CALCULE STOECHIOMETRICE CU ECUAȚII CHIMICE REDOX

Bibliografie:

Reactii redox, problema 29

Daniela Bogdan, Probleme de chimie, Culegere pentru clasa a IX-a, Editura Mistral Info media

***

Peste 23,14 g aliaj Au-Cu se adaugă 59 mL soluție HNO₃, 63% (ρ=1,39 g/mL) și 5 mL soluție HCl 36,5% (ρ=1,2 g/mL).  Determinați:

a) compoziția procentuală a aliajului (cu 2 zecimale); b)dacă, acizii se consumă total.

Etape de calcul

► identificăm:

– avem amestecul de acizi HNO₃ și HCl, care poate fi în proporția de: 3moli HCl: 1mol HNO₃

– metalul Au reacționează cu apa regală, se dizolvă în aceasta cu formare de AuCl₃

-metalul Cu reacționează cu acizii oxidanți, deci va reacționa cu HNO₃

►scriem cele două reacții chimice redox, ce au loc între metalele Au și Cu și acizii HNO₃ și HCl:

r1) reacția dintre Au cu apa regală ( 3 parti HCl și o parte HNO₃

Au (s) + (3HCl(aq) + HNO₃(aq))→ AuCl₃ (aq)+ NO(g)↑ + 2 H₂O (l)

Au⁰  – 3 e^– → Au³⁺     reacție de oxidare ;

Au metal este agent reducător

N⁵⁺  + 3 e^– → N²⁺      reacție de reducere;

HNO₃ , care conține N⁵⁺  este agent oxidant

r2)*** reactia Cu cu HNO₃

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

NO + 1/2 O2 = NO2

Cu⁰  – 2 e^–→  Cu²⁺  reacție de oxidare

Cu⁰ este agent reducător

N⁵⁺ + 3 e^– → N²⁺  reacție de reducere

HNO₃, care conține N⁵⁺ este agent oxidant

a) Calcule pentru determinarea compoziției procentuale a aliajului Au-Cu

►calculăm masa de HCl dizolvat în 5 mL soluție de concentrație procentuală 36,5% și densitate de 1,2 g/mL:

C% HCl= md HCl .100 / ms  

*md HCl = C% .ms/100 %

ρ  soluție HCl = ms / Vs

*ms= Vs. ρ s

Rezultă:

md HCl =C% HCl . Vs HCl .ρs HCl / 100%

 md HCl = 36,5%. 5mL . 1,2g. mL^-1 / 100% =2,19 g HCl

►calculăm masa de HNO₃ dizolvat în 59 mL soluție de concentrație procentuală 63% și densitatea de 1,39 g/mL, cu expresia matematică:

md HNO₃ = C% HNO₃.Vs HNO₃ . ρs HNO₃ / 100%

md HNO₃ =63%.59 mL . 1,39 g.mL^-1 / 100% = 51,66 g HNO₃

► calculăm masa de Au (x, g) consumată stoechiometric de 2,19 g de HCl, cu ecuația chimică (r1). Cantitatea de HCl este mai mică decât cantitatea de HNO₃ și se vor începe calculele cu aceasta ( 2,19 g HCl).

A Au=197 (g / mol atom)

M HCl= 36,5 g/mol

x (g)………….2,19 g

Au (s) + (3HCl(aq) + HNO₃(aq))→ AuCl₃ (aq)+ NO(g)↑ 2 H₂O (l)

197…………3.36,5

x (g) Au = 197.2,19 g/ 3.36,5= 3,94 g Au

► calculăm masa de Cu din 23,14 g de aliaj Au-Cu

m aliaj = m Au + m Cu

m Cu= m aliaj-m Au=23,14–3,94=19,2 g

►calculăm compoziția procentuală a aliajului:

% Au = m Au.100%/m aliaj = 3,94g.100%/ 23,14g=17,03%

% Cu=m Cu.100%/ m aliaj=(100%-%Au)=19,2 g.100%/ 23,14g=82,97 %

R: 17,03% Au; 82,97% Cu

b) Calcule pentru determinarea, dacă 51,66 g de HNO₃ se consumă total.

►  calculăm masa de HNO₃ existentă în apa regală, cu 2,19 g de HCl:

M HNO₃ = 63g/mol; M HCl=36,5 g/mol

1mol HNO₃.63 g/mol……….corespunde la 3 mol HCl . 36,5 g/mol

y, g, HNO₃………………………corespund la 2,19 g HCl

y, g, HNO₃= 63g .2,19g/ 3.36,5 g=1,26 g HNO₃

► calculăm masa de HNO₃ (z), consumată stoechiometric de 19,2 g de Cu, în reacția chimică r2:

A Cu= 64 g/mol

19,2 g……….z,g HNO₃

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

3.64 ………..8.63

z (g) HNO₃ = 19,2 g. 8.63/3.64=50,40 g

► verificăm, dacă suma dintre cantitățile de HNO₃, calculate mai sus – y și z, este egală cu 51,66 g HNO₃ introdus în reacție.

y + z = 1,26 g HNO₃+50,40g HNO₃=51,66 g

Suma este egală cu 51,66 g de HNO₃ introdus inițial, deci HNO₃ se consumă total.

R: HCl și HNO₃ se consumă total.