La stechiometria studia le proporzioni con cui gli elementi si combinano per formare i composti e le masse delle specie che prendono parte a una reazione
Non è facile dare indicazioni per la risoluzione di un problema di stechiometria in quanto ciascuno di essi presenta problematiche diverse. In generale si deve innanzitutto bilanciare la reazione chimica anteponendo a ciascuna specie un coefficiente stechiometrico.
I coefficienti stechiometrici esprimono i rapporti tra le moli di ciascuna specie che prende parte alla reazione. Si deve poi calcolare il peso molecolare delle sostanze coinvolte e convertire i grammi in moli. Dal rapporto dei coefficienti stechiometrici si determinano le moli delle altre specie da cui si possono ottenere i grammi.
Esercizi di stechiometria
1) Un sale è costituito da bario e un alogeno. Un campione di 0.1480 g di tale sale viene sciolto in acqua a cui si aggiunge un eccesso di acido solforico con conseguente formazione di solfato di bario la cui massa, dopo opportuni trattamenti, è stata trovata essere pari a 0.1660 g. Identificare l’alogeno che è contenuto nel sale
Scriviamo la reazione di dissoluzione del sale, indicando con X l’alogeno:
BaX2 → Ba2+ + 2 X–
Lo ione bario viene fatto precipitare come solfato di bario secondo la reazione:
Ba2+ + H2SO4 → BaSO4(s) + 2 H+
Le moli di solfato di bario sono pari a: 0.1660 g /233.43 g/mol= 0.0007111
Le moli di ione bario sono quindi anch’esse pari a 0.0007111
La massa di bario è pari a 0.0007111 mol ∙ 137.327 g/mol = 0.09765 g
La massa di alogeno contenuta nel campione è pari a 0.1480 – 0.09765 = 0.05035 g
Poiché nella dissoluzione del sale il rapporto stechiometrico tra bario e alogeno è di 1:2 le moli di alogeno sono pari a 0.0007111 ∙ 2 = 0.001422
Il peso atomico dell’alogeno vale: 0.05035 g / 0.001422 mol = 35.4 g/mol che corrisponde al peso atomico del cloro pertanto la formula è BaCl2
2) Un campione anidro di 5.000 g costituito da idrossido di potassio, carbonato di potassio e da cloruro di potassio viene fatto reagire con 0.100 L di una soluzione 2.00 M di HCl. Si ottengono 249.0 mL di biossido di carbonio misurati a 22.0 °C e alla pressione di 740.0 torr. L’eccesso di HCl viene titolato con 86.60 mL di una soluzione 1.50 M di idrossido di sodio. Calcolare le quantità delle varie specie presenti nel campione.
Le specie presenti nel campione che reagiscono con HCl sono il carbonato di potassio secondo la reazione:
K2CO3 + 2 HCl = CO2 + H2O + 2 KCl
e l’idrossido di potassio secondo la reazione:
KOH + HCl = KCl + H2O
Calcoliamo le moli di CO2 prodotte;
p = 740.0 /760.0 = 0.974 atm ; T = 22.0 + 273= 295 K ; V = 0.249 L
n = pV/RT = 0.974 ∙ 0.249 / 0.08206 ∙ 295 = 0.0100
dal rapporto stechiometrico tra K2CO3 e CO2 che è di 1:1 si ha:
moli di K2CO3 = 0.0100
massa di K2CO3 = 0.0100 mol ∙ 138.211 g/mol = 1.38 g
Le moli di HCl usate sono pari a 2.00 mol/L ∙ 0.100 L = 0.200
Quelle di NaOH necessarie per titolare l’eccesso di HCl sono pari a 1.50 mol/L ∙ 0.08660 L = 0.130
Le moli di HCl che hanno reagito con K2CO3 e KOH sono pari a 0.200 – 0.130 = 0.0700
Poiché le moli di K2CO3 sono pari a 0.0100 se ne deduce che le moli di KOH sono pari a 0.0700 – 0.0100 = 0.0600 che corrispondono a 0.0600 mol ∙ 56.1 g/mol = 3.37 g
La quantità di cloruro di potassio sarà quindi pari a 5.000 – 3.37 – 1.38 = 0.250 g
3) Un campione di 0.197 g di magnesio viene bruciato in presenza di aria producendo ossido di magnesio e nitruro di magnesio. Questi ultimi due composti hanno una massa complessiva di 0.315 g. Calcolare la percentuale di magnesio ha reagito con l’azoto per dare il nitruro.
Scriviamo innanzitutto le due reazioni:
2 Mg + O2 → 2 MgO
3 Mg + N2 → Mg3N2
Detta x la massa di MgO e detta y la massa di Mg3N2 si ha:
x + y = 0.315
tenendo conto che la percentuale di magnesio in MgO è 24.305 / 40.304 = 0.603 e la percentuale di magnesio in Mg3N2 è 72.915/ 100.929 = 0.722 si ha
0.603 x + 0.722 y = 0.197
Risolvendo il sistema:
x + y = 0.315
0.603 x + 0.722 y = 0.197
Si ha: y = 0.0590
La percentuale di magnesio che si è combinata con l’azoto è data da:
0.0590 ∙ 100/ 0.315 = 18.7 %