Stechiometria delle reazioni. Esercizi
La stechiometria delle reazioni ci consente di determinare la quantità di sostanza che è consumata in una reazione.
Inoltre la stechiometria di una reazione consente di sapere:
- la quantità di reagente necessaria per produrre la quantità di prodotto desiderata
- la quantità di prodotto che si forma da una quantità specifica di reagente.
Sono proposti esercizi di livelli semplice sulla stechiometria delle reazioni in cui è richiesto di calcolare la quantità di un prodotto di reazione partendo da una certa quantità di reagente e viceversa.
La strategia per risolvere esercizi di questo genere consiste nel seguire i seguenti passaggi:
1) Bilanciare la reazione
2) Convertire i grammi di reagente (o prodotto) in moli tramite il peso atomico o molecolare
3) Determinare il numero di moli del prodotto (o reagente) dai coefficienti stechiometrici
4) Convertire le moli del prodotto (o del reagente) in grammi tramite il peso atomico o molecolare
Esercizi
1) Dalla decomposizione termica del carbonato di calcio si ottiene ossido di calcio e anidride carbonica secondo la reazione: CaCO3 → CaO + CO2. Calcolare la massa di CO2 che si ottiene a partire da 1.5 ∙ 103 Kg di carbonato di calcio.
Poiché la reazione è già bilanciata passiamo direttamente allo step 2) convertendo la massa di CaCO3 in moli tramite il peso molecolare che è pari a 100.09 g/mol e tenendo conto che la massa del carbonato di calcio è espressa in Kg
Il peso molecolare di CaCO3 è pari a 100.09 g/mol
Moli di CaCO3 = 1.5 ∙ 106 g/100.09 g/mol= 1.5 ∙ 104
Il rapporto stechiometrico tra CaCO3 e CO2 è di 1:1 quindi le moli di CO2 sono pari a 1.5 ∙ 104
Il peso molecolare di CO2 è di 44.01 g/mol
Massa di CO2 = 1.5 ∙ 104 ∙ 44.01 g/mol = 6.6 ∙ 105 g
2) Il ferro reagisce con l’ossigeno per dare ossido di ferro (III) secondo la reazione (da bilanciare):
Fe + O2 → Fe2O3. Determinare i grammi di ossido di ferro (III) che si ottengono a partire da 16.7 g di ferro in eccesso di ossigeno
Per chi ha difficoltà a bilanciare questa reazione si suggerisce di notare che a destra gli atomi di ossigeno sono 3 mentre a sinistra sono 2. Poiché il numero di atomi di ossigeno deve essere uguale sia a destra che a sinistra antepongo al Fe2O3 il coefficiente 2 in modo che a destra il numero di atomi di ossigeno diventi pari a 3 x 2 = 6
Fe + O2 → 2 Fe2O3
A questo punto a destra vi sono 2 ∙ 2 = 4 atomi di ferro e quindi antepongo il coefficiente 4 davanti a Fe:
4 Fe + O2 →2 Fe2O3
Ora non resta che bilanciare l’ossigeno: a destra ve ne sono 6 mentre a sinistra ve ne sono 3 quindi, poiché a sinistra l’ossigeno è presente come O2 antepongo il coefficiente 3 davanti aO2 e così la reazione è bilanciata:
4 Fe + 3 O2 →2 Fe2O3
Dopo aver bilanciato la reazione si passa allo step 2): ovvero si convertono i grammi di ferro in moli tramite il peso atomico:
moli di Fe = 16.7 g /55.847 g/mol= 0.299
Dai coefficienti stechiometrici si ha che da 4 moli di Fe si ottengono 2 moli di Fe2O3 quindi il rapporto è di 4:2 ovvero di 2:1
Moli di Fe2O3 = 0.299/2 =0.150
Il peso molecolare di Fe2O3 è di 159.691 g/mol
La massa di Fe2O3 che si ottiene è quindi:
massa di Fe2O3 = 0.150 mol ∙ 159.691 g/mol=24.0 g
3) Il glucosio reagisce con l’ossigeno per dare anidride carbonica e acqua secondo la reazione da bilanciare C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O. Calcolare la quantità do CO2 che si ottiene da 45.0 g di glucosio.
Per bilanciare la reazione si tiene conto del fatto che il glucosio contiene 6 atomi di carbonio e quindi si otterranno 6 molecole di CO2; inoltre poiché il glucosio contiene 12 atomi di idrogeno si otterranno 12/2 = 6 molecole di acqua.
C6H12O6 + O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Gli atomi di ossigeno presenti a destra sono: 6 ∙ 2 = 12 dovuti a CO2 e 6 dovuti a H2O per un totale di 18. A sinistra ve ne sono 6 quindi se ne devono aggiungere 18 – 6 = 12 e poiché a sinistra l’ossigeno è presente come O2 antepongo il coefficiente 12/2 = 6 davanti all’ossigeno e così la reazione è bilanciata:
C6H12O6 +6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Dopo aver bilanciato la reazione si passa allo step 2): ovvero si convertono i grammi di glucosio in moli tramite il peso molecolare che è pari a 180.16 g/mol:
moli di glucosio = 45.0 g/ 180.16 g/mol= 0.250
Dai coefficienti stechiometrici si ha che da 1 mole di glucosio se ne ottengono 6 di CO2 pertanto le moli di glucosio sono pari a:
moli di CO2 = 0.250 mol ∙ 6 = 1.50
Il peso molecolare di CO2 è di 44.01 g/mol
La massa di CO2 che si ottiene è quindi:
massa di CO2 = 1.50 mol ∙ 44.01 g/mol=66.0 g
4) Il solfuro di mercurio reagisce con l’ossido di calcio per dare mercurio, solfuro di calcio e acido solforico secondo la reazione (da bilanciare) : HgS + CaO → Hg + CaS + CaSO4. Calcolare la massa di ossido di calcio necessaria per ottenere 36.0 g di Hg.
Per poter bilanciare la reazione si tiene conto del fatto che a destra vi sono 4 atomi di ossigeno pertanto si antepone il coefficiente 4 davanti a CaO.
HgS +4 CaO → Hg + CaS + CaSO4
Conseguentemente poiché a sinistra vi sono 4 atomi di Ca anteponiamo mentre a destra ce n’è 1 davanti a CaS il coefficiente 3:
HgS + 4 CaO → Hg +3 CaS + CaSO4
A destra vi sono 3 + 1 = 4 atomi di S pertanto anteponiamo il coefficiente 4 davanti a HgS e conseguentemente anche davanti ad Hg e così la reazione è bilanciata:
4 HgS +4 CaO →4 Hg +3 CaS + CaSO4
Dopo aver bilanciato la reazione si passa allo step 2): ovvero si convertono i grammi di Hg in moli tramite il peso atomico:
moli di Hg = 36.0 g/200.59 g/mol = 0.179
Dai coefficienti stechiometrici si ha che da 4 moli di CaO si ottengono 4 moli di Hg quindi il rapporto è di 4:4 ovvero di 1:1.
Moli di CaO = 0.179
Poiché il peso molecolare di CaO è pari a 56.08 g/mol si ha che la massa di CaO necessaria è pari a:
massa di CaO = 0.179 mol ∙ 56.08 g/mol = 10.0 g
5) Il nitrato di piombo si decompone in ossido di piombo, biossido di azoto e ossigeno secondo la reazione (da bilanciare) Pb(NO3)2 → PbO + NO2 + O2. Calcolare i grammi di ossigeno ottenuti quando si sono formati 11.5 g di NO2
Per bilanciare la reazione si tiene conto che a sinistra vi sono 2 atomi di azoto quindi, poiché a destra ce n’è uno solo si antepone il coefficiente 2 davanti a NO2
Pb(NO3)2 → PbO +2 NO2 + O2
A questo punto a destra vi sono 1 + 2(2) + 2 = 7 atomi di ossigeno mentre a sinistra ce ne sono 3 ∙ 2 = 6.
Anteponiamo 2 davanti a Pb(NO3)2 e quindi aggiustiamo i coefficienti a destra anteponendo 2 davanti a PbO e 4 davanti a NO2 e la reazione risulta così bilanciata:
2 Pb(NO3)2 → 2 PbO +4 NO2 + O2
Passiamo quindi allo step 2) calcolando le moli di NO2 il cui peso molecolare è di 46.0 g/mol
Moli di NO2 = 11.5 g/ 46.0 g/mol=0.250
Il rapporto tra NO2 e O2 è di 4:1 quindi le moli di O2 sono pari a:
moli di O2 = 0.250/4 =0.0625
Tenendo conto che il peso molecolare di O2 è di 31.998 g/mol convertiamo le moli in grammi:
massa di O2 = 0.0625 mol ∙ 31.998 g/mol=2.00 g