(Gp:) Moles de
productos
(Gp:) Moles de
reactivos
(Gp:) Masa de
reactivos
(Gp:) Masa de
productos
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productos
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reactivos
(Gp:) Moles de
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(Gp:) Moles de
reactivos
TIPOS DE CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS
EJEMPLO:
CaCO3(s) ? CaO (s) + CO2(g)
CaO (s) + SO2 (g) ? CaSO3 (s)
Se producen 160,000 toneladas de desperdicio sólido (CaSO3).¿cuánto SO2 se elimina y cuánto CaCO3 se necesita en este caso?
(Gp:) 160,000 x 1000 = 1.6 x108 Kg
En gramos,
mCaSO3= 1.6 x108 Kg de CaSO3 1000g = 1.6 x1011 g de CaSO3
1kg
Para trabajar con la ecuación química, transformamos estos gramos en cantidad de sustancia de CaSO3, haciendo uso de su masa molar.
nCaSO3 = 1.6 x 1011g de CaSO3 1 mol de CaSO3 = 1.33x109moles de CaSO3
120.137g de CaSO3
Con esta cantidad de sustancia CaSO3, se obtiene la cantidad de sustancia de SO2 y CaO
nSO2= 1.33×109 moles de CaSO3 1 mol de SO2 = 1.33×109 moles de SO2
1 mol de CaSO3
nCaO= 1.33×109 moles de CaSO3 1 mol de CaO = 1.33×109 moles de CaO 1 mol de CaSO3
Como los coeficientes estequiométricos son iguales, la cantidad de sustancia de todos ellos es la misma. El CaO proviene de la 1ra rxn.
También aquí los coeficientes estequiométricos son iguales, lo que significa que la cantidad de CaO proviene de la misma cantidad de sustancia de carbonato de calcio (CaCO3). Los resultados hasta ahora son:
Se producen 1.33×109 moles de CaSO3
Con esto se eliminan 1.33×109 moles de SO2
Para ello se necesitan 1.33×109 moles de CaO que provienen de 1.33×109 moles de CaCO3
Estas cantidades de sustancia se pueden transformar en masas, con lo que tendremos:
CaCo3(s) ? CaO (s) + CO2(g)
Se producen 1.6×1011 g de CaSO3
Con esto se eliminan 8.52×1010 g de SO2
Para ello se necesitan 7.45x1010g de CaO que provienen de 1.33x1011g de CaCO3
Mas ejemplos en el libro
TAREA
Cálculos estequiométricos
La ilmenita es un mineral de titanio. Su fórmula química es FeTiO3 . Calcula la cantidad de titanio que se puede obtener de una mina, donde diariamente se extraen 6360Kg de ilmenita.
¿De que mineral se puede extraer más hierro a partir de una masa fija de mineral, de la ilmenita (FeTiO3), de la cromita (Fe2Cr2O4) o de la magnetita (Fe3O4)? Justifica tu respuesta.
¿Cuánto mineral se necesita extraer de una mina, si se quieren obtener 2.5x106kg de plomo a partir de la galena (PbS)?
La reacción involucrada en el polvo para hornear (una mezcla de cremor tártaro y bicarbonato de sodio) es la siguiente:
KHC4H4O6 + NaHCO3 ? KNaC4H4O6 + H2O + CO2
Cremor bicarbonato
Tártaro de sodio
Una receta indica que se añadan 2 cucharaditas (8g) de cremor tártaro. ¿Cuánto bicarbonato de sodio debe añadirse para que ambos materiales reaccionen completamente?
el vidrio de cal y soda se emplea para hacer recipientes. El vidrio se prepara fundiendo carbonato de sodio (Na2CO3), piedra caliza (CaCO3) y arena (SiO2). La composición del vidrio resultante es variable, pero una reacción generalmente aceptada es la siguiente:
Na2CO3 + CaCO3 + 6 SiO2 ? Na2O.CaO.6SiO2 + 2CO2
A partir de esta ecuación.¿Cuántos kilogramos de arena se requerirán para producir el suficiente vidrio para obtener 5000 botellas, cada una ocn suna masa de 400g?
Un empresario está interesado en comprar una mina para extraer cobre. En su búsqueda encuentra dos opciones. La primera es una mina de calcopirita (CuFeS2) cuyo precio es 3.5×106 pesos. La segunda es una mina de malaquita (Cu2CO3(OH)2) que tiene un costo de 4.7×106 pesos. Si tú fueras el empresario, ¿Cuál de las dos minas comprarías? Considera que la cantidad diaria de mineral que se puede extraer de ambas minas es equivalente
CLASE 5
Reactivo Limitante
En la realidad, los reactivos no se encuentran en cantidades estequiométricas.
Usualmente 1 o varios de los reactivos están en mayor cantidad de la que se requiere, por lo que al finalizar la rxn quedará un remanente de esos reactivos.
Los reactivos limitantes son los que se terminan durante la rxn química.
Cuando los reactivos limitantes se acaban, la rxn química no prosigue.
Los reactivos en exceso son los que están en mayor cantidad que la que se requiere para reaccionar con los reactivos limitantes.
De los reactivos en exceso, siempre quedará una cierta cantidad al terminar la reacción.
En los cálculos estequiométricos que involucran la presencia de reactivos limitantes, lo 1ro que hay que hacer es decidir cuales son estos reactivos. Una vez determinados, el resto del problema se resuelve como lo hemos hecho hasta ahora, todo con base en la cantidad inicial de reactivos limitantes
Para determinar el reactivo limitante
(Gp:) Calcula la cantidad de sustancia de cada reactivo
S(s) + 3F2 (g) ? SF6
la ecuación indica que 1 mol de S reacciona con 3 moles de F para producir 1 mol de SF6. si colocamos por ejemplo 30moles de S y 35 moles de F2, tenemos que determinar cual es el reactivo limitante.
Trabaja con las cantidades de sustancia de cada reactivo por separado y calculamos la cantidad de productos que se obtienen a partir de cada 1 de las cantidades iniciales de sustancia de los reactivos. Con S tenemos 30moles que producen
nSF6 = 30 moles de S 1 mol de SF6 = 30 moles de SF6
1 mol de S
Para el F2 tenemos 35 moles, lo que nos da
nSF6 = 35 moles de F2 1 mol de SF6 = 11.66 moles de SF6
3 moles de F2
El reactivo cuya cantidad inicial produzca menos cantidad de producto será el reactivo limitanto los demas serán reactivos en exceso.
reactivo limitante es el F2
Para hacer cálculos estequiométricos cuando hay reactivo limitante, puedes seguir los siguientes pasos:
Escribe las fórmulas correctas de reactivos y productos, y balancea la ecuación química.
Cuando sea necesario, calcula la cantidad de sustancia a partir de la masa de las sustancias cuyos datos estén dados en el problema.
Identifica el reactivo limieante. Todos los cálculos se realizan con base en la cantidad inicial del reactivo limitante
Utiliza las razones estequiométricas para calcular la cantidad de sustancia de las sustancias que deseas conocer.
Con la cantidad de sustancia y las masas molares puedes calcular la masa de las sustancias
Siempre analiza tu resultado y pregúntate si es razonable o no.
Se tiene la siguiente reacción
MnO2 + 4HCl ? MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Al inicio se ponen a reaccionar 4.5g de MnO2 con 4g de HCl. ¿cuánto MnCl2, Cl2 y H2O se obtiene? Calcula la cantidad de reactivo en exceso que queda sin reaccionar.
Calculamos la cantidad de sustancia inicial de los reactivos.
Ahora trabajamos con c/reactivo por separado utilizando la cantidad de sustancia inicial para ver cuanto se puede obtener de producto.
nMnO2 =4.5g de MnO2 1 mol de MnO2 = 0.0518moles de MnO2
86.936g de MnO2
nHCl = 4g de HCl 1 mol de HCl = 0.1097 moles de HCl
36.461g de HCl
(Gp:) nMnCl2 = 0.0518 moles de MnO2 1 mol de MnCl2 = 0.0518moles de MnCl2
1 mol de MnO2
nMnCl2 = 0.1097 moles de HCl 1 mol de MnCl2 = 0.0274moles de MnCl2
4 moles de HCl
HCl es el reactivo limitante
Los cálculos siguientes los haremos con base en la cantidad inicial de reactivo limitante (HCl). Transformar la cantidad de sustancia en gramos
3.4481g de MnCl2 a partir de 4.5g de MnO2 y 4g de HCl se obtienen.
Con estos datos calculamos la cantidad de Cl2 y de H2O que se obtiene de la misma reacción.
Transformando en gramos
nMnCl2 = 0.0274 moles de MnCl2 125.844g de MnCl2 = 3.4481g de MnCl2
1 mol de MnCl2
nCl2 = 0.1097 moles de HCl 1 mol de Cl2 = 0.0274 moles de Cl2
4 moles de HCl
nH2O = 0.1097 moles de HCl 2 moles de H2O = 0.0548 moles de H2O
4 moles de HCl
mCl2 = 0.0274 moles de Cl2 70.906g de Cl2 = 1.9428g de Cl2
1 mol de Cl2
nH2O = 0.10548 moles de H2O 18.015g de H2O = 0.9872g de H2O
1 mol de H2O
5. Calcular la cantidad de reactivo en exceso que queda sin reaccionar. Inicialmente teníamos 0.0518 moles de MnO2 y solo reaccionaron 0.0274 moles de MnO2
0.0518 – 0.0274 = 0.0244
mMnO2 = 0.0244 moles de MnO2 86.932 g de MnO2 = 2.1212g de MnO2
1 mol de MnO2
Rendimiento de 1 RXN
La cantidad de sustancia inicial de reactivo limitante nos permite predecir la porción de productos que podemos obtener
El rendimiento teórico de la rxn representa la máxima cantidad de producto que podemos obtener
En la práctica muchas veces hay pérdidas en el camino y se obtiene un rendimiento experimental, el cual es la fracción de la cantidad esperada que se obtiene realmente de la rxn.
Rendimiento experimental 100% = % de rendimiento
rendimiento teórico
El porcentaje de rendimiento describe la proporción del rendimiento experimental con respecto al rendimiento teórico.
En el ejemplo anterior calculamos la cantidad de MnCl2 que se obtiene a partir de 0.11moles de HCl, de acuerdo a la siguiente rxn
MnO2 + 4HCl ? MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Obtuvimos que se producen 3.4607g de MnCl2, a partir de 4.5g de MnO2 y 4g de HCl. Durante un proceso se obtienen 3.06g de MnCl2. Calcula el porcentaje de rendimiento de la rxn.
El rendimiento teórico es 3.4607g y el experimental 3.06g
3.06g 100% = 88.42%
3.4607g
Calcula la cantidad de MnCl2 que se obtiene si el porcentaje de rendimiento durante un proceso es 90%
Rendimiento experimental 100% = 90%
3.4607g
Rendimiento experimental = 90% 3.4607g = 3.1146g
100%
http://www.youtube.com/watch?v=8o03HH1u9ZM
TAREA
Reactivo limitante
Explica porqué para determinar el reactivo limitante se tienen que comparar cantidades de sustancia y no se pueden utilizar directamente unidades de masa.
de acuerdo con la siguiente reacción:
Zn (s) + H2SO4 (ac) ? Zn2SO4 (ac) + H2 (g)
¿que sucede si se hacen reaccionar 7g de Zn con 40g de H2SO4? ¿Ambas sustancias reaccionan totalmente? De no ser así, ¿Cuál de las dos sustancias reacciona totalmente? ¿Cuántos gramos de la otra permanecen sin reaccionar?
Rendimiento
si al hacer reaccionar HCl con 6.54g de Zn puro se obtienen 0.080moles de H2. ¿Cuál es el rendimiento de la reacción?
2HCl + Zn ? ZnCl2 + H2
Suponga que 2g de C3H8 y 7g de O2 reaccionan para formar CO2 y H2O. ¿Cuántos gramos de CO2 se formarán?
CLASE 6
Unidades de Concentración
1 dilución es una mezcla homogénea en donde 1 sustancia llamada soluto está dispersa uniformemente en otra que se conoce como disolvente. El soluto está compuesto por partículas del tamaño de los átomos a las moléculas
Porcentaje en masa ó peso
(Gp:) % en masa = masa de soluto x 100
masa de la disolución
(Gp:) Es el cociente de la masa de soluto dividida por la masa de la disolución, multiplicada por 100
La masa de la disolución es la sumas de la masa de soluto más la masa de disolvente
Masa de disolución = masa de soluto + masa de disolvente
Porcentaje en Volúmen
% en volumen = Volumen de soluto x 100
volumen de la disolución
Es el cociente del volumen del soluto dividido por el de la disolución y multiplicado por 100
El volumen de soluto en 100ml de disolución
A veces es más fácil medir volúmenes que masas.
Concentración MOLAR
Molaridad (M) = cantidad de sustancia de soluto
1 litro de disolución
(M) Indica la cantidad de sustancia de soluto que se encuentra presente en 1 litro de disolución. (mol/L)
C=n/V
C=concentración molar
N= moles
V= volumen
1 disolución 0.45M contiene 0.45 moles en 1 L de disolución
Concentración MOLAL
Molalidad (m) = moles de soluto
1 kg de disolvente
(m) Indica la cantidad de sustancia de soluto que se encuentra presente en 1 kilogramo de disolvente. (mol/kg)= moles por kilo
C=n/mdis
C=concentración molal
n= moles
mdis= masa de disolvente
1 disolución 0.45m contiene 0.45 moles en 1kg de disolvente
Diluciones
Diluir es agregar más disolvente a una disolución. Esto siempre implica reducir la concentración de la disolución.
Estequiometría de RXNs en dilución
YA ESTUDIAMOS TRES TIPOS DE CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS
MASA Y MOLES
Con las diluciones tenemos un nuevo estilo de cálculo estequiométrico, el que parte de unidades de concentración.
Al conocer la concentración de 1 disolución se puede calcular la cantidad de sustancia que contiene (# de moles de soluto)
El soluto es el que reacciona, por lo que es necesario tener la cantidad de sustancia del soluto para realizar los cálculos estequiométricos.
Escribe las fórmulas correctas de reactivos y productos y balancea
Calcula la cantidad de sustancia inicial a partir de la concentración de las diluciones si es necesario.
Identifica al reactivo limitante y hacer cálculos en base a este.
Utiliza las razones estequiométricas para calcular la cantidad de las sustancias que deseas conocer
Con la cantidad de sustancia y las masas molares de las sustancias puedes calcular la masa de las mismas
Siempre analiza tu resultado.
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