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1 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? Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3H 2 SO 4 2H 3 PO 4 + 3CaSO 4 3 moli di acido solforico reagiscono con 1 mole di fosfato di calcio. Poichè moli e masse molecolari sono proporzionali: 3 x PM H 2 SO 4 : 1 x PM Ca 3 (PO 4 ) 2 = Xg :100g PM H 2 SO 4 = 98,08 g/molper tre moli: 3 x 98,08 = 294,24 g PM Ca 3 (PO 4 ) 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? 3Cl 2 + 6KOH KClO 3 + 5KCl + 3H 2 O 3Cl 2 1 KClO 3 3x70,90 = 212,70 g Cl 2 1x122,55 = 122,55 g KClO 3 212,70 : 122,55 = 200 : X X = 115,23 g di KClO 3 N.B.: resa = rapporto tra la quantità effettivamente ottenuta e quella calcolata. Es.: se ottengo 63,5 Kg di NaOH ogni 100 Kg di Na 2 CO 3 secondo la reazione: 26

2 Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 2NaOH + CaCO 3 105,99 : 2x40,00 = 100 : X X= 75,48 Kg resa = (63,5 / 75,48)x100 = 84,1% 3) Data la reazione: 2Al + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 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 Al 2 (SO 4 ) 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 H 2? 2x26,9815 : 3x2?01594 = X : 25 X = (25x53,963)/6,04782 = 223,067 g di alluminio 5) La combustione del propano, C 3 H 8, con O 2, porta alla formazione di CO 2 e H 2 O (come tutte le combustioni complete di idrocarburi). Calcolare la quantità massima di CO 2, espressa in grammi e in numero di molecole, che si forma da 3,50x10-2 g di C 3 H 8 e 1289 g di O2. C 3 H O 2 3 CO H 2 O P.M. propano = 44,0972 P.M. ossigeno = 32,9988 Le quantità di propano e ossigeno disponibili, espresse in moli, sono: 27

3 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 C 3 H 8 sono necessarie 5 moli di O 2. Per trasformarne 7,94 ne occorrono: 7,94 x 5 moli di O 2 = 39,7 moli di O 2 Il reagente in eccesso è l'ossigeno. Quello che limita la quantità di CO 2 è il propano. Da una mole di propano si ottengono tre moli di CO 2 (vedi reazione), quindi da 7,94 moli di propano si ottengono: 7,94 moli x 3 = 23,8 moli CO 2 P.M. CO 2 = 44, ,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 H 2 SO 4 al 98% sono necessari per preparare HNO 3 da 20,0 g di KNO 3? Quanti grammi di HNO3 si ottengono se la reazione è completa? KNO 3 + H 2 SO 4 KHSO 4 + HNO 3 P.M. KNO 3 = 101 P.M. HNO 3 = 63 P.M. H 2 SO 4 = 98 P.M. KHSO 4 = 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 H 2 SO 4 Visto che H 2 SO 4 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 HNO 3 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 + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 28

4 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 H 2. 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: P 1 V 1 /T 1 = P 2 V 2 /T 2 ==> (760x24,9)/273 = (750xV2)/303 V 2 = 28,0 litri. 8) Quanti litri di anidride carbonica si ottengono dalla combustione di 15 litri di etano (C 2 H 6 )? La reazione è la seguente: 2C 2 H O 2-4 CO H 2 O 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 + O 2 CO 2 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 O 2 contenuti inizialmente nel recipiente. 1 g.atomo di C si combina con 1 mole di 2 Oper dare una mole di CO 2 : 12 g/mol :32 g/mol = 5 g : Xg X = 13,3 grammi di O 2 che partecipano alla reazione. 29

5 12 : 44 g/mol = 5 : Y Y = 18,3 g di CO 2 che si formano grammi di O 2 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: P 1 /T 1 = P 2 /T 2 2/273 = P 2 /573 P 2 = 4,20 atm 10) La pirite, FeS2, reagisce con l'ossigeno dell'aria secondo la reazione di combustione: 4FeS O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 Quale sarà la % in volume di SO 2 (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 O 2 ogni 79 parti in volume di gas inerti). 11 molecole di O 2 formano 8 molecole di SO 2 : siccome c'è proporzionalità tra molecole e litri: 11 :8 = 21 : X X = 15,3 parti in volume di SO 2 che sono accompagnate dai gas inerti. La percentuale sarà: 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 H 2 SO 4 con una resa del 100%, che volume occuperà H 2 S ottenuto nelle condizioni di 60 C e 730 mmhg? FeS + H 2 SO 4 - FeSO 4 + H 2 S 30

6 P.M. FeS = 87,8 g/mol P.M. H 2 S = 34,0 g/mol Calcolo prima quanti g ottengo: 1 mole di FeS dà una mole H 2 S quindi : 87,8 : 34,0 = 150 : X X = (34,0x150)/87,8 = 58,1 g H 2 S ottenuti PV = nrt = (g/pm)rt V = grt/p PM volume di H 2 S = (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 H 2 S Oppure: a c.n. 1 mole di FeS dà una mole di H 2 S, cioè 88g di FeS dà 22,4 litri di H 2 S. 87,8 g : 22,4 l = 150 g : X l X = 38,27 litri di H 2 S a c.n. Ma : P1V1/T1 = P2V2/T2 (1 x 38,27)/273 = (0,968 x V2) /333 V2 = 48,2 litri a 60 C e 736 mmhg 12) Se 4,00 litri di CH 4, alla P di 1,00 atm e alla T di 800 C reagiscono con l'ossigeno dando un volume di CO 2 pari a 0,750 misurati in c.n.; quanti grammi di metano non hanno reagito e quanti grammi di O 2 sono stati consumati? CH O 2 CO H 2 O P.M. CH 4 = 16,0 P.M. CO 2 = 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 CO 2 ottenuti a c.n. se il metano reagisse tutto (perchè 1 mole di CH 4 dà una mole di CO 2 ). I litri di CO 2 ottenuti sono solo 0,750, quindi il metano non ha reagito tutto: ne ha reagito solo un volume pari a 0,750 litri. CH 4 che non ha reagito = 1,02-0,750 = 0,270 litri di CH 4 che a c.n. non hanno reagito. A quanti g corrispondono? 1 mole CH 4 = 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 31

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