Esercizio svolto e commentato di stechiometria

Poniamo all’interno di tre palloncini e la stessa quantità di acido acetico (0,042 mol) e tre diverse quantità di bicarbonato di sodio: nel primo (A) 2 g, nel secondo (B) 3,5 g e nel terzo (C) 5 g.

Dopo qualche minuto, constatiamo che i palloncini gonfiano in seguito alla reazione del bicarbonato di sodio con l’acido acetico, assumendo dimensioni diverse. In particolare il palloncino A assume dimensioni minori rispetto ai palloncini B e C.

Quanti grammi di CO₂ si formano nei tre casi?

P.M. CH₃COOH =12,001u + (1,008 × 3) u + 12,01 u +(16 × 2) u + 1,008 = 60,1 u

P.M. NaHCO₃ = 22,99 u +1,008 u +12,01 u + (16 × 3) u = 84,0 u

P.M. CO₂ = 12,01 u + (16· 2) u = 44,0 u

Reazione:

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂ + H2O

Calcoli:

CASO A)

0,042 mol di CH₃COOH

2 g di CO₂

mol NaHCO₃ = m/MM = 2,0g / 84,0 g/mol = 0,024 mol

numero di moli NaHCO₃ < numero di moli CH₃COOH –> il reagente limitante è NaHCO₃

1 : 1 = mol NaHCO₃ : mol CO₂

1 : 1 = 0,024 : mol CO₂

mol CO₂ = 0,024 mol

m CO₂= MM CO₂ · mol CO₂ = 44,0 g/mol · 0,024 mol = 1,06 g

CASO B)

0,042 mol di CH₃COOH

3,5 g di CO₂

mol NaHCO₃ = m/MM = 3,5g / 84,0 g/mol = 0,042mol

numero di moli NaHCO₃ = numero di moli CH₃COOH –> non c’è il reagente limitante, tutto avviene secondo i precisi rapporti stechiometrici e tutti i reagenti vengono consumati del tutto

1 : 1 = mol NaHCO₃ : mol CO₂

1 : 1 = 0,042 : mol CO₂

mol CO₂ = 0,042 mol m CO₂= MM CO₂ · mol CO₂ = 44 g/mol · 0,042 mol = 1,85 g

CASO C)

0,042 mol di CH₃COOH

5 g di CO₂

mol NaHCO₃ = m/MM = 5,0g / 84,0 g/mol = 0,060 mol

numero di moli NaHCO₃ > numero di moli CH₃COOH –> il reagente limitante è CH₃COOH

1 : 1 = mol NaHCO₃ : mol CO₂

1 : 1 = 0,042 : mol CO₂

mol CO₂ = 0,042 mol

m CO₂= MM CO₂ · mol CO₂ = 44,0 g/mol · 0,042 mol = 1,85 g

Osservazioni

Nel caso A viene prodotta una minore quantità di anidride carbonica mentre nel caso B e C quantità di CO₂ prodotta è la stessa.