Calcoli con le moli

Hai $36\ \text{g}$ di acqua in un bicchiere. Sapendo che la massa molare dell'acqua è $18\ \text{g/mol}$, calcola quante moli di acqua contiene il bicchiere.

In un laboratorio pesano $58,5\ \text{g}$ di sale comune, $\text{NaCl}$, la cui massa molare è $58,5\ \text{g/mol}$. Quante moli di sale hanno pesato?

Un estintore contiene $3\ \text{mol}$ di diossido di carbonio. Se la massa molare del $\text{CO}_2$ è $44\ \text{g/mol}$, quale massa di gas contiene l'estintore?

In una farmacia utilizzano $0,25\ \text{mol}$ di etanolo ($M = 46\ \text{g/mol}$) per preparare un disinfettante. Quale massa di etanolo hanno utilizzato?

Un chiodo di ferro pesa $5,6\ \text{g}$ (massa molare del ferro: $56\ \text{g/mol}$).

1. a) Quante moli di atomi di ferro contiene il chiodo?
2. b) Quanti atomi sono? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)

Una beuta del laboratorio contiene $0,5\ \text{mol}$ di glucosio sciolto in acqua. Quante molecole di glucosio ci sono nella beuta? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)

Un cavo elettrico contiene $2\ \text{mol}$ di atomi di rame. Quanti atomi di rame sono? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)

Aprendo una bibita gassata sfuggono $4,4\ \text{g}$ di $\text{CO}_2$ (massa molare: $44\ \text{g/mol}$).

1. a) Quante moli di gas sono sfuggite?
2. b) Quante molecole sono? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)

Una goccia d'acqua che cade da un rubinetto pesa $0,09\ \text{g}$ ($M(\text{H}_2\text{O}) = 18\ \text{g/mol}$).

1. a) Quante moli di acqua ci sono nella goccia?
2. b) Quante molecole contiene? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)
3. c) Ogni molecola di acqua ha $2$ atomi di idrogeno: quanti atomi di idrogeno ci sono nella goccia?
4. d) Commenta i risultati: ti sembra possibile contare queste molecole una per una?

In condizioni normali, cioè a $0\ \celsius$ e $1\ \text{atm}$ di pressione, una mole di qualsiasi gas occupa $22,4\ \text{L}$, come mostrato nella figura.

Un palloncino contiene $2\ \text{mol}$ di elio. Quale volume occupa il gas in condizioni normali?

Un sacchetto ermetico contiene $11,2\ \text{L}$ di aria misurati in condizioni normali ($22,4\ \text{L/mol}$). Quante moli di aria ci sono dentro il sacchetto?

Nelle tubature di molte case arriva il gas naturale, che è quasi tutto metano, $\text{CH}_4$ ($M = 16\ \text{g/mol}$).

1. a) Quante moli di metano ci sono in $16\ \text{g}$?
2. b) Quale volume occuperebbero in condizioni normali ($22,4\ \text{L/mol}$)?

In laboratorio, un campione di $0,25\ \text{mol}$ di un gas sconosciuto pesa $11\ \text{g}$.

1. a) Calcola la massa molare del gas.
2. b) Di quale gas può trattarsi: metano, $\text{CH}_4$ ($M = 16\ \text{g/mol}$), o propano, $\text{C}_3\text{H}_8$ ($M = 44\ \text{g/mol}$)? Giustifica la risposta.

Un piccolo pallone meteorologico contiene $11,2\ \text{L}$ di azoto, $\text{N}_2$, misurati in condizioni normali ($22,4\ \text{L/mol}$).

1. a) Quante moli di $\text{N}_2$ contiene?
2. b) Quante molecole sono? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)

Un lingotto d'oro contiene $1,2044\cdot10^{24}$ atomi di oro (massa molare dell'oro: $197\ \text{g/mol}$).

1. a) Quante moli di oro sono? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)
2. b) Quanto pesa il lingotto?

Un'automobile emette $44\ \text{g}$ di $\text{CO}_2$ (massa molare: $44\ \text{g/mol}$) in un breve tragitto.

1. a) Quante moli di $\text{CO}_2$ ha emesso?
2. b) Tenendo conto della formula $\text{CO}_2$, quante moli di atomi di ossigeno contiene quell'emissione?
3. c) Quante molecole di $\text{CO}_2$ ha emesso? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)

Prima di una gara, una corridora assume un gel energetico con $9\ \text{g}$ di glucosio (massa molare: $180\ \text{g/mol}$).

1. a) Quante moli di glucosio sono?
2. b) Quante molecole di glucosio assumerà? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)

In cucina ci sono due bottiglie: una con $100\ \text{g}$ di acqua ($M = 18\ \text{g/mol}$) e un'altra con $100\ \text{g}$ di alcol etilico o etanolo ($M = 46\ \text{g/mol}$).

1. a) Calcola quante moli ci sono in ciascuna bottiglia, con una cifra decimale.
2. b) Quale delle due contiene più molecole? Giustificalo.
3. c) Senza fare altri calcoli, spiega come dovrebbe essere la massa molare di una sostanza perché $100\ \text{g}$ di essa contenessero più molecole di $100\ \text{g}$ di acqua.

Quando fai sport, le tue cellule «bruciano» glucosio con ossigeno secondo la reazione:

$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\ \text{O}_2 \rightarrow 6\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2\text{O}$

Lo schema della figura rappresenta le particelle che intervengono nella reazione:

L'equazione si legge così: per ogni mole di glucosio si consumano $6\ \text{mol}$ di $\text{O}_2$ e si formano $6\ \text{mol}$ di $\text{CO}_2$. Un atleta brucia $90\ \text{g}$ di glucosio ($M = 180\ \text{g/mol}$) in un allenamento.

1. a) Quante moli di glucosio ha bruciato?
2. b) Quante moli di ossigeno ha consumato?
3. c) Quale volume occupa quell'ossigeno in condizioni normali ($22,4\ \text{L/mol}$)?

Una bombola di gas da campeggio contiene $5,8\ \text{kg}$ di butano, $\text{C}_4\text{H}_{10}$ ($M = 58\ \text{g/mol}$).

1. a) Esprimi la massa in grammi e calcola quante moli di butano ci sono nella bombola.
2. b) Quale volume occuperebbe quel gas in condizioni normali ($22,4\ \text{L/mol}$)? Esprimilo anche in $\text{m}^3$ ($1\ \text{m}^3 = 1000\ \text{L}$).
3. c) La bombola ha una capacità di soli $12\ \text{L}$. Spiega come è possibile che al suo interno stia tanto gas, pensando allo stato in cui si trova il butano dentro la bombola.

In laboratorio raccolgono un gas in un recipiente: un campione di $3,2\ \text{g}$ occupa $2,24\ \text{L}$ in condizioni normali ($22,4\ \text{L/mol}$).

1. a) Quante moli di gas ci sono nel campione?
2. b) Calcola la massa molare del gas.
3. c) Di quale gas si tratta: ossigeno, $\text{O}_2$ ($M = 32\ \text{g/mol}$), o azoto, $\text{N}_2$ ($M = 28\ \text{g/mol}$)? Spiega come lo sai.

Avogadro scoprì che volumi uguali di gas diversi, nelle stesse condizioni, contengono lo stesso numero di molecole. Abbiamo due recipienti da $22,4\ \text{L}$ in condizioni normali: uno con propano, $\text{C}_3\text{H}_8$ ($M = 44\ \text{g/mol}$), e l'altro con diossido di carbonio, $\text{CO}_2$ ($M = 44\ \text{g/mol}$). Osserva lo schema della figura.

1. a) Quante moli ci sono in ciascun recipiente? Quale contiene più molecole?
2. b) Quanto pesa il gas di ciascun recipiente? Ti sorprende il risultato? Spiegalo.
3. c) Quale dei due recipienti contiene più atomi in totale? Giustificalo contando gli atomi di ogni molecola.

Un cucchiaino di sale da cucina, $\text{NaCl}$ ($M = 58,5\ \text{g/mol}$), contiene $5,85\ \text{g}$ di sale.

1. a) Quante moli di $\text{NaCl}$ ci sono nel cucchiaino?
2. b) Il sale è un composto ionico: invece di molecole, contiene ioni $\text{Na}^+$ e ioni $\text{Cl}^-$ in numero uguale. Quante moli di ioni $\text{Na}^+$ e quante di ioni $\text{Cl}^-$ ci sono nel cucchiaino?
3. c) Quanti ioni ci sono in totale nel cucchiaino? (Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$)

Un furgone per le consegne emette $220\ \text{g}$ di $\text{CO}_2$ ($M = 44\ \text{g/mol}$) per ogni chilometro percorso. In una giornata di lavoro percorre $100\ \text{km}$.

1. a) Quale massa di $\text{CO}_2$ emette in una giornata? Esprimila in grammi e in chilogrammi.
2. b) Quante moli di $\text{CO}_2$ sono?
3. c) Quale volume occuperebbe quel gas in condizioni normali ($22,4\ \text{L/mol}$)? Esprimi il risultato in $\text{m}^3$ ($1\ \text{m}^3 = 1000\ \text{L}$).
4. d) Il vano di carico di un furgone ha un volume di circa $10\ \text{m}^3$. Confronta questo volume con quello del gas emesso e commenta perché si cerca di ridurre le emissioni dei veicoli.

Sfida del tema. Quanto gas emette una reazione nella tua cucina? Indaga la reazione tra il bicarbonato di sodio ($\text{NaHCO}_3$, $M = 84,0\text{ g/mol}$) e l'acido acetico dell'aceto commerciale ($5\,\%$ in massa di acido acetico, $M = 60,0\text{ g/mol}$; densità $\approx 1,0\text{ g/mL}$).

1. Misura casalinga: Con una bilancia da cucina (sensibilità $\pm 1\text{ g}$), pesa un bicchiere con $50\text{ mL}$ di aceto insieme a un campione di bicarbonato. Mescolali con cura, aspetta che finisca l'effervescenza e pesa l'insieme risultante. La massa persa corrisponde al $\text{CO}_2$ sviluppato. Ripeti la prova per tre masse diverse: $2\text{ g}$, $4\text{ g}$ e $6\text{ g}$ di bicarbonato.

2. Trattamento dei dati: Costruisci una tabella con le masse iniziali, finali e la massa netta di $\text{CO}_2$ con la sua incertezza propagata ($\pm 2\text{ g}$). Traccia un grafico a dispersione che rappresenti la massa di $\text{CO}_2$ in funzione della massa di $\text{NaHCO}_3$.

3. Calcoli e relazione: Scrivi e bilancia l'equazione chimica. Calcola la quantità di sostanza in moli di bicarbonato impiegate e individua il reagente limitante in ogni prova e determina la massa teorica attesa di $\text{CO}_2$. Redigi una breve relazione in cui confronti i risultati teorici con quelli sperimentali e calcoli la resa percentuale.

Verranno valutati:

• Rigore nelle misure casalinghe ed espressione esplicita delle incertezze.

• Qualità e chiarezza nella rappresentazione della tabella e del grafico dei dati.

• Correttezza nel calcolo delle masse molari, nella conversione in moli e nella stechiometria.

• Interpretazione critica della resa ottenuta e delle fonti di errore sperimentale.