Stechiometria: esercizi svolti

La stechiometria si occupa di studiare le proporzioni secondo cui gli elementi si combinano tra loro per formare i composti e le masse degli elementi o dei composti che prendono parte a una reazione chimica o che ne costituiscono i prodotti di reazione.

In generale, per la risoluzione di un problema,  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.

Vengono proposti alcuni esercizi con le relative spiegazioni.

1)      La reazione di combustione del butano è la seguente:

2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O

Calcolare le moli di O2 necessarie, le moli di CO2 e di H2O ottenute da 25.0 moli di butano

Questa è la tipologia di esercizio più semplice possibile in quanto la reazione è già bilanciata e vengono date già le moli. Pertanto si deve considerare solo il rapporto tra le moli. Il rapporto tra C4H10 e O2 è di 2:13 quindi le moli di O2 possono essere ottenute impostando una proporzione:

2 : 13 = 25 : x

Da cui x = moli di O2 = 13 ∙ 25 / 2 = 162.5

Il rapporto tra C4H10 e CO2 è di 2:8 quindi le moli di O2 possono essere ottenute impostando la proporzione:

2 : 8 = 25 : x

Da cui x = moli di CO2 = 8 ∙ 25 / 2 = 100

Il rapporto tra C4H10 e H2O è di 2:10 quindi le moli di H2O possono essere ottenute impostando la proporzione:

2 : 10 = 25 : x

Da cui x = moli di H2O = 10 ∙ 25 / 2 = 125

2)      Il carbonato di calcio si decompone ad alta temperatura formando ossido di calcio e anidride carbonica secondo la reazione:

CaCO3 → CaO + CO2

Calcolare le masse di CaO e di CO2 che si ottengono dalla decomposizione di 10.0 Kg di carbonato di calcio

Dobbiamo calcolare le moli di carbonato di calcio quindi determiniamone il peso molecolare:

peso molecolare = 40.08 + 12.011 + 3 (15.9994) = 100.0892 g/mol

Pertanto moli di carbonato di calcio = 10000 g/100.0892 g/mol = 99.9

Essendo il rapporto stechiometrico tra il reagente e ciascun prodotto di 1:1 si otterranno 99.9 di CaO e 99.9 moli di CO2.

Il peso molecolare di CaO è pari a 40.08 + 15.9994 = 56.0794 g/mol

La massa di CaO è quindi 99.9 mol ∙ 56.0794 g/mol = 5.60 ∙ 103 g = 5.60 kg

Il peso molecolare di CO2 è pari a 12.011 + 2 ( 15.9994) = 44.0098 g/mol

La massa di CO2 è quindi 99.9 mol ∙ 44.0098 g/mol = 4.40 ∙ 103 g = 4.40 kg

3)      L’idrossido di magnesio si decompone ad alta temperatura formando ossido di magnesio e acqua secondo la reazione:

Mg(OH)2(s) → MgO(s) + H2O(g)

Calcolare i grammi di Mg(OH)2 inizialmente presenti se, dopo essere stato riscaldato in un crogiuolo alla fiamma di un Bunsen il peso del crogiuolo e del suo contenuto  passa da 43.78 a 42.56 g

La diminuzione di peso è evidentemente dovuta all’evaporazione dell’acqua; la massa di acqua prodotta dalla reazione è quindi data dalla differenza tra il peso iniziale e quello finale:

43.78 – 42.56 = 1.22 g

Il peso molecolare dell’acqua è pari a 2( 1.008) + 15.9994 = 18.0154 g/mol

Le moli di acqua sono quindi 1.22 g/ 18.0154 g/mol = 0.0677

Poiché il rapporto stechiometrico tra Mg(OH)2 e H2O è di 1:1 si ha che le moli di idrossido di magnesio inizialmente presenti nel crogiolo sono pari a 0.0667

Il peso molecolare di Mg(OH)2 è pari a 24.305 + 2(15.9994) + 2( 1.008) = 58.3198 g/mol

La massa di Mg(OH)2 è pari 0.0677 mol ∙ 58.3198 g/mol =  3.95 g

4)      Calcolare i grammi di NaOH necessari a reagire con 6.75 g di H2S secondo la reazione:

H2S + 2 NaOH → Na2S + 2 H2O

Il peso molecolare di H2S è pari a 2(1.008) + 32.066 = 34.082 g/mol

Le moli di H2S sono quindi pari a 6.75 g / 34.082 g/mol =  0.198

Il rapporto stechiometrico tra H2S e NaOH è di 1:2 pertanto le moli di NaOH necessarie sono pari a:

moli di NaOH necessarie = 0.198 ∙ 2 = 0.396

Il peso molecolare di NaOH è pari a 22.9898 + 15.9994 + 1.008 = 39.9972 g/mol

La massa di NaOH necessaria è quindi pari a 0.396 mol ∙ 39.9972 g/mol =  15.8 g

5)      Il benzene reagisce con il bromo per dare bromobenzene secondo la reazione:

C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr

Facendo reagire 10.0 g di benzene con un eccesso di bromo sono stati ottenuti 12.9 g di bromobenzene. Calcolare la resa percentuale

Il peso molecolare del benzene è pari a 6(12.011) + 6(1.008) = 78.114 g/mol

Le moli di benzene sono quindi pari a 10.0 g/ 78.114 g/mol =  0.128

Il rapporto tra benzene e bromobenzene è di 1:1 quindi se la resa fosse del 100% le moli di bromobenzene ottenute sarebbero pari a 0.128.

Il peso molecolare del bromobenzene è 6(12.011) + 5(1.008)  + 79.909 =157.015 g/mol

Quindi la massa di bromobenzene è pari a 0.128 mol ∙ 157.015 g/mol = 20.1 g

Essendo stati ottenuti 12.9 g di bromobenzene la resa percentuale è data da:

resa % = 100 x 12.9 / 20.1 = 64.2 %

6)      L’ossidazione del ferrocianuro di potassio con il permanganato di potassio in ambiente acido avviene secondo la reazione:

10 K4Fe(CN)6 + 218 H2SO4 + 122 KMnO4 → 122 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + 81 K2SO4 + 60 HNO3 + 60 CO2 + 188 H2O

Calcolare ma massa di acido solforico e di permanganato di potassio necessarie a ossidare 25.0 g di ferrocianuro di potassio.

Si omettono i calcoli relativi alla determinazione del peso molecolare.

Le moli di ferrocianuro di potassio sono pari a 25.0 g / 368.35 g/mol =  0.0679

Il rapporto stechiometrico tra  K4Fe(CN)6 e  H2SO4  è di 10:218 pertanto le moli di H2SO4 necessarie sono pari a: 0.0679 ∙ 218 / 10 = 1.48

La massa di acido solforico necessaria è quindi pari a 1.48 mol ∙ 98.079 g/mol = 145 g

Il rapporto stechiometrico tra  K4Fe(CN)6 e  KMnO4 è di 10:122 pertanto le moli di KMnO4 necessarie sono pari a: 0.0679 x 122/ 10 = 0.828

La massa di permanganato di potassio necessaria è quindi pari a 0.828 mol ∙ 158.034 g/mol = 131 g

 

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Author: Chimicamo

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