Lezione 5. Equazioni Chimiche e Stechiometria

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1 2018 Lezione 5. Equazioni Chimiche e Stechiometria n. moli = g sostanza M (g/mol) g sostanza = n. moli x M (g/mol) 1

2 Stechiometria Affronta gli aspeb quanctacvi delle reazioni chimiche, si basa sul principio della conservazione della materia.. 2 Al(s) + 3 Br 2 (liq) Al 2 Br 6 (s) 2

3 PROBLEMA: Se 454 g di NH 4 NO 3 si decompongono, quanto N 2 O ed H 2 O si formano? STADIO 1: Scrivere l equazione chimica bilanciata NH 4 NO 3 à N 2 O + 2 H 2 O Nitrato ammonico à ossido di diazoto/protossido di azoto 3

4 454 g di NH 4 NO 3 N 2 O + 2 H 2 O STADIO 2: Convertire la massa dei reagenti in moli (454 g) moli? Massa molare NH 4 NO 3 Mettiamo in relazione le moli di NH 4 NO 3 con le moli di prodotto in base alla stechiometria della reazione.!!!1 mol NH 4 NO 3 à 2 mol H 2 O e 1 mol N 2 O Quindi:!! 5,68 mol NH 4 NO 3 à 11,4 mol H 2 O e 5,68 mol N 2 O!! 4

5 454 g di NH 4 NO 3 N 2 O + 2 H 2 O STADIO 3: Convertire le moli di prodotto/i in massa di prodotto/i STADIO 4 Quanto N 2 O si forma? Massa totale dei reagenc = massa totale dei prodob 454 g NH 4 NO 3 = g N 2 O g H 2 O massa di N 2 O = 250 g oppure: 5,68 mol N 2 O x 44 g/mol = 250 g. 5

6 Tabella riassuntiva NH 4 NO 3 N 2 O + 2 H 2 O Composto NH 4 NO 3 N 2 O H 2 O Iniziale (g) 454 g 0 0 Iniziale (mol) 5.67 mol 0 0 Variazione (mol) x (5.67) Finale (mol) Finale (g)

7 Resa di una Reazione Resa effettiva: la quantità di prodotto realmente ottenuta. Resa teorica: la quantità di prodotto teoricamente ottenibile. Resa percentuale = [(resa effettiva / resa teorica) x 100] 7

8 STADIO 6: Calcolare la resa percentuale Supponiamo che si siano ottenute solo 131 g di N 2 O, quale è la resa percentuale? Si confronta la resa teorica (250 g) con quella effettiva (131 g). resa effettiva resa % = 100 resa teorica 131 g resa % = 100 = 250. g 52.4% 8

9 Strategia Generale per i Calcoli Stechiometrici Massa dei reagenc Massa di prodo]o Moli dei reagenc Considerare la stechiometria della reazione o il Fa]ore stechiometrico Moli di prodo]o 9

10 Reazioni che coinvolgono un Reagente Limitante In una determinata reazione, un reagente è presente in quantità insufficiente per reagire completamente con l altro reagente. Il reagente in quantità insufficiente LIMITA la quantità del prodotto che si può formare. 10

11 Reagente Limitante? 10 6 Reagente Reagente in eccesso limitante 6 11

12 Reagenti Reagente in eccesso limitante Consideriamo tutte le possibilità: non possibile non possibile possibile 6 hamburger complec 12

13 PROBLEMA: Si fanno reagire 5.40 g di Al con 8.10 g di Cl 2. Che massa di Al 2 Cl 6 si forma? 2 Al + 3 Cl > Al 2 Cl 6 Massa reagente Massa prodo]o Moli reagente Fa]ore Stechiometrico C è un reagente limitante? Moli prodo]o 13

14 Stadio 1: Calcolare le moli di ciascun reagente Abbiamo 5.40 g di Al e 8.10 g di Cl 2 14

15 Reagente limitante: come procedere? 2 Al + 3 Cl > Al 2 Cl 6 Dividiamo per 2, al fine di rendere il coefficiente stechiometrico dell Al pari a 1, e semplificare la relazione tra le varie specie. 2/2 Al + 3/2 Cl > 1/2Al 2 Cl 6 quindi Al + 1,5 Cl > 0,5 Al 2 Cl 6 Pertanto 0,2 moli di Al reagiranno con (0,2x1,5) = 0,3 moli di Cl 2. Non essendoci tali moli, ma solo 0,114 moli, Il Cl 2 è il reagente limitante. 15

16 Reagente limitante: come procedere? 2 Al + 3 Cl > Al 2 Cl 6 Essendo Cl 2 il reagente limitante lo mebamo in relazione con Al 2 Cl 6 Dividiamo per 3, al fine di rendere il coefficiente stechiometrico del Cl 2 pari a 1, ed evidenziare il suo rapporto con Al 2 Cl 6 : 2/3 Al + 3/3 Cl > 1/3 Al 2 Cl 6 quindi 2/3 Al + Cl > 1/3 Al 2 Cl 6 16

17 2 Al + 3 Cl > Al 2 Cl 6 Moli di Cl 2 = 0,114 Moli di Al 2 Cl 6 = 1/3 x 0,114 mol = 0,038!Calcoliamo la massa di Al 2 Cl 6 attesa in base alle moli calcolate.! 17

18 Aspetti quantitativi delle reazioni in soluzione 18

19 Definizioni Una soluzione è una miscela OMOGENEA di 2 o più sostanze in una unica fase. Un costituente è definito il SOLVENTE (quello presente in quantità maggiore) e gli altri i SOLUTI. 19

20 Concentrazione delle Soluzioni La quantità di soluto in una soluzione definisce la sua concentrazione. Molarità! (! M!! )! =! moli di soluto! litri di soluzione! Concentrazione (M) = [ ]! 20

21 PESO % peso% = [a/(a+b)] x 100 a = grammi di soluto; b= grammi di solvente es. Preparare 100g di soluzione al 5% di NaCl: sciogliere 5 grammi di NaCl in 95 grammi di acqua [5g / (5g + 95g) ] x 100 = 5% es. 12 grammi di NaCl sciolti in 120 ml di acqua. %? [ 12g / (12g g)] x 100 = 9,1 % VOLUME % volume di soluto per 100 ml di soluzione 21

22 PROBLEMA: Sciogliere 5.00 g di NiCl 2 6 H 2 O in acqua fino a 250 ml di soluzione. Calcolare la molarità. [M NiCl 2 6H2O = 237,7 g/mol] 1) Calcolare le moli di NiCl 2 6H 2 O 5.00 g! "# 1 mol g 2) Calcolare la molarità mol L $ %& = mol = M [NiCl 2 6 H 2 O] = M Click to movie to play 22

23 Concentrazione degli ioni in una soluzione - fare sempre attenzione alla formula - CuCl 2 (aq) à Cu 2+ (aq) + 2 Cl - (aq) Se [CuCl 2 ] = 0.30 M, allora [Cu 2+ ] = 0.30 M; [Cl - ] = 2 x 0.30 M = 0.6 M 23

24 Impiego della Molarita Quanti grammi di acido ossalico, H 2 C 2 O 4, (M = 90.0 g/mol), sono necessari per preparare 250 ml di una soluzione 0.05 M? Poichè: M = moli / volume = mol / V(L) le moli necessarie sono date da moli = M V 24

25 Impiego della Molarita Quale massa di acido ossalico, H 2 C 2 O 4, è necessaria per preparare 250 ml di una soluzione 0.05 M? moli = M V Stadio 1: Calcolare le moli di acido richieste. (0.05 mol/l) x (0.250 L) = mol g sostanza = n. moli x M (g/mol) Stadio 2: Calcolare la massa di acido richiesta. ( mol ) x (90.0 g/mol) = 1.13 g 25

26 Preparazione delle soluzioni per diluizione 26

27 PROBLEMA: Si hanno 50.0 ml di NaOH 3.0 M e si vuole preparare NaOH 0.50 M. Cosa si deve fare? Aggiungere acqua alla soluzione 3.0 M per portare la concentrazione a 0.50 M 50.0 ml? ml Sol. concentrata Sol. diluita 27

28 PROBLEMA: Si dispone di 50.0 ml di NaOH 3.0 M e si vuole preparare NaOH 0.50 M. Che cosa si deve fare? Il punto importante è che : moli di NaOH nella soluzione INIZIALE (M i x V i ) = moli di NaOH nella soluzione FINALE (M f x V f ) 28

29 Moli di NaOH nella soluzione iniziale = M i x V i (3.0 mol/l)(0.050 L) = 0.15 mol Anche le moli di NaOH nella soluzione finale dovranno essere ,15 = M f x V f V f = 0.15 mol / 0.50 M = 0.30 L o 300 ml 29

30 PROBLEMA: Si dispone di 50.0 ml di NaOH 3.0 M e si vuole preparare NaOH 0.50 M. Che cosa si deve fare? diluizione Conclusione: Aggiungere 250 ml di acqua a 50.0 ml di NaOH 3.0 M per preparare 300 ml di NaOH 0.50 M. 0,050 L x 3,0 M = 0,15 mol = 0,300 L x 0,5 M 30

31 Stechiometria delle Soluzioni Lo zinco reagisce con gli acidi per produrre H 2 gassoso. Calcolare il volume di HCl 2.5 M necessario per far reagire 10,0 g di Zn completamente? Stadio 1: Scrivere l equazione bilanciata della reazione Zn(s) + 2 HCl(aq) --> ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) Stadio 2: Calcolare la quantità di Zn espressa in moli 31

32 Stadio 3: Determinare le moli di HCl necessarie impiegando il fattore stechiometrico Stadio 4: Calcolare il volume di HCl necessario M = moli / V(L) moli / M = V (L) 32

33 Conversione da %(p/p) a Molarità Le soluzioni di acido cloridrico commerciali al 36% (p/p) hanno densità 1,18 g/ml. Determinare la molarità della soluzione Considerazioni: d = 1,18 g/ ml = 1180 g/ L significa che 1 L di soluzione pesa 1180 grammi. Di quesc 1180 g solo 0,36 x 1180g/L = 424,8 g sono dovuc all HCl. Calcoliamo le moli di HCl presenc: 424,8 g / 36,4 (g/mol) = 11,7 mol. Queste moli sono contenute in 1,,0 L per cui: M = 11,7mol / 1,0 L = 11,7 ma ssa soluto %( p / p) = 100 ma ssa soluzione 36%(p/p) significa che ci sono 36 grammi di HCl in 100 grammi di soluzione 33