CALCOLI STECHIOMETRICI: FASI ED ESERCIZI RISOLTI - CHIMICA - 2025

I calcoli stechiometrici sono quelli che vengono effettuati sulla base dei rapporti di massa degli elementi o composti coinvolti in una reazione chimica.

Il primo passo per eseguirli è bilanciare la reazione chimica di interesse. Allo stesso modo, devono essere note le formule corrette dei composti coinvolti nel processo chimico.

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I calcoli stechiometrici si basano sull'applicazione di un insieme di leggi, tra cui le seguenti: La legge di conservazione della massa; la legge delle proporzioni definite o della composizione costante; e infine, la legge delle proporzioni multiple.

La legge di conservazione della massa afferma che in una reazione chimica la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti. In una reazione chimica la massa totale rimane costante.

La legge delle proporzioni definite o della composizione costante afferma che diversi campioni di qualsiasi composto puro hanno gli stessi elementi nelle stesse proporzioni di massa. Ad esempio, l'acqua pura è la stessa, indipendentemente dalla sua fonte o dal continente (o pianeta) da cui proviene.

E la terza legge, quella delle proporzioni multiple, indica che quando due elementi A e B formano più di un composto, la proporzione della massa dell'elemento B che si combina con una data massa dell'elemento A, in ciascuno dei composti , può essere espresso in termini di piccoli numeri interi. Cioè, per A _n B _m n e m sono numeri interi.

Cosa sono i calcoli stechiometrici e le loro fasi?

Sono calcoli progettati per risolvere le diverse domande che possono sorgere quando si studia una reazione chimica. Per questo, è necessario conoscere i processi chimici e le leggi che li governano.

Con l'uso del calcolo stechiometrico è possibile ottenere, ad esempio, dalla massa di un reagente, la massa sconosciuta di un altro reagente. È inoltre possibile conoscere la composizione percentuale degli elementi chimici presenti in un composto e da essa ricavare la formula empirica del composto.

Di conseguenza, la conoscenza della formula empirica o minima di un composto consente di stabilire la sua formula molecolare.

Inoltre, il calcolo stechiometrico permette di sapere in una reazione chimica qual è il reagente limitante, o se è presente un reagente in eccesso, nonché la sua massa.

fasi

Le fasi dipenderanno dal tipo di problema posto, nonché dalla sua complessità.

Due situazioni comuni sono:

-Due elementi reagiscono per creare un composto e solo la massa di uno degli elementi reagenti è nota.

-Vogliamo conoscere la massa sconosciuta del secondo elemento, nonché la massa del composto risultante dalla reazione.

In generale, nel risolvere questi esercizi dovrebbe essere seguito il seguente ordine di fasi:

-Stabilire l'equazione della reazione chimica.

-Bilancia l'equazione.

-Il terzo stadio è, attraverso l'uso dei pesi atomici degli elementi e dei coefficienti stechiometrici, ottenere la proporzione delle masse degli elementi reagenti.

-Poi, usando la legge delle proporzioni definite, una volta nota la massa di un elemento reagente e la proporzione con cui reagisce con il secondo elemento, conoscendo la massa del secondo elemento.

-E il quinto ed ultimo stadio, se si conoscono le masse degli elementi reagenti, la loro somma permette di calcolare la massa del composto prodotto nella reazione. In questo caso, questa informazione è ottenuta in base alla legge di conservazione della massa.

Esercizi risolti

-Esercizio 1

Qual è il reagente rimanente quando 15 g di Mg vengono fatti reagire con 15 g di S per formare MgS? E quanti grammi di MgS verranno prodotti nella reazione?

Dati:

- Massa di Mg e S = 15 g

-Peso atomico di Mg = 24,3 g / mol.

-Peso atomico di S = 32,06 g / mol.

Passaggio 1: equazione di reazione

Mg + S => MgS (già bilanciato)

Passaggio 2: stabilire il rapporto in cui Mg e S si combinano per produrre MgS

Per semplicità, il peso atomico di Mg può essere arrotondato a 24 g / mol e il peso atomico di S a 32 g / mol. Quindi il rapporto in cui sono combinati S e Mg sarà 32:24, dividendo i 2 termini per 8, il rapporto si riduce a 4: 3.

Reciprocamente, il rapporto in cui Mg si combina con S è uguale a 3: 4 (Mg / S)

Fase 3: discussione e calcolo del reagente in eccesso e della sua massa

La massa di Mg e S è di 15 g per entrambi, ma il rapporto in cui reagiscono Mg e S è 3: 4 e non 1: 1. Quindi, si può dedurre che l'eccesso di reagente è Mg, poiché si trova in una proporzione inferiore rispetto a S.

Questa conclusione può essere verificata calcolando la massa di Mg che reagisce con 15 g di S.

g di Mg = 15 g di S x (3 g di Mg) / mol) / (4 g di S / mol)

11,25 g di Mg

Massa di Mg in eccesso = 15 g - 11,25 g

3,75 g.

Fase 4: Massa di MgS formata nella reazione basata sulla legge di conservazione della massa

Massa di MgS = massa di Mg + massa di S

11,25 g + 15 g.

26, 25 g

Un esercizio a scopo didattico potrebbe essere svolto come segue:

Calcola i grammi di S che reagiscono con 15 g di Mg, utilizzando in questo caso un rapporto di 4: 3.

g di S = 15 g di Mg x (4 g di S / mol) / (3 g di Mg / mol)

20 g

Se la situazione fosse quella presentata in questo caso, si potrebbe vedere che i 15 g di S non sarebbero sufficienti per reagire completamente con i 15 g di Mg, mancanti di 5 g. Ciò conferma che il reagente in eccesso è Mg e S è il reagente limitante nella formazione di MgS, quando entrambi gli elementi reattivi hanno la stessa massa.

-Esercizio 2

Calcola la massa di cloruro di sodio (NaCl) e impurità in 52 g di NaCl con una purezza percentuale del 97,5%.

Dati:

-Massa del campione: 52 g di NaCl

- Percentuale pura = 97,5%.

Passaggio 1: calcolare la massa pura di NaCl

Massa NaCl = 52 gx 97,5% / 100%

50,7 g

Passaggio 2: calcolo della massa delle impurità

% impurità = 100% - 97,5%

2,5%

Massa di impurità = 52 gx 2,5% / 100%

1,3 g

Pertanto, dei 52 g di sale, 50,7 g sono cristalli di NaCl puri e 1,3 g di impurità (come altri ioni o materia organica).

-Esercizio 3

Quale massa di ossigeno (O) c'è in 40 g di acido nitrico (HNO ₃ ), sapendo che il suo peso molecolare è 63 g / mol e il peso atomico di O è 16 g / mol?

Dati:

-Massa di HNO ₃ = 40 g

-Peso atomico di O = 16 g / mol.

-Peso molecolare di HNO ₃

Passaggio 1: calcola il numero di moli di HNO

Moli HNO ₃ = 40 g di HNO ₃ x 1 mole di HNO ₃ /63 g di HNO ₃

0,635 moli

Passaggio 2: calcolare il numero di moli di O presenti

La formula per HNO ₃ indica che ci sono 3 moli di O per ogni mole di HNO _3.

Moli di O = 0,635 moli di HNO ₃ X 3 moli di O / mole di HNO ₃

1.905 moli di O

Passaggio 3: calcolare la massa di O presente in 40 g di HNO

g di O = 1,905 moli di O x 16 g di O / mole di O

30,48 g

In altre parole, dei 40 g di HNO ₃ , 30,48 g sono dovuti esclusivamente al peso delle moli di atomi di ossigeno. Questa grande percentuale di ossigeno è tipica degli oxoanioni o dei loro sali terziari (NaNO ₃ , per esempio).

-Esercizio 4

Quanti grammi di cloruro di potassio (KCl) si producono quando 20 g di clorato di potassio (KClO ₃ ) si decompongono ? Sapendo che il peso molecolare di KCl è 74,6 g / mol e il peso molecolare di KClO ₃ è 122,6 g / mol

Dati:

-Massa di KClO ₃ = 20 g

-Peso molecolare di KCl = 74,6 g / mol

-Peso molecolare di KClO ₃ = 122,6 g / mol

Passaggio 1: equazione di reazione

2KClO ₃ => 2KCl + 3O ₂

Passaggio 2: calcolare la massa di KClO

g di KClO ₃ = 2 moli x 122,6 g / mole

245,2 g

Passaggio 3: calcolare la massa di KCl

g di KCl = 2 moli x 74,6 g / mole

149,2 g

Passaggio 4: calcolare la massa di KCl prodotta dalla decomposizione

245 g di KClO ₃ vengono prodotti dalla decomposizione 149,2 g di KCl. Quindi questo rapporto (coefficiente stechiometrico) può essere utilizzato per trovare la massa di KCl prodotta da 20 g di KClO ₃ :

g di KCl = 20 g di KClO ₃ x 149 g di KCl / 245,2 g di KClO ₃

12,17 g

Nota come è il rapporto di massa di O ₂ all'interno di KClO ₃ . Dei 20 g di KClO ₃ , poco meno della metà è dovuta all'ossigeno che fa parte del clorato di oxoanion.

-Esercizio 5

Trova la composizione percentuale delle seguenti sostanze: a) dopa, C ₉ H ₁₁ NO ₄ eb) Vanillina, C ₈ H ₈ O ₃ .

a) Dopa

Passaggio 1: trova il peso molecolare di dopa C

Per fare ciò, il peso atomico degli elementi presenti nel composto viene inizialmente moltiplicato per il numero di moli rappresentate dai loro pedici. Per trovare il peso molecolare vengono aggiunti i grammi apportati dai diversi elementi.

Carbonio (C): 12 g / mol x 9 mol = 108 g

Idrogeno (H): 1 g / mol x 11 mol = 11 g

Azoto (N): 14 g / mol x 1 mol = 14 g

Ossigeno (O): 16 g / mol x 4 mol = 64 g

Dopa peso molecolare = (108 g + 11 g + 14g + 64 g)

197 g

Passaggio 2: trova la composizione percentuale degli elementi presenti nella dopa

Per questo, il suo peso molecolare (197 g) è considerato al 100%.

% di C = 108 g / 197 g x 100%

54.82%

% H = 11 g / 197 g x 100%

5,6%

% di N = 14 g / 197 gx 100%

7,10%

% O = 64 g / 197 g

32.48%

b) Vanillina

Parte 1: calcolo del peso molecolare della vanillina C

Per fare ciò, il peso atomico di ogni elemento viene moltiplicato per il numero delle sue moli presenti, sommando la massa apportata dai diversi elementi

C: 12 g / mol x 8 mol = 96 g

H: 1 g / mol x 8 mol = 8 g

Oppure: 16 g / mol x 3 mol = 48 g

Peso molecolare = 96 g + 8 g + 48 g

152 g

Parte 2: trova la% dei diversi elementi nella vanillina

Si presume che il suo peso molecolare (152 g / mol) rappresenti il ​​100%.

% di C = 96 g / 152 gx 100%

63.15%

% di H = 8 g / 152 gx 100%

5,26%

% O = 48 g / 152 gx 100%

31.58%

-Esercizio 6

La composizione percentuale in massa di un alcol è la seguente: carbonio (C) 60%, idrogeno (H) 13% e ossigeno (O) 27%. Ottieni la tua formula minima o una formula empirica.

Dati:

Pesi atomici: C 12 g / mol, H 1 g / mol e ossigeno 16 g / mol.

Fase 1: calcolo del numero di moli degli elementi presenti nell'alcool

Si presume che la massa dell'alcol sia di 100 g. Di conseguenza, la massa di C è 60 g, la massa di H è 13 g e la massa dell'ossigeno è 27 g.

Calcolo del numero di moli:

Numero di moli = massa dell'elemento / peso atomico dell'elemento

moli di C = 60 g / (12 g / mol)

5 moli

moli di H = 13 g / (1 g / mol)

13 moli

moli di O = 27 g / (16 g / mol)

1,69 moli

Passaggio 2: ottenere la formula minima o empirica

Per fare ciò, trova il rapporto tra i numeri interi e i numeri di moli. Questo serve per ottenere il numero di atomi degli elementi nella formula minima. A tal fine, le moli dei diversi elementi vengono divise in misura minore per il numero di moli dell'elemento.

C = 5 moli / 1,69 moli

C = 2,96

H = 13 moli / 1,69 moli

H = 7,69

O = 1,69 moli / 1,69 moli

O = 1

Arrotondando queste cifre, la formula minima è: C ₃ H ₈ O. Questa formula corrisponde a quella del propanolo, CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH. Tuttavia, questa formula è anche quella del composto CH ₃ CH ₂ OCH ₃ , etere etilico metilico.

Riferimenti

1. Dominguez Arias MJ (sf). Calcoli nelle reazioni chimiche. Recupero da: uv.es
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3. Sparknotes. (2018). Calcolo stechiometrico. Estratto da: sparknotes.com
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5. Flores, J. Química (2002) Editoriale Santillana.
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