Estequiometria

15/5/2015 Estequiometria

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OBJETIVO.- Aplicar el manejo de ecuaciones qumicas en la resolucin de problemas deestequiometria.

ECUACIONES QUMICAS.-

Una ecuacin qumica es la representacin esquemtica mediante frmulas y smbolos de un cambio oreaccin qumica.

Partes de una ecuacin qumica

Reactivos.- Son las sustancias que reaccionan. Estn colocadas antes de la flecha.Productos.- Son las sustancias que se forman. Estn colocadas despus de la flecha.

La flecha separa reactivos de productos. Se lee "produce".

Un tringulo sobre la flecha significa "calor". Los reactivosdeben calentarse para que la reaccin se efecte.

Coeficientes.- Son los nmeros colocados antes de cada sustancia. Indican el nmero de moles quereaccionan de cada reactivo y el nmero de moles que se forman de cada producto.

Algunas veces, la ecuacin muestra el estado fsico de las sustancias que participan, indicando unaletra minscula entre parntesis, despus de cada sustancia:(s): slido ( ): lquido (g): gas

Si la sustancia reacciona o se producen en solucin se usa el smbolo (ac) que significa acuoso.

nicamente en los productos, se pueden utilizar los siguientes smbolos:

Significa que la sustancias que se forma es un precipitado, o seaquees insoluble.

Significa que la sustancia que se produce se desprende en forma degas.

A continuacin se muestra un ejemplo sealando las partes de la ecuacin:

4 Cr (s) + 3 O2 (g) 2 Cr2O3 (s)

Esta ecuacin se leera as: Cuatro moles de cromo slido reaccionan con tres moles de oxgeno



gaseoso para producir, en presencia de calor, dos moles de xido de cromo III.

Reactivos: Cromo slido y oxgeno gaseoso.Producto: xido de cromo III slidoCoeficientes: 4, 3 y 2

Mg3N2 (s) + 6 H2O ( ) 3 Mg (OH)3 (ac) + 2 NH3 (g)

Un mol de nitruro de magnesio slido reacciona con seis moles de agua lquida y producen tres molesde hidrxido de magnesio en solucin y dos moles de trihidruro de nitrgeno gaseoso.

Reactivos: Nitruro de magnesio slido (MgN2), agua lquida (H2O)Productos: Hidrxido de magnesio en solucin [Mg (OH)2] y trihidruro de nitrgeno gaseoso (NH3 ).Coeficientes: 1, 6, 3 y 2

Tipos de reacciones qumicas1. Reacciones de combustin.- Sustancias formadas por C, H y a veces, O, reaccionan con oxgeno yproducen CO2 (bixido de carbono) y H2O (agua).

Ejemplo:

CH4 (g) + 2 O2(g)

CO2 (g) + 2 H2O(g)

2. Reacciones de combinacin o sntesis.- Dos o ms sustancias se combinan para producir un solocompuesto.

Esquema bsico:

A+B

AB

A y B pueden ser elementos o compuestos, AB representa la frmula de un compuesto.

Ejemplo:

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

3. Reacciones de descomposicin.- Una solo compuesto, se descompone en dos o ms sustancias quepueden ser elementos y/o compuestos. Esquema bsico:

ABA +B

Ejemplo:



2 KClO3 (s ) 2 KCl (s) + 3 O2 (g)

MnO2

4. Reacciones de desplazamiento sencillo.- Un elemento A reacciona con un compuesto BC,reemplazado a uno de los elementos de dicho compuesto, formando un compuesto AC y un elementoB.Esquema bsico:

A + BC AC + B

Ejemplo:

Cu (s) + 2 AgNO2 (ac) Cu(NO3)2 (ac) + 2 Ag (s)

Para que un elemento pueda desplazar a otro, es necesario que el elemento que va a desplazar seams activo, de lo contrario no hay reaccin. A continuacin se muestra una tabla con la serieelectromotriz de los metales, el hidrgeno y los halgenos.

Metales ehidrgeno

Halgenos

Li F2

k Cl2

Ba Br2

Ca I2

Na

Mg

Al

Zn

Fe

Cd

Ni

Sn

Pb



H

Cu

Hg

Ag

5. Reacciones de doble sustitucin.- Dos compuestos AB y CD intercambian sus elementos.Esquema bsico:

AB + CD AC + BD

Ejemplos:

H2SO4 (ac) + NaCl (ac) HCl + NaHSO4(ac)

3 KOH (ac) + FeCl2 (ac)

3 KCl(ac) + Fe(OH)3

Balanceo de ecuacionesUna ecuacin correctamente escrita debe presentarse balanceada. La ecuacin balanceada muestraen ambos miembros el mismo nmero de tomos de cada uno de los elementos que intervienen en lareaccin.Existen varios mtodos para balancear una ecuacin. En este caso se ilustra un ejemplo de unbalanceo por el mtodo de tanteo o de inspeccin.

Fe (s) + HCl (ac) FeCl2 (ac) + H2 (g)

Paso 1: Poner el smbolo de cada elemento debajo de la flecha de la ecuacin. Se prefiere poner alfinal hidrgeno y oxgenos si estn presentes en la ecuacin.Paso 2: En el lado izquierdo se escribe el nmero de tomos de cada elementos presentes en losreactivos, y del lado derecho el de los productos.

Fe (s) + HCl (ac) FeCl2 (ac) + H2 (g)

1- Fe -1

1- Cl - 2

1- H - 2

Vemos que el Fe est balanceado, pero el cloro no. Ponemos un 2 al HAL para tener dos tomos decloro en los reactivos. Esto tambin modifica el hidrgeno y tambin queda bien, 2 tomos dehidrgeno en cada miembro.



Fe (s) + HAL (ac) FeCl2 (ac) + H2(g)

1-Fe-1

2-Cl-2

2-H-2

ESTEQUIOMETRIA.- Parte de la qumica que estudia las relaciones cuantitativas entre las sustanciasque intervienen en una reaccin qumica.Estas relaciones puede ser:

mol-mol

mol-gramos

gramos-gramos

mol-volumen

volumen-gramos

volumen-volumen

La parte central de un problema estequiomtrico es el FACTOR MOLAR cuya frmula se muestra acontinuacin.

FACTOR MOLAR = [MOLES DE LA SUSTANCIADESEADA MOLES DE LASUSTANCIA DE PARTIDA ]

Los datos para el factor molar se obtienen de los COEFICIENTES DE LA ECUACIN BALANCEADA.

Para diferenciar el factor molar de los factores de conversin, se utilizan [corchetes ] para indicar elfactor molar y (parntesis) para los factores de conversin.

RELACIONES MOL-MOL

Para la siguiente ecuacin balanceada:

4 Al + 3O2

2 Al2O3

a) Cuntas moles de O2 reaccionan con 3.17 moles de Al?b) A partir de 8.25 moles de O2, cuntas moles de Al2O3 (xido de aluminio) se producen?

PASO 1BALANCEAR LA ECUACIN



Como en el problema propuesto la ecuacin est ya balanceada, este paso se omite.

PASO 2Identificar la sustancia deseada y la sustancia departida.

La sustancia deseada es aqulla sobre la cual se pregunta un dato, y la de partida, es de la que nosdan el dato. Junto a la sustancia deseada se pone lo que me piden: moles, gramos o litros y junto a lade partida el dato. Para el problema propuesto en el inciso a):SUSTANCIA DESEADA: O2 ? molesSUSTANCIA DE PARTIDA: Al 3.17 moles

PASO 3Convertir la sustancia de partida a moles.

Si el dato, como en este problema, es en moles, omitimos este paso.

PASO 4Aplicar el factor molar

3.17 moles Al [ 3 moles de O24 moles de Al ] = 2.38 moles de O2

La operacin realizada fue 3.17 x 3 4

.

PASO 5Convertir el dato a la unidad requerida.

Como en este caso lo que me piden son moles de oxgeno el resultado final es 2.38 moles de O2.b) A partir de 8.25 moles de O2, cuntas moles de Al2O3 (xido de aluminio) se producen?

PASO 1La ecuacin est balanceada.

PASO 2SUSTANCIA DESEADA: Al2O3 ? molesSUSTANCIA DE PARTIDA: O2 8.25 moles

PASO 3El dato est en moles.

PASO 4

8.25 mol O2 [ 2 moles de Al2O33 moles de O2 ]= 5.50 moles deAl2O3



La operacin realizadafue:

8.25 x2 3

PASO 5

El problema peda moles de Al2O3, por tanto el resultadoes:

5.50 moles de Al2O3

RELACIONES MOL-GRAMOS La siguiente ecuacin muestra una reaccin de combustin y est balanceada:

2 C8H18 (g) + 25 O2 (g) 16 CO2 (g) + 18 H2O(g)

a) Cuntos gramos de C8H18 (octano) son necesarios para obtener 5.70 moles de CO2 (bixido decarbono)?b) Si se obtienen 55.0 g de vapor de agua, cuntas moles de O2 se utilizaron?

Resolucin del inciso a)PASO 1: La ecuacin ya est balanceada.

PASO 2:SUSTANCIA DESEADA: C8H18 ? gramosSUSTANCIA DE PARTIDA: CO2 5.70 moles

PASO 3: El dato est ya en moles

PASO 4:

5.70 mol CO2 [2 molesC8H18 16

moles CO2] =0.713 moles C8H18

PASO 5:El problema pide gramos de C8H18 y nosotros tenemos moles, entonces usamos un factor deconversin utilizando la masa molecular del C8H18.

C 8 x12.01 = H 18 x 1.01 =

98.0818.18 +114.26 g

0.713 moles C8H18 ( 114.26 g 1 mol ) = 81.47 g de C8H18

Resolucin del inciso b)



PASO 1: La ecuacin ya est balanceada.

PASO 2:SUSTANCIA DESEADA: O2 ? molesSUSTANCIA DE PARTIDA: H2O 55.0 gramos

PASO 3: El dato est en gramos, por lo tanto tenemos que realizar una conversin a moles con la masamolar del agua.H2O

H 2 x 1.01 =

O 1 x 16 =

2.02

16 +

18.02g

55.0 g H2O ( 1 mol 18.02 g ) = 3.05 mol H2O

PASO 4:

3.05 molH2O [

25 moles de O218 moles de

H2O] = 4.24 molO2

PASO 5: El dato est en moles que es la unidad requerida.

RELACIN GRAMOS-GRAMOS

Cuntos gramos de HNO3 son necesarios para obtener 100 g de Zn(NO3)2 en base a la siguienteecuacin balanceada?4 Zn (s) + 10 HNO3 (ac) 4 Zn(NO3)2 (ac) + N2O (g) + 5 H2O ( )

Resolucin

PASO 1: La ecuacin ya est balanceada.

PASO 2:SUSTANCIA DESEADA: HNO3 ? gramosSUSTANCIA DE PARTIDA: Zn(NO3)2 100.0 gramos

PASO 3: El dato est en gramos, por lo tanto tenemos que realizar una conversin a moles con la masamolar del Zn(NO3)2.

Zn(NO3)2

Zn 1 x 65.39 =

N 2 x 14.01 =

O 6 x 16 =

65.39

28.02

96 +

189.41



100.0 g Zn(NO3)2 ( 1 mol 189.41 g ) = 0.530 molZn(NO3)2

PASO 4:

0.530 mol Zn(NO3)2 [ 10 mol HNO3 4 mol Zn(NO3)2 ] = 1.33 mol HNO3

PASO 5:El problema pide gramos de HNO3, y nosotros tenemos moles. Utilizamos un factor de conversin conla masa molar de HNO3.

HNO3,

H 1 x 1.01 =

N 1 x 14.01 =

O 3 x 16.00 =

1.01

14.01

48.00 +

63.02 g

1.33 mol HNO3 ( 63.02 g 1 mol ) = 83.82 g HNO3

CLCULOS CON VOLUMEN

Para realizar clculos estequiomtricos con volumen, es necesario cumplir con tres requisitos:

1) Que la sustancia intervenga en la reaccin en estado gaseoso.2) Que la reaccin se lleve a cabo en condiciones normales de temperatura y presin (T = 0C = 273K,P = 1 atm).3) Utilizar el volumen molar de un gas, cuyo valor es 22.4 L/mol.

Volumen molar de un gas.- Es el volumen que ocupa una mol de un gas a condiciones normales detemperatura y presin.

Este dato del volumen molar nos permite establecer el factor de conversin de litros a moles.

1 MOL = 22.4Litros

La siguiente ecuacin balanceada, muestra la reaccin de combustin del etano.

2 C2H6 (g) + 7 O2 (g) 4 CO2 (g) + 6 H2O (g)

Calcule:



a) Cuntos litros de oxgeno reaccionan con 3.17 moles de C2H6 (etano)?b) Cuntas moles de CO2 (bixido de carbono) se producen si se obtiene 13. 5 litros de vapor deagua?c) Cuntos gramos de C2H6 (etano) son necesarios para obtener 125 litros de CO2 (bixido decarbono)?

PASO 1 : La ecuacin se muestra ya balanceada.

PASO 2 :

SUSTANCIA DESEADA: O2 litrosSUSTANCIA DE PARTIDA: C2H6 3.17 moles

PASO 3: El dato de la sustancia de partida ya est en moles.

PASO 4: Aplicar el factor molar.

3.27 moles C2H6 [ 7 moles de O2 2 moles de C2H6 ] = 11.45 moles de O2

PASO 5: El problema pide litros de oxgeno, por tanto aplicamos el volumen molar para establecer elfactor de conversin.

11.45 moles de O2 ( 22.4 L 1 mol ) = 256.48 L O2

b) Cuntas moles de CO2 (bixido de carbono) se producen si se obtiene 13. 5 litros de vapor deagua?

PASO 1: La ecuacin est balanceada.

PASO 2:

SUSTANCIA DESEADA: CO2 molesSUSTANCIA DE PARTIDA: H2O 13.5 L

PASO 3: Debemos convertir 13.5 L a moles.

13.5 L H2O ( 1 mol 22.4 L ) = 0.60 moles H2O

PASO 4: Como el dato ya est en moles, aplicamos el factor molar.

= 0.60 moles H2O [ 4 moles CO2 6 moles H2O ] = 0.40 moles de CO2

c) Cuntos gramos de C2H6 (etano) son necesarios para obtener 125 litros de CO2 (bixido decarbono)?

PASO 1: La ecuacin est balanceada.

PASO 2:

SUSTANCIA DESEADA: C2H6 gramosSUSTANCIA DE PARTIDA: CO2 125 litros



PASO 3: Como el dato est en litros, convertimos a moles con el volumen molar.

125 L CO2 { 1 mol 22.4 L } = 5.58 mol CO2

PASO 4: Aplicamos el factor molar.

5.58 mol CO2 [ 2 mol C2H6 4 mol CO2 ] = 2.79 mol C2H6

PASO 5: Convertimos a gramos utilizando el peso molecular.C2H6

C 2 x 12.01=

H 6 x 1.01 =

24.02

6.06 +

30.08 g

2.79 mol C2H6 ( 30.08 g 1 mol ) = 83.92 g C2H6

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