Stechiometria: esercizi

Vengono proposti alcuni esercizi di stechiometria relativi alle reazioni chimiche. La stechiometria dal greco στοιχεῖον che significa elemento e μέτρον che significa misura è quella parte della chimica che studia che studia i rapporti quantitativi tra le specie presenti in una reazione. Pur nella loro semplicità gli esercizi di stechiometria devono essere affrontati singolarmente e per essi si possono dare solo indicazioni di massima.

Dopo aver bilanciato le reazioni e determinato i coefficienti stechiometrici, vanno calcolate le masse dei prodotti, le masse dei reagenti, la concentrazione di uno ione o la massa necessaria di un reagente nota la massa dell’altro reagente.

Il calcolo delle moli, a seconda dei casi, può essere effettuato nei seguenti modi:

• Numero di moli = massa / massa molare
• Numero di moli = concentrazione molare · volume della soluzione in litri

Esercizi di stechiometria

• Data la seguente reazione (da bilanciare) che avviene in ambiente basico:

K₂C₂O₄ + KMnO₄ + H₂O → CO₂ + Mn(OH)₂ + KOH

Determinare:

-i grammi di permanganato di potassio necessari a reagire con 25.0 g di ossalato di potassio

-i grammi di idrossido di manganese (II) ottenuti

-la concentrazione di ioni OH^– se il volume della soluzione è 2.50 L

-il volume di CO₂ ottenuto se la densità del biossido di carbonio è 0.00198 g/mL

La reazione è una reazione di ossidoriduzione che può essere bilanciata con il metodo delle semireazioni. Le due semireazioni in forma ionica sono:

C₂O₄^2- → CO₂

MnO₄^– → Mn(OH)₂

che bilanciate danno:

C₂O₄^2- → 2 CO₂ + 2 e^–

MnO₄^– + 6 H⁺ + 5 e^– → Mn(OH)₂ + 2 H₂O

Affinché il numero di elettroni persi sia uguale a quelli acquistati moltiplichiamo la prima per 5 e la seconda per 2:

5 C₂O₄^2- → 10 CO₂ + 10 e^–

2 MnO₄^– + 12 H⁺ + 10 e^– → 2 Mn(OH)₂ + 4 H₂O

Sommiamo membro a membro:

5 C₂O₄^2- + 2 MnO₄^– + 12 H⁺ → 10 CO₂ + 2 Mn(OH)₂ + 4 H₂O

Poiché la reazione avviene in ambiente basico sommiamo a destra e a sinistra 12 OH^– e, ricordando che 12 H⁺+ 12 OH^– → 12 H₂O si ha:

5 C₂O₄^2- + 2 MnO₄^– + 8 H₂O → 10 CO₂ + 2 Mn(OH)₂ + 12 OH^–

Inserendo gli ioni spettatori si ottiene:

5 K₂C₂O₄ + 2 KMnO₄ + 8 H₂O → 10 CO₂ + 2 Mn(OH)₂ + 12 KOH

moli di ossalato di potassio = 25.0 g/166.2 g/mol=0.150

il rapporto stechiometrico tra l’ossalato di potassio e il permanganato di potassio è di 5:2

moli di permanganato di potassio = 0.150·2/5=0.0600

massa di permanganato di potassio = 0.0600 mol · 158.04 g/mol = 9.48 g

il rapporto stechiometrico tra permanganato di potassio e idrossido di manganese (II) è di 2:2 ovvero di 1:1 pertanto le moli di idrossido di manganese (II) sono pari a 0.0600

massa di Mn(OH)₂= 0.0600 · 88.96 g/mol= 5.34 g

il rapporto stechiometrico tra permanganato di potassio e idrossido di potassio è di 2:12 ovvero di 1:6 pertanto le moli di KOH sono pari a 0.0600 · 6 =0.360

essendo KOH una base forte le moli di OH- sono quindi 0.360 e la concentrazione di OH^– è pari a:

[OH^–] = 0.360/2.50 L=0.144 M

il rapporto stechiometrico tra permanganato di potassio e biossido di carbonio è di 2:10 ovvero di 1:5 pertanto le moli di CO₂ sono pari a 0.0600 · 5 = 0.300. La massa di CO₂ è pari a 0.300 · 44.01 g/mol = 13.2 g

poiché V = massa / densità si ha

V = 13.2 g/0.00198 g/mL = 6.68 · 10³ mL = 6.68 L

• Calcolare il volume di una soluzione di NaOH 0.120 M necessario a reagire con 40.0 mL di una soluzione di H₂SO₄200 M

La reazione bilanciata è:

H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O

Moli di H₂SO₄ = 0.0400 L · 0.200 M = 0.00800

Il rapporto stechiometrico tra H₂SO₄ e NaOH è di 1:2

Moli di NaOH = 0.00800 · 2 = 0.0160

V = 0.0160 mol/ 0.120 mol/L = 0.133 L

• Calcolare la massa molare dell’acido diprotico H₂A se per titolare 0.7520 g sono occorsi 15.00 mL di una soluzione di NaOH 0.2390 M

La reazione bilanciata è:

H₂A + 2 NaOH → Na₂A + 2 H₂O

Moli di NaOH = 0.2390 mol/L · 0.01500 L = 0.003585

Il rapporto stechiometrico tra H₂A e NaOH è di 1:2

Moli di H₂A = 0.003585/2 = 0.001793

Massa molare di H₂A = 0.7520 g/ 0.001793 mol = 419.5 g/mol