Estequiometria II PDF

ESTEQUIOMETRIA

Ing. José Eliú Lima Pérez

Cálculos a partir de ecuaciones químicas

Tipos de reacciones

químicas

Reacciones de combustión:

El oxígeno en exceso se combina con compuestos orgánicos

formados por carbono, hidrógeno, oxígeno y posiblemente otros

elementos. Por la presencia del carbono y normalmente el

hidrógeno, se espera que los productos en una combustión

completa sean dióxido de carbono y agua.

C9H20 + 14O2 9CO2 + 10H2O

Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)

Tipos de reacciones

químicas

Reacciones de sustitución (desplazamiento):

Un elemento más activo puede reemplazar a uno menos activo en

un compuesto.

2Na + ZnI2 2NaI + Zn


CaI2 + F2 CaF2 + I2

Tipos de reacciones

químicas

Reacciones de doble desplazamiento (metatésis):

Estas reacciones por lo general se llevan a cabo en disolución,

cuando los reactivos producen una disolución iónica con un

intercambio de iones, si una combinación produce un compuesto

que precipita en forma de una sal insoluble.

AgNO3 + NaCl NaNO3 + AgCl (sal insoluble)


Ba(NO3)2 + K2SO4 2KNO3 + BaSO4 (sal insoluble)

Tipos de reacciones

químicas

Reacciones ácido-metal:

Un ácido, como HCl, HF o H2CO3, y un metal más activo

químicamente que el hidrógeno del ácido pueden reaccionar para

formar una sal e hidrógeno gaseoso.

2HCl + 2Na 2NaCl + H2


2HNO3 + Mg Mg(NO3)2 + H2

Tipos de reacciones

químicas

Reacciones ácido-base (neutralización):

Un ácido que aporta iones H+ (H3O+), y una base, que aporta iones

OH-, sufren metátesis para formar agua (HOH o H2O) y una sal..

HCl + NaOH NaCl + HOH


2HNO3 + Mg(OH)2 Mg(NO3)2 + 2HOH

Tipos de reacciones

químicas

Reacciones de combinación:

Los elementos o los compuestos se combinan y forman un

producto.

2SO2 + O2 2SO3


P4 + 6Cl2 4PCl3

Tipos de reacciones

químicas

Reacciones de descomposición:

Un solo reactivo se transforma, mediante calor o electricidad,

formando dos productos.

2H2O 2H2 + O2


2HgO 2Hg + O2

electricidad

calor

BALANCE DE ECUACIONES

QUIMICAS

En todos los fenómenos de la naturaleza, se llevan a cabo

diferentes tipos de reacciones químicas, catalizadas por

temperatura, presión, enzimas, etc. La representación de

estas reacciones se denominan ecuaciones químicas.

En todo proceso existen reactivos (sustancias que están al

inicio de la reacción química) y productos (sustancias que

se obtienen al finalizar la reacción química).

No se debe olvidar

«En una reacción química ordinaria la masa permanece constante,

es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa

obtenida de los productos».



QUIMICAS

En función de ello, es importante el balance o ajuste de las ecuaciones químicas, para predecir la masa de los productos o proyectar la masa de los reactivos necesarios.

Fotosíntesis (Reacción química más probable y aceptada):



QUIMICAS

Se puede observar que ésta ecuación no esta ajustada o

balanceada, por ejemplo hay un solo carbono como

reactivo y seis como producto, por tanto, es importante

ajustar la misma.

El ajuste o balance se pude realizar por varios métodos,

los más practicos y sencillos son

Al tanteo

Coeficientes indeterminados o algebraico.


BALANCE DE ECUACIONES QUIMICAS

METODO AL TANTEO


BALANCE DE ECUACIONES QUIMICAS METODO COEFICIENTES INDETERMINADOS

O ALGEBRAICO


Estequiometría

La estequiometría es el estudio cuantitativo de los

reactivos y los productos en una reacción química.


Las tres clases de cálculos

estequiométricos


Masa de reactivos

Moles de reactivos

Moles de productos

Masa de productos

Masa de reactivos

Moles de reactivos

Moles de productos

Moles de reactivos

Moles de productos

Sugerencias para los

cálculos estequiométricos


Ejercicio 1

¿Qué masa de magnesio se necesita para que reaccione

9.27 g de nitrógeno?

Mg + N2 Mg3N2

Mg + N2 Mg3N2


3

Compuesto M (g/mol)

Mg 24.305

N2 28.013

Mg3N2 100.928

𝑔 𝑑𝑒 𝑀𝑔 = 9.27 𝑔 𝑁2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑁2

28.013 𝑔 𝑁2×

3 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔

1 𝑚𝑜𝑙 𝑁2×

24.305 𝑔 𝑀𝑔

1 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔= 𝟐𝟒. 𝟏𝟐𝟗 𝒈 𝒅𝒆 𝑴𝒈

Siempre analice el resultado para

determinar si es lógica la respuesta

Ejercicio 2

El fertilizante sulfato de amonio [(NH4)2SO4] se

prepara mediante la reacción entre al

amoníaco (NH3) y ácido sulfúrico (H2SO4).

¿Cuántos kg de NH3 se necesitan para

producir 1 x 105 kg de (NH4)2SO4?

NH3 + H2SO4

(NH4)2SO4


2

Compuesto M (g/mol)

NH3 17.030

H2SO4 98.079

(NH4)2SO4 132.140

k𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝐻3 = 1 × 105 𝑘𝑔 (𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4 ×1000 𝑔 (𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4

1 𝑘𝑔(𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4×

1 𝑚𝑜𝑙(𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4

132.140 𝑔(𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4×

2 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3

1 𝑚𝑜𝑙(𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4

×17.030 𝑔 𝑁𝐻3

1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3×

1 𝑘𝑔 𝑁𝐻3

1000 𝑔 𝑁𝐻3= 𝟐𝟓. 𝟕𝟖 𝐱 𝟏𝟎𝟑𝐤𝒈 𝒅𝒆 𝑵𝑯𝟑

Siempre analice el resultado para

determinar si es lógica la respuesta

Descripción general de la

reacción química

El reactivo limitante es aquel que se encuentra en una

proporción menor a la requerida estequiométricamente de

acuerdo a la reacción balanceada, por lo que es consumido

totalmente cuando se efectúa una reacción hasta ser

completa. El reactivo que no se consume completamente

se denomina reactivo en exceso. Una vez que uno de

los reactivos se agota, se detiene la reacción, por lo que los

moles de producto siempre son determinadas por los moles

presentes del reactivo. De los reactivos en exceso siempre

quedará una cierta cantidad al terminar la reacción.


Descripción general de la

reacción química

Se quiere armar bicicletas, para lo cual se tiene lo siguiente: 40 timones

35 bases

94 llantas tubulares

28 asientos

48 aros delanteros

48 aros traseros

55 juegos de pedales (con cadena y su engrane)

100 gomas de frenos

30 juegos de frenos izquierdos

32 juegos de frenos derechos

¿Cuántas bicicletas se pueden armar?


Este es el limitante, ya

que solo se pueden armar

25 bicicletas.

Rendimiento de una

reacción química

El rendimiento teórico de una reacción es la cantidad

máxima de producto que se puede obtener por una

reacción a partir de cantidades dadas de reactivos y se

calcula a partir de la estequiometría basada en el reactivo

limitante. El porcentaje de rendimiento de un producto es

el rendimiento real (determinado experimentalmente)

expresado como un porcentaje del rendimiento teórico

calculado.


Sugerencias cuando se

tiene reactivo limitante


Ejercicio 3


Compuesto M (g/mol)

SiO2 60.084

C 12.011

SiC 40.096

CO 28.010

El carburo de silicio, SiC, se conoce por el

nombre común de carborundum. Esta sustancia

dura, que se utiliza comercialmente como

abrasivo, se prepara calentando SiO2 y C a

temperaturas elevadas:

SiO2 (s) + 3C(s) SiC(s) + 2CO(g)

¿Cuántos gramos de SiC se pueden formar

cuando se permite que reaccionen 3.0 g de SiO2

y 4.5 g de C?

𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑆𝑖𝐶 = 3 𝑔 𝑆𝑖𝑂2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝑂2

60.084 𝑔 𝑆𝑖𝑂2×

1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝐶

1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝑂2= 0.0500 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶

𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑆𝑖𝐶 = 4.5 𝑔 𝐶 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶

12.011 𝑔 𝐶×


3 𝑚𝑜𝑙 𝐶= 0.1249 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶

𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑆𝑖𝐶 = 3 𝑔 𝑆𝑖𝑂2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝑂2

60.084 𝑔 𝑆𝑖𝑂2×


1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝑂2×

40.096 𝑔 𝑆𝑖𝐶

1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝐶= 𝟐. 𝟎 𝒈 𝑺𝒊𝑪

Ejercicio 4


Los fertilizantes fosfatados provienen de una roca fosfórica llamada fluorapatita,

Ca5(PO4)3F. La fluorapatita es insoluble en agua, por lo que primero debe

convertirse en dihidrógeno fosfato de calcio [Ca(H2PO4)2], que es soluble en agua.

a) ¿Cuánto de dihidrógeno fosfato de calcio se obtiene si se mezclan 100 g de

fluorapatita y 100 g de ácido sulfúrico?

b) ¿Cuántos gramos del reactivo en exceso no reaccionan?

c) Si se requiriera 1 kg de dihidrógeno fosfato de calcio, ¿cuanto g de los

reactivos se necesitarían?, considerando un rendimiento del 80% en la reacción

real .

2Ca5(PO4)3F (s) + 7H2SO4 (ac) 3Ca(H2PO4)2 (ac) + 7CaSO4 (ac) + 2HF (g)

Asegurarse que la ecuación este ajustada o

balanceada.

Ejercicio 4


a) ¿Cuánto de dihidrógeno fosfato de calcio se

obtiene si se mezclan 100 g de fluorapatita y

100 g de ácido sulfúrico?


Determinar las masas

moleculares de las sustancias

Sustancia Masa molecular

(g/mol)

Ca5(PO4)3F 363.968

H2SO4 98.080

Ca(H2PO4)2 205.986

CaSO4 108.075

HF 20.006

𝒏 Ca(H2PO4)2 = 100𝑔 Ca5(PO4)3F ×1 mol Ca5(PO4)3F

363.968 𝑔 Ca5(PO4)3F×

3 mol Ca(H2PO4)2

2 mol Ca5(PO4)3F

= 𝟎. 𝟒𝟏𝟐𝟏 𝒎𝒐𝒍Ca(H2PO4)2

𝒏 Ca(H2PO4)2 = 100𝑔 H2SO4 ×1 mol H2SO4

98.080 𝑔H2SO4×

3 mol Ca(H2PO4)2

7 mol H2SO4 = 𝟎. 𝟒𝟑𝟕𝟎 𝒎𝒐𝒍Ca(H2PO4)2

Ejercicio 4


a) ¿Cuánto de dihidrógeno fosfato de calcio se

obtiene si se mezclan 100 g de fluorapatita y

100 g de ácido sulfúrico?



(g/mol)

Ca5(PO4)3F 363.968

H2SO4 98.080

Ca(H2PO4)2 205.986

CaSO4 108.075

HF 20.006


363.968 𝑔 Ca5(PO4)3F ×

3 mol Ca(H2PO4)2

2 mol Ca5(PO4)3F ×

205.986 g Ca(H2PO4)2

1 mol Ca(H2PO4)2

= 𝟖𝟒. 𝟖𝟗 𝒈Ca(H2PO4)2

Se obtiene la masa del dihidrógeno fosfato de

calcio a partir del reactivo limitante, que en este

caso es la fluorapatita.

Respuesta (4.a):

Se obtienen 84.89 g de Ca(H2PO4)2 a partir de 100 g de Ca5(PO4)3F ya

que es el reactivo limitante en esta reacción.

Ejercicio 4


b) ¿Cuántos gramos del reactivo en exceso no

reaccionan?



(g/mol)

Ca5(PO4)3F 363.968

H2SO4 98.080

Ca(H2PO4)2 205.986

CaSO4 108.075

HF 20.006


363.968 𝑔 Ca5(PO4)3F ×

7 mol H2SO4

2 mol Ca5(PO4)3F ×

98.08 g H2SO4

1 mol H2SO4

= 𝟗𝟒. 𝟑𝟐 𝐠 H2SO4

Se determina la cantidad de gramos que se

necesitó del reactivo en exceso para la totalidad

del reactivo limitante.

Respuesta (4.b):

Se necesitaron 94.32 g de H2SO4 para completar la reacción. Por lo

tanto la cantidad de masa que no reaccionó fue de 5.68 g.

Ejercicio 4


c) Si se requiriera 1 kg de dihidrógeno fosfato de calcio, ¿cuanto g de los reactivos

se necesitarían?, considerando un rendimiento del 80% en la reacción real .

Compuesto

Ca5(PO4)3F

H2SO4

Ca(H2PO4)2

Masa

100 g

94.32 g

84.89 g

Masa(100%)

1178.0 g

1111.1 g

1000.0 g

Rendimiento

80%

80%

80%

Masa(80%)

1472.5 g

1388.9 g

1250.0 g

Respuesta (4.c):

Se necesitan 1472.5 g de Ca5(PO4)3F y 1388.9 g de H2SO4 para

obtener 1250.0 g de Ca(H2PO4)2, considerando un rendimiento

real en la reacción del 80%.

FACULTAD DE CIENCIAS

AGRICOLAS Y AMBIENTALES

ING. JOSE ELIU LIMA PEREZ

CAMPUS DE QUETZALTENANGO

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