C 2H 5OH ( ) + 3O 2(g) 2CO 2(g) + 3H 2O (v) As 2O 3(s) + H 2(g) As (s) + H 2O (l) C 3H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2O (l)

Transcripción

1 Curso: QUÍMICA Semana 08 Tema: ESTEQUIOMETRIA La estequiometria es una parte de la química que trata del estudio de las relaciones cuantitativas entre las masas, el número de moles y los volúmenes de las sustancias que participan en un determinado cambio químico. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA: Fue propuesta por el químico francés A. Lavoisier ( ) considerado el padre de la química moderna, nos dice: En toda reacción química completa y balanceada la masa total de las sustancias reactantes es igual a la masa total de las sustancias productos. Esto es: A + B C + D Suma de las masas de los reactantes 2H 2 + O 2 2H 2O 2mol 1mol 2mol 2(2g) 1(32g) 2(18g) 4g + 32g 36g RELACIONES ESTEQUIOMETRICAS: Suma de las masas de los productos 1. Relación Masa-Masa: Cuántos gramos de Hidrógeno se obtienen al hacer reaccionar 97?5g de Zinc con suficiente cantidad de HCl (ac) según: Zn(s) + 2 HCl (ac) ZnCl 2(ac) + H 2(g) 65g + 73g 136g + 2g E: 65g 2g P: 97.5g x X = 3g de H 2 El Cromo metálico reacciona con el Cloro gaseoso para formar cloruro de Cromo (III), Cuántos gramos de Cloro se requieren para reaccionar completamente con 125g de Cromo? 2. Relación Mol-Mol: En la combinación completa del etanol, cuántos moles de agua se produce a partir de 18 moles del combustible. C 2H 5OH ( ) + 3O 2(g) 2CO 2(g) + 3H 2O (v) E: 1 mol C 2H 5OH ( ) 3 mol H 2O (v) P: 18 mol C 2H 5OH ( ) x mol H 2O (v) X = 54 mol de H 2O (v) En la reacción, As 2O 3(s) + H 2(g) As (s) + H 2O (l) Cuántos moles de As se produce a partir de 10 moles de As 2O 3? 3. Relación Volumen-Volumen: Cuál es el volumen de CO 2 que se produce durante la combustión completa de 15 litros de gas propano (C 3H 8) a condiciones Normales? Ecuación Balanceada: C 3H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2O (l) E: 22,4 L C 3H 8(g) 3x22, 4 L CO 2(g) P: 15 L C 3H 8(g) X CO 2(g) X = 45 L de CO 2 En la combustión completa del C 8H 18, un componente de la gasolina, Cuántos litros de C 8H 18 se necesitan para producir 1 litro de H 2O? 4. Relación Masa-Mol: Podemos producir Cloro en el laboratorio mediante la reacción: HCl (ac) + MnO 2(s) Cl 2(g) + H 2O + MnCl 2(ac) Cuántos gramos de MnO 2 se requieren para formar 12 moles de Cl 2? 4HCl (ac) + MnO 2(s) Cl 2(g) + 2H 2O (l) + MnCl 2(ac) E: 87g MnO 2(s) 1 mol P: X MnO 2(s) 12 mol X = 1,044 g de MnO 2 En la reacción: DOCENTE Ing. Carlos Salazar 1

2 Na (s) + H 2O (l) NaOH (ac) + H 2(g). Cuántos moles de NaOH se forman a partir de 90g de agua? 5. Relación Masa-Volumen: Cuántos litros de oxígeno se producen al calentar 300 g de cloruro de potasio en C.N, según la reacción? 2KClO 3(s) + calor 2KCl (s) + 3O 2(g) E: 244 g KClO 3(s) 3x22,4 L O 2(g) P: 300 g KClO 3(s) X O 2(g) X = 82,6 L de O 2 Cuántos gramos de Calcio se necesitan para producir 224 litros de Hidrógeno en con según: Ca (s) + H 2O (l) Ca(OH) 2(ac) + H 2(g)? 6. Relación Mol-Volumen: Cuántos moles de Hierro se producirán a partir de 112 litros de Hidrógeno en C.N de acuerdo a? 4H 2(g) + Fe 3O 4(s) 3Fe (s) + 4H 2O (l) E: 4x22,4 L H 2(g) 3 mol Fe (s) P: 112 L H 2(g) X Fe (s) X = 3,75 mol de Fe Cuántos litros de BF 3 se producirán a partir de 4 mol de B 2O 3, según? B 2O 3(s) + HF (l) BF 3(g) + H 2O (l) REACTIVO LIMITANTE Y REACTIVO EN EXCESO: Es frecuente que en las reacciones químicas los reactantes no se encuentran en las cantidades estequiométricas exactas, ya que cuando se va ha realizar una síntesis real, generalmente los reactivos más económicos se usan en exceso para asegurar que el reactivo más costoso se convierta totalmente en producto. REACTIVO LIMITANTE (R.L): Es el reactivo que interviene en menor proporción que la estequiométrica; por lo tanto, se consume totalmente y limita la cantidad de productos formados. REACTIVO EN EXCESO (R.E): Es aquel reactivo que interviene en mayor proporción que la estequiométrica; por lo tanto hay en exceso cuando termina la reacción química. PARA DETERMINAR EL R.L: a. Cuando las relaciones entre los reactantes son de masa-masa, mol-mol y volumen-volumen, se divide la cantidad dada (P) entre la estequiométrica (E), y en el reactivo que se obtenga el menor cociente se tendrá el R.L. Para preparar Aspirina (ácido acetil salicílico), la receta nos dice que hay que mezclar 200 g de Ácido Salicílico y 300g de Anhídrido Acético. Cuál es el R.L y cuántos moles de Aspirina se produce? 2C 7H 6O 3(s) + C 4H 6O 3(l) 2C 9H 8O 4(s) + H 2O (l) P:200gC 7H 6O 3(s)+300g C 4H 6O 3(l X C 9H 8O 4(s) E:138gC 7H 6O 3(s)+102g C 4H 6O 3(l)2mol C 9H 8O 4(s) R.L =P/E: 1,45 2,94 El R.L es el ácido salicílico, luego: 138g 2 mol 200 g X X = 2,90 mol de C9H8O4 El disulfuro de carbono reacciona con el Oxígeno según CS 2(l) + O 2(g) CO 2(g) + SO 2(g). Si se hacen reaccionar 3,5g de CS 2 con 1,75g de O 2, quién es el R.L y cuántos litros de SO 2 se formarán? b. Cuando las relaciones entre los reactantes son masamol, masa-volumen, mol-volumen, se multiplica la cantidad dada (P) por la estequiométrica (E) en forma de aspa hacia arriba, será el R.L en donde se obtiene el menor producto. Cuántas moles de Amoníaco se obtiene cuando reaccionan 5 moles de Hidrógeno con 25g de Nitrógeno? N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) P : 25g 5 mol x E : 28g 3 mol 2 mol R.L: El R.L es el Nitrógeno, luego: DOCENTE Ing. Carlos Salazar 2

3 28g N 2 2 mol NH 3 25g N 2 x x= 1,79 mol de NH 3 La reacción del agua con el metano es una forma de preparar Hidrógeno, según CH 4(g) + H 2O (g) CO 2(g) + H 2(g). Cuando reaccionan 140 moles de agua con 45 litros de metano. Cuántos gramos de Hidrógeno se formarán? PORCENTAJE DE PUREZA DE REACTIVOS: En algunas reacciones químicas unas o más de las sustancias que intervienen se encuentran impuras; pero, de ellas sólo debe reaccionar estequiométricamente la cantidad pura, por lo tanto, las impurezas quedan sin reaccionar. El porcentaje de pureza de una sustancia se determina mediante la siguiente relación: % pureza Se tiene 1Kg de CaCO 3(s)( M =100) con una pureza del 80%. Qué cantidad en gramos de CaO se obtiene al descomponerse el CaCO 3, según: CaCO 3(s) + calor CaO (s) + CO 2(g) E: 100g 56g P: 1000x0.8g x X = 448g de CaO Masa Masa de Sus tan cia Pura x 100 Total de Sus tan cia El carburo de Silicio (SiC) es un abrasivo industrial importante que se obtiene según: SiO 2(s) + 3C (s) SiC (s) + 2CO (g). Si la pureza del carbono es del 75%. Qué cantidad de carborundo (SiC) se podrán preparara partir de 150g de Carbono. 2. Deficiencia durante la purificación del producto deseado, etc. Que nos llevan a obtener una cantidad menor que la estequiométrica, llamada rendimiento real. La eficiencia o rendimiento de una reacción o proceso químico se evalúa mediante: Rendim ientoreal %n= x 100 Rendim ientoteórico El Amoníaco gaseoso se puede preparar mediante la reacción CaO (s) + NH 4Cl (s) 2NH 3(g) + H 2O (g) + CaCl 2(s). Si se aíslan exactamente 100g de Amoniaco, cuando se combinan 190g de CaO con suficiente cloruro de Amonio, el rendimiento de la reacción es: Balanceando la ecuación química se tiene: CaO (s) + 2NH 4Cl (s) 2NH 3(g) + H 2O (g) + CaCl 2(s). P : 56g 34g E : 190g X X = 115,36 100g % n = 115, 36 x 100 = 86,69% Se calienta 2,5 g de cobre con un exceso de azufre y se sintetiza 2,53g de Sulfuro cuproso según: Cu (s) +S 8(s) CuS (s). Cuál es el rendimiento del proceso? RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN QUÍMICA: Hasta ahora en todas las reacciones se ha considerado que tiene una eficiencia del 100%; esta cantidad máxima posible de producto que se forma cuando todos los reactivos se convierten en productos se denomina Rendimiento Teórico. Sin embargo en la práctica no es posible llegar a este rendimiento, debido a factores como: 1. Reacciones colaterales no deseadas. DOCENTE Ing. Carlos Salazar 3

4 CUESTIONARIO: 1. Cuántos gramos de amoniaco se deben descomponer según NH 3(g) N 2(g) + H 2(g) para obtener 360 g de hidrógeno a) 1076 b) 2040 c) 2050 d) 1080 e) Si en la reacción entre el N 2 y el O 2 para dar dióxido de nitrógeno se tiene 0,24 moles de oxígeno puro. Cuántas moles de nitrógeno se necesitan en dicha reacción? a) 0,24 b) 0,18 c) 0,12 d) 0,36 e) 2,3 3. El sodio reacciona violentamente con el agua. Cuántos gramos de Na se necesitan para que reaccione totalmente con 90 g de H 2O, según: Na (s)+h 2O ( ) NaOH (ac)+ H 2(g) a) 115 b) 151 c) 511 d) 110 e) Cuántos gramos de Al 2O 3 se necesitan para producir 100 g de aluminio según: Al 2O 3(s) + C (s) Al (s) + CO 2(g) a) 149 b) 159 c) 169 d) 179 e) Cuántos moles de dióxido de carbono se producen por la combustión completa de 4 moles de glucosa (C 6H 12O 6)? a) 2,4x10-1 b) 2,4x10 1 c) 2,4x10 2 d) 2,4x10-2 e) 4,2x En la reacción: HCl (g) + O 2(g) H 2O ( ) + Cl 2(g); Cuántas moles de HCl se necesitan para formar 0,35 moles Cl 2? a) 0,35 b) 0,70 c) 1,05 d) 1,00 e) 1,40 7. Qué masa en gramos de hidrógeno se pueden producir cuando reaccionan 12 moles de aluminio con suficiente HCl, según la reacción: Al (s) + HCl (ac) AlCl 3(ac) + H 2(g) a) 3,6 x 10-1 b) 3,6 x 10-2 c) 3,6 x 10 2 d) 3,6 x 10 1 e) 3,6 x Cuántas moles de ácido nítrico se requieren para producir 4,4g de N 2O, según Zn (s) + HNO 3(ac) Zn (NO 3) 2(ac)+ N 2O (g)+ H 2O ( a) 1 b) 8 c) 6 d) 4 e) 2 9. Cuántas moles de Fe 3O 4 se pueden obtener al hacer reaccionar 16,8g de Fe con 10g de H 2O, según la ecuación: Fe (s) + H 2O (g) Fe 3O 4( ) + H 2(g) a) 0,2 b) 1,0 c) 0,1 d) 2,0 e) 0,3 10. En cierta cantidad de agua se disuelve 1,22g de NaCl. A esta solución se le agrega 1,7 g de AgNO 3 en solución. Qué cantidad en gramos de AgCl precipito? a) 1,15 b) 1,25 c) 1,85 d) 1,43 e) 0, Hallar el volumen en litros de aire (80% de N 2) que se necesita para la combustión de 3L de acetileno (C 2H 2). a) 7,5 b) 15,7 c) 27,5 d) 37,5 e) Al reaccionar 0,5 moles de hierro con 19,8 g de vapor de agua según: Fe (s) + H 2O (v) Fe 2O 3(s) + H 2(g), se desprende 1,35 g de hidrógeno. El % de rendimiento de la reacción es: a) 10 b) 90 c) 50 d) 80 e) Calcular el volumen en litros a C.N. de CO 2 que se produce a partir del carbono procedente de 2kg de mineral de carbón con 60% de pureza. a) b) c) d) e) Una muestra de 24g de glucosa (C 6H 12O 6) impura es sometida a una fermentación obteniéndose 4,91g de alcohol etílico (C 2H 5OH) Cuál es el % en glucosa de la muestra original? a) 40 b) 20 c) 30 d) 75 e) El agotamiento del ozono (O 3) en la estratósfera ha sido de gran preocupación entre los científicos en los últimos años; se cree que el ozono puede reaccionar con el NO, proveniente de las emisiones de los aviones a propulsión a elevadas alturas según: ) DOCENTE Ing. Carlos Salazar 4

5 O 3(g) + NO (g) O 2(g) + NO 2(g). Si 72g de ozono se hacen reaccionar con 60g de NO, obteniéndose 30,6L de oxígeno a C.N. cuál es el % de rendimiento de la reacción? a) 80 b) 75 c) 91 d) 46 e) Al reaccionar O 2 y H 2 gaseoso, se forma H 2O que rápidamente pasa al estado líquido. Si se combinan 10 moles de O 2 con 5 moles de H 2, Cuántos gramos de H 2O se forman? a) 5 b) 90 c) 180 d) 18 e) Cuántos moles de cloruro de potasio se obtienen por descomposición de 30g de clorato de potasio al 70% de pureza, según la ecuación? KClO 3(s) KCl (s) + O 2(g) a) 1,7 x 10-1 b) 1,7 x 10-3 c) 1,7 x 10 3 d) 1,7 x 10 2 e) 1,7 x Cuántas moles de amoniaco se obtienen cuando reaccionan 6 moles de hidrógeno con 30g de nitrógeno. a) 2,14 b) 1,24 c) 4,12 d) 2,41 e) 4, Se prepara bromuro de plata haciendo reaccionar 18,4g de bromuro de magnesio con cantidad suficiente de Nitrato de Plata. Calcule el rendimiento porcentual, si se obtuvieron 34,20g de bromuro de plata? MgBr 2(ac) + AgNO 3(ac) Mg(NO 3) 2(ac) + AgBr (s) a) 80,0 b) 90,0 c) 81,0 d) 91,0 e) 85,0 20. El cloruro de Plata se puede preparar segun la reacción: AgNO 3(ac) + NaCl (ac) AgCl (s) + NaNO 3(ac). Que cantidad de AgCl se obtiene con 80 g de AgNO 3 del 80% de pureza y 80g de NaCl del 70% de pureza; si la reacción tiene un rendimiento del 95%. a) 31,5 b) 39,8 c) 48,5 d) 51,3 e) N.A. 21. Cuando 1,5 g de magnesio se combinan con oxígeno se obtienen 2,49 g del óxido correspondiente. Determina: I. Qué masa de oxígeno se ha combinado con el magnesio? II. Qué masa de magnesio podría combinarse con 10 g oxígeno? Corresponden las siguientes cantidades: a) 2,99 g de oxígeno y 14,15 g de magnesio b) 1,99 g de oxígeno y 15,5 g de magnesio c) 0,99 g de oxígeno y 15,15 g de magnesio d) 3,99 g de oxígeno y 15,15 g de magnesio e) 1,5 g de oxígeno y 9,15 g de magnesio 22. En el amoniaco, el hidrógeno y el nitrógeno se encuentran en la relación: N/H = 4,632 / 1. Hallar la cantidad de amoniaco que podrá obtenerse a partir de 2,87 g de hidrógeno y la masa de nitrógeno necesaria. a) 12,3 de amoniaco b) 13,3 de amoniaco c) 11,3 de amoniaco d) 15,3 de amoniaco e) 10,3 de amoniaco 23. La composición centesimal del bromuro de cinc es de % de cinc y % de bromo. Si preparamos una reacción entre 6.24 g de cinc y g de bromo I. Existe algún reactivo limitante? II. Qué cantidad de bromuro de cinc se formará? a) El Br es el reactivo limitante y se necesita 19,33 b) El Zn es el reactivo limitante y se necesita 19,33 c) El Br es el reactivo limitante y se necesita 17,33 d) El Br es el reactivo limitante y se necesita 16,33 e) El Zn es el reactivo limitante y se necesita 15, Ordena de mayor a menor las siguientes cantidades: 20 g de carbono; 0.5 moles de carbono; átomos de carbono a) 0.5 moles > 20 g > átomos b) 20g > 0,5 moles > átomos c) 0,5 moles >10 22 átomos > 20 g d) átomos > 0,5 moles > 20g e) 20g> átomos> 0,5 moles DOCENTE Ing. Carlos Salazar 5

6 25. De dónde se puede extraer más cobre de 20 moles de Cu 20 o de 40 moles de Cu O? a) De 40 moles de Cu O b) De 20moles de Cu20 c) De ambos casos se obtiene la misma cantidad d) De 40 moles de Cu O se obtiene solo 50% e) De 40 moles de Cu O se obtiene solo 10% 26. Calcula el número de moles que hay en 196 g de H 2SO 4 (ácido sulfúrico) Cuántos moles hay? Y cuántos átomos? 30. Determina la formula empírica de un hidrocarburo sabiendo que una muestra dada de dicho compuesto contiene moles de carbono y moles de H. a) C3 H5 b) C3 H8 c) C3 H6 d) C3 H2 e) C3 H7 a) Hay 2 moles de ácido sulfúrico y 2, átomos de H, 1, átomos de S y 4, átomos de O b) Hay 3 moles de ácido sulfúrico y 3, átomos de H, 1, átomos de S y 4, átomos de O c) Hay 2 moles de ácido sulfúrico y 2, átomos de H, 3, átomos de S y 4, átomos de O d) Hay 4 moles de ácido sulfúrico y 2, átomos de H, 1, átomos de S y 4, átomos de O e) N.A 27. Determina cual es la composición centesimal del Fe 20 3 a) 70% de Fe y 40% de O b) 50% de Fe y 30% de O c) 70% de Fe y 30% de O d) 60% de Fe y 20% de O e) 71% de Fe y 30% de O 28. Cuántos kilogramos de hierro pueden obtenerse a partir de 2 toneladas de Fe 20 3? a) 2400 kg de Fe b) 1500 kg de Fe c) 3400 kg de Fe d) 1400 kg de Fe e) 4400 kg de Fe 29. Determina la formula empírica de un hidrocarburo sabiendo que una muestra dada de dicho compuesto contiene moles de carbono y moles de H. a) CH4 b) CH 3 c) CH d) CH 5 e) CH 2 DOCENTE Ing. Carlos Salazar 6

7 EVALUACIÓN 1. La siguiente reacción del super oxido de potasio (KO 2), se utiliza en sistemas de supervivenvia para reemplazar al CO 2(g) por O 2(g) en el aire expirado: KO 2(S) + CO 2(g) K 2CO 3(s) + O 2(g). Cuántos moles de O 2(g) se producen cuando reaccionan 156g de CO 2(g) con un exceso de KO 2(s)? a) 12 b) 5,3 c) 8 d) 32 e) En el problema anterior, Cuántos gramos de KO 2(g) se consumen por cada 100g de CO 2(g) que se eliminan del aire expirado? a) 240 b) 24 c) 322,7 d) 200 e) Qué masa de K 3AsO 4 se puede preparar mediante la reacción de 18,4g de H 3AsO 4 con exceso de KOH según: H 3AsO 4 + KOH K 3AsO 4 + H 2O. (As = 75; K = 39) a) 25,3 b) 30,8 c) 33,2 d) 37,5 e) 41,9 4. A partir de 8g de H 2 y 8g de O 2, mediante H 2 + O 2 H 2O ( ), Calcular, los gramos de agua formados. KMnO 4(s) + FeSO 4(s) + H 2SO 4(ac) MnSO 4(ac) + K 2SO 4(ac) + Fe 2(SO 4) 3(s) + H 2O ( ) a) 360 b) 380 c) 370 d) 350 e) Cuántos gramos de CO 2 se obtienen cuando se hace combustionar completamente 40g de CH 4 con 2,5 moles de O 2? a) 20 b) 35 c) 45 d) 55 e) En la reacción: CuO (S) + NH 3(g) N 2(g) +Cu (s) + H 2O ( ); si a partir de 7,95g de CuO se obtienen 5g de Cu. Cuál es la eficiencia de la reacción? a) 79% b) 69% c) 75% d) 83% e) 85% 10. El yodo se obtiene mediante la reacción: SO 2(g) + NaIO 3(s) + H 2O ( ) H 2SO 4(ac) + Na 2SO 4(ac) + I 2(s) cuya eficiencia es del 70%. Calcule cuántos gramos de yodo se pueden obtener con 1kg de SO 2 puro y 2Kg de NaIO 3 del 90%. a) 485,6 b) 375,6 c) 555,6 d) 455,6 e) 277,8 a) 4,5 b) 9,0 c) 18,0 d) 0,1 e) 0, Se hacen reaccionar 40L de dióxido de azufre con 60L de oxígeno a las mismas condiciones de P y T. Determinar el % en volumen que representa el SO 3(g) producido según: SO 2(g) + O 2(g) SO 3(g). a) 10 b) 20 c) 30 d) 40 e) Cuántos gramos de NaOH reaccionan con 3 moles de H 3PO 4, de acuerdo a la reacción: H 3PO 4(s)+ NaOH (ac) Na 3PO 4(ac)+H 2O ( ) a) 260 b) 300 c) 360 d) 480 e) Cuántos gramos de FeSO 4 se requieren para producir 500g de Fe 2(SO 4) 3 de acuerdo a la reacción. DOCENTE Ing. Carlos Salazar 7

8 DOCENTE Ing. Carlos Salazar 8