A.A. 2016 - 2017

2016 – 2017
CCS Biologia
CCS Scienze Geologiche
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Equazioni chimiche e stechiometria
g sostanza n. moli =
M (g/mol)
g sostanza =
n. moli x M (g/mol) Esercizi di preparazione all'esame: (dal testo consigliato
Chimica di Kotz e al. IV Ed.) Cap 4. 1 - 16, 19, 37 - 66
2
3
Calcoli stechiometrici
PROBLEMA: Se 454 g di NH4NO3 si
decompongono, quanto N2O ed H2O si formano? STADIO 1:
Scrivere l’ equazione chimica bilanciata
NH4NO3  N2O + 2 H2O
Nitrato ammonico  ossido di diazoto/protossido di azoto
4
5
454 g di NH4NO3
N2O + 2 H2O
STADIO 2: Convertire la massa dei reagenti in moli (454 g)
moli ?
Massa molare NH4NO3
Mettiamo in relazione le moli di NH4NO3 con le moli di
prodotto in base alla stechiometria della reazione. !
!
!1 mol NH4NO3  2 mol H2O e 1 mol N2O
Quindi: 5,68 mol NH4NO3  11,4 mol H2O e 5,68 mol N2O!
!
454 g di NH4NO3
N2O + 2 H2O
STADIO 3: Convertire le moli di prodotto/i in
massa di prodotto/i
STADIO 4 Quanto N2O si forma?
!
5,68 mol N2O x 44 g/mol = 250 g.
6
7
Tabella riassuntiva
NH4NO3
N2O + 2 H2O •  Composto
NH4NO3
N2O
H2O
•  Iniziale (g)
454 g
0
0
5.67 mol
0
0
•  Iniziale (mol)
•  Variazione (mol) -5.67
+5.67 +2 x (5.67)
•  Finale (mol)
0
5.67
11.3
•  Finale (g)
0
250
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© 2009 Brooks/Cole - Cengage
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Resa effettiva: la quantità di prodotto
realmente ottenuta!
!
Resa teorica: la quantità di prodotto
teoricamente ottenibile.!
!
!
Resa percentuale = [(resa effettiva / resa
teorica) x 100]!
!
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STADIO 6: Calcolare la resa percentuale
Supponiamo che si siano ottenute solo 131 g di N2O,
quale è la resa percentuale?
Si confronta la resa teorica (250 g) con quella
effettiva (131 g). resa effettiva
resa % =
! 100
resa teorica
131 g
resa % =
! 100 = 52 .4%
250 . g
10
STRATEGIA GENERALE PER I
CALCOLI STECHIOMETRICI
Massa di prodotto
Massa dei reagenti
Moli dei
reagenti
Considerare la
Stechiometria
reazione o Fattore
stechiometrico
Moli di prodotto
Reazioni che coinvolgono un
REAGENTE LIMITANTE
•  In una determinata reazione, un reagente è
presente in quantità insufficiente per reagire
completamente con l altro reagente.
•  Il reagente in quantità insufficiente
LIMITA la quantità del prodotto che si
può formare.
11
12
+ 2
+
10
7
Reagenti
in eccesso
12
6
Reagente
limitante
Consideriamo tutte le possibilità: 10  10 24 non possibile
7  7 14 non possibile
6 6 12 possibile
6 hamburger
completi
PROBLEMA: Si fanno reagire 5.40 g di Al con
8.10 g di Cl2. Che massa di Al2Cl6 si forma? 2 Al + 3 Cl2 ---> Al2Cl6
Massa reagente
Moli
reagente
Massa prodotto
Fattore
Stechiometrico
C’è un reagente limitante ?
Moli prodotto
13
Stadio 1: Calcolare le moli di ciascun reagente
Abbiamo 5.40 g di Al e 8.10 g di Cl2
2 Al + 3 Cl2 ---> Al2Cl6
14
Reagente limitante: come procedere?
2 Al + 3 Cl2 ---> Al2Cl6
Dividiamo per 2, al fine di rendere il coefficiente
stechiometrico dell’Al pari a 1, e semplificare la relazione
tra le varie specie.
2/2 Al + 3/2 Cl2 ---> 1/2Al2Cl6
Al + 1,5 Cl2 ---> 0,5 Al2Cl6
quindi
Pertanto
0,2 moli di Al reagiranno con (0,2x1,5) = 0,3
moli di Cl2. Non essendoci tali moli, ma solo
0,114 moli, Il Cl2 è il reagente limitante.
15
Reagente limitante: come procedere?
16
2 Al + 3 Cl2 ---> Al2Cl6
Essendo Cl2 il reagente limitante lo mettiamo in
relazione con Al2Cl6
Dividiamo per 3, al fine di rendere il coefficiente
stechiometrico del Cl2 pari a 1, ed evidenziare il
suo rapporto con Al2Cl6:
2/3 Al + 3/3 Cl2 ---> 1/3Al2Cl6 quindi
2/3 Al + Cl2 ---> 1/3 Al2Cl6
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2 Al + 3 Cl2 ---> Al2Cl6
Stadio 2: Calcola le moli di Al2Cl6 che si
formano in base al reagente limitante.!
Moli di Al2Cl6 = 1/3 moli di Cl2
Moli di Al2Cl6 = 1/3 x 0,114 mol = 0,038
!Stadio 3: Calcola la massa di Al2Cl6 attesa in
base alle moli calcolate.!
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Aspetti quantitativi delle
reazioni in soluzione
Definizioni
•  Una soluzione è una miscela
OMOGENEA di 2 o più
sostanze in una unica fase.
•  Un costituente è definito il
SOLVENTE (quello presente in
quantità maggiore) e gli altri i
SOLUTI.
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Concentrazione del Soluto
La quantità di soluto in una soluzione
definisce la sua concentrazione.
Molarità!(!M )! =!
!
!
moli di soluto!
litri di soluzione!
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PESO %
peso% = [a/(a+b)] x 100
a = grammi di soluto; b= grammi di solvente
es. Preparare 100g di soluzione al 5% di NaCl:
sciogliere 5 grammi di NaCl in 95 grammi di acqua
[5g / (5g + 95g) ] x 100 = 5%
es. 12 grammi di NaCl sciolti in 120 mL di acqua. % ?
[ 12g / (12g + 120 g)] x 100 = 9,1 %
VOLUME %
volume di soluto per
100 ml di soluzione
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Preparazione di una Soluzione
•  Pesare un
soluto solido
e scioglierlo
in una data
quantità di
solvente.
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PROBLEMA: Sciogliere 5.00 g di NiCl2•6 H2O 23
in acqua fino a 250 mL di soluzione.
Calcolare la molarità. [MNiCl2• 6H2O = 237,7 g/mol]
1) Calcolare le moli di
NiCl2• 6H2O
! 1 mol $
5.00 g #
= 0.0210 mol
&
" 237.7 g %
2) Calcolare la molarità
0.0210 mol
= 0.0841 M
0.250 L
[NiCl2·6 H2O] = 0.0841 M
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Concentrazione degli ioni in una soluzione 24
- fare sempre attenzione alla formula -
CuCl2(aq)  Cu2+(aq) + 2 Cl-(aq)
Se [CuCl2] = 0.30 M, allora
[Cu2+] = 0.30 M; [Cl-] = 2 x 0.30 M = 0.6 M
USO della MOLARITA
Quanti grammi di acido ossalico, H2C2O4 , (M =
90.0 g/mol), sono necessari per preparare 250
mL di una soluzione 0.05 M?
Poichè:
M = moli / volume = mol / V(L)
le moli necessarie sono date da
moli = M•V!
25
26
USO della MOLARITA
Quale massa di acido ossalico, H2C2O4, è
necessaria per preparare 250 mL di una
soluzione 0.05 M?
moli = M•V
Stadio 1: Calcolare le moli di acido richieste.
(0.05 mol/L) x (0.250 L) = 0.0125 mol
g sostanza =
n. moli x M (g/mol) Stadio 2: Calcolare la massa di acido richiesta.
(0.0125 mol ) x (90.0 g/mol) =
1.13 g
Preparazione delle soluzioni per diluizione
27
PROBLEMA: Si hanno 50.0 mL di NaOH 3.0 M e si
vuole preparare NaOH 0.50 M.
Cosa si deve fare?
Aggiungere acqua alla soluzione 3.0 M per
portare la concentrazione a 0.50 M
? mL 50.0 mL Sol. concentrata
Sol. diluita
28
PROBLEMA: Si dispone di 50.0 mL di NaOH 3.0 M e
si vuole preparare NaOH 0.50 M. Che cosa si deve
fare?
Il punto importante è che :
moli di NaOH nella =
moli di NaOH nella
soluzione FINALE
soluzione INIZIALE
(Mf x Vf)
(Mi x Vi)
29
30
Moli di NaOH nella soluzione iniziale = Mi
(3.0 mol/L)(0.050 L) = 0.15 mol
Anche le moli di NaOH nella soluzione finale
dovranno essere 0.15
0,15 = Mf x Vf
Vf = 0.15 mol / 0.50 M = 0.30 L
o
300 mL
x Vi
PROBLEMA: Si dispone di 50.0 mL di NaOH 3.0 M e
si vuole preparare NaOH 0.50 M. Che cosa si deve
fare?
Conclusione:
diluizione
0,15 moli
Aggiungere
250 mL di
acqua a 50.0
mL di NaOH
3.0 M per
preparare 300
mL di NaOH
0.50 M.
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pH, una Scala di Concentrazione
pH: un modo di esprimere la concentrazione degli
ioni H+ in soluzione.
pH = – log [H+]
Basso pH: elevata [H+]!
Elevato pH: bassa [H+]!
Soluzione
acida
Neutra Soluzione basica
pH < 7
pH = 7
pH > 7
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La scala del pH
33
pH = - log [H3O+]
H2O = H+ + OH–
[H+] x [OH-] = 1.00 x 10-14 a 25 oC (prodotto ionico dell
In una soluzione neutra,
[H+] = [OH-] = 1.00 x 10-7 M a 25 oC
quindi
pH = – log [H+] = –log(1.00 x 10-7) = – (–7) = 7
pOH = – log [OH-] = –-log (1.00 x 10-7)= – (– 7) = 7
pH + pOH = 14
acqua)
[H+]
e pH
Conoscendo [H+] possiamo calcolare il pH:
Se [H+] di una soluzione è 1.6 x 10–3 M,
allora
pH= – log (1.6 x 10–3)
pH = – (–2.80)
pH = 2.80
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Noto il pH determinare [H+]
Il pH della Coca Cola è 3.12, calcolare [H+]
Poichè pH = - log [H+] allora
si calcola l antilog e si ottiene
+
[H ]
=
–pH
10
[H+] = 10–3.12 =
7.6 x 10-4 M
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STECHIOMETRIA delle SOLUZIONI
Lo zinco reagisce con gli acidi per produrre H2 gassoso.
Calcolare il volume di HCl 2.5 M necessario per far
reagire 10,0 g di Zn completamente?
Stadio 1: Scrivere l’ equazione bilanciata della
reazione
Zn(s) + 2 HCl(aq) --> ZnCl2(aq) + H2(g)
Stadio 2: Calcolare la quantità di Zn espressa in
moli
36
37
Stadio 3: Determinare le moli di HCl necessarie
impiegando il fattore stechiometrico
Stadio 4: Calcolare il volume di HCl necessario
M = moli / V(L)
moli / M = V (L) Conversione da %(p/p) a M
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Le soluzioni di acido cloridrico commerciali al
36% (p/p) hanno densità 1,18 g/mL.
Determinare la M della soluzione
Considerazioni: d = 1,18 g/ mL = 1180 g/ L significa che 1 L di
soluzione pesa 1180 grammi. Di questi 1180 g solo 0,36 x 1180 = 424,8 g sono dovuti all’ HCl.
Calcoliamo le moli di HCl: 424,8 g / 36,4 (g/mol) = 11,7 mol.
Queste moli sono contenute in 1L per cui: M = 11,7mol / 1,0 L = 11,7
%( p / p ) =
ma ssa soluto
ma ssa soluzione
!100
36%(p/p) significa che ci sono
36 grammi di HCl in 100
grammi di soluzione