Esercizi svolti sulle reazioni chimiche e il calcolo delle masse e dei volumi coinvolti
Le reazioni chimiche sono fenomeni in cui una o più sostanze, chiamate reagenti, si trasformano in una o più sostanze differenti, dette prodotti. Questi processi possono avvenire con scambio di elettroni, come nelle reazioni redox, oppure senza scambio di elettroni, come nelle reazioni di doppio scambio.
Quando le reazioni chimiche sono bilanciate, ovvero si conoscono i coefficienti stechiometrici, è possibile applicare il concetto di mole per determinare le masse delle specie coinvolte nella reazione.
Calcolo delle Masse e dei Volumi nelle Reazioni Chimiche
1) Calcolo della massa di CaO e del volume di CO2 a STP ottenuti dal riscaldamento di 50 Kg di carbonato di calcio con una purezza del 90%.
La massa effettiva di carbonato di calcio nel campione è di 50 Kg * 90/100 = 45 Kg. Le moli di CaCO3 presenti sono pari a 45000 g / 100 g/mol = 450. Dalla reazione bilanciata, CaCO3 → CaO + CO2, sappiamo che il rapporto stechiometrico tra le specie è 1:1:1, e quindi le moli di CaO e CO2 prodotte sono entrambe pari a 450. La massa di CaO ottenuta è 450 mol * 56 g/mol = 25.2 Kg. A STP, il volume di CO2 è 22.4 L/mol * 450 mol = 1.01 * 10^4 L.
2) Calcolo della massa di FeS prodotta dalla reazione di 5.6 g di Fe con un eccesso di zolfo.
Le moli di ferro sono 5.6 g / 55.847 g/mol = 0.10. Dalla reazione bilanciata Fe + S → FeS, si ottiene che le moli di FeS prodotte sono anch’esse 0.10, quindi la massa di FeS corrisponde a 0.10 mol * 87.913 g/mol = 8.8 g.
3) Calcolo della massa di ossido di ferro (III) ottenuta dalla reazione di 5.00 g di ferro con un eccesso di ossigeno.
Le moli di ferro sono 5.00 g / 55.847 g/mol = 0.0895. Dalla reazione bilanciata 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3, il rapporto stechiometrico tra ferro e ossido di ferro (III) è di 4:2, quindi le moli di Fe2O3 sono 0.0895/2 = 0.0448, corrispondenti a una massa di 7.15 g.
4) Calcolo della percentuale di manganese presente nel prodotto dopo la reazione di decomposizione del biossido di magnesio.
Considerando un campione composto per il 80% di MnO2, il 15% di SiO2 e il 5% di H2O e calcolando le masse e le moli coinvolte, si ottiene che la percentuale di manganese presente nel prodotto finale è del 82.4%.
Attraverso questi esercizi svolti, è possibile comprendere e applicare i concetti di bilanciamento delle reazioni chimiche, calcolo delle moli e delle masse, e determinazione dei prodotti di reazione.
