Esercitazione 6 - Corsi di Laurea a Distanza

ESERCITAZIONE 6
RAPPORTI PONDERALI E VOLUMETRICI NELLE REAZIONI
In base ai coefficienti stechiometrici posso calcolare quanti grammi di sostanza reagiscono.
1) Quanto acido solforico reagisce con 100g di fosfato tricalcico, secondo la reazione seguente ?
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 2H3PO4 + 3CaSO4
3 moli di acido solforico reagiscono con 1 mole di fosfato di calcio. Poichè moli e masse molecolari
sono proporzionali:
3 x PM H2SO4 : 1 x PM Ca3(PO4)2 = Xg :100g
PM H2SO4 = 98,08 g/molper tre moli: 3 x 98,08 = 294,24 g
PM Ca3(PO4)2 = 310,18 g/mol per una mole : 310,18 g
294,24 : 310,18 = X : 100
X = 94,86
2) Quanti grammi di clorato di potassio si possono ottenere da 200 g di cloro secondo la reazione
seguente?
3Cl2 + 6KOH → KClO3 + 5KCl + 3H2O
3Cl2 → 1 KClO3
3x70,90 = 212,70 g Cl2
1x122,55 = 122,55 g KClO3
212,70 : 122,55 = 200 : X
X = 115,23 g di KClO3
N.B.: resa = rapporto tra la quantità effettivamente ottenuta e quella calcolata. Es.: se ottengo 63,5 Kg
di NaOH ogni 100 Kg di Na2CO3 secondo la reazione:
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Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2NaOH + CaCO3
105,99 : 2x40,00 = 100 : X
X= 75,48 Kg
resa = (63,5 / 75,48)x100 = 84,1%
3) Data la reazione:
2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2
calcolare quanti grammi di solfato di alluminio si ottengono da 100 grammi di Al.
2 x 26,9815 : 1x 342,1478 = 100 : X
PA Al
PM Al2(SO4)3
X = 634,04g di solfato di alluminio.
4) Data la reazione dell'esercizio precedente, quanti grammi di alluminio occorrono per ottenere 25
grammi di H2?
2x26,9815 : 3x2?01594 = X : 25
X = (25x53,963)/6,04782 = 223,067 g di alluminio
5) La combustione del propano, C3H8, con O2, porta alla formazione di CO2 e H2O (come tutte le
combustioni complete di idrocarburi). Calcolare la quantità massima di CO2, espressa in grammi e in
-2 g di C H e 1289 g di O2.
numero di molecole, che si forma da 3,50x10
3 8
C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
P.M. propano = 44,0972
P.M. ossigeno = 32,9988
Le quantità di propano e ossigeno disponibili, espresse in moli, sono:
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3,5x10-2 g/44,0972(g/mol) = 7,94 moli di propano
1289g/31,9988(g/mol) = 40,28 moli di ossigeno
Per trasformare 1 mole di C3H8 sono necessarie 5 moli di O
2. Per trasformarne 7,94 ne occorrono:
7,94 x 5 moli di O2 = 39,7 moli di O2
Il reagente in eccesso è l'ossigeno. Quello che limita la quantità di CO2 è il propano. Da una mole di
propano si ottengono tre moli di CO2 (vedi reazione), quindi da 7,94 moli di propano si ottengono:
7,94 moli x 3 = 23,8 moli CO
2
P.M. CO2 = 44,00995
23,8 mol x 44,00995 (g/mol) = 1,05x103 g CO
2
23,8 mol x 6,022x1023 (molecole/mol) = 1,43x1025 molecole di CO
2
6) Quanti grammi di H2SO4 al 98% sono necessari per preparare HNO3 da 20,0 g di KNO3? Quanti
grammi di HNO3 si ottengono se la reazione è completa?
KNO3 + H2SO4 → KHSO4 + HNO3
P.M. KNO3 = 101
P.M. HNO3 = 63
P.M. H2SO4 = 98
P.M. KHSO4 = 136
a) Se l'acido solforico fosse puro:
101(g/mol) : 98(g/mol) = 20,0 g : Xg
X = (98 x 20) / 101 = 19,4 g H2SO4
Visto che H2SO4 è al 98% →(19,4/98)x100 = 19,8 g di acido solforico al 98%
necessari
infatti : 98 : 100 = 19,4 : X
b) 101(g/mol) : 63(g/mol) = 20g : Yg
Y = (63x20)/101 = 12,5 g HNO3 ottenuti
7) Calcolare il volume di idrogeno ottenibile a 30°C e 750 mm Hg dalla reazione di 20 g di Al con un
eccesso di acido solforico diluito, secondo la seguente reazione:
2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2
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2 moli di Al danno 3 moli di H
2
in condizioni normali avremo che 2mol x 26,98 g/mol di Al (= 53,96 g Al) danno 3 mol x 22,4 l/mol (=
67,2 l ) di H2.
53,96 g : 76,2 l = 20 g : X l
X = (67,2x20)/53,96 = 24,9 l litri di idrogeno sviluppati in condizioni normali. A 30°C e 750 mmHg:
P1V1/T1 = P2V2/T2 ==> (760x24,9)/273 = (750xV2)/303
V2 = 28,0 litri.
8) Quanti litri di anidride carbonica si ottengono dalla combustione di 15 litri di etano (C2H6) ? La
reazione è la seguente:
2C2H6 + 7 O2 -→ 4 CO2 + 6 H2O
Per il principio di Avogadro i rapporti tra i volumi di gas che partecipano ad una reazione sono
direttamente proporzionali al numero di molecole. Siccome 2 molecole di etano formano 4 molecole di
anidride carbonica:
2 : 4 = 15 : x
x = (4x15)/2 = 30 litri
9) In un recipiente della capacità di 50 litri vengono introdotti 5 g di carbonio e un quantità di ossigeno
che esercita, a 0°C, una pressione di 2 atmosfere.
Calcolare la pressione totale nel recipiente una volta avvenuta la reazione :
C + O2 → CO2
nell'ipotesi che la temperatura salga a 300°C (trascurare il volume di carbonio).
2 atm x 50 l = Xg/(32g/mol)x0,082(l atm/mol K)x 273 K
X = 142,9 grammi di O2 contenuti inizialmente nel recipiente.
1 g.atomo di C si combina con 1 mole di 2
Oper dare una mole di CO2:
12 g/mol :32 g/mol = 5 g : Xg
X = 13,3 grammi di O2 che partecipano alla reazione.
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12 : 44 g/mol = 5 : Y
Y = 18,3 g di CO2 che si formano
grammi di O2 che non hanno reagito:
142,9 - 13,3 = 129,6 g
pressione finale:
PV = nRT
Px50 l = {18,3(g)/44 (g/mol) + 129,6(g)/32(g/mol)}x 0,082 x 573
P = 4,20 atmosfere.
Oppure: dalla reazione si vede che una mole di ossigeno dà origine ad una mole di anidride carbonica,
quindi il numero di moli gassose non varia. Possiamo usare la legge di Volta e Gay-Lussac:
P1/T1 = P2/T2
2/273 = P2/573
P2 = 4,20 atm
10) La pirite, FeS2 , reagisce con l'ossigeno dell'aria secondo la reazione di combustione:
4FeS2 + 11 O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Quale sarà la % in volume di SO2 (gas) nei prodotti di reazione se tutto l'ossigeno dell'aria partecipa alla
combustione? La composizione in volume dell'aria secca è: O2 21% , gas inerti 79% (21 parti in
volume di O2 ogni 79 parti in volume di gas inerti).
11 molecole di O2 formano 8 molecole di SO2 : siccome c'è proporzionalità tra molecole e litri:
11 :8 = 21 : X
percentuale sarà:
X = 15,3 parti in volume di SO2 che sono accompagnate dai gas inerti. La
15,3 : (15,3 + 79) = X :100
X = 16,2 %
N.B.: %molare e % in volume sono uguali, quindi la % in volume si ottiene anche facendo: moli di
A/mol tot.
11) Se 150 g di FeS reagiscono con H2SO4 con una resa del 100%, che volume occuperà H2S ottenuto
nelle condizioni di 60°C e 730 mmHg?
FeS + H2SO4 -→ FeSO4 + H2S
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P.M. FeS = 87,8 g/mol
P.M. H2S = 34,0 g/mol
Calcolo prima quanti g ottengo:
1 mole di FeS dà una mole H
2S quindi : 87,8 : 34,0 = 150 : X
X = (34,0x150)/87,8 = 58,1 g H2S ottenuti
PV = nRT = (g/PM)RT
V = gRT/P PM
volume di H2S = (58,1 g x 0,0821(l atm/mol K) x 333 K)/ (34,0 (g/mol) x 736/760 atm) = 48,2 litri di
H2S
Oppure: a c.n. 1 mole di FeS dà una mole di 2HS, cioè 88g di FeS dà 22,4 litri di H
2S.
87,8 g : 22,4 l = 150 g : X l
X = 38,27 litri di H2S
a c.n.
Ma : P1V1/T1 = P2V2/T2
V2 = 48,2 litri
(1 x 38,27)/273 = (0,968 x V2) /333
a 60°C e 736 mmHg
12) Se 4,00 litri di CH4, alla P di 1,00 atm e alla T di 800°C reagiscono con l'ossigeno dando un volume
di CO2 pari a 0,750 misurati in c.n.; quanti grammi di metano non hanno reagito e quanti grammi di O2
sono stati consumati?
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
P.M. CH4 = 16,0
P.M. CO2 = 44,0
Vediamo a quanti litri di CH
4 in c.n. corrispondono i 4 litri di CH
4 nelle nostre condizioni:
P1V1/T1 = P2V2/T2
1,00x4,00/1073 = 1,00xV2/273
V2 = 4,00x273 /1073 = 1,02 litri di CH
4
misurati a c.n.
Questi sono anche i litri di CO2 ottenuti a c.n. se il metano reagisse tutto (perchè 1 mole di CH4 dà una
mole di CO2). I litri di CO2 ottenuti sono solo 0,750, quindi il metano non ha reagito tutto: ne ha reagito
solo un volume pari a 0,750 litri.
CH4 che non ha reagito = 1,02 - 0,750 = 0,270 litri di CH4 che a c.n. non hanno reagito. A quanti g
corrispondono ?
1 mole CH4 = 16,0 g = 22,4 litri
16,0 : 22,4 = X : 0,270
X = (0,270x16,0)/22,4 = 0,193 g di metano che non hanno reagito
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