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Consejos para Hacer Problemas de Estequiometría. Cálculos
Consejos para Hacer Problemas de Estequiometría. Cálculos
Consejos para Hacer Problemas de Estequiometría. Cálculos
Estequiometra
Definicin
Informacin cuantitativa de las ecuaciones ajustadas
Por lo tanto, en esta reaccin tenemos que: "2 moles de H2, 1 mol de O2 y 2 moles de H2O" son cantidades estequiomtricamente equivalentes.
Estas relaciones estequiomtricas, derivadas de las ecuaciones ajustadas, pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos.
Ejemplo:
Cuntas moles de H2O se producirn en una reaccin donde tenemos 1,57 moles de O2, suponiendo que tenemos hidrgeno de sobra?
El cociente:
Ejemplo:
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra:
por lo tanto:
Pero la pregunta peda la determinacin de la masa de CO 2 producida, por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2):
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida, la masa de oxgeno consumida, etc.
Clculos
Clculos de moles
de manera que, para cada sustancia en la ecuacin se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccin.
Ejemplo:
N2
Cuntos
moles
hay
en
14,0
g?
Clculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares, pues en la mayora de los experimentos en el laboratorio, es demasiado material. Esto, no es as cuando trabajamos en una planta qumica
En general mediremos gramos, o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas qumicas
Los pesos moleculares y las ecuaciones qumicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Usar los coeficientes de la ecuacin ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos
Para la reaccin:
Tenemos un exceso de HCl, de manera que est presente todo el que necesitamos y ms.
2) 10 g de Ca son 0,25 moles, como tenemos 0,25 moles de Ca, nicamente se producirn 0,25 moles de H2. Cuntos gramos produciremos?
gramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 0,25 moles x 2,016 (g/mol) = 0,504 g
gramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 0,25 moles x 110,98 (g/mol) = 27,75 g
Cuando una ecuacin est ajustada, basta un clculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nmero deseado de moles de un producto. Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacin entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacin ajustada. La ecuacin es la siguiente:
Ejemplo:
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nmero de moles de hidrgeno necesarios para producir 6 moles de NH3 segn la siguiente ecuacin?
a) b)
6 6
moles moles
NH3 NH3
x x
2 3
moles moles
NH3 NH3
/ /
3 2
moles moles
H2 H2
c)
moles
NH3
moles
H2
moles
NH3
a) FALSA: la relacin aqu es [moles de producto / moles de reactivo], pero debe ser [moles de reactivo / moles de producto].
b) FALSA: la relacin aqu es [moles de producto / moles de reactivo], pero debe ser [moles de reactivo / moles de producto].
c) VERDADERA:
d) FALSA: la relacin aqu es [2 moles de reactivo / 3 moles de producto], pero debe ser [3 moles de reactivo / 2 moles de producto].
Para encontrar la masa de producto, basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en g/mol.
Ejemplo:
Cul de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxgeno producida a partir de 0,25 moles de KClO 3 segn la siguiente (Pesos Atmicos: K = 39,1, Cl = 35,45, O = 16,00). ecuacin?
a) 0,25 moles KClO3 x 2 moles KClO3/3 moles O2 x 32 g/1 mol O2 b) 0,25 moles KClO3 x 3 moles O2/2 moles KClO3 x 32 g/1 mol O2 c) 0,25 moles KClO3 x 2 moles KClO3/3 moles O2 x 1 mol O2/32 g d) 0,25 moles KClO3 x 3 moles O2/2 moles KClO3 x 1 mol O2/32 g
En
este
caso,
el
reactivo
es
KClO3,
el
producto
O2
La respuesta correcta es b
a) FALSA: la relacin usada aqu es [moles de reactivo / moles de producto], pero debe ser moles de producto / moles de reactivo].
b) VERDADERA:
c) FALSA: la relacin usada aqu es [moles de reactivo / moles de producto], pero debe ser [moles de producto / moles de reactivo]. Adems, la expresin correcta para el peso molecular es g/mol, y no mol/g.
d) FALSA: el nmero de moles de producto se multiplica por mol/g, pero lo correcto es por g/mol.
En la cuestin correspondiente a este apartado, es muy importante estar seguros de usar la relacin correcta de reactivos y productos de la ecuacin ajustada.
Ejemplo:
Cul de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nmero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 5,2 gramos de acetileno (C2H2)? (Pesos Atmicos: Ca = 40,01, C = 12,01, O = 16,00, H = 1,008).
a) 5.2 g C2H2 x (1 mol C2H2/26 g C2H2) x (1 mol CaC2/1 mol C2H2) x (64.1 g CaC2/1 g mol) b) 5.2 g C2H2 x (26 g C2H2/1 mol) x (1 mol CaC2/1 mol C2H2) x (1 mol/64.1 CaC2) CaC2) c) 5.2 g C2H2 x (1 mol/26 g C2H2) x (1 mol C2H2/1 mol CaC2) x (1 mol/64.1 g d) 5.2 g C2H2 x (26 g C2H2/1 mol) x (1 mol C2H2/1 mol CaC2) x (64.1 g CaC2/1 mol)
Calcular el nmero de moles de dixido de nitrgeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxgeno en la descomposicin del cido ntrico por la luz?
En esta reaccin, se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de cido ntrico. Por tanto, cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambin 3 x 4 = 12 moles de NO2.
En esta reaccin, 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2. Por tanto:
<BR<
Que masa de H2, que reacciona con exceso de O2, produce 11.91 g de H2O? (Pesos Atmicos: H = 1,008, O = 16,00).
en esta reaccin, 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O. De acuerdo con la estequiometra de la reaccin:
Reactivo Limitante
Cuando se ha ajustado una ecuacin, los coeficientes representan el nmero de tomos de cada elemento en los reactivos y en los productos. Tambin representan el nmero de molculas y de moles de reactivos y productos.
Cuando una ecuacin est ajustada, la estequiometra se emplea para saber las moles de un producto obtenidas a partir de un nmero conocido de moles de un reactivo. La relacin de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuacin ajustada. A veces se cree equivocadamente que en las reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos. Sin embargo, en la prctica lo normal suele ser que se use un exceso de uno o ms reactivos, para conseguir que reaccione la mayor cantidad posible del reactivo menos abundante.
Reactivo limitante
Cuando una reaccin se detiene porque se acaba uno de los reactivos, a ese reactivo se le llama reactivo limitante.
Aquel reactivo que se ha consumido por completo en una reaccin qumica se le conoce con el nombre de reactivo limitante pues determina o limita la cantidad de producto formado.
Reactivo limitante es aquel que se encuentra en defecto basado en la ecuacin qumica ajustada.
Ejemplo 1:
Para la reaccin:
La proporcin requerida es de 2 : 1
Si ahora ponemos 15 moles de H2 con 5 moles de O2 entonces como la estequiometra de la reaccin es tal que 1 mol de O 2 reaccionan con 2 moles de H2, entonces el nmero de moles de O2 necesarias para reaccionar con todo el H2 es 7,5, y el nmero de moles de H2 necesarias para reaccionar con todo el O2 es 10.
Es decir, que despus que todo el oxgeno se ha consumido, sobrarn 5 moles de hidrgeno. El O2 es el reactivo limitante
Calcular la cantidad de producto que se formar para cada una de las cantidades que hay de reactivos en la reaccin.
Ejemplo 2:
Se necesita un cierre, tres arandelas y dos tuercas para construir una baratija. Si el inventario habitual es 4,000 cierres, 12,000 arandelas y 7,000 tuercas. Cuantas baratijas se pueden producir?
En esta reaccin, 1 mol de cierres, 3 moles de arandela y 2 moles de tuercas reaccionan para dar 1 mol de baratijas.
1) Divide la cantidad de cada reactivo por el nmero de moles de ese reactivo que se usan en la ecuacin ajustada. As se determina la mxima cantidad de baratijas que pueden producirse por cada reactivo.
2) Determina el nmero de baratijas que pueden hacerse a partir del reactivo limitante. Ya que el reactivo limitante es la tuerca, el mximo nmero de baratijas que pueden hacerse viene determinado por el nmero de tuercas. Entran dos tuercas en cada baratija, de modo que el nmero de bsratijas que pueden producirse, de acuerdo con la estequiometra del proceso es:
Supongamos que se mezclan 637,2 g de NH3 con 1142 g de CO2. Cuntos gramos de urea [(NH2)2CO] se obtendrn?
3) Calculamos el nmero de moles de producto que se obtendran si cada reactivo se consumiese en su totalidad:
4) El reactivo limitante es el (NH3) y podremos obtener como mximo 18.75 moles de urea.
Rendimiento
Se cree equivocadamente que las reacciones progresan hasta que se consumen totalmente los reactivos, o al menos el reactivo limitante.
La cantidad real obtenida del producto, dividida por la cantidad terica mxima que puede obtenerse (100%) se llama rendimiento.
Rendimiento terico
La cantidad de producto que debiera formarse si todo el reactivo limitante se consumiera en la reaccin, se conoce con el nombre de rendimiento terico.
A la cantidad de producto realmente formado se le llama simplemente rendimiento o rendimiento de la reaccin. Es claro que siempre se cumplir la siguiente desigualdad
Una cantidad que relaciona el rendimiento de la reaccin con el rendimiento terico se le llama rendimiento porcentual o % de rendimiento y se define as:
Ejemplo:
La reaccin de 6,8 g de H2S con exceso de SO2, segn la siguiente reaccin, produce 8,2 g de S. Cual es el rendimiento? (Pesos Atmicos: H = 1,008, S = 32,06, O = 16,00).
1) Se usa la estequiometra para determinar la mxima cantidad de S que puede obtenerse a partir de 6,8 g de H2S.
La masa de SbCl3 que resulta de la reaccin de 3,00 g de antimonio y 2,00 g de cloro es de 3,65 g. Cul es el rendimiento? (Pesos Atmicos: Sb = 121,8, Cl = 35,45)
En esta reaccin, 1 mol de Sb4 y 6 moles de Cl2 reaccionan para dar 4 moles de SbCl3.
1) Calcular el nmero de moles que hay de cada reactivo: Peso Molecular del Sb4: 487,2
de modo que el reactivo limitante es el Cl2. Nosotros slo tenemos 0,0282 moles de Cl2.
3) Usar la estequiometra para determinar la mxima cantidad de SbCl3 que puede obtenerse con 2,00 g de Cl2 (el reactivo limitante).
4) Dividir la cantidad real de SbCl3 obtenida por la mxima terica y multiplicar por 100.
Algunos conceptos
Reactivo limitante
Es aquel reactivo concreto de entre los que participan en una reaccin cuya cantidad determina la cantidad mxima de producto que puede formarse en la reaccin.
Proporcin
de
reaccin
Cantidades relativas de reactivos y productos que intervienen en una reaccin. Esta proporcin puede expresarse en moles, milimoles o masas.
Rendimiento
real
Cantidad de producto puro que se obtiene en realidad de una reaccin dada. Comprese con rendimiento terico.
Rendimiento
terico
Cantidad mxima de un producto especfico que se puede obtener a partir de determinadas cantidades de reactivos, suponiendo que el reactivo limitante se consume en su totalidad siempre que ocurra una sola reaccin y se recupere totalmente el producto. Comprese con rendimiento.
Rendimiento
porcentual
Porcentaje
de
pureza
Modificaciones
alotrpicas
(altropos)