LA MOLE

5g di CaCO₃ (carbonato di calcio);

20ml di HCl al 37%.

Strumenti:

Cilindro graduato con portata pari a 50ml e con sensibilità ed errore assoluto pari a 1ml;

Bilancia digitale, con portata di 1010g e sensibilità ed errore assoluto pari a 0,01g;

Cucchiaio spatola;

2 vetrini d'orologio;

Guanti protettivi;

Imbuto.

Procedura:

Prendere un vetrino d'orologio contenente una quantità a caso di CoCO₃;

Posizionare un altro vetrino d'orologio sulla bilancia e tarare a 0;

Utilizzando un cucchiaio spatola, spostare il CaCO₃ sul vetrino posizionato sopra la bilancia, fino a quando non si ottiene una quantità pari a 5g;

Determinare la massa di un cilindro graduato con portata %0ml ed errore assoluto e sensibilità pari a 1ml;

Prendere il cilindro graduato da 50ml in cui erano stati precedentemente versati 20ml di HCl  al 37%, e determinarne il peso;

Utilizzando un imbuto e aiutandosi con un cucchiaio spatola, versare i 5g di CaCO₃ all'interno del cilindro contenente i 20ml di HCl al 37% e osservare la reazione;

Una volta finita la reazione ripesare il cilindro graduato e annotare il risultato;

Per la pericolosità dell'HCl, per quanto riguarda gli ultimi 3 passaggi è necessario lavorare sotto cappa;

Determinare infine sapendo la reazione, le moli di CaCO₃ e HCl di partenza, della CO₂ che si è generata e del CaCl₂ che si è prodotto.

Accorgimenti:

Per la pericolosità dell'HCl è necessario lavorare sotto cappa durante i passaggi che ne richiedono l'utilizzo;

Quando si opera con l'HCl, sempre per la stessa ragione riportata nel punto precedente, è necessario lavorare utilizzando appositi guanti protettivi.

Rappresentazione iconica  dell'esperienza:

Rielaborazione  e raccolta dati:

Grammi effettivi di HCl:

v  HCl al 37% : (cilindro graduato + HCl) - cilindro graduato

(97g +/- 0,01g ) - (73,2g +/- 0,01g)= 23,8g +/- 0,02g

v  HCl effettivo:

23,8g:X=100%:37%

X= (23,8g ∙ 37%)/100% = 8,8g

Calcolo quante Moli in 8,8g di HCl:

v  1Mole di HCl =  1g(H)+35,5g(Cl)= 36,5g

36g:1Mole=8,8g:X

X= (1Mole ∙ 8,8g)/36g= 0,24moli

Calcolo quante Moli in 5g di CaCO₃:

v  1Mole di CaCO₃: 40g(Ca)+12g(C)+16g(O) ∙ 3 = 100g

100g:1Mole=5g:X

X= (1Mole ∙ 5g)/100g= 0,05moli

Evidentemente l'acido è in eccesso: infatti in base alla stechiometria della reazione 1 mole di CaCO₃ richiede 2 moli di HCl, quindi 0,05 moli richiederebbero 0,1 (= 0,05 ∙ 2) moli di acido mentre ne sono presenti 0,24: quindi tutto il carbonato reagirà, mentre resterà una parte di HCl non reagito. Il numero delle moli di CO₂ deve quindi essere calcolato in base a quelle di CaCO₃ cioè del reagente in difetto.

Calcolo quante Moli di CO₂ si formano:

v  sapendo che 1 mole di CaCO₃ produce 1 mole di CO_2, allora 0,05 moli di carbonato producono 0,05 moli di CO₂ , nonché 0,05 moli di H₂O e 0,05 moli di CaCl_2. a questo punto è possibile calcolare le masse dei composti corrispondenti:

1 mole di CO₂ : 12g(C)+16g(O) ∙ 2 = 44g

v  massa di CO₂ all'interno della reazione: 0,05 ∙ 44g= 2,20g

1 mole di H₂O : 1g(H) ∙ 2+ 16g(O)= 18g

v  massa di H₂O all'interno della reazione: 0,05 ∙ 18g= 0,90g

1 mole di CaCl₂: 40g(Ca) + 35,5g(Cl) ∙ 2= 111g

v  massa di CaCl₂ all'interno della reazione: 0,05 ∙ 111g= 5,55g

1Mole di HCl =  1g(H)+35,5g(Cl)= 36,5g

v  massa di HCl all'interno della reazione: 0,10 ∙ 36,5g= 3,65g

v  massa di HCl in eccesso : 8,8g-3,6g= 5,2g

Prima della reazione

Dopo la reazione

Osservazioni e conclusioni:

La mole è una quantità di sostanza che contiene un numero fisso di molecole , ovvero l numero di Avogadro che è pari a 6,02 ∙ 10²³, ed ha un peso pari alla massa molecolare relativa espressa in grammi.  Con questa esperienza si è voluto dimostrare che quando si ha un reagente in eccesso (nel nostro caso l'HCl) questo reagisce solo in parte con l'altro reagente (che viene invece utilizzato tutto) e la parte restante rimane inutilizzata e miscelata al prodotto di reazione. Facendo reagire HCl e CaCO₃ secondo la seguente reazione:

CaCO₃ + 2HCl    CaCl₂ + H₂O + CO ₂

Si può notare una chiara effervescenza, segno di fuoriuscita di gas, che nel nostro è CO ₂ (e si dice quindi che si svolge anidride carbonica) la soluzione per il resto rimane incolore e senza precipitato, in quanto il CaCl₂ è un sale molto solubile.