Determinazione della formula di un idrocarburo dai volumi di gas a seguito di combustione
Nell’ambito della stechiometria, spesso è richiesta la determinazione della formula di un idrocarburo da dati relativi alla reazione. Il tipo di idrocarburo può essere un alcano, un alchene o un alchino e quindi la sua formula può essere indicata con CxHy.
Alla luce della combustione dell’idrocarburo, si producono CO2 e H2O, pertanto è necessario scrivere la reazione in funzione di x e y. Se l’idrocarburo contiene x atomi di carbonio, si ottengono x molecole di CO2 e, allo stesso modo, se contiene y atomi di idrogeno, si ottengono y/2 molecole di H2O.
Quindi, calcolando le molecole di ossigeno necessarie alla combustione, se si producono x molecole di CO2 e y/2 molecole di H2O, sono necessari 4x+y/4 atomi di ossigeno.
La reazione di combustione dell’idrocarburo CxHy è pertanto: CxHy + (4x+y/4) O2 → x CO2 + y/2 H2O.
Esercizi
1. Un idrocarburo gassoso, con una massa molare di 30.07 g/mol e un volume di 20 cm3, viene fatto bruciare con un eccesso di O2, il cui volume è di 90 cm3. Dopo la combustione, la miscela di reazione viene riportata alle condizioni iniziali e il volume misurato è di 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. È necessario determinare la formula empirica dell’idrocarburo.
Il volume di ossigeno che ha reagito con l’idrocarburo è pari a 70 cm3, mentre il volume di CO2 prodotto è di 40 cm3, quindi x = 40. Da (4x+y/4) = 70, si ottiene y = 120. La formula empirica è 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, ottenendo 2, pertanto la formula molecolare dell’idrocarburo è C2H6.
2. 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. È necessario determinare la formula dell’idrocarburo.
I volumi di idrocarburo, O2 necessario per la combustione e CO2 sviluppatosi dalla reazione sono rispettivamente 9.8 cm3, 73.5 cm3 e 49 cm3. La reazione di combustione dell’idrocarburo CxHy è quindi CxHy + (4x+y/4) O2 → x CO2 + y/2 H2O.
Dopo opportuni calcoli, si ottiene x = 5 e y = 10, quindi la formula dell’idrocarburo è C5H10.