Vengono proposti alcuni esercizi di stechiometria relativi alle reazioni chimiche. La stechiometria dal greco στοιχεῖον che significa elemento e μέτρον che significa misura è quella parte della chimica che studia che studia i rapporti quantitativi tra le specie presenti in una reazione. Pur nella loro semplicità gli esercizi di stechiometria devono essere affrontati singolarmente e per essi si possono dare solo indicazioni di massima.
Dopo aver bilanciato le reazioni e determinato i coefficienti stechiometrici, vanno calcolate le masse dei prodotti, le masse dei reagenti, la concentrazione di uno ione o la massa necessaria di un reagente nota la massa dell'altro reagente.
Il calcolo delle moli, a seconda dei casi, può essere effettuato nei seguenti modi:
- Numero di moli = massa / massa molare
- Numero di moli = concentrazione molare · volume della soluzione in litri
Esercizi di stechiometria
- Data la seguente reazione (da bilanciare) che avviene in ambiente basico:
K2C2O4 + KMnO4 + H2O → CO2 + Mn(OH)2 + KOH
Determinare:
-i grammi di permanganato di potassio necessari a reagire con 25.0 g di ossalato di potassio
-i grammi di idrossido di manganese (II) ottenuti
-la concentrazione di ioni OH– se il volume della soluzione è 2.50 L
-il volume di CO2 ottenuto se la densità del biossido di carbonio è 0.00198 g/mL
La reazione è una reazione di ossidoriduzione che può essere bilanciata con il metodo delle semireazioni. Le due semireazioni in forma ionica sono:
C2O42- → CO2
MnO4– → Mn(OH)2
che bilanciate danno:
C2O42- → 2 CO2 + 2 e–
MnO4– + 6 H+ + 5 e– → Mn(OH)2 + 2 H2O
Affinché il numero di elettroni persi sia uguale a quelli acquistati moltiplichiamo la prima per 5 e la seconda per 2:
5 C2O42- → 10 CO2 + 10 e–
2 MnO4– + 12 H+ + 10 e– → 2 Mn(OH)2 + 4 H2O
Sommiamo membro a membro:
5 C2O42- + 2 MnO4– + 12 H+ → 10 CO2 + 2 Mn(OH)2 + 4 H2O
Poiché la reazione avviene in ambiente basico sommiamo a destra e a sinistra 12 OH– e, ricordando che 12 H++ 12 OH– → 12 H2O si ha:
5 C2O42- + 2 MnO4– + 8 H2O → 10 CO2 + 2 Mn(OH)2 + 12 OH–
Inserendo gli ioni spettatori si ottiene:
5 K2C2O4 + 2 KMnO4 + 8 H2O → 10 CO2 + 2 Mn(OH)2 + 12 KOH
moli di ossalato di potassio = 25.0 g/166.2 g/mol=0.150
il rapporto stechiometrico tra l'ossalato di potassio e il permanganato di potassio è di 5:2
moli di permanganato di potassio = 0.150·2/5=0.0600
massa di permanganato di potassio = 0.0600 mol · 158.04 g/mol = 9.48 g
il rapporto stechiometrico tra permanganato di potassio e idrossido di manganese (II) è di 2:2 ovvero di 1:1 pertanto le moli di idrossido di manganese (II) sono pari a 0.0600
massa di Mn(OH)2= 0.0600 · 88.96 g/mol= 5.34 g
il rapporto stechiometrico tra permanganato di potassio e idrossido di potassio è di 2:12 ovvero di 1:6 pertanto le moli di KOH sono pari a 0.0600 · 6 =0.360
essendo KOH una base forte le moli di OH- sono quindi 0.360 e la concentrazione di OH– è pari a:
[OH–] = 0.360/2.50 L=0.144 M
il rapporto stechiometrico tra permanganato di potassio e biossido di carbonio è di 2:10 ovvero di 1:5 pertanto le moli di CO2 sono pari a 0.0600 · 5 = 0.300. La massa di CO2 è pari a 0.300 · 44.01 g/mol = 13.2 g
poiché V = massa / densità si ha
V = 13.2 g/0.00198 g/mL = 6.68 · 103 mL = 6.68 L
- Calcolare il volume di una soluzione di NaOH 0.120 M necessario a reagire con 40.0 mL di una soluzione di H2SO4200 M
La reazione bilanciata è:
H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
Moli di H2SO4 = 0.0400 L · 0.200 M = 0.00800
Il rapporto stechiometrico tra H2SO4 e NaOH è di 1:2
Moli di NaOH = 0.00800 · 2 = 0.0160
V = 0.0160 mol/ 0.120 mol/L = 0.133 L
- Calcolare la massa molare dell'acido diprotico H2A se per titolare 0.7520 g sono occorsi 15.00 mL di una soluzione di NaOH 0.2390 M
La reazione bilanciata è:
H2A + 2 NaOH → Na2A + 2 H2O
Moli di NaOH = 0.2390 mol/L · 0.01500 L = 0.003585
Il rapporto stechiometrico tra H2A e NaOH è di 1:2
Moli di H2A = 0.003585/2 = 0.001793
Massa molare di H2A = 0.7520 g/ 0.001793 mol = 419.5 g/mol
