Esercizi sui Bilanci di Massa

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1 Insegnamento di Chimica Generale CCS CHI e MAT A.A. 2015/2016 (I Semestre) Esercizi sui Bilanci di Massa Prof. Dipartimento CMIC Giulio Natta

2 Punti di Riferimento 2 Mole : particelle è definita come una mole di quelle particelle. NA: numero di Avogadro ( ) Massa molare (MW) = Somma delle masse atomiche di una mole delle particelle (elemento, molecola, ione) espressa in grammi. Massa molecolare e massa molare hanno lo stesso numero ma diverse unità di misura. La massa molecolare è in amu mentre la massa molare è in grammi.!!

3 Esercizio 1 e Calcolare la massa molare di Ca(BO 2 ) 2 6H 2 O a g mol -1 b g mol -1 c g mol -1 d g mol -1 e g mol -1 Formula minima: CaB 2 O 10 H 12 Massa Molare = (1 massa atomica di Ca) + (2 massa atomica di B) + (10 massa atomica di O) + (12 massa atomica di H) = 1 (40.08) + 2 (10.81) + 10 (16.00 g mol -1 ) + 12 (1.008 g mol -1 ) = = g mol -1

4 Esercizio Il bromato di sodio si usa in miscela per disciogliere l oro dai suoi minerali. Calcolare la massa in grammi di 4.68 moli di NaBrO 3. a. 716 g b. 482 g c. 383 g d g e g Relazioni tra MW, m, n mole g 1 MW m m n MW o n n m MW MW(NaBrO 3 ) = g mol -1 MW: massa molare ( g ) m : massa ( g ) n : numero di moli (mol) g m g n mol MW mol m = 716 g dopo arrotondamento del risultato g

5 Esercizio 4 e Una mole di un elemento ha un volume di 30 ml e una densità di 3.0 g ml -1. Qual è il peso atomico di questo elemento? a. 30 b. 60 c. 90 d. 120 e. Non si può determinare m d perciò m = d V = (3.0 30) g 90g V 5. Un campione di 20.0 ml di un elemento di densità di 3.0 g ml -1 contiene atomi. Qual è il suo peso atomico? a atomi b. 60 N moli mol 0.66mol atomi / mol c. 90 m V d d. 120 MW MW 90g mol n n e. Non si può determinare 1

6 Relazioni tra N, n e NA 6 Relazioni tra N, n e N A N: Numero di particelle (elemento, molecola, ione) n : numero di moli (mol) N A : numero di Avogadro ( numero di particelle) mole N di part. 1 N A no. di p N n NA N no. di p n mol NA n N mol m m N n NA o n N NA MW MW Nota: Per calcolare il N di atomi in una molecola o ione, N A deve essere moltiplicato per il N di atomi (indicato con a) mole N di atomi a N N n N a N 1 A N n a NA o n A

7 Esercizio Il potassio dicromato, K 2 Cr 2 O 7, si usa per la concia delle pelli. Calcolare il numero di atomi di cromo in g di K 2 Cr 2 O 7. a Cr atomi b Cr atomi c Cr atomi d Cr atomi e Cr atomi Massa molare: g/mol Moli = 78.82g / g/mol = mol Moli = mol

8 Composizione Elementare 8 massa percento : frazione di massa di un elemento in una molecola o ione: m a MW A % 100 MW M Lo zucchero comune, saccarosio, ha formula chimica C 12 H 22 O 11. Qual è la % in massa di carbonio nel saccarosio? a % b % c % d % e % ( )/ e arrotondamento

9 Esercizio Quale è la composizione percentuale del Cloroformio (CHCl 3 ), una sostanza tossica usata fino al 1960 come solvente ed anestetico e ora bandito perché tossico e cancerogeno? CHCl 3 MW = 1(g at) C + 1(g at) H + 3(g at) Cl =( ) amu = amu 1( gat) C % C 100 MW = % C 1( gat) H % H 100 MW = % H 31( gat) Cl % Cl 100 MW = % Cl

10 Formule Chimiche 10 Formula Empirica - Riporta il numero relativo di atomi di ciascun elemento nel composto. E la formula più semplice ed è derivata dalle masse degli elementi. Formula Molecolare Riporta il numero reale di atomi diciascun elemento nella molecola del composto. Formula di Struttura Riporta il numero reale di atomi e dei legami tra di essi, cioè l esatta sequenza degli atomi, comprendendo anche la loro esatta disposizione spaziale.

11 Esercizio Un composto contenente C, H e O in abbondanza, in massa di 40.0, 6.7 e 53.3 percento, rispettivamente. Lo spettro di massa (grafico) rivelò che la massa molecolare del composto è di amu. Quale è la formula molecolare del composto? 1. CH 2 O 4. C 3 H 6 O 3 2. C 2 H 4 O 2 3. C 2 H 2 O 4 5. C 4 H 10 O 2 C x H y O z con x = 3; y = 6; z = 3 relative intensity m / z MW = amu

12 Esercizio 9 12 Il nitrato di idrossilammina contiene il % in massa di N, il 4.20 % in massa di H e il % in massa di O. Determinare la sua formula empirica. a. HNO b. H 2 NO 2 c. HN 6 O 16 d. HN 16 O 7 e. H 2 NO 3

13 Esercizio I metalli alcalini producono differenti ossidi quando reagiscono con O 2 : Li(s) + O 2 (g) Li 2 O(s) (ossido) Na(s) + O 2 (g) Na 2 O 2 (s) (perossido) K(s) + O 2 (g) KO 2 (s) (superossido) a) Bilanciare le reazioni b) Che cambiamenti sull ossigeno si verificano in ciascun caso? c) Quale è, secondo voi, l origine di questa differenza di reattività?

14 Esercizio Quanti ml di una soluzione di concentrazione 23.5 g di K 2 Cr 2 O 7 per Litro ossidano 2.8 g di FeSO 4 in mezzo acido. La reazione (da bilanciare) è: Cr 2 O Fe 2+ + H + Fe 3+ + Cr 3+ + H 2 O Risoluzione: Bilanciamento con il metodo delle semi-reazioni: Cr 2 O e + 14H + 2 Cr H 2 O 1 Fe 2+ Fe e 6 Cr 2 O Fe H + 6 Fe Cr H 2 O Moli FeSO 4 in 2.8 g (MW FeSO4= g mol -1 ; MW K2Cr2O7=294.2 g mol -1 ): nfeso mol [Cr O 7 ] 0.08 mol L 1 Una mole di K 2 Cr 2 O 7 ossida 6 moli di FeSO 4. Se V è il volume di soluzione di K 2 Cr 2 O 7 : n 2 FeSO [Cr2O 7 ] V V L ml

15 Esercizio Data la reazione (da bilanciare): Cu + HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O a) Se 4 g atomi di Cu vengono posti a reagire con 16 moli di HNO 3, quante moli di HNO 3 restano a fine reazione e quante moli di prodotti si ottengono? b) Se 24 g di Cu vengono messi a reagire con 12 g di HNO 3, quale reattivo e quanti grammi di esso restano? Risoluzione: Bilanciamento con il metodo delle semi-reazioni: Cu Cu e 3 NO e + 4 H + NO + 2 H 2 O 2 Per completare il bilanciamento della reazione si deve aggiungere 6 NO 3, che vanno a formare il Cu(NO 3 ) 2. Per cui: 3 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) NO + 4 H2O 8 8 a) nhno n 3 Cu molhno rimasto = mol 3 3 3

16 Esercizio 12 (cont.) 16 n NO = 2/3 n Cu = 2.67 mol n NO = 4/3 n Cu = 5.33 mol a) n Cu = 24/63.5 = mol n HNO3 = 12/63 = 0,19 mol (Cu in eccesso) n Cu(reagito) = 3/8 n HNO3 =0.071 mol n Cu(in eccesso) = mol g Cu(rimasti) = mol 63.5 g mol -1 = g

17 Esercizio Due soluzioni contengono, rispettivamente, 3.2 g e 3.3 g di Hg(NO 3 ) 2 e KI e vengono mescolate. Si forma un precipitato rosso che viene filtrato e la soluzione incolore viene portata a secco. Dei due componenti secchi viene pesato solo il KNO 3 la cui massa risultò essere pari a 2.0 g. Quale è la massa di HgI 2 prodotto? Hg(NO 3) 2(aq) + 2 KI(aq) HgI 2(aq) + 2 KNO 3(aq) 1.99 g g g g g g

18 Esercizio Se 18.1 g di NH 3 sono fatti reagire con 90.4 g di CuO, è l agente limitante? Quanti grammi di N 2 si formeranno? Soluzione per la reazione 3 CuO + 2 NH 3 3 Cu + 3 H 2 O + N 2 Prima si calcola il numero di moli dei reagenti [NH 3 (MW = g mol -1 ) e CuO (MW = 79.5 g mol -1 )] g NH 3 1 mol NH g NH 3 = 1.06 mol NH 3 disponibile 90.4 g CuO 3 mol CuO 79.5 g CuO 1.06 mol NH 3 3 mol CuO 2 mol NH 3 = 1.59 mol CuO necessari Richiesto per far reagire 1.06 = 1.14 mol CuO disponibile Per determinare qual è il reagente limitante si dividono le moli per il relativo coefficiente stechiometrico e si individua quello inferiore. CuO è perciò il reagente limitante. Ci sono, infatti, solo 1.14 moli di CuO mentre ne occorrerebbero 1.59 per far reagire tutta l NH 3. mol di NH 3 La massa di N 2 prodotta sarà: 1.14 mol CuO 1 mol N g N 2 3 mol CuO 1 mol N 2 = 10.6 g N 2 prodotti

19 Es Processo Ostwald: 19 Il primo stadio del processo Ostwald per produrre l acido nitrico è la formazione di NO in base alla reazione: 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 5 moli of NH3 reagiranno stechiometricamente con moli di O2 per formare moli di NO. a. 4, 5 b. 5, 4 c. 25, 20 d. 5/4, 4/5 e. 25/4, 5

20 Es Processo Ostwald: 20 Problema: Che massa di NO si può formare per reazione in fase gas di 30.0 g di Ammoniaca e 40.0 g di Ossigeno? 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g) 30.0 g NH 3 / (17.0 g NH 3 /mol NH 3 ) = 1.76 mol NH mol NH 3 / 4 = 0.44 mol NH g O 2 /( 32.0 g O 2 /mol O 2 ) = 1.25 mol O mol O 2 / 5 = 0.25 mol O 2 Limitante! 1.25 mol O 2 4 mol NO 5 mol O 2 = 1.00 mol NO massa NO = 1.00 mol NO 30 g NO 1 mol NO = 30.0 g NO

21 Esercizio Problema g di stagno metallico e g di iodio solido sono messi a reagire in 100 ml di acetato di etile. Dopo che la reazione si è completata (tutto lo iodio ha reagito), si recuperano g di stagno. Quale è la formula empirica del prodotto formato dalla reazione tra Sn e I 2 in questo esperimento? g g = = g Sn mol g / 254 g mol -1 = mol Sn + I 2 Sn x I y Sn + 2 I 2 SnI 4