Quesito di scienze (test d'ingegneria)
Risposte
Dipende dalla stechiometria. La reazione è vincolata dal reagente limitante.
Quindi se mi trovo davanti questo tipo di quesito che dovrei fare? Non è che ho troppa scelta.
Premetto: non dico sia giusto studiare tutto il programma di chimica che si presenta nel biennio di ingegneria, però un minimo di ripasso iniziale sulle basi di questa sarebbe giusto. Una metodica sistematica di risoluzione non può essere attuata senza valutare il problema che si presenta.
Il mio consiglio è quello di cominciare a studiare, soprattutto ora che lo studio è reso più semplice grazie ai video che puoi trovare su YouTube...
Passiamo ai fatti!
La reazione che ti si presenta:
Dalla reazione (sintesi dell'ammoniaca) possiamo dire che 1 mole di azoto molecolare reagisce con 3 moli di idrogeno molecolare per dare 2 moli di ammoniaca!
Vuol dire che la legge che regola la reazione deve essere quella e nessun altra...
Immagina di avere all'interno di una recipiente chiuso ermeticamente 2 moli di azoto e 3 moli di idrogeno, quali saranno le quantità che reagiranno?...
Come ci impone la reazione di sintesi per 1 mole di azoto reagiscono 3 moli di idrogeno...
Per 2 moli di azoto invece devono reagire 6 moli di idrogeno...
Però nel nostro sistema sono presenti 2 moli di azoto e 3 di idrogeno, quindi per far reagire 2 moli di azoto dovremmo disporre di 6 moli di idrogeno.
Questo vuol dire che uno dei reagenti limita il completamento della reazione... questo reagente è proprio l'idrogeno che non fa reagire le 2 moli di azoto.
Abbiamo una nuova informazione: $H_2 = \text(reagente limitante)$
Avendo definito l'idrogeno come reagente limitante allora possiamo valutare (sempre nel caso del mio esempio) quali sono le quantità reagenti.
Come impone la reazione, per 3 moli di idrogeno deve reagire 1 mole di azoto!
Quindi nel nostro caso sappiamo che l'idrogeno reagisce completamente, mentre reagirà solamente una mole di azoto...
Questo comporta che al completamento della reazione nel nostro recipiente saranno presenti: 1 mole di azoto e 2 moli di ammoniaca.
Diciamo che questa è la base del ragionamento che deve essere fatto per quanto riguarda lo studio della stechiometria di reazione.
Nella reazione un'altra cosa che si può notare è il fatto che è specificato lo stato fisico in cui si trovano i reagenti e i prodotti... Nel caso in cui la reazione sia caratterizzata da un unica fase, come in questo caso, si può parlare di reazione omogenea, proprio perché reagenti e prodotti sono in fase gassosa.
Nel caso in cui uno dei composti appartenenti alla reazione fosse in una fase differente, allora parleremo di reazione eterogenea.
L'importanza di avere questa nozione sta nello studio degli equilibri del sistema.
Ora... poiché in questo esercizio le quantità sono espresse in litri (volume) allora dobbiamo trovare una connessione tra volume e moli (nel nostro caso si parla di volumi di componenti in fase gassosa)...
Molto spesso è utile determinare il volume specifico molare (il volume occupato da una mole di sostanza)
Utilizzando questa definizione accoppiata all'equazione di stato dei Gas Perfetti, possiamo definire il volume occupato da una mole di gas in condizioni normali (1 atm e 0°C) che risulta pari a
La validità di questa relazione è garantita dalla legge di Avogadro la quale ci dice che moli uguali alle condizioni normali per gas diversi occupano lo stesso volume.
Quindi quante moli sono presenti di azoto?
$V_(N_2)/n=\hat(V)_(N_2)$ $rarr$ $n_(N_2)=0.9 \text( mol)$
Quante di idrogeno?
$n_(H_2)=2 \text( mol)$
Chi è in questo caso il reagente limitante?
A livello matematico ci viene in aiuto lo studio dei rapporti (in questo caso di reazione):
$1:3=x:2$ $rarr$ $x=0.67$
In questo caso possiamo dire che il reagente limitante è anche in questo caso l'idrogeno...
Perciò per 2 moli di idrogeno dovranno reagire 0.67 moli di azoto.
Quindi quante moli di ammoniaca saranno prodotte?
$2:3=y:2$ $rarr$ $y=1.33$ che sono le moli di ammoniaca prodotte!
Quindi dalla definizione di volume parziale molare: $V=n\hat(V)_m=30 \text( litri)$
Il mio consiglio è quello di cominciare a studiare, soprattutto ora che lo studio è reso più semplice grazie ai video che puoi trovare su YouTube...
Passiamo ai fatti!
La reazione che ti si presenta:
$N_(2(\text(gas)))+3H_(2(\text(gas))) rarr 2NH_(3(\text(gas)))$
Dalla reazione (sintesi dell'ammoniaca) possiamo dire che 1 mole di azoto molecolare reagisce con 3 moli di idrogeno molecolare per dare 2 moli di ammoniaca!
Vuol dire che la legge che regola la reazione deve essere quella e nessun altra...
Immagina di avere all'interno di una recipiente chiuso ermeticamente 2 moli di azoto e 3 moli di idrogeno, quali saranno le quantità che reagiranno?...
Come ci impone la reazione di sintesi per 1 mole di azoto reagiscono 3 moli di idrogeno...
Per 2 moli di azoto invece devono reagire 6 moli di idrogeno...
Però nel nostro sistema sono presenti 2 moli di azoto e 3 di idrogeno, quindi per far reagire 2 moli di azoto dovremmo disporre di 6 moli di idrogeno.
Questo vuol dire che uno dei reagenti limita il completamento della reazione... questo reagente è proprio l'idrogeno che non fa reagire le 2 moli di azoto.
Abbiamo una nuova informazione: $H_2 = \text(reagente limitante)$
Avendo definito l'idrogeno come reagente limitante allora possiamo valutare (sempre nel caso del mio esempio) quali sono le quantità reagenti.
Come impone la reazione, per 3 moli di idrogeno deve reagire 1 mole di azoto!
Quindi nel nostro caso sappiamo che l'idrogeno reagisce completamente, mentre reagirà solamente una mole di azoto...
Questo comporta che al completamento della reazione nel nostro recipiente saranno presenti: 1 mole di azoto e 2 moli di ammoniaca.
Diciamo che questa è la base del ragionamento che deve essere fatto per quanto riguarda lo studio della stechiometria di reazione.
Nella reazione un'altra cosa che si può notare è il fatto che è specificato lo stato fisico in cui si trovano i reagenti e i prodotti... Nel caso in cui la reazione sia caratterizzata da un unica fase, come in questo caso, si può parlare di reazione omogenea, proprio perché reagenti e prodotti sono in fase gassosa.
Nel caso in cui uno dei composti appartenenti alla reazione fosse in una fase differente, allora parleremo di reazione eterogenea.
L'importanza di avere questa nozione sta nello studio degli equilibri del sistema.
Ora... poiché in questo esercizio le quantità sono espresse in litri (volume) allora dobbiamo trovare una connessione tra volume e moli (nel nostro caso si parla di volumi di componenti in fase gassosa)...
Molto spesso è utile determinare il volume specifico molare (il volume occupato da una mole di sostanza)
$\hat(V)_m=V/n$
Utilizzando questa definizione accoppiata all'equazione di stato dei Gas Perfetti, possiamo definire il volume occupato da una mole di gas in condizioni normali (1 atm e 0°C) che risulta pari a
$\hat(V)_m=(RT)/P=(0.082*273.15)/1=22.41 [l/(mol)]$
La validità di questa relazione è garantita dalla legge di Avogadro la quale ci dice che moli uguali alle condizioni normali per gas diversi occupano lo stesso volume.
Quindi quante moli sono presenti di azoto?
$V_(N_2)/n=\hat(V)_(N_2)$ $rarr$ $n_(N_2)=0.9 \text( mol)$
Quante di idrogeno?
$n_(H_2)=2 \text( mol)$
Chi è in questo caso il reagente limitante?
A livello matematico ci viene in aiuto lo studio dei rapporti (in questo caso di reazione):
$1:3=x:2$ $rarr$ $x=0.67$
In questo caso possiamo dire che il reagente limitante è anche in questo caso l'idrogeno...
Perciò per 2 moli di idrogeno dovranno reagire 0.67 moli di azoto.
Quindi quante moli di ammoniaca saranno prodotte?
$2:3=y:2$ $rarr$ $y=1.33$ che sono le moli di ammoniaca prodotte!
Quindi dalla definizione di volume parziale molare: $V=n\hat(V)_m=30 \text( litri)$
Ma è difficilissimo come quesito. Ci impiegherebbe parecchio tempo anche uno che sa bene la materia. Perché qui sopra mi continuano a dire che il test d'ingresso è facile per uno dello scientifico quando chiaramente non lo è?
Aspetta... io ho seguito un discorso dettagliato per farti capire quello che si trova alla base dell'esercizio.
Le nozioni sono quelle comuni a tutti gli istituti superiori.
Quindi l'esercizio si svolge solamente nell'ultimo passaggio utilizzando l'uguaglianza tra i rapporti della stechiometria di reazione una volta determinato il reagente limitante.
Per questo ti dicevo che non basta saper applicare sistematicamente un metodo.
Le nozioni sono quelle comuni a tutti gli istituti superiori.
Quindi l'esercizio si svolge solamente nell'ultimo passaggio utilizzando l'uguaglianza tra i rapporti della stechiometria di reazione una volta determinato il reagente limitante.
Per questo ti dicevo che non basta saper applicare sistematicamente un metodo.
Non l'ho capito comunque.
"instainf":
Non l'ho capito comunque.
Una volta determinato il reagente limitante (l'idrogeno) e dal momento che sai che la stechiometria di reazione rimane costante, scrivi:
$n_(H_2)^(\text(stechiometrico)) : n_(NH_3)^(\text(stechiometrico)) = n_(H_2)^(\text(calcolato)) : n_(NH_3)^(\text(calcolato))$
$n_(H_2)^(\text(stechiometrico))=3$
$n_(NH_3)^(\text(stechiometrico))=2$
$n_(H_2)^(\text(calcolato))=2$
$n_(NH_3)^(\text(calcolato))=n$
Risolvi l'equazione per determinare le moli che si formano di $NH_3$:
$3:2=2:n$
Poi usi la definizione $\hat(V)_m=V_(NH_3)/n$ per determinare il volume: $n\hat(V)_m=V_(NH_3)$ sapendo che $\hat(V)_m=22.4 l$ per quello che ho spiegato prima.
Vabbè, questa la salti ... 
Accedi a tutti gli appunti
Tutor AI: studia meglio e in meno tempo