Reazioni chimiche. Esercizi svolti

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