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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