Esercizi svolti sulla composizione percentuale delle molecole

1.   Calcolare la percentuale in peso di CaO in CaCO₃
Innanzi tutto calcoliamo il peso molecolare di CaO e di CaCO₃:
peso molecolare di CaO = 40.08 + 15.999 = 56.08 g/mol
peso molecolare di CaCO₃ = 40.08 +12.011 + 3( 15.999) = 100.09 g/mol
ciò significa che ogni 100.09 g di CaCO₃ contengono 56.08 g di CaO.
% di CaO = 56.08 x 100/ 100.09 =56.0
2.      Calcolare la percentuale in peso di tutti gli elementi nel composto MgCl₂ 6 H₂O
Per risolvere questa tipologia di problema conviene fare una tabella del seguente tipo:
Mg = 24.305
Cl = 2 x 35.453 = 70.906
H = 6 x 2 x 1.008 = 12.096
O = 6 x  15.999 =95.994
Totale = 203.3
% di Mg = 24.305 x 100/ 203.3 =11.96
% di Cl = 70.906 x 100 / 203.3 = 34.88
% di H = 12.096 x 100 / 203.3 =5.95
% di O = 95.994 x 100/ 203.3 =47.22
Accertarsi che la somma delle percentuali sia pari a 100
3.      Un campione impuro di pirite FeS₂ contiene il 22.5 % in peso di ferro. Quanta pirite è contenuta nel minerale?
Dalla traccia si evince che su ogni 100 g di minerale vi sono 22.5 g di ferro ovvero 22.5 g / 55.847 g/mol=0.403 moli di ferro.
Poiché una mole di ferro corrisponde a una mole di pirite ciò significa che  le moli di pirite contenute nel minerale sono pari a 0.403.
La massa di pirite sarà 0.403 mol x 119.98 g/mol= 48.4 g essendo 119.98 g/mol il peso molecolare di FeS₂
Quindi in 100 g di minerale vi sono 48.4 g di pirite che corrispondono a
100 x 48.4/100 = 48.4 %
4.     NaHCO₃  è scaldato fino a completa trasformazione in Na₂CO₃ secondo la reazione
2  NaHCO₃  = Na₂CO₃ + CO₂(g) + H₂O (g)
Si calcoli la perdita percentuale in peso del sale durante il riscaldamento.
Supponiamo di partire da 100 g di composto iniziale.
Le moli del carbonato acido di sodio sono: 100 g/ 84.0 g/mol=1.19
Il rapporto stechiometrico tra NaHCO₃  e CO₂ e tra NaHCO₃  e H₂O è di 2:1
Quindi le moli sia di biossido di carbonio che di acqua prodotte sono pari a 1.19/2 =0.595
La massa di CO₂ prodotta è pari a 0.595 mol x 44.009 g/mol= 26.2 g
La massa di H₂O prodotta è pari a 0.595 mol x 18.015 g/mol= 10.7 g
La massa complessiva dei gas sviluppatisi nella reazione sarà pari a 10.7 + 26.2 =36.9 g ed essendo partiti da 100 g di prodotto iniziale la perdita sarà pari a 36.9%
5.      La percentuale in peso degli elementi in un composto è: K, 26.58% , Cr 35.35 % e O  38.07 %. . determinare la formula empirica del composto
Si assumano 100 g di composto: pertanto la massa di K sarà pari a 26.58 g, quella di Cr sarà pari a 35.35 g e quella di O sarà pari a 38.07 g.
Calcoliamo le rispettive moli dividendo per i pesi molecolari:
moli di K = 26.58 g /39.102 g/mol= 0.680
moli di Cr = 35.35 g /51.996 g/mol = 0.680
moli di O = 38.07 g/ 15.999 g/mol=2.38
il rapporto è  quindi 0.680 : 0.680 : 2.38
dividiamo per il valore più piccolo:
K = 0.680/ 0.680 = 1
Cr = 0.680/0.680 = 1
O = 2.38 / 0.680 = 3.5
Al fine di ottenere numeri interi moltiplichiamo per 2 e si ha
K₂Cr₂O₇ che è la formula bruta.
6.      1.00 g di idrogeno reagiscono completamente con 35.5 g di cloro per dare un composto puro. Determinare la formula del prodotto.
Sia l’idrogeno che il cloro si presentano allo stato molecolare con formula H₂ e Cl₂ rispettivamente.
Pertanto le moli di H₂ sono 1.00 g/ 2.016 g/mol=0.5 e le moli di Cl₂ sono pari a 35.5 g/70.9 g/mol=0.5. essendo il rapporto di 0.5:0.5 ovvero di 1: 1 la formula è HCl
7.      1.000 g di cromo metallico sono scaldati in corrente do ossigeno ad alta temperatura. Quando la reazione è completata si sono formati 1.46 g  di ossido di cromo. Determinare la formula empirica dell’ossido.
1.000 g di cromo corrispondono a 1.000 g/ 51.996 g/mol=0.01923 moli
la massa di ossigeno con cui ha reagito il cromo per dare l’ossido è pari a 1.46 – 1.00 = 0.46 g corrispondenti a 0.46 g / 15.999 g/mol=0.0288 moli.
Il rapporto tra ossigeno e cromo vale 0.0288/ 0.01923 = 1.5 ovvero
CrO_1.5. per ottenere numeri interi moltiplichiamo per due e abbiamo C₂O₃
8.      Un campione di solfato di calcio idrato (CaSO₄ x H₂O) contiene il 6.21 % in peso di acqua di cristallizzazione. Determinare la formula del sale
Si assumano 100 g di tale composto. La massa di acqua è pari a 6.21 g mentre quella di CaSO₄ è pari a 100 – 6.21 =93.79 g
Le moli di acqua sono pari a 6.21 g / 18.02 g/mol=0.345
Le moli di CaSO₄ sono pari a 93.79 g/136.14 g/mol=0.689
Il rapporto tra moli tra il solfato di calcio e l’acqua vale 0.689/ 0.345= 2 ovvero 2 CaSO₄ H₂O. Tale formula viene spesso scritta come CaSO₄ ½ H₂O e viene chiamata solfato di calcio semiidrato.
9.      Il solfato di un metallo bipositivo MSO₄ contiene il 37.9% in peso del metallo. Determinare il peso atomico del metallo.
Si assumano 100 g di tale composto: la massa del metallo è pari a 37.9 g mentre quella del solfato è pari a 100 – 37.9= 62.1 g
Le moli dello ione SO₄^2- sono pari a: 62.1 g/ 96.062 g/mol=0.646
Poiché il rapporto tra il metallo M e lo ione solfato è di 1:1 ciò implica che le moli di M saranno anch’esse pari a 0.646. il peso molecolare del metallo M vale
37.9 g/ 0.646 mol =58.6 g/mol
10.    Per completa disidratazione del solfato idrato di un metallo bipositivo
 ( MSO₄ 2 H₂O) si ha una perdita in peso del 20.9 %. Trovare il peso atomico del metallo M.
Si assumano 100 g di tale composto. A seguito della disidratazione si avranno 100- 20.9 = 79.1 g di sale e 20.9 g di acqua.
Le moli di acqua corrispondono a 20.9 g/ 18.02 g/mol=1.16
Essendo il rapporto tra acqua e sale di 2:1 le moli di sale corrispondono a 1.16/2=0.580 e quindi il peso molecolare del sale è pari a:
79.1 g / 0.580 mol=136.4 g/mol. Il peso atomico del metallo M si ottiene detraendo al peso atomico complessivo quello dello ione solfato:
136.4 – 96.062 = 40.3 g/mol
11.      In certe condizioni di temperatura e pressione 2.04 g di vanadio elementare reagiscono esattamente e completamente con 1.93 g di zolfo per dare un composto puro. Si determini la formula empirica del composto.
Calcoliamo le moli di vanadio e di zolfo:
moli di vanadio = 2.04 g /50.942 g/mol=0.0400
moli di zolfo = 1.93 g/ 32.066 g/mol=0.0602
per ottenere il rapporto tra moli dei due elementi dividiamo per il numero più piccolo: moli di zolfo/moli di vanadio = 0.0602/0.0400=1.5
ciò significa che per ogni mole di vanadio vi sono 1.5 moli di zolfo ovvero VS_1.5.
per ottenere numeri interi moltiplichiamo per 2 e la formula empirica è V₂S₃
12.    0.251 g di un elemento X fatti reagire con un eccesso di ossigeno danno 0.338 g dell’ossido corrispondente la cui formula è X₂O . Calcolare il peso atomico dell’elemento X
I grammi do ossigeno corrispondono a 0.338 – 0.251 =0.0870 g
Le moli di ossigeno sono pari a 0.0870 g / 15.999 g/mol=0.00544
Poiché il rapporto stechiometrico tra X e O è di 2:1 le moli di X sono pari a 0.00544 x 2 =0.0109
Il peso atomico di X vale pertanto 0.251 g / 0.0109 mol=23.1 g/mol
13.    Un minerale puro contiene 21.8 % di Na₂O, 35.9 % di Al₂O₃  e per il resto SiO₂. Trovare la formula empirica del minerale
Si suppongano 100 g di minerale: la massa di Na₂O è pari a 21.8 g, quella di Al₂O₃ è pari a 35.9 g mentre quella di SiO₂ è pari a 100 – ( 21.8 + 35.9 ) =42.3 g
Calcoliamo le moli di ciascun composto dividendo per i rispettivi pesi molecolari:
moli di Na₂O = 21.8 g/61.98 g/mol= 0.352
moli di Al₂O₃ = 35.9 g/102.0 g/mol= 0.352
moli di SiO₂ = 42.3 g /60.09 g/mol= 0.704
dividiamo per il numero più piccolo:
Na₂O = 0.352/ 0.352 = 1
Al₂O₃ = 0.352/ 0.352 = 1
SiO₂ = 0.704 / 0.352 = 2
La formula è Na₂O Al₂O₃ 2 SiO₂
14.   10.0 g di fosforo elementare reagiscono completamente ed esattamente con 7.75 g di zolfo elementare. Determinare la formula del composto
Le moli di fosforo sono pari a 10.0 g /30.974 g/mol= 0.323
Le moli di zolfo sono pari a 7.75 g / 32.066 g/mol=0.242
Dividiamo per il numero più piccolo:
0.323/ 0.242 = 1.33 = P
0.242/ 0.242 = 1 = S
P _1.33 S
Per ottenere numeri interi moltiplichiamo per 3
E otteniamo P₄S₃
15.    Un campione puro di minerale contiene 0.333 g di K, 0.103 g di Mg, 0.604 g di Cl e 0.460 g di H₂O. trovare la formula del minerale.
Determiniamo le rispettive moli:
moli di K = 0.333 g / 39.098 g/mol=0.00852
moli di Mg = 0.103 g / 24.305 g/mol=0.00424
moli di Cl = 0.604 g / 35.453 g/mol=0.0170
moli di H₂O = 0.460 g / 18.02 g/mol=0.0255
dividiamo il numero di moli di ciascun elemento e/o composto per il numero più piccolo:
K = 0.00852 /0.00424 =2
Mg = 0.00424 / 0.00424 = 1
Cl = 0.0170 / 0.00424 =4
H₂O = 0.0225 / 0.00424 =6
La formula sarà pertanto K₂MgCl₄ 6 H₂O