De acuerdo a lo explicado podemos resolver problemas como los siguientes:

Transcripción

1 Estequiometría de reacciones II Pureza de los reactivos Hasta aquí hemos considerado que las reacciones son completas y que los reactivos son puros. Pero en la práctica, muchas veces esto último no ocurre, es decir, los reactivos no son totalmente puros o bien se encuentran en solución. La pureza de un reactivo suele expresarse en % m/m. Así por ejemplo, si se dice que se dispone de clorato de potasio de 80 % de pureza, significa que de cada 100g del sólido que se tenga, 80 g corresponden al clorato de potasio y el resto a otras sustancias. Salvo que se aclare lo contario, se considera que las impurezas son inertes, es decir que no interfieren en la reacción del componente principal. De acuerdo a lo explicado podemos resolver problemas como los siguientes: Por descomposición térmica del carbonato de calcio (CaCO 3 ), principal constituyente de la piedra caliza, se obtiene óxido de calcio (CaO) y dióxido de carbono (CO 2 ). Al calentar una muestra de 1,5 g de carbonato de calcio impuro, se obtuvieron 0,75 g de óxido de calcio, además de dióxido de carbono. Cuál es la pureza de la muestra? 1 debemos plantear la ecuación ajustada de la reacción CaCO 3 CaO + CO 2 2 debemos conocer las masas expresadas en g que representan los moles de las sustancias de la reacción: Mr CaCO 3 = mol = 100g Mr CaO = 56 1 mol = 56 g 3 entonces establecemos las relaciones de proporción de acuerdo a los valores planteados en la reacción y de los dados en el problema: 56 g CaO g CaCO 3 0,75 g CaO X = 1,34 g CaCO 3 4 establecemos la relación porcentual, es decir referida a 100g de muestra: 1,5 g de muestra ,34 g CaCO 3 100g de muestra X = 89,33 g CaCO 3 La muestra tiene una pureza de CaCO 3 del 89, 33 %, ya que de cada 100 g de muestra 89,3g corresponden a CaCO 3

2 Otro ejemplo Se hicieron reaccionar totalmente 8 g de alambre de cobre (Cu), de 90 % de pureza, con 200 ml de una solución acuosa de nitrato (V) de plata (AgNO 3 ) y se obtuvieron como productos nitrato (V) de cobre (II) (Cu(NO 3 ) 2 ) y plata metálica (Ag). Cuál era la molaridad de la solución empleada? Cu + 2 AgNO 3 (ac) Cu(NO 3 ) 2 (ac) + 2 Ag 2 calculamos los gramos de cobre puro presentes en el alambre de acuerdo al porcentaje de pureza del problema: 100 g alambre g Cu 8 g de alambre X = 7,2 g Cu 3 Calculamos el número de moles de Cu que representa la masa de cobre calculada en el paso anterior a partir de la masa de 1 mol de cobre (Mr Cu = 63,5, por lo tanto un mol de cobre tendrá una masa de 63,5 g): 63,5 g Cu mol 7,2 g Cu X = 0,11 mol 4 Teniendo en cuenta la estequiometría de la reacción, calculamos los moles de AgNO 3 ; de la reacción ajustada inicial hacemos la siguiente deducción: cada mol de Cu reacciona con 2 moles de AgNO 3 por lo tanto, cada 0,11 mol de Cu tenemos 2 0,11 mol de AgNO 3 = 0,22 mol 5 Calculamos ahora sí la molaridad de la solución 200 ml solución ,22 mol AgNO ml solución X = 1,1 mol La solución era 1,1 M, o 1,1 molar

3 Reactivo limitante Cuando se produce una reacción química, no siempre los reactivos están en la proporción necesaria. Se llama reactivo limitante al que está en menor proporción con respecto a la relación estequiométrica y es el que define la máxima cantidad de productos que se pude obtener. Ejemplo: Si se tienen 7,6 g de cloro gaseoso (Cl 2 ) en un recipiente y se introducen 2,3g de sodio (Na) previamente calentado hasta lograr su fusión (líquido). Se genera cloruro de sodio (NaCl), sólido blanco Qué masa de esta sal se pudo haber obtenido como máximo? 2 Na (l) + Cl 2 (g) 2 NaCl (s) 2 debemos conocer las masas expresadas en gramos que representan los moles de las sustancias participantes en la reacción: Mr Na = 23 1 mol de Na = 23g 2 moles de NaCl = 46g Mr Cl 2 = 70 1 mol de Cl 2 = 70g Mr NaCl = 58 2 moles de NaCl = 116g 3 Realizamos las relaciones proporcionales de masas de acuerdo a los valores del problema. De acuerdo con la ecuación inicial ajustada, 46g de sodio (2 mol) reaccionan 70g de cloro (1 mol) para dar 116g de cloruro de sodio (2 mol). Por lo tanto: Por otra parte: 46g Na g NaCl 2,3g Na X = 5,8 g NaCl 70g Cl g NaCl 7,6g Cl X = 12,59 g NaCl La masa de sodio disponible (2,3g) permite obtener menor masa de cloruro de sodio (5,8 g) que el que la masa de cloruro de sodio (12,59g) que permitiría obtener el cloro participante (7,6g). Por lo tanto, el sodio es el reactivo limitante, el cloro está en exceso. Se pueden obtener como máximo 5,8 g de cloruro de sodio

4 Otro ejemplo: El carburo de silicio (SiC), conocido también como carborundo, es uno de los materiales más duros que se conocen. Por ello se lo utiliza como abrasivo industrial. Por reacción, a altas temperaturas, entre sílice (dióxido de silicio, SiO 2 ) y carbono se obtiene carburo de silicio y monóxido de carbono (CO). Resolver: a) Si se mezclan 5kg de sílice (SiO 2 ) con 5 kg de carbono (C) cuál es el reactivo limitante? SiO 2 + 3C SiC + 2 CO (g) 2 debemos conocer las masas expresadas en gramos que representan los moles de las sustancias participantes en la reacción: Masa de 1 mol de SiO 2 = 60 g Masa de 1 mol de C = 12 g masa de 3 moles = 36 g Masa de 1 mol de SiC = 40 g 3 de acuerdo los pasos anteriores se establece la relación estequiométrica: 60 g de SiO 2 reaccionaran con 36 g de C, es decir la relación es: 60/36 = 1,66/1. En el problema en reacción, la relación de 5000g (5kg) de SiO 2 por cada 5000g (5kg) de C, o sea, 1/1. Al comparar entre sí ambas relaciones, que no son iguales, se comprueba que es el SiO 2 el reactivo limitante (1< 1,66). Para verificarlo: 60g SiO g C 5000g SiO X = 3000 g C Cuando se consumieron los 5000g de SiO 2 reaccionaron 3000g de C. Este último reactivo es el que está en exceso, ya que quedan sin reaccionar 2000g de C. b) Cuántos gramos de carborundo se pueden formar como máximo? 1 Para calcular la masa de producto obtenido (carborundo, SiC), se debe utilizar como dato la masa del reactivo limitante. Tomamos como partida la reacción inicial ajustada y sus relaciones de masa: 60g SiO 2 (1 mol) g SiC (1 mol) 5000g SiO X = 3333,33g SiC

5 Como máximo con 5000g de SiO 2, siendo el reactivo limitante, se podrán obtener solo 3333,33 g de SiC c) Cuántos moles del reactivo en exceso quedan sin reaccionar? 1 debo reconocer cuál es la masa del reactivo en exceso sin reaccionar: El reactivo en exceso es el C, según lo averiguado en el inciso a) reaccionaron solo 3000 g del total de 5000 g, entonces surge que: 5000g C 3000g C = 2000g C quedaron sin reaccionar 2 debo reconocer cuantos moles representan esa masa de reactivo en exceso sin reaccionar 12g C mol de C 2000g C X = 166,66 moles de C quedan sin reaccionar 166,66 moles de C