'acqua 2.58 L di idrogeno alla temperatura di 20 °C quando la pressione è di 98.60 kPa. Trovare il volume che il gas occupa a STP. La pressione di vapore dell'acqua a 20°C è di 17.54 mm Hg
La pressione di vapore dell'acqua è pari a 17.54 mmHg ( 1 atm/760 mmHg) = 0.0233 atm
Quella totale è di 98600 Pa (1 atm/101325 Pa) = 0.973 atm
Pertanto la pressione di H2 è quindi pari a p = 0.973 – 0.0233 = 0.950 atm
T = 20 + 273 = 293 K
Dall'equazione di stato dei gas n = pV/RT = 0.950 ∙ 2.58 / 0.08206 ∙ 293 = 0.102
In condizioni standard 1 mole di gas occupa 22.4 L
Volume = 0.102 mol ( 22.4 L/mol) = 2.28 L
Si poteva pervenire allo stesso risultato utilizzando l'equazione combinata dei gas:
p1V1/T1 = p2V2/T2
A STP si ha che p = 1 atm e T = 273 K
Applicando l'equazione combinata dei gasi si ha:
V2= p1V1 T2/T1p2 = 0.950 ∙ 2.58 ∙ 273/293 ∙ 1 = 2.28 L
- Un campione di 1.00 g di magnesio viene posto in 100 mL di una soluzione di acido cloridrico 0.123 M alla temperatura di 25.0°C. Calcolare il volume di idrogeno raccolto sull'acqua alla pressione di 755 mm Hg se alla temperatura alla quale viene condotta la reazione la pressione di vapore dell'acqua è di 24 mm Hg
La reazione bilanciata tra magnesio e acido cloridrico è:
Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2
Per conoscere le moli di H2 prodotte dalla reazione dobbiamo sapere quale è il reagente limitante.
Moli di Mg = 1.00 g/24.305 g/mol=0.0411
Il rapporto stechiometrico tra Mg e HCl è di 1:2 pertanto le moli di HCl necessarie sono pari a 0.0411 ∙ 2 = 0.0822
Moli di HCl disponibili = 0.100 L ∙ 0.123 M = 0.0123
Pertanto il reagente limitante è HCl e le moli di H2 prodotte, stante il rapporto tra HCl e H2 che è di 2:1 sono pari a 0.0123/2 = 0.00615
La pressione dell'idrogeno è pari a 755 – 24 = 731 mm Hg ovvero
p = 731 mm Hg ( 1 atm/760 mm Hg) = 0.962 atm
T = 25 + 273 = 298 K
Dall'equazione di stato dei gas:
V = nRT/p = 0.00615 ∙ 0.08206 ∙ 298/ 0.962 = 0.156 L
