Reazioni chimica Chimica generale

HNO

3

reagiscono (13.33 mol) da quelle presenti inizialmente (20.00 mol):

# ¢

= =

n n – n

HNO HNO HNO

3 3 3

= mol – 13.33 mol =

20.00

= 6.67 mol

2.2 Determinare il reagente limitante ed il volume in litri di diossido di zolfo, SO , che si

2

libera facendo reagire 850 g di pirite, FeS , con 300 l di ossigeno, considerando

1 2

entrambi i volumi alla temperature di 25 °C ed alla pressione di 1 atm secondo la

seguente reazione da bilanciare con il metodo empirico, che procede in modo

completo: 

FeS + O Fe O + SO

2(s) 2(g) 2 3(s) 2 (g)

L’equazione stechiometrica si ottiene con un semplice bilancio di massa dei vari elementi

presenti. Si trova così che essa è: 

4 FeS + 11 O 2 Fe O + 8 SO

2 2 2 3 2

Il numero di moli di FeS presenti inizialmente sarà pertanto:

2 m 850 g

FeS

= =

n = 7.085 mol

2

FeS M 119.97 g / mol

2 FeS

2

avendo utilizzato la Tabella dei Pesi Atomici degli Elementi per determinare il peso molecolare

di FeS .

2

Il numero di moli di ossigeno presenti in 300 l può essere poi calcolato applicando l’equazione di

stato dei gas perfetti:

1 La pirite è un minerale molto comune composto da disolfuro di ferro che prende il nome dal termine greco πῦρpyr

(fuoco) poiché produce scintille se percosso con un pezzo di metallo. Per via del suo color oro era nota in passato

come l'oro degli stolti. In Italia vi erano grandi giacimenti in Piemonte e Toscana sfruttati in passato a livello

industriale per l'estrazione del ferro. L'estrazione del ferro è tuttavia svantaggiosa, poiché nel ferro estratto

permangono delle tracce di zolfo. Per molti anni, invece diventò il minerale principe per la produzione dell'acido

solforico. Le ceneri venivano utilizzate nei momenti di scarsità dei minerali di ferro, per l'industria siderurgica,

altrimenti venivano accumulate in enormi depositi. Per ragioni d'ordine ecologico la normativa impose il loro

smaltimento ma le ceneri ad alto contenuto di ossido di ferro vennero considerate materie prime secondarie (per le

quali esisteva un regolare mercato, anche a livello internazionale), apprezzate dai cementifici.

LE REAZIONI CHIMICHE. 5. 53

PV 1atm´ l

300

O

= =12.262mol

n =

2

O

2 ´

–1 –1

RT 0.08206 l atm mol K 298.15 K

Esaminando i coefficienti stechiometrici della reazione, si può osservare che per far reagire 4

¢

n mol

moli di FeS occorrono 11 mol di O , per cui, indicando con il numero di moli di

2 2 O

2

ossigeno necessarie per far reagire completamente 7.085 moli di FeS , deve valere la

2

proporzione: ¢

mol mol mol n mol

4 : 11 = 7.085 :

FeS O FeS O

2

2 2 2

da cui si ricava: ´

mol 7.085 mol

11

¢ = =

n 19.48 mol

O 4 mol

2

Dato che tale valore è maggiore del numero di moli di ossigeno a disposizione (12.262 mol), ciò

significa che è proprio l’ossigeno il reagente in difetto (reagente limitante), per cui il calcolo di

SO deve essere effettuato considerando che tutto l’ossigeno (ma non tutta la pirite!) presente

2

inizialmente abbia reagito. 2

In termini di moli deve valere la proporzione: n mol

mol mol mol

11 : 8 = 12.262 : * SO

O SO O

2 2 2 2

da cui si ricava: ´

mol 12.262 mol

8

= =

*

n 8.918 mol

SO 11mol

2

Il volume in litri di SO che si ottiene può essere poi calcolato applicando l’equazione di stato dei

2 –

–1 1

gas perfetti, con T = 25 °C = 298.15 K, P = 1 atm e R = 0.08206 l atm mol K :

*

n RT

SO

=

*

V =

2

SO P

2 ´ ´

–1 –1

8.918 mol 0.08206 l atm mol K 298.15 K

= =

1atm

= 218.19 l

2.3 L’idrogeno molecolare reagisce con il sodio metallico per dare l’idruro di sodio solido,

NaH, secondo la seguente reazione (da bilanciare con il metodo empirico) che

consideriamo procedere in modo completo:

¢

n mol

In maniera analoga indicando con le moli di pirite necessarie per consumare tutto l’ossigeno a

2 FeS

2

disposizione avremo: ¢

mol mol n mol mol

4 : 11 = : 12.262

FeS O FeS O

2

2 2 2

da cui si ricava: ´

mol 12.262mol

4

¢ = =

n 4.459 mol

FeS 11mol

2

Dato che tale valore è minore del numero di moli di pirite a disposizione (7.085 moli), ciò significa che la pirite è il

reagente presente in eccesso. LE REAZIONI CHIMICHE. 5. 54



Na + H NaH

(s) 2 (g) (s)

Se si fanno reagire 6.750 g di Na con 2.00 l di idrogeno misurati a 20 °C e 1 atm,

determinare il reagente limitante e calcolare la quantità in g di NaH formatasi.

L’equazione stechiometrica si ottiene con un semplice bilancio di massa dei vari elementi

presenti. Si trova così che essa è: 

2 Na + H 2 NaH

2

Il numero di moli di Na presenti inizialmente sarà pertanto:

m 6.750 g

= =

n = 0.293 mol

Na

Na M 22.990 g / mol

Na

avendo utilizzato la Tabella dei Pesi Atomici degli Elementi per determinare il peso atomico di

Na.

Il numero di moli di idrogeno presenti in 2.00 l può essere poi calcolato applicando l’equazione

di stato dei gas perfetti: PV

= H

n =

2

H RT

2 ´

1atm l

2.00 =

= ´

–1 –1

0.08206 l atm mol K 293.15 K

= 0.083 mol

Esaminando i coefficienti stechiometrici della reazione, si può osservare che per far reagire 2

¢

n mol

moli di Na occorre 1 mole di H , per cui, indicando con il numero di moli di idrogeno

2 H 2

necessarie per far reagire completamente 0.293 moli di Na, deve valere la proporzione:

¢

mol mol

mol n mol

2 : 1 = 0.293 :

Na Na

H H

2 2

da cui si ricava: 3 ´

mol 0.293 mol

1

¢ = =

n 0.146 mol

H 2 2 mol

Dato che tale valore è maggiore del numero di moli di idrogeno a disposizione (0.083 moli), ciò

significa che è proprio l’idrogeno il reagente in difetto (reagente limitante), per cui il calcolo di

3 Arrivati a questo punto nello svolgimento dell’esercizio è anche possibile procedere nel seguente modo. Il volume

'

V

di idrogeno corrispondente è pari a:

H 2 n RT

'

= H

V =

' 2

H P

2 ´ ´

–1 –1

mol 0.08206 l atm mol K 293.15 K

0.145

= =

1atm

= l

3.48

Si vede che ho bisogno di 3.48 l di H per far reagire completamente 6.750 g di Na. Si dispone solamente di 2.00 l di

2

H e pertanto H è il reagente limitante.

2 2 LE REAZIONI CHIMICHE. 5. 55

NaH deve essere effettuato considerando che tutto l’idrogeno (ma non tutto il sodio) presente

inizialmente abbia reagito. 4

In termini di moli deve valere la proporzione:

mol n mol

mol mol

1 : 2 = 0.083 : *

NaH

H H NaH

2 2

da cui si ricava: ´

mol 0.083 mol

2

= =

*

n 0.166 mol

NaH 1mol

che corrispondono ad una massa di NaH pari a:

= ´ ´ =

* *

m n M = mol 23.9989 g / mol g

0.166 3.99

NaH NaH NaH

2.4 Data le seguente reazione (da bilanciare con il metodo empirico) e che procede in

modo completo: FeCl

FeS + HCl + H S

(s) (g) 2(s) 2 (g)

Calcolare la quantità in grammi di cloruro ferroso, FeCl , che si forma facendo

2

reagire 100.00 g di solfuro ferroso, FeS, con 80.00 g di cloruro di idrogeno, HCl.

Determinare inoltre quale dei due reagenti è in eccesso e la quantità in grammi di

questo che rimane a fine reazione.

L’equazione stechiometrica si ottiene con un semplice bilancio di massa dei vari elementi

presenti. Si trova così che essa è: 

FeS + 2 HCl FeCl + H S

2 2

Il numero di moli di FeS presenti inizialmente sarà pertanto:

m g

100.00

= =

n = 1.137 mol

FeS

FeS M g / mol

87.913

FeS

Il numero di moli di HCl presenti sarà dato da:

m 80.00 g

= =

n = 2.194 mol

HCl

HCl M 36.461 g / mol

HCl

avendo utilizzato la Tabella dei Pesi Atomici degli Elementi per determinare il peso molecolare

di FeS e di HCl .

Esaminando la stechiometria della reazione, si può osservare che 1 moli di FeS per reagire ha

¢

n mol

bisogno di 2 mol di HCl, per cui, se si indica con il numero di moli di cloruro di

HCl

idrogeno necessarie per far reagire completamente 1.137 moli di FeS, deve essere:

In maniera analoga:

4 ¢

mol n mol

mol mol

2 : 1 = : 0.083

Na Na

H H

2 2

da cui si ricava: ´

mol 0.083mol

2

¢ = =

n 0.166 mol

Na 1mol

Dato che tale valore è minore del numero di moli di sodio a disposizione (0.293 moli), ciò significa che è l’idrogeno

il reagente in difetto (reagente limitante).

LE REAZIONI CHIMICHE. 5. 56

¢

n mol

1 mol : 2 mol = 1.137 mol :

FeS HCl FeS HCl

da cui si ricava: ´

2.00 mol 1.137 mol

¢ = =

n 2.274 mol

HCl 1mol

Dato che tale valore è maggiore del numero di moli di cloruro di idrogeno, ciò significa che

quest’ultima specie è il reagente in difetto, per cui il calcolo delle moli di prodotte deve

FeCl 2

essere eseguito considerando che tutte le moli di HCl (ma non tutte le moli di FeS) inizialmente

presente abbiano reagito.

*

n mol

Quindi, indicando con il numero di moli di prodotte, deve essere:

FeCl

2

FeCl 2 *

n mol

2 mol : 1 mol = 2.194 mol :

HCl HCl

FeCl FeCl

2 2

da cui: ´

mol 2.194 mol

1

= =

*

n 1.097 mol

FeCl 2 mol

2

a cui corrisponde una massa in grammi data da:

= ´

* *

m n M =

FeCl FeCl FeCl

2 2 2

= ´ =

1.097 mol 126.753 g / mol

= 139.041 g

Calcoliamo ora le moli di FeS che reagiscono e che scompaiono dall’ambiente di reazione. In

¢

n mol

altre parole, indicando con le moli di FeS necessarie e far reagire tutto il cloruro di

FeS

idrogeno possiamo scrivere: ¢

n mol

1 mol : 2 mol = : 2.194 mol

FeS HCl HCl

FeS

da cui si ricava: ´

1mol 2.194 mol

¢ = =

n 1.097 mol

FeS 2 mol

n#

Calcoliamo ora le moli di FeS che avanzano, , e che si otterranno sottraendo le moli di FeS

FeS

¢

n n

che reagiscono ( = 1.097 mol) da quelle presenti inizialmente ( = 1.137 mol):

FeS FeS

= =

n# n – n'

FeS FeS F