UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TORINO

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TORINO Laurea Triennale in Scienze Biologiche TUTORAGGIO DEL CORSO DI CHIMICA GENERALE ED INORGANICA (CORSO A) AA GIUSEPPE RICCIO

2 REAGENTI IN ECCESSO E REAGENTI IN DIFETTO Se le quantità di reagenti che partecipano ad una trasformazione chimica sono presenti nelle esatte proporzioni dettate dalla stechiometria della reazione, al termine della reazione entrambi i reagenti risulteranno esauriti. Se invece un reagente è presente in quantità superiore rispetto agli altri, alla fine della reazione una parte di questo avanza (REAGENTE IN ECCESSO), mentre l altro si consuma completamente (REAGENTE IN DIFETTO o LIMITANTE). La quantità di prodotto che si forma è limitata dalla quantità di reagente in difetto. Le quantità di prodotti vanno dunque calcolate secondo i rapporti stechiometrici esistenti tra il reagente presente in difetto e i prodotti.

3 Esempio: Per sintetizzare l ammoniaca sono posti in un reattore 200 g di azoto molecolare e 50 g di idrogeno molecolare. Determinare: quale è il reattivo in eccesso e quale in difetto la massa di ammoniaca che si forma la massa del reattivo in eccesso che avanza

4 Esempio: Per sintetizzare l ammoniaca sono posti in un reattore 200 g di azoto molecolare e 50 g di idrogeno molecolare. Determinare: quale è il reattivo in eccesso e quale in difetto la massa di ammoniaca che si forma la massa del reattivo in eccesso che avanza Scriviamo e bilanciamo la reazione: Per determinare i tipi di reattivi, dobbiamo considerare il numero di moli delle specie coinvolte: n N =m/mm=200 g / 28 g/mol= 7.14 mol 2 n H =m/mm=50 g / 2 g/mol= 25 mol 2

5 La relazione ponderale tra i due reagenti è di 1 : 3, vuol dire che le moli di H 2 devono essere il triplo delle moli di N 2. 3 x n = mol n N = 25 mol 2 H2 H 2 è aggiunto in quantità superiore a quella necessaria, rappresenta quindi il REAGENTE IN ECCESSO Per individuare il REATTIVO IN DIFETTO basta dividere il numero di moli di ogni specie per il proprio coefficiente stechiometrico: il reagente in minor quantità sarà quello limitante. n N 2 / 1 = 7.14 mol n H2 / 3 = 8.33 mol

6 Per calcolare la quantità di prodotto che si forma si scrive una proporzione tra le moli e i coefficienti stechiometrici del prodotto con il reagente limitante. n : n NH 3 N2 = 2 : 1 n NH3= 2 x n N = mol 2 m NH = n x MM= mol x 17 g/mol= g 3 La quantità di reagente in eccesso che avanza è quella che non ha reagito. n H 2 avanzate = n iniziali n consumate sono quelle che hanno reagito con il reagente limitante secondo il rapporto stechiometrico n H 2 avanzate= = 3.58 mol m H 2 avanzata= 3.58 mol x 2 g/mol= 7.16 g

7 Esercizio 1: Determinare la massa di cloruro di sodio che si forma quando si mettono a reagire 150 g di cloruro di calcio con 1.50 mol di fosfato di sodio. Esercizio 2: In una soluzione contenente g di nitrato di argento sono aggiunti 10.0 g di acido solforico. Determinare la massa di solfato di argento che si forma per precipitazione e la massa di reattivo in eccesso che avanza.

8 Esercizio 1: Determinare la massa di cloruro di sodio che si forma quando si mettono a reagire 150 g di cloruro di calcio con 1.50 mol di fosfato di sodio. 3CaCl 2 + 2Na 3 PO 4 m NaCl = g Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6NaCl Esercizio 2: In una soluzione contenente g di nitrato di argento sono aggiunti 10.0 g di acido solforico. Determinare la massa di solfato di argento che si forma per precipitazione e la massa di reattivo in eccesso che avanza. 2AgNO 3 + H 2 SO 4 Ag 2 SO 4 + 2HNO 3 m Ag 2SO4 = g m H 2SO4 = 3.59 g

9 LA RESA DI UNA REAZIONE In una reazione chimica è possibile che la quantità di prodotto ottenuta sia inferiore a quella attesa sulla base dei calcoli stechiometrici. Si definisce resa percentuale ( ) il rapporto, espresso in percentuale, tra la quantità di prodotto realmente ottenuta e la quantità teorica (in moli o in grammi).

10 Una reazione è quantitativa quando la resa del processo è del 100%. Una reazione è definita non quantitativa quando la resa è inferiore al 100%.

11 Esercizio: Il trattamento dell olivina, un minerale contenente Mg 2 SiO 4, con HF porta alla formazione di tre prodotti. Scrivere e bilanciare la reazione. Da un campione di 700 g di minerale trattati con una soluzione contenente 450 g di acido fluoridrico si ottengono 500 g di fluoruro di magnesio. Determinare la resa percentuale.

12 Esercizio: Il trattamento dell olivina, un minerale contenente Mg 2 SiO 4, con HF porta alla formazione di tre prodotti. Scrivere e bilanciare la reazione. Da un campione di 700 g di minerale trattati con una soluzione contenente 450 g di acido fluoridrico si ottengono 500 g di fluoruro di magnesio. Determinare la resa percentuale. Mg 2 SiO 4 + 4HF SiO 2 + 2MgF 2 + 2H 2 O η= 80 %

13 L EQUAZIONE DEI GAS IDEALI Lo stato gassoso è caratterizzato da particelle che si muovono indipendentemente le une dalle altre e il cui volume viene considerato trascurabile. La sostanza gassosa occupa tutto il volume a propria disposizione e non ha forma propria. I gas sono diffusibili a causa della grande libertà di movimento delle particelle che li costituiscono. Essa è dovuta alla elevata energia cinetica delle particelle stesse, la quale dipende dalla temperatura. Le interazioni tra particelle di un gas ideale sono considerate nulle.

14 Il modello dei gas ideali si basa su alcune assunzioni: 1) il volume delle singole particelle è trascurabile rispetto alla distanza tra le particelle stesse; 2) le interazioni tra particelle di gas ideale sono considerate nulle, per cui ogni particella è totalmente indipendente dalle altre; 3) le collisioni con le pareti del recipiente sono elastiche (non c è dissipazione di energia per attrito); 4) l energia cinetica delle particelle aumenta all aumentare della temperatura del sistema.

15 PV = n R T P= pressione esercitata dal gas (Pa, atm, torr) V= volume occupato (m 3, L) n= numero di moli di gas (mol) T= temperatura assoluta (K) R= costante universale dei gas 8.31 J mol -1 K atm L mol -1 K cal mol -1 K -1

16 Esercizio: Determinare: il volume occupato da 2.5 mol di propano alla temperatura di 25 C e pressione di 3 atm la pressione esercitata da 160 g di SO 3 in una bombola di 15 L alla temperatura di 400 K la massa di H 2 S che esercita una pressione di 3 atm in un contenitore di 6 L alla temperatura di 70 C la temperatura (espressa in C) a cui bisogna portare un reattore di 20 L in cui sono contenute 5.37 mol di metilammina affinché la pressione esercitata sia di 8.65 atm

17 Esercizio: Determinare: il volume occupato da 2.5 mol di propano alla temperatura di 25 C e pressione di 3 atm V= 20.4 L la pressione esercitata da 160 g di SO 3 in una bombola di 15 L alla temperatura di 400 K P= 4.37 atm la massa di H 2 S che esercita una pressione di 3 atm in un contenitore di 6 L alla temperatura di 70 C m= 21.8 g la temperatura (espressa in C) a cui bisogna portare un reattore di 20 L in cui sono contenute 5.37 mol di metilammina affinché la pressione esercitata sia di 8.65 atm T= 120 C

18 Esercizio 1: L estrazione del mercurio dal cinabro in eccesso di ossigeno si basa sulla reazione HgS + O 2 Hg + SO 2 In un forno alla temperatura di 300 C sono posti 2500 g di minerale e la resa di estrazione è pari al 77%. L anidride solforosa prodotta viene raccolta in un recipiente di 50 L posto alla stessa temperatura del forno. Determinare la pressione esercitata dal gas sulle pareti del contenitore.

19 Esercizio 1: L estrazione del mercurio dal cinabro in eccesso di ossigeno si basa sulla reazione HgS + O 2 Hg + SO 2 In un forno alla temperatura di 300 C sono posti 2500 g di minerale e la resa di estrazione è pari al 77%. L anidride solforosa prodotta viene raccolta in un recipiente di 50 L posto alla stessa temperatura del forno. Determinare la pressione esercitata dal gas sulle pareti del contenitore. P= 7.81 atm

20 Esercizio 2: Il carbonato di calcio a 700 C decompone in ossido di calcio e anidride carbonica. All interno di un forno di capacità 20 L vengono posti 1000 g di CaCO 3 : il gas occupa l 80 % e la pressione è di 40 atm. Determinare la resa del processo.

21 Esercizio 2: Il carbonato di calcio a 700 C decompone in ossido di calcio e anidride carbonica. All interno di un forno di capacità 20 L vengono posti 1000 g di CaCO 3 : il gas occupa l 80 % e la pressione è di 40 atm. Determinare la resa del processo. η= 80 %