QUIZ DI "STECHIOMETRIA E BILANCIAMENTO DI REAZIONI" - REGIONALI CATEGORIA A

Per calcolare la concentrazione molare di una soluzione di H₃PO₄ ottenuta sciogliendo 25,0 g di P₄O₁₀ in 10,0 L di acqua, si devono seguire alcuni passi importanti.

1. Si nizia bilanciando l'equazione chimica della reazione:

P₄O₁₀ (s) + 6 H₂O(l) → 4 H₃PO₄ (aq)

Ora ogni molecola di P₄O₁₀ reagisce con 6 molecole di H₂O per produrre 4 molecole di H₃PO₄.

2. Calcoliamo la massa molare di P₄O₁₀ e le moli iniziali:

La massa molare di P₄O₁₀ è data da: 4 x 31 g/mol (quattro atomi di fosforo e dieci atomi di ossigeno) + 160 g/mol (quattro molecole di ossigeno) = 284 g/mol.

Ora calcoliamo le moli di P₄O₁₀ utilizzando la massa data: moli = massa / massa molare = 25,0 g / 284 g/mol ≈ 0,088 mol.

3. Ora possiamo calcolare le moli di H₃PO₄ prodotte:

Poiché 1 mole di P₄O₁₀ produce 4 moli di H₃PO₄ secondo l'equazione bilanciata, le moli di H₃PO₄ sono: 0,088 mol (P₄O₁₀) x 4 = 0,352 mol.

4. Infine, calcoliamo la concentrazione molare (M):

La concentrazione molare è data dal rapporto tra le moli di soluto (H₃PO₄) e il volume del solvente (acqua), espresso in litri.

Concentrazione molare = moli / volume (in litri)

Concentrazione molare = 0,352 mol / 10,0 L = 0,035 M

Pertanto, la risposta corretta è la A, 0,035 M. La concentrazione molare della soluzione di H₃PO₄ ottenuta dallo scioglimento di 25,0 g di P₄O₁₀ in 10,0 L di acqua è 0,035 M.

Nel minerale di cuprite (Cu₂O), la percentuale di rame (Cu) è data come il 66,6% (m/m), il che significa che in 100 grammi di minerale, 66,6 grammi sono costituiti da rame.

1. Calcoliamo le moli di Cu: La massa atomica del rame (Cu) è 63,55 g/mol. Quindi, in 100 g di minerale, ci sono (66,6 / 63,55) moli di rame, che approssimativamente sono 1,048 mol.

2. Calcoliamo le moli di Cu₂O: Poiché il rapporto molare tra Cu e Cu₂O è 1:1, la metà delle moli di rame è uguale alle moli di Cu₂O. Quindi, (1,048 / 2) moli sono di Cu₂O, che è circa 0,524 mol.

3. Calcoliamo la massa molare di Cu₂O: La massa molare di Cu₂O è data dalla somma del doppio della massa atomica di Cu (poiché c'è un Cu in Cu₂O) e della massa atomica di O (ossigeno), che è 16 g/mol. Quindi, (63,55 * 2 + 16) = 143,1 g/mol.

4. Calcoliamo la percentuale di Cu₂O nella massa totale: La massa di Cu₂O in 100 g di minerale è data da (0,524 * 143,1) = 75,0 g. Pertanto, la percentuale di Cu₂O è (75,0 / 100) * 100, che è 75,0%. Quindi, la risposta corretta è C) 75,0%.

La domanda riguarda una reazione chimica in cui vengono messe in contatto 10,0 grammi di idrossido di magnesio (Mg(OH)₂) e 12,0 grammi di acido fosforico (H₃PO₄) per produrre fosfato di magnesio (Mg₃(PO₄)₂) e acqua (H₂O) secondo la reazione chimica bilanciata:

3Mg(OH)₂ + 2H₃PO₄ → Mg₃(PO₄)₂ + 6H₂O

Per rispondere alle affermazioni proposte, dobbiamo calcolare le moli dei reagenti e confrontarle con il rapporto stechiometrico della reazione chimica.

A) Affermazione A: "L'acido fosforico è il reagente in eccesso"
Per calcolare se l'acido fosforico è il reagente in eccesso, dobbiamo confrontare il numero di moli di acido fosforico con il rapporto stechiometrico nella reazione. Dai calcoli, abbiamo calcolato che ci sono 0,122 moli di acido fosforico (H₃PO₄). Ora, guardando la reazione chimica, vediamo che per reagire con 0,1715 moli di idrossido di magnesio (Mg(OH)₂), sono necessarie solo 0,114 moli di acido fosforico (vedi il rapporto stechiometrico 2H₃PO₄/3Mg(OH)₂). Poiché abbiamo 0,122 moli di acido fosforico, questo significa che è presente in eccesso. Quindi l'affermazione A è corretta.

B) Affermazione B: "L'idrossido di magnesio è il reagente limitante"
Per calcolare il reagente limitante, dobbiamo confrontare il numero di moli di idrossido di magnesio con il rapporto stechiometrico nella reazione. Abbiamo calcolato che ci sono 0,1715 moli di idrossido di magnesio. Il rapporto stechiometrico ci dice che per reagire completamente con 0,1715 moli di idrossido di magnesio, sono necessarie 0,114 moli di acido fosforico. Quindi, l'idrossido di magnesio è il reagente limitante. L'affermazione B è corretta.

C) Affermazione C: "La resa teorica è di 15,0 grammi di fosfato di magnesio"
Per calcolare la resa teorica, dobbiamo prima determinare quanta massa di fosfato di magnesio (Mg₃(PO₄)₂) verrà prodotta a partire dal reagente limitante. Poiché l'idrossido di magnesio è il reagente limitante, possiamo calcolare la massa teorica del fosfato di magnesio prodotto utilizzando il suo rapporto stechiometrico con la reazione. Il rapporto stechiometrico ci dice che per ogni 3 moli di Mg(OH)₂ reagiscono con 2 moli di H₃PO₄, si formano 1 mol di Mg₃(PO₄)₂.

Quindi, la massa teorica del fosfato di magnesio sarà:
(0,1715 mol di Mg(OH)₂) / 3 * (massa molare di Mg₃(PO₄)₂)

Calcolando la massa molare di Mg₃(PO₄)₂ (3 atomi di magnesio, 2 atomi di fosforo e 8 atomi di ossigeno) otteniamo:
Massa molare di Mg₃(PO₄)₂ = 3*24.3 + 2*31.0 + 8*16.0 = 72.9 + 62.0 + 128.0 = 262.9 g/mol

Ora possiamo calcolare la massa teorica del fosfato di magnesio:
(0,1715 / 3) * 262.9 = 0,0571 * 262,9 = 15,05 g

L'affermazione C è corretta.

D) Affermazione D: "L'acido fosforico è il reagente limitante"
Abbiamo già calcolato che l'acido fosforico non è il reagente limitante, poiché è presente in eccesso. Quindi, l'affermazione D è errata.