SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE ESTEQUIOMETRÍA

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1 SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE ESTEQUIOMETRÍA 1. La reacción del aluminio con el cloro produce cloruro de aluminio. a. Qué masa de tricloruro de aluminio se obtiene al hacer reaccionar 23 g de aluminio con un exceso de dicloro? b. Qué masas de aluminio y cloro se necesitan para obtener 145 g de cloruro de aluminio? Lo primero que se debe hacer es escribir la ecuación química que corresponde a esta reacción química y ajustarla. 2 Al + 3 Cl 2 2 AlCl 3 Mm(Al) = 26,98 g/mol Mm(Cl2) = 2. 35,45 = 70,90 g/mol Mm (AlCl3) = 26, ,45 = 133,33 g/mol a. 2 Al + 3 Cl 2 2 AlCl 3 23 g m? Se calcula el número de moles de Al que representan los 23g. Se relaciona el número de moles de Al con el número de moles de tricloruro de aluminio, tal y como nos indica el ajuste de la reacción química. =. 0,85 moles de Al = 0,85 moles Una vez obtenido el número de moles de producto, se calcula la masa de AlCl 3 que se obtiene. = n. Mm = 0, ,33 = 113,33 g b. 2 Al + 3 Cl 2 2 AlCl 3 m? m? 145 g Primero se calcula el número de moles que corresponde a 145 g de tricloruro de aluminio. Página 1

2 Se relaciona el número de moles de la sal con el número de moles de aluminio según nos indica el ajuste de la ecuación química, y después se calcula la masa correspondiente. mal = 1,09. 26,98 = 29,41 g Para calcular la masa que se necesita de cloro relacionamos los moles de sal con los moles de cloro según la ecuación química ajustada: = 1,64. 70,90 = g IMPORTANTE: Observa que se cumple la Ley de Lavoisier (la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos). 29, ,92 = 145,33 g (la diferencia con 145 g se debe a los decimales que se redondean). 2. Al mezclar una disolución de hidróxido de sodio con una disolución de nitrato de cobre (II), Cu(NO 3 ) 2, se forma un precipitado de hidróxido cúprico y nitrato de sodio (NaNO 3 ). a. Escribe y ajusta la ecuación química que corresponde a la ecuación química anterior. b. Calcula la masa de hidróxido de cobre (II) que se formará al mezclar 20 cm 3 de NaOH 0,5 M con una disolución de nitrato cúprico en exceso. 2 NaOH + Cu(NO 3 ) 2 Cu(OH) NaNO 3 20 cm 3 m? 0,5 M Mm (Cu(OH)2) = 63, (15,99+1,01) = 97,55 g/mol Se calcula el número de moles de hidróxido sódico que hay en 20 cm 3 (es necesario pasar este volumen a litros) de una disolución 0,5 M. nnaoh = M. V = 0,5. 0,02 = 0,01 moles Se relaciona el número de moles de hidróxido de sodio con el número de moles del hidróxido cúprico según la reacción ajustada: Se calcula la masa de hidróxido de cobre (II) multiplicando por su masa molar. = n. Mm = ,55 = 0,49 g Página 2

3 3. El clorato de potasio se descompone por calentamiento formando cloruro de potasio y oxígeno. Qué masa de trioxoclorato(v) de potasio se deberá descomponer para obtener 20 L de O 2, medidos a 10ºC y 0,8 atm? DATO: R=0,082 atm.l/mol.k KClO 3 KCl + O 2 m? 20 L (0,8 atm, 10ºC) Mm(KClO3) = 39, , ,99 = 122,52 g/mol Primeramente se calcula el número de moles de O 2 que hay en 20 L de este gas medido a 0,8 atm de presión y 10ºC (= 283 K), mediante la ecuación de estado de los gases ideales: 0,8. 20 = n. 0, = = 0,69 moles Se relaciona el número de moles del oxígeno con el número de moles de la sal ternaria cuya masa queremos obtener. Se calcula la masa de clorato de potasio multiplicando el número de moles por su masa molar: = 0, ,52 = 56,32 g 4. Determina la masa de oxígeno que se necesita para quemar 0,53 m 3 de metano medido a 5 atm y 25ºC. Cuando se quema o se produce la combustión de un compuesto que presenta carbono en su molécula, en presencia de oxígeno, se obtienen SIEMPRE como productos dióxido de carbono y agua. A este tipo de reacciones se les denomina REACCIÓN DE COMBUSTIÓN. Se escribe y se ajusta la ecuación que corresponde a la reacción de combustión del metano: CH O 2 CO H 2 O 0,53 m 3 m? 5 atm, 25ºC *Se realiza igual que el ejercicio anterior Recuerda: el volumen deberá estar en litros Mm(O 2 ) = 2. 15,99 = 31,98 g/mol Página 3

4 I.E.S de Pastoriza =. 0, = 108,44 moles = 216,89. 31,98 = 6936,24 g 5. La combustión de cierta masa de butanol (C4H9OH) produce 52,4 g de agua. a. Calcula la masa de butanol quemada. b. Determina los moles de dióxido de carbono que se han producido. c. Calcula el volumen de oxígeno, medido en c.n. que se ha necesitado. Se trata de una reacción de combustión, por lo que el butanol reaccionará con oxígeno molecular obteniéndose como productos dióxido de carbono y agua. C4H9OH + m? O2 4 CO2 + 5 H2O V(c.n.)? n? 52,4 g Mm(C4H9OH) = 4.12, , ,99 = 74,13 g/mol Mm (H2O) = 2. 1, ,99 = 18,01 g/mol 0,58 moles = 0,58. 74,13 = 43,14 g b. 2,33 moles c. 3,78 moles *RECUERDA: Un gas en c.n. está a 1 atm de presión y 0ºC 1. V = 3,78. 0, V = 84,62 L Página 4

5 6. Al reaccionar el ácido clorhídrico con el óxido de calcio se produce la siguiente reacción: CaO (s) + HCl (ac) CaCl 2 (ac) + H 2 O (l) Se podrían obtener 111 g de cloruro de calcio si se parte de 73 g de ácido clorhídrico? Calcula la masa de óxido de calcio que se necesita para obtenerlos. CaO (s) + 2 HCl (ac) CaCl 2 (ac) + H 2 O (l) m? 73 g 111 g? m? 111 g Mm(HCl) = 1, ,45 = 36,46 g/mol Mm(CaCl 2 ) = 40, ,45 = 110,98 g/mol Mm(CaO) = 40, ,99 = 56,07 g/mol = ,98 g = 110,98 g Sí, con 73 g de ácido clorhídrico se podrían obtener 111 g de cloruro de calcio. m CaO = 1. 56,07 = 56,07 g 7. La reacción entre el cinc y el ácido clorhídrico produce cloruro de cinc e hidrógeno. Para determinar la riqueza de un cinc muy impuro se tomaron 5 g de muestra y se hicieron reaccionar con ácido clorhídrico en exceso. El volumen de hidrógeno producido fue de 824 cm 3, medido a 25ºC y 1,2 atm. Qué porcentaje de cinc hay en la muestra? Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 5 g 824 cm 3 (1,2 atm, 25ºC) %? La muestra de la que se parte tiene un % de Zn, por lo que de los 5g de muestra no se sabe qué cantidad corresponde al Zn. Sin embargo se puede calcular el número de moles de hidrógeno que se forman, y después se relaciona estos moles con los de cinc. Se calcula la masa de cinc puro que hay en la muestra y a partir de ahí se calcula el porcentaje de cinc existente en la muestra. Mm(Zn) = 65,41 g/mol Página 5

6 1,2. 0,824 =. 0, = = 0,04 moles m Zn = 0,04. 65,41 = 2,65 g % riqueza =. 100 % Zn =. 100 = 52,94 % 8. Al calentar fuertemente fosfato de calcio, dióxido de silicio y carbono, se obtiene fósforo que, dada la alta temperatura, se separa en forma de gas. La ecuación química es: Ca 3 (PO 4 ) 2 + SiO 2 + C P 4 + CaSiO 3 + CO 2 Si se parte de 250 g de Ca 3 (PO 4 ) 2, de 100 g de SiO 2 y de 50 g de C, qué masa de fósforo se obtiene? 2 Ca 3 (PO 4 ) SiO C P CaSiO CO 2 Primero es necesario conocer cuál es el reactivo limitante. Se denomina reactivo limitante a aquel reactivo que se consume todo en la reacción química. Para conocer cuál es el reactivo limitante es necesario pasar la masa en gramos de un reactivo a moles y después calcular la cantidad que se necesita de los otros reactivos y observar si en el problema nos dan mayor o menor cantidad. Mm(Ca 3 (PO 4 ) 2 ) = 3. 40, , ,99 = 310,1 g/mol Mm(SiO 2 ) = 28, ,99 = 60,07 g/mol Mm(C) = 12,01 g/mol Mm(P4) = 4. 30,97 = 123,88 g/mol = 0,81 moles = 2,42. 60,07 = 145,28 g Se observa que para que reaccione todo el fosfato de calcio se necesitan 145,28 g de sílice, y no hay más que 100 g, por lo que se ve que el fosfato de calcio está en exceso. El dióxido de silicio podría ser el reactivo limitante, se puede deducir calculando la relación que existe con el carbono. Página 6

7 I.E.S de Pastoriza = 1, 66 moles = 1,39. 12,01 = 16,66 g Se observa que se para que reaccione todo el dióxido de silicio se necesitan 16,66 g de carbono, sin embargo hay 50 g de carbono. El reactivo limitante es el dióxido de silicio. Su masa es la que se tomará como punto de partida y se realizará todo el problema en función de este compuesto. Para calcular la cantidad de fósforo que se formará se parte de 100 g de sílice (1,66 moles): = 0, ,88 = 34,27 g 9. Tenemos 150 ml de disolución de HCl 0,50 M y echamos en ella un trozo de hierro de 2,0 g, el cual reacciona con el HCl para dar cloruro de hierro(iii) y gas hidrógeno que se desprende. a. Escribe y ajusta el proceso que tiene lugar. b. Deduce cuál es el reactivo limitante y si quedará algo de hierro sin reaccionar. c. Qué volumen de H2 se desprende medio en c.n.? 6 HCl + 2 Fe 150 ml 2,0 g 0,5 M 2 FeCl3 + 3 H2 Mm(Fe) = 55,85 g/mol b. nhcl = M. V = 0,5. 0,15 = 0,075 moles mfe = 0, ,85 = 1,40 g Se observa que se consume menos cantidad de hierro que de ácido clorhídrico, por lo que el reactivo limitante es el HCl ya que se consume todo. 2,0 1,40 = 0,60 g de Fe quedan sin reaccionar. c. 1. V = 0,038. 0, Página 7 = 0,85 L

8 10. El hierro puede obtenerse según la reacción: Fe 2 O 3 (s) + CO(g) Fe(s) + CO 2 (g) El análisis de una muestra de 978 g de un mineral que contiene óxido férrico ha dado 354 g de hierro. Cuál es la riqueza en óxido de hierro (III) del mineral? Fe 2 O 3 (s) + 3 CO(g) 2 Fe(s) + 3 CO 2 (g) 978 g mineral 354 g Mm(Fe) = 55,85 g/mol Mm(Fe 2 O 3 ) = 2. 55, ,99 = 159,67 g/mol n Fe = = 6,34 moles = 3, ,67 = 506,03 g % Fe 2 O 3 = 100 = 51,74% 11. Calcula el rendimiento de la reacción de combustión del octano, C 8 H 18, sabiendo que al quemar 83 g de octano se obtienen 232 g de CO 2. C 8 H 18 + O 2 8 CO H 2 O 83 g rto(232 g)? Mm(C 8 H 18 ) = 8. 12, ,01 = 114,26 g/mol Mm(CO 2 ) = 12, ,99 = 43,99 g/mol problema dice que sólo se obtienen 232 g. = 5,81. 43,99 = 255,64 g Se deberían obtener 255,64 g pero el Rendimiento de una reacción = Rto = Página 8

9 12. La descomposición térmica del clorato de sodio (NaClO 3 ) produce cloruro de sodio y oxígeno. Calcula el rendimiento de la reacción si a partir de 100 g de clorato sódico se han obtenido 43,2 g de oxígeno. NaClO 3 NaCl + O g rto(43,2 g)? Mm(NaClO 3 ) = 22, , ,99 = 106,41 g/mol Mm(NaCl) = 22, ,45 = 58,44 g/mol m NaCl = 0,94. 58,44 = 54,92 g la reacción transcurriera al 100%. Sería la masa que se obtendría de cloruro de sodio si Rto =. 100 = 78,66% Página 9