In alcuni esercizi di stechiometria è richiesta la determinazione della formula di un idrocarburo da dati relativi alla reazione. Non essendo specificata la natura dell’idrocarburo che può essere un alcano, un alchene o un alchino la sua formula può essere indicata con CxHy.
Dalla combustione dell’idrocarburo si ottengono CO2 e H2O e pertanto è necessario scrivere la reazione in funzione di x e di y.
Se l’idrocarburo contiene, nella sua formula, x atomi di carbonio si ottengono x molecole di CO2 e parimenti se contiene y atomi di idrogeno si ottengono y/2 molecole di H2O.
Calcoliamo le molecole di ossigeno necessarie alla combustione. Se si producono x molecole di CO2 e y/2 molecole di acqua sono necessari 2x + y/2 atomi di ossigeno ovvero 4x+y/2 atomi di ossigeno. Poiché nella reazione è presente O2 occorrono (2x+y/2)/2 ovvero 4x+y/4 molecole di ossigeno.
La reazione di combustione dell’idrocarburo CxHy è pertanto:
CxHy + (4x+y/4) O2 → x CO2 + y/2 H2O
Esercizi
- Un idrocarburo gassoso la cui massa molare è di 30.07 g/mol avente volume di 20 cm3 viene fatto bruciare con un eccesso di O2 avente volume di 90 cm3. Dopo la combustione la miscela di reazione viene riportata alla temperatura e alla pressione iniziale e il volume misurato in 60 cm3. Il biossido di carbonio sviluppato dalla reazione viene fatto reagire con NaOH e il volume di ossigeno misurato è pari a 20 cm3. Determinare la formula empirica dell’idrocarburo.
Il volume di ossigeno che ha reagito con l’idrocarburo è pari a 90 – 20 = 70 cm3
Il volume di CO2 prodotto è pari a 60 – 20 = 40 cm3
Pertanto x = 40
Poiché (4x+y/4) = 70 si ha:
(4 · 40) + y/4 = 70
Ovvero
(160 + y/4) = 70
160 + y = 280
Da cui y = 120
Dividendo per il numero più piccolo si ha: 120/40= 3
La formula empirica è quindi CH3 la cui massa molare è 15.035 g/mol
Per ottenere la formula molecolare si fa il rapporto tra 30.07 e 15.035 che è pari a 2 pertanto la formula molecolare dell’idrocarburo è C2H6
- A un idrocarburo gassoso avente volume di 9.8 cm3 è aggiunto un eccesso di ossigeno e il volume totale della miscela risulta di 107.8 cm3. La miscela è fatta bruciare e successivamente riportata nelle condizioni di temperatura e pressione iniziali. Il gas ottenuto è deumidificato e il suo volume risulta di 73.5 cm3. Il biossido di carbonio sviluppato dalla reazione è fatto reagire con NaOH e il volume diventa 24.5 cm3. Determinare la formula dell’idrocarburo.
Il volume di ossigeno aggiunto all’idrocarburo è pari a 107.8 – 9.8 = 98 cm3
I prodotti della combustione sono CO2, H2O e l’eccesso di ossigeno. Poiché l’acqua è eliminata il volume di CO2 e quello dell’ossigeno in eccesso è pari a 73.5 cm3.
Facendo reagire la miscela dei due gas con NaOH si verifica la reazione:
CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O
Pertanto il biossido di carbonio è eliminato e quindi il volume di 24.5 cm3 è imputabile all’ossigeno in eccesso mentre il volume di 73.5 – 24.5 = 49 cm3 è quello di CO2 sviluppatosi dalla reazione. Il volume di O2 che è stato necessario per la combustione è 98 – 24.5 =73.5 cm3
Riassumendo:
I volumi di idrocarburo, O2 necessario per la combustione, CO2 sviluppatosi dalla reazione sono rispettivamente 9.8 cm3,73.5 cm3 e 49 cm3
La reazione di combustione dell’idrocarburo CxHy :
CxHy + (4x+y/4) O2 → x CO2 + y/2 H2O
49 cm3/ 9.8 cm3 = 5 = x
Quindi 4x = 20
(4x+y/4) = (20 + y/4)
73.5 cm3 /9.8 cm3 = 7.5
(20 + y/4) = 7.5
Moltiplicando ambo i membri per 4:
20 + y = 30
Da cui y = 10
La formula dell’idrocarburo è quindi C5H10