QUIZ DI "STECHIOMETRIA E BILANCIAMENTO DI REAZIONI" - NAZIONALI CATEGORIA C

Per calcolare la percentuale di Cu (rame) e Sn (stagno) in una lega costituita da Cu, Sn e Pb, iniziamo dai dati sperimentali:

- La massa della lega è di 1,52 g.

- Dall'analisi, otteniamo 1,59 g di Cu₂S (solfuro di rame) e 0,28 g di SnO₂ (biossido di stagno).

Passiamo ai calcoli:

1. **Calcolo delle moli di Cu**: La massa molare di Cu₂S è 63,55 x 2 + 32 = 159,1 g/mol. Le moli di Cu₂S sono quindi: 1,59 g / 159,1 g/mol = 0,01 mol.

2. **Calcolo delle moli di Sn**: La massa molare di SnO₂ è 118,71 + 32 = 150,71 g/mol. Le moli di SnO₂ sono: 0,28 g / 150,71 g/mol = 0,00186 mol.

Ora sappiamo quante moli di Cu e Sn ci sono nella lega. Dato che il rapporto Cu:Sn nei composti dati è 1:1, possiamo vedere che ci sono 0,01 moli di Cu e 0,00186 moli di Sn.

3. **Calcolo delle moli totali nella lega**: Moli totali = Moli di Cu + Moli di Sn = 0,01 mol + 0,00186 mol = 0,01186 mol.

4. **Calcolo della percentuale di Cu**: La massa totale di Cu può essere calcolata moltiplicando le moli di Cu per la massa molare di Cu (63,55 g/mol): Massa di Cu = 0,01 mol x 63,55 g/mol = 0,6355 g. La percentuale di Cu nella lega è quindi: Percentuale di Cu = (Massa di Cu / Massa totale della lega) x 100 Percentuale di Cu = (0,6355 g / 1,52 g) x 100 ≈ 83,6%

Quindi, la percentuale di Cu nella lega è circa l'83,6%. La risposta corretta è la C) 83,8% Cu.

La soluzione di questo problema coinvolge la determinazione della massa molare di X₂ nella miscela gassosa. Ecco una spiegazione più dettagliata:

1. Calcolo della massa molare di NO (monossido di azoto):
- La massa molare di NO è la somma delle masse atomiche degli atomi costituenti, ovvero 14 (azoto) + 16 (ossigeno) = 30 g/mol.
- La percentuale in massa di NO è data come 5,72%, il che significa che in 100 g di campione ci sono 5,72 g di NO.
- La quantità di moli di NO è ottenuta dividendo la massa data per la massa molare: 5,72 g / 30 g/mol ≈ 0,19 mol.

2. Calcolo delle moli di X₂:
- La reazione di dissociazione termica è NOX(g) → NO(g) + 1/2 X₂(g).
- Le moli di X₂ sono la metà di quelle di NO a causa del coefficiente 1/2. Quindi, 0,19 mol / 2 = 0,095 mol di X₂.

3. Calcolo della massa molare di X₂:
- La percentuale in massa di X₂ nella miscela è data come 6,75%, il che significa che in 100 g di campione ci sono 6,75 g di X₂.
- La massa molare di X₂ può essere calcolata dividendo la massa data per la quantità di moli: 6,75 g / 0,095 mol ≈ 71,0 g/mol.

Quindi, la risposta corretta è la D) "la massa molare di X₂ è 71,0 g/mol". Questo risultato implica che l'elemento X nella miscela è il fluoro, poiché il fluoro (F₂) ha una massa molare di circa 71 g/mol.

Per stabilire quanti grammi di nitrato di rame (Cu(NO₃)₂) si ottengono dalla reazione tra il rame metallico (Cu) e l'acido nitrico (HNO₃) per produrre ossido di azoto (NO) e acqua (H₂O), dobbiamo prima bilanciare l'equazione chimica della reazione. La reazione è la seguente:

Cu (s) + 8 HNO₃ (aq) → 2 NO (g) + 4 H₂O (l) + 3 Cu(NO₃)₂ (aq)

Il bilanciamento dell'equazione richiede due semireazioni, una di ossidazione (ox) e una di riduzione (rid), che vanno bilanciate in modo che il numero di elettroni scambiati sia lo stesso in entrambe. Le semireazioni sono:

Semireazione di ossidazione (ox):

Cu → Cu²⁺ + 2 e⁻

Semireazione di riduzione (rid):

N⁵⁺ + 3 e⁻ → N²⁺

Per bilanciare il numero di elettroni scambiati, moltiplichiamo la semireazione di ossidazione per 3 e la semireazione di riduzione per 2:

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e⁻

2 N⁵⁺ + 6 e⁻ → 2 N²⁺

Ora, possiamo sommare queste due semireazioni e otteniamo:

3 Cu + 2 N⁵⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 N²⁺

Completiamo il bilanciamento inserendo gli ioni idrogeno (H⁺) e l'acqua (H₂O) nei punti giusti:

3 Cu + 8 HNO₃ → 2 NO + 4 H₂O + 3 Cu(NO₃)₂

Ora che l'equazione è bilanciata, possiamo calcolare la quantità di NO (ossido di azoto) prodotta. Dalla legge dei gas ideali, possiamo calcolare le moli di NO:

n = PV/RT

Dove:

- n è il numero di moli,

- P è la pressione (1 atm),

- V è il volume (33,6 L),

- R è la costante dei gas ideali (0,0821 L·atm/(mol·K)),

- T è la temperatura in kelvin (TPS = 273 K).

Calcoliamo n:

n = (1 atm) ∙ (33,6 L) / (0,0821 L·atm/(mol·K) ∙ 273 K) ≈ 1,5 mol di NO

Ora, sappiamo che il rapporto tra Cu(NO₃)₂ e NO è 3/2 dalla reazione bilanciata. Quindi, le moli di Cu(NO₃)₂ prodotte sono:

Moli di Cu(NO₃)₂ = (3/2) ∙ 1,5 mol ≈ 2,25 mol

Ora possiamo calcolare la massa di Cu(NO₃)₂ utilizzando la sua massa molare:

Massa molare di Cu(NO₃)₂ = 63,55 g/mol (rame) + 2 ∙ (14,01 g/mol (azoto) + 3 ∙ 16 g/mol (ossigeno)) ≈ 187,55 g/mol

Massa di Cu(NO₃)₂ = 2,25 mol ∙ 187,55 g/mol ≈ 422 g

Quindi, la risposta corretta è A) 420,3 g di nitrato di rame (Cu(NO₃)₂).