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Esercizi su stechiometria dei composti

Calcolo Stechiometrico

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Questo articolo presenta 14 esercizi su stechiometria dei composti, ciascuno con spiegazioni facili da capire e ben dettagliate. Il materiale è progettato per supportare studenti di ingegneria, fisica, biologia e chimica nel corso di chimica inorganica e generale, risultando particolarmente utile anche per chi si approccia per la prima volta alla disciplina.

La stechiometria dei composti chimici costituisce un ambito essenziale della chimica, focalizzato sulle relazioni quantitative tra gli elementi di un composto e sulle proporzioni con cui questi si combinano. L’analisi stechiometrica consente di determinare le quantità precise di ciascun elemento, applicando le leggi fondamentali della chimica a reazioni e formule. Gli esercizi su stechiometria dei composti permettono di consolidare queste competenze attraverso applicazioni pratiche e metodologie rigorose.

 
 

Esercizi su stechiometria dei composti: autori e revisori

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Autore: Fulvio Benintende .  

Revisori: Joan Pasqual Guilabert.  

 

Esercizi su stechiometria dei composti: testi degli esercizi

 
 

Esercizio 1 (\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Determinare la formula grezza di un composto contenente \text{36,85} \, \text{g}\% \text{N} (A_r = \text{14,008}) e \text{63,14} \, \text{g}\% \text{O} (A_r = 16).

Svolgimento.

In ogni composto il quantitativo di moli di atomi degli elementi coinvolti corrisponde sempre ad un numero intero. Si procede dapprima a trovare il numero di moli di atomi di ogni specie dividendo la massa per la massa atomica relativa (A_r):

\[ n_N = \frac{m_N}{A_r_N} = \frac{\text{36,85} \, \text{g}}{\text{14,008} \, \text{g/mol}} = \text{2,64} \, \text{mol} \]

\[ n_O = \frac{m_O}{A_r_O} = \frac{\text{63,14 }\, \text{g}}{16 \, \text{g/mol}} = \text{3,95} \, \text{mol}. \]

Per rendere interi i valori delle moli si dividono quelli ottenuti per quello più piccolo, ricavando così gli indici per ogni specie:

\[ \text{indice}_N = \frac{n_N}{n_N} = \frac{\text{2,64} \, \text{mol}}{\text{2,64} \, \text{mol}} = 1, \quad \text{indice}_O = \frac{n_O}{n_N} = \frac{\text{3,95} \, \text{mol}}{\text{2,64 }\, \text{mol}} = \text{1,5}. \]

Per l’ossigeno si è ottenuto un numero non intero. È necessario quindi moltiplicare tutti gli indici per l’intero più piccolo che restituisca numeri interi contemporaneamente per ogni indice, in questo caso: 2.

La formula grezza risulta quindi:

\[\boxcolorato{chimica}{\text{N}_2\text{O}_3. }\]

Nota: È possibile verificare la correttezza del risultato ottenuto facendo riferimento ai numeri di ossidazione delle specie in gioco, che sommate devono restituire il valore zero:

\[ 2 \cdot \text{N}^{+3} + 3 \cdot \text{O}^{-2} = 2 \cdot (+3) + 3 \cdot (-2) = 6 - 6 = 0. \]

 
 

Esercizio 2 (\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Un composto contiene: \text{4,19} \, \text{g}\%\,\text{H} (A_r = \text{1,008}); \text{29,22} \, \text{g}\%\,\text{Si} (A_r = \text{28,09}); \text{66,58} \, \text{g}\% \,\text{O} (A_r = 16). Determinare la sua formula grezza.

Svolgimento.

Poiché sono note le percentuali in massa degli elementi, si può assumere di considerare \text{100 g} di composto. In questo modo, le percentuali coincidono numericamente con le masse dei singoli elementi presenti nel composto.

In ogni composto il quantitativo di moli di atomi degli elementi coinvolti corrisponde sempre a un numero intero. Si procede dapprima a trovare il numero di moli di atomi di ogni specie dividendo la massa per la massa atomica relativa (A_r):

\[ n_H = \frac{m_H}{A_{r_H}} = \frac{\text{4,19} \, \text{g}}{\text{1,008} \, \text{g/mol}} = \text{4,16} \, \text{mol} \]

\[ n_{Si} = \frac{m_{Si}}{A_{r_{Si}}} = \frac{\text{29,22} \, \text{g}}{\text{28,09} \, \text{g/mol}} = \text{1,04} \, \text{mol} \]

\[ n_O = \frac{m_O}{A_{r_O}} = \frac{\text{66,58} \, \text{g}}{16 \, \text{g/mol}} = \text{4,16} \, \text{mol}. \]

Per ricavare gli indici della formula grezza, si dividono ora tutti i valori ottenuti per il più piccolo, in questo caso quello del silicio:

\[ \text{indice}_H = \frac{n_H}{n_{Si}} = \frac{\text{4,16} \, \text{mol}}{\text{1,04} \, \text{mol}} = 4 \]

\[ \text{indice}_{Si} = \frac{n_{Si}}{n_{Si}} = \frac{\text{1,04} \, \text{mol}}{\text{1,04} \, \text{mol}} = 1 \]

\[ \text{indice}_O = \frac{n_O}{n_{Si}} = \frac{\text{4,16} \, \text{mol}}{\text{1,04} \, \text{mol}} = 4. \]

Si ottengono quindi direttamente valori interi per tutti gli elementi. La formula grezza risulta:

\[\boxcolorato{chimica}{ \text{H}_4\text{SiO}_4. }\]

Nota: è possibile verificare la correttezza del risultato ottenuto facendo riferimento ai numeri di ossidazione delle specie in gioco, che sommate devono restituire il valore zero:

\[ 4 \cdot \text{H}^{+1} + 1 \cdot \text{Si}^{+4} + 4 \cdot \text{O}^{-2} = 4 \cdot (+1) + 1 \cdot (+4) + 4 \cdot (-2) = 4 + 4 - 8 = 0. \]

 
 

Esercizio 3 (\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Dall’analisi quantitativa di un minerale contenente calcio, carbonio, ossigeno si sono ottenuti i seguenti risultati: \text{40,04} \, \text{g}\%\,\text{Ca} (A_r = \text{40,08}); \text{12,00} \, \text{g}\%\,\text{C} (A_r = \text{12,01}); \text{47,96}\%\,\text{O} (A_r = 16). Calcolare la formula grezza.

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