Stechiometria e leggi sui gas

La conoscenza delle leggi dei gas e le loro applicazioni consentono di risolvere i classici problemi di stechiometria che riguardano reazioni chimiche.

Esercizi

  • Una miscela gassosa avente volume pari a 5.0 L in condizioni standard contiene solfuro di idrogeno. Questa miscela viene opportunamente trattata e avviene la reazione: H2S + O2 → S + H2 La massa dello zolfo ottenuto è di 3.2 g. Calcolare il volume percentuale di H2S nella miscela originaria

Le moli di S sono pari a:

moli di S = 3.2 g/32 g/mol = 0.10

Poiché il rapporto stechiometrico tra S e H2S è di 1:1 anche le moli di H2S sono pari a 0.10.

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

Il volume occupato da H2S è pari a V = 0.10 mol (22.4 L/mol) = 2.24 L

Volume % di H2S = 2.24 ∙ 100/5.0= 44.8 %

Poiché i dati presenti nel testo dell’esercizio contengono 2 cifre significative occorre arrotondare 44.8 a due cifre significative e quindi il volume percentuale di H2S è pari al 45%

  • Il solfuro di idrogeno reagisce con il biossido di zolfo secondo la reazione da bilanciare:

H2S + SO2 → S + H2O

Se il solfuro di idrogeno avente un volume di 6.0 L e una pressione di 750 torr reagisce con un eccesso di SO2 e produce 3.2 g di S calcolare la temperatura in °C

La reazione bilanciata è:

2 H2S + SO2 → 3 S +2 H2O

Moli di S = 3.2 g/32 g/mol= 0.10

Il rapporto stechiometrico tra H2S e S è di 2:3

Moli di H2S = 0.10 ∙ 2/3= 0.067

P = 750/760=0.987 atm

Dall’equazione di stato dei gas

T = pV/nR = 0.987 ∙ 6.0/0.067∙ 0.0821 = 1077 K

1077-273= 804 °C

  • Un campione avente massa 3.66 g contenente zinco e magnesio reagiscono in ambiente acido per dare idrogeno gassoso. Calcolare la percentuale di Zn nel campione se si sono ottenuti 47 L di H2 alla pressione di 101.0 kPa alla temperatura di 300 K

Poiché la pressione viene espressa in kPa se non vogliamo convertirla in atm dobbiamo usare la costante universale dei gas R con le dimensioni opportune ovvero R = 8.31 kPa L/molK

Dall’equazione di stato dei gas moli di H2 = pV/RT = 101.0 ∙ 2.47/8.31 ∙ 300 = 0.100

Le reazioni di Zn e di Mg in ambiente acido sono rispettivamente:

Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2

Mg + 2 H+ → Mg2+ + H2

Da cui si osserva che sia il rapporto tra Zn e H2 che il rapporto tra Mg e H2 è di 1:1

Detta x la massa di Zn (peso atomico = 65.4 u) e detta y la massa di Mg (peso atomico = 24.3 u) si ha:

x + y = 3.66 da cui y = 3.66-x

Le moli di Zn sono esprimibili come x/65.4  e le moli di Mg sono esprimibili come y/24.3 e quindi:

x/65.4 + y/24.3 = 0.100

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Author: Chimicamo

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