Come si può determinare il reagente limitante di una reazione?

In questa prova di laboratorio vedremo come si possa determinare il reagente limitante di una reazione chimica semplicemente utilizzando dei palloncini colorati.

Materiale

• 150 mL di acido acetico, CH₃COOH, al 5%;
• bicarbonato di sodio, NaHCO₃;
• tre beute da 250 mL;
• tre palloncini di gomma;
• un imbuto;
• un cilindro graduato da 250 mL;
• bilancia analitica
• tre elastici

Procedimento

1. Per prima cosa abbiamo preso 3 beute ed in ciascuna abbiamo versato 50 mL di acido acetico CH₃COOH al 5%;
2. Abbiamo posto all'interno di tre palloncini le tre diverse quantità di bicarbonato di sodio, dopo averlo pesato. Nel primo (A) abbiamo messo 2 g, nel secondo (B) 3,5 g e nel terzo (C) 5 g;
3. In seguito abbiamo inserito le diverse quantità di bicarbonato di sodio NaHCO₃ pesato, nelle rispettive beute, facendo aderire i palloncini alle beute. Li abbiamo inoltre fissati alle imboccature delle beute mediante l’uso di elastici per evitare la fuoriuscita di anidride carbonica; subito dopo i palloncini sono stati capovolti per permettere al bicarbonato di sodio di entrare in contatto con l’acido acetico.
4. Dopo aver aspettato qualche minuto, abbiamo constatato che i palloncini si erano gonfiati in seguito alla reazione del bicarbonato di sodio con l’acido acetico, assumendo dimensioni diverse. In particolare il palloncino A ha assunto dimensioni minori rispetto ai palloncini B e C.

Calcoli

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂ + H₂O

2,5g

A = 2,0 g

B = 3,5 g

C = 5,0 g

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

mol CH₃COOH = m/MM= 2,5g / 60,0 g/mol = 0,042 mol

CASO A)

mol CH₃COOH = 0,042 mol

mol NaHCO₃ = m/MM = 2,0g / 84,0 g/mol = 0,024 mol (reagente limitante)

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)

mol CH₃COOH = 0,042 mol

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

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)

mol CH₃COOH = 0,042 mol (reagente limitante)

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

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

Video

Conclusioni

Le differenti dimensioni assunte dai palloncini sono dovute alle differenti quantità di anidride carbonica prodotta: infatti, nel caso A abbiamo constatato che è stata prodotta una minore quantità di anidride carbonica mentre nel caso B e C le dimensioni raggiunte dai palloncini erano le stesse perché la quantità di CO₂ prodotta era la stessa.

Domande e risposte

1. Perché il palloncino A si gonfia meno di B e C? Qual è il reagente limitante?

Alla fine dell’esperimento abbiamo notato che il palloncino A si gonfia di meno dei palloncini B e C. Dopo aver eseguito i calcoli, abbiamo visto che la quantità di diossido di carbonio (CO₂), la sostanza che permette al palloncino di gonfiarsi, è minore rispetto agli altri due casi. Ciò fa si che il palloncino A risulta più piccolo. Infatti il reagente limitante è il bicarbonato di sodio, NaHCO₃ .

2. Qual è il reagente limitante nella reazione del palloncino C?

Nonostante la quantità di diossido di carbonio che si produce nei casi B e C sia la stessa, nel terzo esperimento il reagente limitante è l’acido acetico, mentre nel secondo non ci sono reagenti limitanti, dal momento che la reazione si avviene secondo i rapporti stechiometrici.

Classe 3D anno scolastico 2013/2014 LiceoScientifico G. Galilei di Ancona

• Relazione di: Ludovica Gioacchini, Martina Pannacci, Irene Principi, Alba Stefanelli
• Calcoli di: Martina Felici, Ilaria Sampaolesi
• Risposte di: Noemi Margariti, Elena D’Errico