CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

Transcripción

1 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Se utilizan en el análisis químico y en los procesos industriales para conocer las cantidades de masa, moles o volumen de reactivos y productos en un proceso. Las relaciones estequiométricas pueden ser: mol mol, masa-masa, volumen-volumen, mol-masa, masavolumen, mol-volumen. El método mol consiste en interpretar los COEFICIENTES estequiométricos de una reacción química COMO EL NÚMERO DE MOLES de cada sustancia. RELACIÓN MOL-MOL Es la relación que puede establecerse entre la cantidad de moles de 2 sustancias que participan en una reacción química. RELACIÓN MASA-MASA Se usa para determinar la masa de una sustancia a partir de la masa de otra sustancia que participan en un mismo proceso. RELACIÓN VOLUMEN-VOLUMEN Es posible hacer cálculos estequiometricos con volúmenes molares, siempre y cuando las sustancias involucradas sean gaseosas y las reacciones se lleven a cabo en condiciones TPN (Temperatura y presión norma les: temperatura 0 C o 273 K; pre sión 760 mm de Hg o 1 atm.) Para la resolución de estos problemas estequiométricos se procede de la siguiente forma: Escribir la ecuación química del proceso. Aplicar la Ley de Lavoisier, es decir, balancear la ecuación. Expresar los pesos moleculares, moles o volúmenes de las sustancias que interesan, de acuerdo con el planteamiento del problema. Establecer la proporción y despejar la incógnita. EJEMPLOS 1. Cuántos gramos de cloruro de plata se formarán al hacer reaccionar una solución que contiene 5 g de cloruro de sodio con la cantidad necesaria de nitrato argéntico, según la siguiente ecuación balanceada? PA C Na 23 Ag 108 5g X g NaCl + AgNO3 NaNO3 + AgCl 58.5 g g 5 x 5 g x 143.5g / 58.5 g Resultado: g de AgCl 1

2 2.-El gas propano C 3H 8 en presencia de oxígeno reacciona para dar CO 2 y H 2O. Cuántos moles de CO 2 se forman cuando se queman 110 g de propano en presencia del aire? 110 g x mol C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O 44 g 3 moles 110 x 44 3 mol 110 g x 3moles X x 7.5 moles de CO 2 44 g 3.- Cuántos moles de O2 se necesitan para formar 0.80 moles de Cl 2, según la siguiente ecuación? x mol 0.80 mol 4HC1 + O2 2H20 + 2C12 1 mol 2 moles x 0.80 mol 1 mol 2 moles 0.80 x 1 x 0.4 mol de O Cuántos litros de amoniaco se obtienen a partir de 20 g de nitrógeno, según la siguiente ecuación? 20 g x L N2 + 3H2 2NH3 28 g 2 moles x 22.4 L/mol 44.8 L 20 g x 28 g 44.8 L 20 x 44.8 x 32 L de NH 3 28 Resolver el ejercicio PONTE EN FORMA de las páginas 31 a 34. 2

3 REACTIVO LIMITANTE En los procesos químicos tanto naturales como industriales, es común que los reactivos no se encuentren en la cantidad exacta requerida, es decir, alguno de ellos puede estar en exceso, y de otros no puede haber la suficiente cantidad; estos últimos determinan cuanto producto se formará. Reactivo Limitante: sustancia que reacciona en su totalidad y limita la cantidad de producto formado en una reacción química. Reactivo en exceso: reactivo que no se consume en su totalidad. RENDIMIENTO DE REACCIÓN La cantidad máxima de producto que se puede obtener en una reacción química, determinada mediante cálculos estequiométricos, se conoce como rendimiento teórico. Por lo general, el rendimiento obtenido al efectuar una reacción química, en el laboratorio o en un proceso industrial, es menor que el esperado, debido a que comúnmente existen pérdidas en el proceso, a éste se le conoce como rendimiento real. El rendimiento porcentual es un índice que permite determinar la eficiencia de una reacción química a través de la relación química a través de la relación entre el rendimiento real el rendimiento teórico. Eficiencia o rendimiento es el porcentaje de conversión de los reactantes en productos, ya que no todas las reacciones se llevan a cabo al 100%. EJEMPLO 1. El zinc reacciona con el HC1 para producir ZnCl 2 e hidrógeno; si se mezclan 5 gramos de zinc con HC1, cuál es el peso real de ZnCl 2 producido, si la reacción se efectúa con un rendimiento de 80%? 5g xg Zn + 2HCl ZnCl 2 + H 2 65 g 136 g 5g x 5 x 136 x g de ZnCl Esto es si fuera al 100% Para determinar el 80% de rendimiento, lo hacemos mediante una regla de tres simple % x 80% x 80 X 8.3 gramos de ZnCl Resolver el ejercicio PONTE EN FORMA de las páginas 39 y 40. 3

4 COMPOSICIÓN PORCENTUAL Es común expresar la composición de un producto en términos porcentuales (%). En las etiquetas comerciales se reporta la composición porcentual: en un envase de leche procesada solo se proporciona el porcentaje de grasa y proteína; las bebidas alcohólicas sólo deben indicar el porcentaje de alcohol. Recordemos que la Les de las Proporciones Definidas de Proust, comprueba que la composición de una sustancias siempre es igual, es decir, un compuesto siempre tiene la misma composición porcentual. La masa total del compuesto representa 100%, mientras que la masa de cada uno de sus elementos corresponde a un porcentaje parcial. Este porcentaje constituye la masa en gramos del elemento presente en 100 g del compuesto. Para averiguar la composición porcentual de un compuesto, se siguen estos pasos: 1. Determinar la masa molar del compuesto 2. Dividir la masa de cada elemento entre la masa molar del compuesto. 3. Multiplicar el resultado por cien. Siguiendo el ejemplo de la página 42 resuelve el ejercicio PONTE EN FORMA de la página 43. FÓRMULA MÍNIMA Y MOLECULAR Fórmula mínima: o fórmula empírica, representa la mínima relación entre átomos de cada elemento que forman un compuesto. Fórmula molecular o fórmula verdadera, indica la relación real entre los átomos de cada elemento que constituyen un compuesto, y corresponde a un múltiplo de la fórmula mínima. Para determinar la fórmula mínima de una sustancia, se necesita saber la composición porcentual de cada elemento presente en el compuesto. EJEMPLO: El análisis químico de la nicotina, presente en las hojas del tabaco es: 74% de carbono, 8.65% de hidrógeno y 17.35% de nitrógeno. Determinar su fórmula mínima. Paso 1: Considerar 100 g del compuesto, para obtener los gramos de cada elemento: Elemento Composición porcentual en la nicotina (%) Masa (g) C H N Paso 2. Determinar el número de moles de cada elemento presentes en el compuesto: Elemento Masa (g) Masa molar g/mol Número de moles (n) C / H / N /

5 Paso 3. Determinar la mínima relación molar entre los elementos, para ello se divide el número de moles de cada uno entre el número de moles menor. Elemento Número de moles (n) Relación molar C 74 / / H 8.65 / / N / / Paso 4. Si los valores obtenidos son números enteros o muy cercanos a la unidad, corresponden a los subíndices de cada elemento, es decir, al número de átomos que constituyen la fórmula empírica o mínima. RESULTADO: la fórmula mínima de la nicotina es C 5H 7N. La fórmula molecular se determina conociendo la fórmula mínima y la masa molar del compuesto; la fórmula molecular puede ser igual a la formula mínima o un múltiplo de ésta. Para calcular la fórmula molecular se determina el factor (f) que existe entre la masa molar de la sustancia y la masa molar de la fórmula mínima. Masa molar del compuesto f Masa molar de la fórmula mínima El cálculo de f nos permite obtener el número de veces que la fórmula empírica se encuentra contenida en la fórmula molecular. EJEMPLO: Determina la fórmula molecular de un hidrocarburo cuya composición es: 92.3% de C y 7.7% de H, y su masa molar es de g/mol Paso 1: Determinar fórmula mínima. Elemento Comp. Masa Masa Molar No. Moles (n) Relación Molar Porcentual % (g) (g/mol) C / / H / / Entonces, la formula mínima es CH Paso2. Determinar la masa molar de la fórmula mínima. Elemento Número de átomos Masa Molar (g/mol) Masa total del elemento (g) C H Masa molar: g/mol Paso 3. Calcular f Masa molar del compuesto g/mol f Masa molar de la fórmula mínima g/mol El valor resultante significa que la fórmula empírica está contenida 6 veces en la fórmula molecular. Fórmula molecular (fórmula mínima) 6 (CH) 6 RESULTADO: la fórmula molecular es C6H6 5