Le reazioni chimiche

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1 Le reazioni chimiche

2 Le reazioni chimiche

3 Le reazioni chimiche

4 Le reazioni chimiche Una reazione chimica è un processo in cui una serie di sostanza (dette reagenti) viene convertita in altre sostanza (dette prodotti) NO + O NO Spesso si indica lo stato fisico delle sostanza con dei simboli tra parentesi: (g) gas; (l) liquido; (s) solido; (aq) soluzione acquosa. NO(g) + O (g) NO (g) La freccia singola vuol dire che la reazione procede totalmente verso destra, cioè che i reagenti si convertono completamente nei prodotti

5 Le reazioni chimiche In questa reazione (espressione) ci sono tra atomi di O nel membro di sinistra e solo due nel membro di destra: la reazione va bilanciata! NO + O NO N.B.: nel caso compaiano specie ioniche in un equazione chimica il numero di cariche nel membro di sinistra deve essere uguale a quello nel membro di destra. NO + O NO I coefficienti usati per bilanciare una reazione chimica si dicono coefficienti stechiometrici Il coefficiente 1 non si scrive esplicitamente

6 Le reazioni chimiche Quando la reazione è bilanciata si potrà parlare di equazione chimica Il significato di un equazione chimica si può comprendere considerando la legge di conservazione della massa di Lavoisier I coefficienti stechiometrici indicano il rapporto tra le molecole che reagiscono (e le moli!) e quelle che sono prodotte NO + O NO

7 Le reazioni chimiche La maggior parte delle reazioni si bilancia per verifica (cioè aggiustando i coefficienti e provando e riprovando sino a ottenere una condizione di bilanciamento) NO + O NO Bilanciate per primi gli elementi che compaiono nel minimo numero di formule Bilanciate per ultimi gli elementi che compaiono nel massimo numero di formule o quelli che esistono come elementi liberi Mai introdurre specie estranee alla reazione Mai cambiare le formule delle specie o alterare i pedici di una formula

8 Le reazioni chimiche Per bilanciare un equazione chimica si possono usare coefficienti frazionari Un equazione chimica può essere moltiplicata per uno stesso numero NH 3 + O N + H O NH 3 + O N + H O NH 3 + O N + 3 H O NH 3 + 3/ O N + 3 H O Abbiamo bilanciato prima l N che compare nel minimo numero di formule, poi l H e per ultimo l O che esiste come elemento libero NH O N + 6 H O Per scrivere un equazione in cui tutti i coefficienti siano interi bisogna moltiplicare per

9 Esercizi Bilanciare le seguenti reazioni: H PO + CaO C H + O Ca (PO ) + H O CO + H O NH + O NO + H O NO + NH N + H O Ca(OH) + H Ca + H O P O + H O + + H + H PO Al + HSO Al (SO ) + H

10 Condizioni di reazione Spesso le condizioni di reazione vengono scritte sopra o sotto la freccia di reazione: Ag O(s) 4 Ag(s) + O (g) La lettera greca (delta) significa che è richiesta un alta temperatura CO(g) + H (g) 350 C 340 atm 3 ZnO, Cr O 3 CH OH(g) La reazione è condotta a 350 C, a una pressione di 340 atm e richiede la presenza di una miscela di ZnO e Cr O 3 come catalizzatori

11 Moli di reagenti e prodotti - 1 Quante moli di CO vengono prodotte dalla combustione di.7 mol di glicole trietilenico, C 6 H 14 O 4, in eccesso di ossigeno? Per prima cosa si scrive la reazione bilanciata: C6H14O 4+15 O 1 CO +14 HO 1 mol CO? mol di CO =.7 mol di C6H14O 4 = 16.3 mol mol C6H14O4? mol di CO =.7 mol 6 = 16.3 mol

12 Moli di reagenti e prodotti - Quanti grammi di CO vengono prodotti dalla combustione di 4.16 g di glicole trietilenico, C 6 H 14 O 4, in eccesso di ossigeno? Si scrive sempre la reazione bilanciata: C6H14O 4+15 O 1 CO +14 HO 4.16 g? mol di C6H14O 4 = = mol 150. g/mol 1 mol CO? mol di CO = mol di C6H14O 4 = mol mol C6H14O4? g di CO = mol g/mol = 7.31 g

13 Moli di reagenti e prodotti - 3 Che massa di O viene consumata nella completa combustione di 6.86 g di glicole etilenico, C 6 H 14 O 4? Si scrive sempre la reazione bilanciata: C6H14O 4+15 O 1 CO +14 HO 6.86 g? mol di C6H14O 4 = = mol 150. g/mol 15 mol O? mol di O = mol di C6H14O 4 = mol mol C6H14O4? g di O = mol 3.00 g/mol = 11.0 g

14 Esercizi Quante moli di O si formano nella decomposizione di 1.76 mol di clorato di potassio, KClO 3, secondo la seguente reazione (da bilanciare) KClO 3 (s) KCl(s) + O (g)? Quante moli di Ag si formano nella decomposizione di 1.00 kg di ossido di argento, Ag O, mol di clorato di potassio, secondo la seguente reazione (da bilanciare) Ag O(s) Ag(s) + O (g)? Quanti grammi di magnesio azide, Mg 3 N vengono prodotti per reazione di 3.8 g di Mg con un eccesso di N? Che massa di H, in grammi, è necessaria per produrre 1.00 kg di metanolo, CH 3 OH, con la reazione (da bilanciare) CO + H CH 3 OH? Che massa di NH 3, in grammi, viene consumata per grammo di O nella reazione (da bilanciare) NH 3 + O N + H O?

15 Volumi, densità e composizione di una soluzione Una soluzione di acido cloridrico contiene il 8.0% in massa di HCl ed ha una densità di 1.14 g/ml. Che volume di questa soluzione è necessario per reagire con 1.87 g di Al nella reazione (da bilanciare) Al + HCl AlCl 3 + H? Si bilancia la reazione: Al + 6 HCl AlCl H 1.87 g? mol di Al = = mol 6.98 g/mol 6 mol HCl? mol di HCl = mol di Al = 0.08 mol mol Al? g di HCl = 0.08 mol g/mol = 7.58 g 100? g sol di HCl = 7.58 g = 7.1 g g? ml sol di HCl = = 3.8 ml 1.14 g/ml

16 Esercizi Quanti mg di H (g) si producono qunado 1 goccia (0.05 ml) di una soluzione di HCl (8.0% in massa, densità di 1.14 g/ml) reagisce con un eccesso di alluminio secondo la reazione (da bilanciare) Al + HCl AlCl 3 + H? Un particolare aceto contiene il 4% in massa di CH 3 COOH e ha densità 1.01 g/ml. Esso reagisce con NaHCO 3 secondo la reazione (da bilanciare) CH 3 COOH + NaHCO 3 CO + H O + CH 3 COONa. Quanti g di CO si producono facendo reagire 5.00 ml di questo aceto con un eccesso di NaHCO 3?

17 Reagente limitante Quando in una reazione chimica tutti i reagenti vengono consumati completamente si dice che sono in rapporto stechiometrico Se in una reazione i reagenti non sono in rapporto stechiometrico, il reagente presente in quantità superiore (considerando le moli e i coefficienti stechiometrici) si dice reagente in eccesso, mentre quello in quantità inferiore si dice reagente limitante Il reagente limitante determina le quantità di prodotti che si formano

18 Reagente limitante - 1 Il tricloruro di fosforo, PCl 3, è un importante composto usato nella fabbricazione di pesticidi, additivi per benzine, e altri prodotti. Esso viene preparato secondo la reazione (da bilanciare) P 4 (s) + Cl (g) PCl 3 (l). Che massa di PCl 3 si forma nella reazione di 15 g di P 4 con 33 g di Cl? Si bilancia la reazione: P Cl 4 PCl 3 15 g? mol di P 4 = = 1.01 mol 13.9 g/mol 33 g? mol di Cl = = 4.56 mol g/mol 1.01 mol di P 4 dovrebbero reagire con 6.06 mol di Cl (che non ci sono) 4.56 mol di Cl dovrebbero reagire con 0.76 mol di P 4 (che ci sono): quindi il Cl è il reagente limitante 4 mol di PCl 3? mol di PCl 3 = 4.56 mol di Cl = 3.04 mol 6 mol di Cl? g di PCl 3 = 3.04 mol di PCl g /mol = g

19 Reagente limitante - Nell esercizio della diapositiva precedente che massa del reagente in eccesso (P 4 ) resta dopo la reazione di sintesi del tricloruro di fosforo, PCl 3? P Cl 4 PCl 3 In base ai coefficienti stechiometrici si determinano i grammi di P 4 che hanno reagito: 1 mol di PCl 3? mol di P 4 che reagiscono = 4.56 mol di Cl = 0.76 mol 6 mol di Cl? g di P 4 = 0.76 mol di P g /mol = 94. g La massa di P 4 che rimane è quella iniziale meno quella consumata durante la reazione:? g di P 4 = 15 g 94. g = 30.8 g

20 Esercizi Se vengono messi a reagire 1.00 kg ciascuno di PCl 3, Cl e P 4 O 10, che massa, in kg, di POCl 3 si formerà secondo la reazione (non bilanciata) PCl 3 + Cl + P 4 O 10 POCl 3? Se 1. g di H e 154 di O vengono messi a reagire secondo la reazione H (g) + O (g) H O(l), quale gas e che massa di gas resta non reagito dopo la reazione?

21 Resa teorica, resa reale e resa percentuale La quantità di un prodotto calcolata in base al una certa equazione chimica si dice resa teorica La quantità di un prodotto che viene ottenuta in realtà si dice resa reale La resa percentuale viene definita come: resa reale resa percentuale = 100 resa teorica Quando la resa teorica coincide con quella reale di dice che la reazione è quantitativa In molte reazioni la resa reale è minore di quella teorica a causa di reazioni collaterali che portano alla formazione di sottoprodotti oppure perché avviene anche la reazione inversa (verso sinistra) attraverso cui si riformano i reagenti

22 Calcolo della resa - 1 Ogni anno vengono prodotti miliardi di chilogrammi di urea, CO(NH ), ed utilizzati come fertilizzante. La reazione (da bilanciare) è: NH 3 (g) + CO (g) CO(NH ) (s) + H O(l). La miscela di reazione usata contiene NH 3 (g) + CO in rapporto 3:1. Qual è la resa teorica? Se si formano 47.7 g di urea per mole di CO reagita qual è la resa reale e la resa percentuale di questa reazione? NH 3 (g) + CO (g) CO(NH ) (s) + H O(l) L NH 3 è in eccesso rispetto e CO è il reagente limitante perché il rapporto stechiometrico è :1? g di CO(NH ) per mol di CO reagita = 1 mol CO(NH ) 60.1 g/mol = 60.1 g La resa teorica è 60.1 g di CO(NH ) La resa reale è 47.7 g di CO(NH ) (contro 60.1 g teorici) 47.7 g resa percentuale = 100 = 79.4% 60.1 g

23 Calcolo della resa - Se si riscalda il cicloesanolo, C 6 H 11 OH, con l acido solforico e l acido fosforico si ottiene il cicloesene C 6 H 10 secondo l equazione C 6 H 11 OH C 6 H 10 + H O. Se la resa percentuale è l 83%, che massa di cicloesanolo deve essere usata per ottenere 5 g di cicloesene? C 6 H 11 OH C 6 H 10 + H O resa reale resa percentuale = 100 resa teorica 100 resa teorica = 5 g 30 g g? mol di C6H 10 = = 0.37 mol 8.1 g/mol resa reale resa teorica = 100 resa percentuale In base ai coefficienti stechiometrici si determina che:? g di C6H11OH = 0.37 mol 100. g/mol = 37 g

24 Esercizi La formaldeide CH O si può ricavare dal metanolo, CH 3 OH, con la reazione (da bilanciare) con un catalizzatore a base di rame: CH 3 OH(g) CH O(g) + H (g). Se su hanno 5.7 g di CH O per mole di metanolo che reagisce, quali sono la resa teorica, reale e percentuale di questa reazione? Qual è la resa percentuale se per la reazione P Cl 4 PCl g di P 4 e 91.5 g di Cl producono 104 g di PCl 3? Se la resa percentuale nella formazione di urea secondo la reazione NH 3 (g) + CO (g) CO(NH ) (s) + H O(l) fosse dell 87.5%, che massa di CO (insieme a un eccesso di NH 3 ) si sarebbe dovuta usare per ottenere 50.0 g di CO(NH )? Calcolate la massa di cicloesanolo (C 6 H 11 OH) necessaria per produrre 45.0 g di cicloesene (C 6 H 10 ) secondo la reazione C 6 H 11 OH C 6 H 10 + H O, se la resa fosse dell 86.% e il cicloesanolo puro al 9.3%?