químicas Andrés s Cedillo, AT Masa molecular y masa fórmulaf 3.4. Relaciones estequiométricas

Transcripción

1 Quíca Andrés s Cedllo, AT-50 cedllo@xanu.ua.x 3. Fórulas F y ecuacones quícas 3.. Ecuacones quícas 3.. Masa olecular y asa fórulaf 3.3. El concepto del ol 3.4. Relacones estequoétrcas trcas Cap.

2 3.. Ecuacones quícas Una reaccón n quíca perte conocer la cantdad necesara de los reactvos y la cantdad de productos forados. Toda reaccón n quíca se representa por una ecuacón n quíca ca. Ejeplo. Cuando el hdrógeno gaseoso se quea con el oxígeno del are se fora vapor de agua. reactvos H (g)) + O (g) H O (g)( productos produce coefcentes estequoétrcos reaccona con 3.. Ecuacones quícas Ecuacón n quíca Escrbr los reactvos del lado zquerdo y los productos del lado derecho. Indcar el estado físco f de cada copuesto (g,( l, s, ac). Balancear la ecuacón. Ejeplo. Escrba la reaccón que ocurre entre dos líqudos, hdrazna y tetraóxdo de dntrógeno, para forar ntrógeno gaseoso y vapor de agua. N H 4 (l) + N O 4 (l) 3 N (g) + 4 H O (g) Ejercco. Crstales de hdróxdo de sodo reacconan con dóxdo de carbono del are para forar un polvo blanco, carbonato de sodo, y agua líquda

3 3.. Ecuacones quícas 3 Dado que el núero n de átoos de cada eleento no puede cabar, debe haber el so núero n de cada lado de la ecuacón quíca. En este caso, se dce que la ecuacón n está balanceada. Para todo cálculo de cantdades,, se necesta que la reaccón n esté balanceada. 3.. Ecuacones quícas 4 Balanceo. Se deben conocer las fórulas f de todos los reactvos y productos de la reaccón. Escrbr la ecuacón n sn balancear.. Se elgen los coefcentes adecuados para cuplr la condcón n de conservacón. n. Se recoenda ncar con los eleentos que aparecen en enos copuestos. Nunca se odfcan los subíndces de las fórulas. f Ejercco. Balancee la ecuacón quíca de la cobustón del etano.

4 3.. Ecuacones quícas 5 Tpos de reaccones Es portante dentfcar algunos tpos de reaccón n para predecr los productos. Reconocer las regulardades en la reactvdad faclta su copresón. Reaccones de cobnacón Una o ás s sustancas reacconan para forar un producto. Ejeplo. Mg (s)) + O (g) MgO (s) El Mg perde dos electrones para forar Mg + y los recbe el oxígeno. En una reaccón n de cobnacón n entre un etal y un no etal se fora un copuesto ónco. 3.. Ecuacones quícas 6 Tpos de reaccones (cont.( cont.) Reaccones de descoposcón Un copuesto produce dos o ás s sustancas. Ejeplos. CaCO 3 (s) CaO (s)) + CO (g), NaN 3 (s) Na (s)) + 3 N (g)). La últa reaccón n se usa en las bolsas de are de los autoóvles, ya que 00 g del sóldo s producen rápdaente r 50 L de gas. En uchos casos la descoposcón n ocurre al calentar, pero no sepre es así.

5 3.. Ecuacones quícas 7 Tpos de reaccones (cont.( cont.) Reaccones de cobustón Es una reaccón n rápda r que requere de oxígeno y que produce una flaa. Al quear hdrocarburos, se fora agua y dóxdo de carbono, s hay oxígeno sufcente. Ejeplos. C 3 H 8 (g) + 5 O (g) 4 H O (g)( ) + 3 CO (g), C 6 H O (s)) + 6 O (g) 6 H O (g)( ) + 6 CO (g)). La últa reaccón n la usan los seres vvos coo fuente de energía. Estas reaccones son de oxdacón. 3.. Masa olecular y asa fórulaf Masa atóca en el S. XIX A partr de 00.0 g de agua se obtenen. g de hdrógeno y 88.9 g de oxígeno. Esto es, hay 8.0 veces ás s oxígeno que hdrógeno. El voluen que ocupa el hdrógeno es el doble que el oxígeno. Se asue que el núero n de partículas es el doble y que la relacón n es H:O. Así,, el oxígeno es 6.0 veces ás s pesado que el hdrógeno (asa atóca relatva). El valor actual de la asa relatva del oxígeno es 5.87.

6 3.. Masa olecular y asa fórula f Masa atóca Los átoos son uy pequeños, por lo que se usa una escala de asas atócas, la escala del carbono. En esta escala, al sótopo se le asgnan 6C exactaente undades de asa atóca, C = ua Masa olecular y asa fórula f 3 Así, ua = 6 C 9 Coo el sótopo F 9 es 9.00/ veces ás asvo que el sótopo de referenca, entonces 9 F =9. 00 ua 9

7 3.. Masa olecular y asa fórula f 4 Para otros sótopos, se conoce su asa relatva. La espectroetría a de asas perte deternar asas relatvas.. Tabén separar sótopos y conocer su abundanca relatva. 3.. Masa olecular y asa fórula f 5 Espectroetría de asas

8 3.. Masa olecular y asa fórula f 6 Al separar los sótopos de un átoo, tabén se puede deternar su abundanca relatva. Cl = 34.97ua 35 7 C = 36.97ua 37 7 ( 75.53% ) ( 4.47% ) 3.. Masa olecular y asa fórula f 7 Masa atóca proedo de un eleento X = a a : abundanca relatva de cada sótopo : asa atóca de cada sótopo Ejeplo. Para el cloro, Cl = a + a = 35 7 Cl 35 7 Cl 37 7 Cl 37 7 Cl ua. Cuando sólo hay dos sótopos, la asa atóca proedo perte conocer la abundanca. Ejercco. La asa atóca proedo del Br es ua, calcule la abundanca de los dos sótopos estables, Br = 78.9 ua, Br = 80.9 ua

9 3.. Masa olecular y asa fórula f 8 Masa olecular La asa de una olécula, o asa olecular, es la sua de la asa de los átoos que la foran. agua = x.008 ua ua = 8.0 ua Núero de Avogadro: núero de átoos de C presentes en una uestra de g de C. N A = 6.0 x 0 3 La asa de un átoo se calcula a partr de la asa de una uestra, con un núero de partículas conocdo. = ndvdual N uestra partículas 3.. Masa olecular y asa fórula f 9 La relacón entre la asa de dos átoos sepre es la sa, = 0 = = 000 N = N A A así, en g de C, hay N A átoos de C ( ua); en g de Cl, hay N A átoos de Cl (35.46 ua); en g de 35 Cl, hay N A átoos de 35 Cl (34.97 ua); en 8.0 g de H O, hay N A oléculas de H O (8.0 ua). Ejercco. Calcule la asa de un átoo de ttano y el núero de átoos de ttano presentes en 0.00 g de este etal. S se cubre la terra con N A cancas, se foraría una capa de 5 k de espesor. Al aplar N A onedas de un peso, la coluna edría 0 8 k. (d Terra-Sol ~.5x0 8 k; r Sstea solar ~6.0x0 9 k; año luz~0 3 k; r Va láctea ~0 8 k.)

10 3.. Masa olecular y asa fórula f 0 Masa fórulaf La asa fórula f de una sustanca es la sua de las asas atócas de cada átoo de su fórula f quíca. En un copuesto olecular, la asa fórula f concde con la asa olecular. Para las sustancas óncas sólo s se usa la asa fórula, f ya que no hay oléculas neutras en el crstal El concepto del ol Los átoos son uy pequeños para anpularlos o contarlos ndvdualente, por esta razón n es ás s convenente tratar con una coleccón n de objetos. objetos docena 00 objetos centena N A objetos ol

11 3.3. El concepto del ol Un ol es la cantdad de sustanca que contene N A partículas de dcha sustanca. El núero n de oles se denota con n y su undad es el ol El concepto del ol 3 Ejeplos. ol de átoos de H 6.0 x 0 3 átoos de H ol de oléculas de H 6.0 x 0 3 oléculas de H.04 x 0 4 átoos de H ol de oléculas de H O 6.0 x 0 3 oléculas de H O.04 x 0 4 átoos de H 6.0 x 0 3 átoos de O Un ol de H O y un ol de H contenen el so núero de oléculas pero cada uestra tene asa dstnta. #partículas = N A n

12 3.3. El concepto del ol 4 Masa olar La asa olar (M)) es la asa por cada un ol de sustanca. N olécula A olécula = = N C A 6 C 6 M M 6 C M = olécula M C g ol ua g ol ua 6 C = olécula = olécula 6 Nuércaente, la asa olar y la asa olecular concden, pero tenen undades dstntas El concepto del ol 5 Así, la asa es proporconal a la cantdad de atera, = nm n = M Ejercco. El ácdo acetlsalcílco, C 9 H 8 O 4, es el ngredente actvo de la asprna. a) Calcule la asa de ol de C 9 H 8 O 4. b) Calcule el núero de oles de ácdo acetlsalcílco presentes en.000 g de asprna con 9.6% de C 9 H 8 O 4.

13 3.3. El concepto del ol 6 Coposcón n de un copuesto A partr de la fórula f de un copuesto es posble calcular la coposcón porcentual. coposcón n = parte / total Ejeplo. Un ol de H O contene dos oles de átoos de hdrógeno y un ol de átoos de oxígeno. 3 A H O H O M /g ol n /ol /g coposcón.9% 88.79% 3.3. El concepto del ol 7 Ejercco. Obtenga la coposcón porcentual de la glucosa, C 6 H O 6. (40.00% de carbono, 6.74% de hdrógeno y 53.9% de oxígeno.) Ejercco. a) Qué cantdad de herro se puede extraer de.000 kg de Fe O 3? b) Qué cantdad del neral heatta (con 66.4% de Fe O 3 ) se requere para obtener.00 kg de herro? Un ol de Fe O 3 contene dos oles de Fe, n Fe / n Fe O 3 = / =. Por lo tanto, n Fe = n Fe O 3 %Fe = Fe / Fe O 3 %Fe O 3 = Fe O 3 / neral

14 3.3. El concepto del ol 8 Fórula a partr de análss quíco La nforacón n sobre la coposcón perte obtener la proporcón n de átoos presentes en una olécula. La fórula epírca es la relacón n ás s sple entre el núero n de átoos de una sustanca. La fórula olecular ndca la cantdad de átoos de cada eleento que presentes en una sustanca. La glucosa, C 6 H O 6, el acetaldehído, do, CH O, y el ácdo acétco, C H 4 O, tenen la sa fórula f epírca, CH O El concepto del ol 9 Ejeplo. Una uestra de 5.00 g de un copuesto sóldo, de color anaranjado, contene 6.64 g de potaso, 8.84 g de croo y 9.5 g de oxígeno. Encuentre su fórula epírca. 3 4 A K Cr O copuesto /g M /g ol n /ol n /n n Fórula epírca: K Cr O 7

15 3.3. El concepto del ol 0 La cobustón de un copuesto de C, H, y O produce dóxdo de carbono y agua. El carbono del CO sólo provene del copuesto. El hdrógeno del H O sólo s provene del copuesto. El oxígeno de los productos de cobustón provene tanto del copuesto coo del O El concepto del ol Ejeplo. Una uestra de 5.00 g de ácdo acétco se quea en are y se producen 7.33 g de CO y 3.00 g de H O. Obtenga la fórula epírca. n C / n CO = n H / n H O = n C = n CO = CO / M CO n H = n H O = (n H O / M H O ) 3 4 A C H O copuesto n /ol M /g ol /g n /n n CH O La fórula olecular es un últplo de la fórula epírca. El benceno, C 6 H 6, y el acetleno, C H, tene la sa fórula epírca, CH.

16 3.3. El concepto del ol La asa olar se puede deternar por otros étodos y ésta perte encontrar la fórula olecular. Ejeplo. La asa olar del ácdo acétco se deternó con un espectróetro de asas. Ésta es aproxadaente 60 g ol -. Encuentre la fórula olecular. M CH O = 30.0 g ol- M ac.acétco / M CH O =.0 C H 4 O 3.4. Relacones estequoétrcas trcas Cálculos con reaccones Una reaccón n balanceada perte relaconar cantdades de sustanca entre productos y reactvos. no. de oléculas no. de oles Ejeplo. Para la reaccón N H 4 (l) + N O 4 (l) 3 N (g) + 4 H O (g), se cuplen las sguentes afracones: ol de N H 4 reacconan con ol de N O 4, nnh 4 4 ol de N H 4 reacconan con ol de N O 4, = ol de N H 4 reacconan con 0.5 ol de N O 4, nno 4 n N H n N 4 = 3 n n N O 4 H O = 4

17 3.4. Relacones estequoétrcas trcas Ejercco. Para la reaccón N H 4 (l) + N O 4 (l) 3 N (g) + 4 H O (g), a) calcule el núero de oles de hdrazna, N H 4, necesaros para producr.80 ol de ntrógeno gaseoso, N. b) Calcule el núero de oles de ntrógeno olecular forados al reacconar.60 ol de tetraóxdo de dntrógeno. Ejercco. Consdere la reaccón de síntess del aonaco, N (g) + 3 H (g) NH 3 (g). a) Calcule el núero de oles de aonaco producdos cuando reacconan.34 ol de ntrógeno. b) Obtenga la asa de ntrógeno necesara para forar.00 x 0 3 g aonaco. c) Encuentre el núero de oléculas de aonaco foradas al reacconar.34 g de hdrógeno Relacones estequoétrcas trcas 3 Reactvo ltante Cuando los reactvos no están n en condcones estequoétrcas, trcas, aquel que se consue totalente lta la reaccón y se denona reactvo ltante. Todos los cálculos c deben realzarse con el reactvo ltante.

18 3.4. Relacones estequoétrcas trcas 4 Proporcones estequoétrcas Sb (s) + 3 I (s) SbI 3 (s) nco.00 ol 3.00 ol reaccona.00 ol 3.00 ol fnal 0.00 ol 0.00 ol.00 ol n o / a Proporcones no estequoétrcas Sb (s) + 3 I (s) SbI 3 (s) nco.00 ol.00 ol reaccona.33 ol.00 ol fnal 0.67 ol 0.00 ol.33 ol 0 n a 0 0 j n a = n a 0 n a n = a n > a j 0 j j j 0 j En exceso n o / a El reactvo con el enor cocente es el reactvo ltante Relacones estequoétrcas trcas 5 Ejercco. Incalente se tenen.4 ol de antono y.50 ol de yodo que sguen la reaccón Sb (s) + 3 I (s) SbI 3 (s). a) Deterne al reactvo ltante. b) Indque que cantdad de producto se fora. c) Calcule la cantdad de reactvos que quedan sn reacconar. Ejercco. Deterne la cantdad fnal de cada copuesto para la reaccón anteror, s ncalente se tenen.0 g de antono y.40 g de yodo.

19 3.4. Relacones estequoétrcas trcas 6 Rendento de una reaccón Cuando una reaccón n quíca no se copleta en su totaldad, el rendento se deterna a partr de la cantdad de productos forados, o ben, con la cantdad de reactvo ltante consudo. rendent o = cantdad real cantdad esperada 3.4. Relacones estequoétrcas trcas 7 Ejercco. Incalente se tenen.4 ol de antono y.50 ol de yodo que sguen la reaccón Sb (s) + 3 I (s) SbI 3 (s). Calcule la asa de producto forado, s la reaccón se copleta en 78.%. Cap. 4