Le reazioni chimiche sono processi in cui una o più sostanze, i reagenti , sono convertiti in una o più sostanze diverse, detti prodotti.
Nelle reazioni chimiche possono avvenire con scambio di elettroni come nelle reazioni redox e senza scambio di elettroni come nelle reazioni di doppio scambio
Se le reazioni chimiche sono bilanciate, ovvero si conoscono i coefficienti stechiometrici , usando il concetto di mole si possono determinare le masse delle specie implicate nella reazione.
Esercizi svolti
1) Calcolare la massa di CaO e il volume di CO2 a STP che si ottiene riscaldando 50 Kg di carbonato di calcio avente purezza del 90 %
La massa di carbonato di calcio realmente presente nel campione è pari a 50 ∙ 90/100= 45 Kg
Le moli di CaCO3 presenti sono pari a: 45000 g/ 100 g/mol= 450
Dalla reazione bilanciata:
CaCO3 → CaO + CO2
Poiché il rapporto stechiometrico tra le specie è di 1:1:1 si ha che le moli di CaO e le moli di CO2 prodotte sono pari a 450.
La massa di CaO è quindi pari a 450 mol ∙ 56 g/mol = 2.52 ∙ 104 g = 25.2 Kg
Ricordando che a STP una mole di gas occupa un volume di 22.4 L si può determinare il volume di CO2:
volume di CO2 = 22.4 L/mol ∙ 450 mol = 1.01 ∙ 104 L
2) Calcolare la massa di FeS prodotta dalla reazione di 5.6 g di Fe con un eccesso di zolfo.
Le moli di ferro sono pari a 5.6 g / 55.847 g/mol = 0.10
Dalla reazione bilanciata:
Fe + S → FeS
Si ha che le moli di FeS prodotte sono pari a 0.10 quindi la massa di FeS corrisponde a 0.10 mol ∙ 87.913 g/mol = 8.8 g ( esprimendo correttamente il risultato con due cifre significative)
3) Il tetracloroetene C2Cl4 può essere prodotto dalla reazione tra dicloroetano, cloro e ossigeno secondo la reazione:
8 C2H4Cl2 + 6 Cl2 +7 O2 → 4 C2HCl3 + 4 C2Cl4 + 14 H2O
Calcolare:
a) I grammi di acqua ottenuti quando sono stati ottenuti 362.47 g di tetracloroetene
b) La massa di tetracloroetene ottenuta dalla reazione di 23.75 Kg di dicloroetano
a) Calcoliamo le moli di tetracloroetene:
moli di tetracloroetene = 362.47 g / 165.833 g/mol = 2.186
il rapporto stechiometrico tra tetracloroetene e acqua è di 4 : 14. Pertanto le moli di acqua sono pari a:
moli di acqua = 2.186 ∙ 14 / 4 =7.651
La massa di acqua è quindi pari a: 7.651 mol ∙ 18.02 g/mol =137.87 g
b) Calcoliamo le moli di dicloroetano:
moli di dicloroetano = 23750 g / 98.959 g/mol = 240
il rapporto stechiometrico tra dicloroetano e tetracloroetene è di 8:4 quindi le moli di tetracloroetene prodotte sono pari a 240 ∙ 4/8 = 120
la massa di tetracloroetene è pertanto 120 mol ∙ 165.833 g/mol =1.99 ∙ 104 g
4) Calcolare la massa di ossido di ferro (III) ottenuta dalla reazione di 5.00 g di ferro con un eccesso di ossigeno
Calcoliamo le moli di ferro;
moli di ferro = 5.00 g/ 55.847 g/mol = 0.0895
scriviamo la reazione bilanciata:
4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3
Il rapporto stechiometrico tra ferro e ossido di ferro (III) è di 4:2 pertanto le moli di ossido di ferro (III) sono pari a 0.0895/2=0.0448
E quindi la massa di ossido di ferro (III) è pari a 0.0448 mol ∙ 159.69 g/mol = 7.15 g
5) Il biossido di magnesio bruciando di decompone in Mn3O4 e ossigeno. Un campione contiene l’80 % di MnO2, il 15 % di SiO2 e il 5 % di H2O. Dopo la reazione calcolare la percentuale di manganese presente nel prodotto
Consideriamo 100 g di campione: esso contiene 80 g di MnO2 , 20 g di SiO2 che non subiscono alcuna reazione e 5 g di acqua che evapora.
Le moli di MnO2 sono pari a 80 g /87 g/mol= 0.920
La reazione bilanciata è:
3 MnO2 → Mn3O4 + O2
Le moli di Mn3O4 che si ottengono sono 0.920 / 3 = 0.307
Corrispondenti a 0.307 ∙ 3 = 0.920 moli di Mn
Massa di Mn = 0.920 ∙ 55 g/mol=50.6 g
Le moli di Mn3O4 sono pari a 0.307 ∙ 229 g/mol= 70.3 g
La massa totale di prodotto di reazione è pari a 70.3 g + 15 g = 85.3 g
Essendo 15 g la massa di SiO2.
Pertanto la % di Mn è pari a 70.3 ∙ 100/ 85.3 =82.4