Problemi di stechiometria svolti e commentati

I passaggi della stechiometria possono presentare delle sfide, ma con una buona comprensione dei concetti chiave e la capacità di correlarli, è possibile risolverli con successo. Alcuni degli aspetti fondamentali che è essenziale conoscere e saper applicare per affrontare gli esercizi di stechiometria includono la mole, le reazioni chimiche, i coefficienti stechiometrici, le leggi dei gas e la concentrazione delle soluzioni.

Concetti fondamentali per risolvere problemi di stechiometria

– La

mole

– Le

reazioni chimiche

– I

coefficienti stechiometrici

– Le

leggi dei gas

– La

concentrazione delle soluzioni

Problema 1: Calcolo della massa di ossido di mercurio (I)

In questo esercizio, una miscela di ossido di mercurio (I) e di ossido di piombo (IV) di massa 10.0 g viene decomposta. Il gas prodotto viene raccolto sull’acqua a una certa pressione e temperatura. Dato il volume e la tensione di vapore dell’acqua, l’obiettivo è calcolare la massa di ossido di mercurio (I) presente nella miscela iniziale.

Le reazioni di decomposizione degli ossidi sono:
– 2 Hg₂O → 4 Hg + O₂
– 2 PbO₂ → 2 PbO + O₂

Alcuni calcoli portano alla determinazione che la massa di ossido di mercurio (I) nella miscela è di circa 4.04 g.

Problema 2: Calcolo della percentuale di carbonato di potassio

In questo secondo esercizio, una miscela di carbonato di potassio e di carbonato di ammonio viene disciolta in acqua. Un campione di questa soluzione viene titolato con acido cloridrico di concentrazione nota. L’obiettivo è determinare la percentuale di carbonato di potassio presente nella miscela in base ai volumi e alle concentrazioni delle soluzioni impiegate.

Applicando le formule e i dati noti, è possibile calcolare la percentuale di carbonato di potassio nella miscela.

In conclusione, la stechiometria richiede una comprensione approfondita dei concetti chiave e la capacità di applicarli in modo efficace per risolvere con successo i problemi presentati.Calcolo moli e percentuale di carbonato di potassio

Le moli di HCl necessarie per la titolazione di 25.0 mL di soluzione risultano essere 0.04236. Considerando il rapporto stechiometrico tra il carbonato e l’HCl (1:2), le moli di CO3^2- sono 0.002118. Sostituendo il valore di y = 2.513 – x nell’equazione, otteniamo x = 1.151 g. La percentuale di K2CO3 nella miscela è del 45.8%.

Il combustibile delle navicelle spaziali

Il combustibile solido delle navicelle spaziali è composto da perclorato di ammonio e alluminio che reagiscono secondo lequazione NH4ClO4 + Al → Al2O3 + N2 + HCl + H2. Per calcolare la massa di alluminio necessaria a reagire con 5000 kg di perclorato di ammonio, è necessario bilanciare la reazione considerando le diverse specie chimiche coinvolte.

Le semireazioni di ossidazione dell’alluminio e dell’ione ammonio, insieme alla semireazione di riduzione del clorato, sono bilanciate rispettivamente come segue:

– 2 Al + 3 H2O → Al2O3 + 6 H+ + 6 e-
– 2 NH4+ → N2 + 8 H+ + 6 e-
– 2 ClO4- + 18 H+ + 16 e- → 2 HCl + 8 H2O

Garantendo che il numero di elettroni persi sia uguale al numero di elettroni acquisiti, le tre equazioni vengono moltiplicate rispettivamente per fattori di bilanciamento (5, 3, 3) per ottenere un bilanciamento corretto.

Sommate le equazioni e semplificate si ottiene:
10 Al + 6 NH4ClO4 → 4 Al2O3 + 3 N2 + 6 HCl + 9 H2O

Calcolando le moli di NH4ClO4 come 4.26 · 10^4 e considerando il rapporto tra i coefficienti stechiometrici (6:10), le moli di Al risultano essere 7.10 · 10^4. La massa di Al necessaria sarà pari a 1.91 · 10^3 kg.