Reazioni ed Equazioni Chimiche

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1 ESERCITAZIONE 2

2 Reazioni ed Equazioni Chimiche Reazione chimica Trasformazione di una o più sostanze (REAGENTI) in una o più sostanze (PRODOTTI) Equazioni chimiche Traduzione scritta delle reazioni chimiche Per scrivere un equazione chimica è necessario conoscere le formule chimiche di tutti i reagenti e di tutti i prodotti di reazione. a A + b B l L + m M Le sostanze A e B sono i reagenti Le sostanze L e M sono i prodotti Il simbolo indica che i reagenti si trasformano completamente nei prodotti. Se la reazione è incompleta si usa una doppia freccia. ( ) I numeri a, b, l, m che precedono le formule sono i coefficienti stechiometrici

3 Coefficienti stechiometrici : sono numeri generalmente interi (solo in qualche caso sono frazionari) che indicano il numero di moli, atomi, molecole, ioni, ecc. di reagenti e di prodotti che partecipano alla reazione. Data una generica reazione: a A (g) + b B (l) l L (s) + m M (aq) E possibile scrivere, in basso a destra, lo stato fisico in cui si trovano i reagenti ed i prodotti: (g) indica che la sostanza è gassosa (l) indica che la sostanza è liquida (s) indica che la sostanza è solida (aq) indica una soluzione acquosa della sostanza

4 Le reazioni chimiche possono essere divise in due classi: a) reazioni che avvengono senza trasferimento di elettroni (reazioni di scambio, reazioni di neutralizzazione, reazioni di dissociazione) Ba 2+ (aq) + 2 Cl (aq) + 2 Ag + (aq) + 2 NO 3 (aq) 2 AgCl (s) + Ba 2+ (aq) + 2 NO 3 (aq) Considerando che il solido AgCl è un solido ionico, formato da ioni Ag + e Cl, si può osservare che durante la reazione nessuno degli ioni cambia la propria struttura elettronica. b) reazioni che avvengono con trasferimento di elettroni (reazioni di ossido-riduzione o redox) Cu 2+ (aq) + SO 4 2 (aq) + Zn (s) Cu (s) + Zn 2+ (aq) + SO 4 2 (aq) Si può osservare che alcune specie cambiano la propria struttura elettronica: l atomo di Zn da neutro si trasforma in ione Zn 2+ ; lo ione Cu 2+ si trasforma in atomo neutro Cu. Tali trasformazioni comportano necessariamente uno scambio di elettroni: Zn Zn e Cu e Cu

5 BILANCIAMENTO DI UNA REAZIONE CHIMICA L equazione chimica ha un significato quantitativo solo quando è bilanciata, cioè quando vengono posti davanti ai reagenti ed ai prodotti gli opportuni coefficienti stechiometrici. PER REAZIONI CHE AVVENGONO SENZA TRASFERIMENTO DI ELETTRONI, i coefficienti stechiometrici devono soddisfare i seguenti principi: principio di conservazione della massa principio di conservazione della carica (per le equazioni chimiche scritte in forma ionica) Principio di conservazione della massa: il numero totale degli atomi di tutti gli elementi presenti nei prodotti di reazione deve essere uguale al numero totale degli atomi di tutti gli elementi presenti nei reagenti. Principio di conservazione della carica: la somma algebrica delle cariche degli ioni presenti nei reagenti deve essere uguale alla somma algebrica delle cariche degli ioni presenti nei prodotti.

6 Calcoli stechiometrici a A + b B l L + m M Si voglia determinare il numero di moli di prodotto (n L ) conoscendo il numero di moli di un reagente (n A ). Si imposta le relazione: a moli A : l moli L = n A : n L n L = n A l a

7 Calcoli stechiometrici - Rendimento di una reazione chimica a A + b B l L + m M Il rendimento della reazione chimica in termini di prodotto L rispetto al reagente A è definito: η = n L,f n L 100 = n L - n L,o n A,o a l 100 n L,f = numero di moli di L che si sono formate n* L = numero di moli di L che si formerebbero se tutto il reagente A si trasformasse completamente n L = numero di moli di L al termine della reazione n L,o = numero di moli di L iniziali n A,o = numero di moli di A iniziali Il valore del rendimento è importante perché indica quanto è stato sfruttato un reagente.

8 CALCOLI STECHIOMETRICI 1) Nota la quantità di un reagente determinare la quantità necessaria di un altro reagente Es: Calcolare quanti g di HCl reagiscono con 60 g di Ca(OH) 2, secondo la reazione: Ca(OH) HCl CaCl H 2 O Dalla reazione bilanciata si osserva che 1 mole di Ca(OH) 2 reagisce con 2 moli di HCl. E necessario calcolare il numero di moli a cui corrispondono 60 g di Ca(OH) 2 : n Ca(OH) 2 = m Ca(OH)2 /M Ca(OH)2 Vale la relazione: = 60 (g) / 74,09 (g/mol) = 0,81 mol 1 mole Ca(OH) 2 : 2 moli HCl = 0,81 moli Ca(OH) 2 : x moli HCl da cui: n HCl = 0,81 2 = 1,62 mol m HCl = n HCl M HCl = 1,62 (mol) 36,461 (g/mol) = 59,1 g

9 CALCOLI STECHIOMETRICI 2) Nota la quantità di prodotto determinare la quantità di reagente necessaria per ottenerla Es: Per decomposizione termica il KClO 3 produce ossigeno secondo la reazione: 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2 Calcolare la quantità di KClO 3 necessaria per ottenere 70 g di O 2. n O 2 = m O2 /M O2 = 70 (g) / 31,999 (g/mol) = 2,19 mol 2 moli KClO 3 : 3 moli O 2 = x moli KClO 3 : 2,19 moli O 2 da cui: n KClO3 = (2,19 2)/3 = 1,46 mol m = n KClO 3 KClO3 M = 1,46 (mol) 122,55 (g/mol) = 179 g KClO3

10 CALCOLI STECHIOMETRICI 3) Note le quantità di un reagente determinare la quantità di prodotto che si ottiene considerando il secondo reagente in eccesso. Es: Calcolare quanti g di Al 2 (SO 4 ) 3 si ottengono da 300 g di Al(OH) 3 secondo la reazione: 2 Al(OH) H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) H 2 O n Al(OH) 3 = m Al(OH)3 /M Al(OH)3 = 300 (g) / 78,003 (g/mol) = 3,85 mol Si imposta la relazione: 2 moli Al(OH) 3 : 1 mole Al 2 (SO 4 ) 3 = 3,85 moli Al(OH) 3 : x moli Al 2 (SO 4 ) 3 n Al 2(SO4)3 = 3,85 /2 = 1,925 mol m = n Al 2(SO4)3 Al2(SO4)3 M = 1,925 (mol) 342,14 (g/mol) = 658,6 g Al2(SO4)3

11 CALCOLI STECHIOMETRICI 4) Calcolo della resa o del rendimento di una reazione chimica Es: Calcolare il rendimento della reazione: CaCO 3 CaO + CO 2 sapendo che riscaldando 300 g di CaCO 3 si sono ottenuti 135 g di CaO. n CaCO 3 = m CaCO3 /M CaCO3 = 300 (g) / 100 (g/mol) = 3,00 mol n CaO = m CaO /M CaO = 135 (g) / 56,0 (g/mol) = 2,41 mol n* CaO = n CaCO 3 = 3,00 mol η CaO/CaCO 3 = n n CaO CaO 100 = 2, = 80,3%

12 ES 1. Scrivere e bilanciare la reazione di combustione del pentano liquido (C 5 H 12 ) con ossigeno, i cui prodotti sono diossido di carbonio e acqua liquida (indicando correttamente gli stati di aggregazione di reagenti e prodotti). Calcolare quindi la massa in grammi di diossido di carbonio che si produce dalla combustione di 2.50 l di pentano. (densità a 20 C: g/ml) [1, 8, 5, 6; g] ES 2. Bilanciare la seguente reazione assegnando gli opportuni coefficienti stechiometrici: FeCr 2 O 4(s) + C (s) Fe (s) + Cr (s) + CO (g) Calcolare quindi la massa (in grammi) di carbonio necessaria per fare reagire completamente 1.45 kg di FeCr 2 O 4. [1, 4, 1, 2, 4; 311g ] ES 3. Bilanciare la seguente reazione assegnando gli opportuni coefficienti stechiometrici: NH 3(g) + O 2(g) NO (g) + H 2 O (g) Calcolare quindi la massa (in grammi) di ammoniaca che può essere trasformata completamente da 98.0 g di ossigeno. [4, 5, 4, 6; g]

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