El primer paso en la preparación industrial del ácido nítrico, una importante sustancia química que se usa en la manufactura de fertilizantes, farmacos y otras sustancias, implica la reacción entre el amoníaco y el oxígeno gaseoso para formar óxido nítrico (NO) y agua. Los métodos más usados de fabricación de ácido alcanzan una concentración promedio del 63% m/m. Este último es conocido como HNO3 concentrado y tiene una densidad de 1,4 g/mL. 35 mL de HNO3 concentrado se diluyen hasta completar 100 mL de una solución acuosa. Se hacen reaccionar 4,95 g de H3PO3 (91% de pureza) con 10 mL de solución de HNO3 diluida, según: 4H3PO3 + 2HNO3 → 4H3PO4 + N2O(g) + H2O Calcular: a) la masa que quedó sin reaccionar del reactivo que está en exceso considerando un rendimiento del 100%. M(H3PO3) = (3×1+31+3×16) g/mol = 82 g/mol

Moles de H3PO3 en 4,95 g (91% de pureza): n(H3PO3) =4, 95

0, 9182 /

g

g mol× = 0,055 mol [1]

[5%] M(HNO3) = (1+14+3×16) g/mol = 63 g/mol

Moles de HNO3: n(HNO3) =35 1, 4 63 1

10100 1 100 63

mL g g molmL

mL mL g g× × × ×

⎛ ⎞ ⎛⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝

⎞⎟⎠

= 0,049 mol [2]

Moles de HNO3: n(HNO3) = (% 3Vconc mV mdil Vsol dil

ρ× × × ×⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

)M HNO

[25%]

De la ecuación química: ( )( )

3 3 23

n H PO

n HNO= ⇒ ( ) ( )23 3 3n H PO n HNO= × [3]

de [1] y [2], se tiene 2×0,049 mol = 0,098 mol > 0,055 mol ⇒ H3PO3 REACTIVO LÍMITE. [15%]

Luego, de [3] se tiene que sólo reaccionan ( )3

2n HNO

moles de HNO3, quedando sin reaccionar

0,0245 moles de HNO3, entonces g de HNO3 sin reaccionar = 0,0245 mol×63 g/mol = 1,54 g [5%] b) la masa de H3PO4 obtenida, suponiendo que el rendimiento es del 80%. M(H3PO4) = (3×1+31+4×16) g/mol = 98 g/mol De la ecuación química: ( ) ( )3 4 3 3n H PO n H PO= ⇒ ( ) ( ) (3 4 3 3 3 4 )g H PO n H PO M H PO= × ; para

[5%]

un rendimiento del 80%: ( )3 4g H PO = 0,8×0,055 mol×98 g/mol = 4,31 g

[10%] c) el número de átomos de nitrógeno contenidos en el N2O gaseoso obtenido si el rendimiento es del 80% M(N2O) = (2×14+16) g/mol = 44 g/mol

Por la ecuación química sabemos: ( ) ( ) ( )212 3 34

N moléculas N On N O n H PO

NA= = ;

[15%] tomando en cuenta que el rendimiento es 80%, N(átomos N) = ( )22 ( ) 52 3 3N moléculas N O n H PO NA× = ⇒ N(átomos N) = 0,4×0,055×6,02×1023

[15%] N(átomos N) = 1,32×1022

[5%]