La composizione percentuale di un composto esprime la quantità di ciascun elemento presente in termini percentuali. Sostanzialmente vi sono quattro diversi tipi di problemi che si possono incontrare:
1) È nota la formula e bisogna calcolare la percentuale in massa di ogni elemento
2) E’ nota la composizione percentuale e bisogna ricavare la formula
3) Sono noti i prodotti e bisogna ricavare la formula di un reagente
4) Bisogna calcolare le moli di acqua di cristallizzazione
Esercizi svolti
1) Calcolare la percentuale di ogni elemento nella molecola di H2SO4
Si calcola il peso molecolare sommando i pesi atomici:
H = 2 ∙ 1.008 = 2.016
S = 32.066
O = 4 ∙ 15.999 = 63.996
Peso molecolare = 2.016 + 32.066 + 63.996 = 98.078 g/mol
Si adopera la formula:
% in massa = peso atomico dell’elemento numero di volte in cui l’elemento è presente ∙ 100 / peso molecolare
Idrogeno
% in massa = 2 ∙ 1.008 ∙ 100 / 98.078 = 2.055 %
Zolfo
% in massa = 32.066 ∙ 100 / 98.078 = 32.69 %
Ossigeno
% in massa = 4 ∙ 15.999 ∙ 100 / 98.078 = 65.25 %
2) Determinare la formula empirica di un composto sapendo la composizione percentuale che è: 52.2% di carbonio, 13.0% di idrogeno e 34.8% di ossigeno
Assumiamo che la massa del composto sia pari a 100 g allora le masse di C, H e O sono rispettivamente:
C = 52.2 g
H = 13.0 g
O = 34.8 g
determiniamo le moli di ciascuna specie:
C = 52.2 g/ 12.011 g/mol = 4.35
H = 13.0 g / 1.008 g/mol = 12.9
O = 34.8 g / 15.999 g/mol = 2.18
per ottenere la formula empirica dividiamo per il numero più piccolo:
4.35/ 2.18 = 2 => C
12.9 / 2.18 = 6 => H
2.18 / 2.18 = 1 => O
La formula minima del composto è C2H6O
3) Il piombo si combina con l’ossigeno per dare un ossido di piombo. Sapendo che 207 g di piombo si combinano con l’ossigeno per dare 239 g di ossido determinare la formula del composto
Calcoliamo le moli di piombo : 207 g / 207.2 g/mol = 1
La massa di ossigeno con cui si combina il piombo per dare l’ossido è pari a 239 – 207 = 32 g
Moli di ossigeno = 32 g / 16 g/mol = 2
Pertanto la formula dell’ossido è PbO2
4) L’acido acetico presenta la seguente composizione percentuale in massa: C = 39.9%, H = 6.7 %, O = 53.4%. Determinare la formula empirica e la formula molecolare sapendo che il peso molecolare è di 60.06 g/mol
Assumiamo 100 g di tale composto:
massa di C = 39.9 g
Massa di H = 6.7 g
Quella di ossigeno = 53.4 g
Moli di C = 39.9 g/ 12.011 g/mol = 3.32
Moli di H = 6.7 g / 1.008 g/mol = 6.65
Quelle di O = 53.4 g / 15.999 g/mol = 3.34
Dividendo per il numero più piccolo si ha
CH2O il cui peso molecolare è 30.02 g/mol
Dividiamo il peso molecolare del composto per quello della formula bruta: 60.04/ 30.02 = 2
Quindi il numero di moli di ciascun elemento deve essere raddoppiato per ottenere la formula molecolare che risulta quindi C2H4O2
5) La massa di un sale idrato di cloruro di alluminio Al2O3 · n H2O è di 5.0 g. Dopo riscaldamento, una volta che l’acqua di cristallizzazione si è allontanata la massa del composto anidro è di 2.8 g. Determinare la formula del composto
Le moli di AlCl3 sono 2.8 g/ 133.35 g/mol= 0.021
La massa di acqua che si è allontanata è 5.0 – 2.8 = 2.2 g
Le moli di acqua sono 2.2 g/ 18.02 g/mol =0.122
Dividiamo per il numero più piccolo: 0.122/ 0.021 = 6
Ciò implica che per ogni mole di AlCl3 vi sono 6 moli di acqua e la formula è pertanto AlCl3·H2O
6) Calcolare la massa percentuale di ogni elemento nel cloruro di calcio. Se la massa di CaCl2 è di 5.0 g calcolare la massa di calcio presente
Calcoliamo il peso molecolare: 40.08 + 2( 35.453) = 110.986
% di calcio = 40.08 ∙ 100 / 110.986 = 36.1
% di cloro = 2 ∙35.453 ∙ 100 / 110.986 = 63.9
Per rispondere alla seconda domanda possiamo seguire due strade:
a) Determiniamo le moli di CaCl2: moli = 5.0 g / 110.986 g/mol = 0.045
Poiché ogni mole di cloruro di calcio contiene una mole di calcio le moli di calcio sono 0.045 quindi la massa di calcio corrisponde a 0.045 mol x 40.08 g/mol= 1.8 g
b) Dalla massa percentuale sappiamo che 36.1 g di calcio si combinano con 63.9 g di cloro per dare 100 g di composto. Applicando la Legge di Proust si ha: massa di calcio presente in 5.0 g = 36.1 ∙ 5.0 / 100 = 1.8 g