Reazioni chimiche, equazioni e stechiometria: bilanciamento ed esempi

Reazioni Chimiche ed Equazioni

REAZIONI CHIMICHE
Equazioni chimiche
Una equazione chimica è la rappresentazione simbolica di una reazione
chimica in termini di formule chimiche
2 Na + Cl2
>
2 NaCl
Reagente
Prodotto
Coefficiente stechiometrico
In molti casi è utile indicare gli stati o le fasi delle sostanze ponendo
appropriati simboli fra parentesi indicanti le fasi dopo le formule
(g) = gas
(l) = liquido
(s) = solido
(aq) = soluzione acquosa
2Na(s) + Cl2(g) -> 2 NaCl(s)

Stechiometria delle Reazioni

Stechiometria
STECHIOMETRIA DELLE REAZIONI: relazione quantitativa tra
le quantità dei reagenti consumati e quelle dei prodotti formati
nel corso della reazione chimica, espressa dall'equazione
bilanciata della reazione.

Bilanciamento di Equazioni Chimiche

BILANCIAMENTO DI REAZIONI CHIMICHE
Quando in una equazione chimica i coefficienti stechiometrici sono
scritti correttamente il totale degli atomi di ogni elemento è uguale
in entrambi i membri dell'equazione.
L'equazione chimica è allora bilanciata.
2 NO + O2 > 2 NO2
2 atomi N
4 atomi O
→
2 atomi N
4 atomi O
→
}
OK!
+
ESEMPIO - bilanciare la seguente reazione:
N2(g)
+
H2(g)
> NH3 (g)

Calcolo Moli NH3

Stechiometria
N2(g) + 3Hz(g)
2NH3 (g)
Quanto idrogeno e quanto azoto sono necessari per produrre
1 Kg di NH3?
reactants-products-and-leftovers it.html
Stechiometria
N2(g) + 3Hz(g)
2NH3 (g)
Quanto idrogeno e quanto azoto sono necessari per produrre
1 Kg di NH3?
prima di tutto si calcolano le moli di NH3 contenute in 1000 grammi
103
3
g
NH3
nNH3
=
=
58,82 mol
17,0 g /mol

Calcolo Moli Reagenti

N2(g) + 3H2(g)
>
2NH3 (g)
- Dalla stechiometria della reazione si osserva che ogni 2 moli di NH.
che si formano richiedono 3 moli di H, che reagiscono
3
nH2 = 58.82 mol NH3 X
3 mol H2
= 88,23 mol H2
2 mol NH 3
n
N
= 58.82 mol NH3
X
1 mol N2
2 mol NH3
= 29,41 mol N2
Massa di H2 = 88,23 mol H2 x 2 g / mol = 176,5 g
Massa di N = 29,41 mol N2 x 28 g / mol = 823,5 g
Massa totale dei reagenti = 176,5 g + 823,5 g = 1000 g

Passaggio attraverso le Moli

Riepilogando: bisogna passare necessariamente attraverso le moli,
perché convertire direttamente tra le masse non è possibile.
NAA + ... > nBB + ...
Grammi di A
Moli di A
Moli di B
Grammi di B
grammi A
PMA
n
Moli A x
B
moliB × PM B
n
A
Dividere per la masa molare di A
Moltiplicare per il fattore stecbiometrico
Moltiplicare per la maus molare di B

Esempio di Calcolo Stechiometrico

Esempio
Data la reazione,
Fe2O3 (s) + 3 CO (g) -> 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)
Calcolare quanti grammi di ferro e CO2 si possono produrre da
1,00 Kg di Fe2O3 e quanti grammi di CO sono necessari.

Moli di Ossido di Ferro

Esempio
Data la reazione,
Fe2O3 (s) + 3 CO (g) -> 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)
Calcolare quanti grammi di ferro e CO2 si possono produrre da
1,00 Kg di Fe2O3 e quanti grammi di CO sono necessari.
Le moli di ossido di ferro a disposizione sono:
nFe2O3
=
= 6,25 mol
159,6 g/mol
1,00 × 103 g

Moli Iniziali e Finali

Fe2O3 (s) + 3 CO (g)
-> 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)
Moli iniziali
Per far reagire tutto l'ossido sono necessarie il triplo delle moli di CO
Fe2O3 (s) + 3 CO (g)
2 Fe (s) + 3 CO2 (g)
Moli iniziali
6.25
3×6.25
-
-
Moli finali
2×6.25
3×6.25
Quando tutto l'ossido ha reagito con tutto il CO che occorreva, si
formeranno il doppio delle moli di Fe e il triplo di CO2
Moltiplicando ciascun numero di moli per il relativo peso atomico o
molecolare otteniamo i grammi di ciascun componente della reazione
Fe2O3 (s) + 3 CO (g)
> 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)
grammi iniziali
103
5.25 102
-
-
grammi finali
-
-
6.98 102
8.25 102

Reagente Limitante

REAGENTE LIMITANTE
Può capitare che i reagenti siano combinati in quantità diverse
dalle proporzioni molari date dall'equazione chimica.
In tal caso solo uno dei reagenti - il reagente limitante - si
consuma completamente mentre parte dell'altro reagente - il
reagente in eccesso - rimane inalterato.
2 H2 (g) + O2(g)
->
2 H2O(g)
Inizio
Fine
2 mol
1 mol
-
-
-
2 mol
2 H2 (g) + O2(g)
→
2 H2O(g)
Inizio
Fine
2 mol
0.5 mol
Reagente
limitante
1 mol
-
1 mol
-
reactants-products-and-leftovers_it.html

Esempio 1: Alluminio e Cloro

Esempio 1
Data la reazione,
2 Al(s) + 3 Cl2 (g)
> Al2Cl6 (s)
Determinare quanti grammi di Al2Cl, si possono ottenere facendo
reagire 50 g di Al e 250 grammi di Cl2-
Pesi atomici P.A.
Al 26.98 g/mol
Cl
35.45 g/mol
Pesi molecolari
-
AICI6
266.66 g/mol
Cl2
70.9 g/mol
Calcoliamo il numero di moli dei reagenti:
n AL
=
g Al
PA
Al
50 g
26.98 g/mol
=
=1.85
n
Cl2
=
=
=3.52
PM
70.9 g/mol
Cl2
2 Al(s) + 3 Cl2 (g) -> Al2Cl6 (s)
Moli iniziali
1.85
3.52
-
g cl2
250 g
Per far reagire completamente 1.85 moli di Al quanto Cl2 mi
occorrerebbe?
nc12 =
- n
2
3
Al
=2.77
Ho a disposizione più cloro di quello
necessario a far reagire tutto l'alluminio:
Cl2 reagente in eccesso
Al reagente limitante
Devo quindi utilizzare le moli del reagente limitante per calcolare
la quantità massima di prodotto che posso ottenere
Per ogni mole di Al ottengo mezza mole di Al Cl, quindi
1
n
Al2Cl6
=
1
-
Al
2
n
== x1.85 = 0.925
2
2 Al(s) + 3 Cl2 (g)
→
Al2Cl6 (s)
Moli iniziali
1.85
3.52
-
Moli reagite
1.85
2.77
Moli finali
-
(3.52- 2.77)=0.75
0.925
grammi finali
-
(0.75*70.9)=53.17
(0.925*266.66)= 246.6
Cl2 avanzato

Esempio 2: Azoto e Idrogeno

Esempio 2
Data la reazione,
N2(g) + H2 (g) -> NH3 (g)
A) Bilanciarla
B) Determinare quanti grammi di ammoniaca si possono ottenere
facendo reagire 50 g di azoto e 30 g di idrogeno.
1
Pesi atomici P.A.
N
H
1.01 g/mol
14.01 g/mol
Pesi molecolari
N2
28.02 g/mol
NH3
H2
2.02 g/mol
17.04 g/mol
N2 (g) + 3H2 (g)
2NH3 (g)
3 (g)
Calcoliamo il numero di moli dei reagenti:
n
N2
=
gN2
PM
N2
50 g
28.02 g/mol
=
=1.78 mol
n
H2
g H2
PM
=
H2
=
30 g
2.02 g/mol
=
14.85 mol
N2 (g) + 3H2 (g)
2 (g)
2 (g)
2NH3 (g)
Moli iniziali
1.78
14.85
-
Per far reagire completamente 1.78 moli di N2 quanto H2 mi
occorrerebbe?
n H2
H2
= 3n 2 =5.34
Ho a disposizione più idrogeno di quello
necessario a far reagire tutto l'azoto:
H2 reagente in eccesso
N2 reagente limitante
Devo quindi utilizzare le moli del reagente limitante per calcolare
la quantità massima di prodotto che posso ottenere
Per ogni mole di N2 ottengo 2 moli di NH3 quindi
N2
= 2×1.78 =3.56
n
NH3
= 2n
N2 (g) + 3H2 (g)
2NH3 (g)
3 (g)
Moli iniziali
1.78
14.85
-
Moli reagite
1.78
5.34
Moli finali
-
(14.85- 5.34)=9.51
3.56
grammi finali
-
(9.51*2.02)=19.21
(3.56*17.04)= 60.66
H2 avanzato