TEMA 15 ESTEQUIOMETRIA

En química, después del análisis cuantitativo de

una sustancia, los resultados suelen indicarse en

términos de porcentaje. El cálculo de la

composición porcentual de compuestos

proporciona información útil sobre las sustancias.

15.1 composición porcentual a partir de

la fórmula?

Se basa en la Ley de las proporciones definidas

o la Ley de Proust, la cual establece que los

elementos de un compuesto se encuentran en

una proporción constante y presentan siempre

una fórmula precisa.

Si se conoce la fórmula del compuesto el

proceso es el siguiente:

Paso 1: se calcula masa molar

Paso 2: la relación siguiente se aplica para

cada uno de los elementos de la fórmula del

compuesto

Ejemplo:

Calcula la composición porcentual de cada

elemento de :

Paso 1 masa molar :

H= 1 x 1 = 1 gr

N= 14 x 1 = 14 gr

0= 16 x 3 = 48gr

63gr/mol

Paso 2:

H = 1gr/mol H X 100 = 1.59% H

63gr/mol HNO3

N = 14gr/mol N X 100 = 22.2% N

63gr/mol HNO3

O = 48gr O X 100 = 76.2% O

63gr/mol HNO3

Ejercicio 14-1

Calcula la concentración porcentual de los

elementos en los siguientes compuestos

1.- NaNO3

2.- FeO

3.- NH4OH

4.-KCl

5.- Al2 (SO4)3

6.- H2CO3

7.- CdF2

Los cálculos estequiometricos son valiosos porque

permiten determinar directamente y con precisión las

cantidades de reactivos y productos que participan en la

reacción química.

Por lo tanto la importancia de este conocimiento

cuantitativo en un cambio químico radica en predecir y

controlar la cantidad de productos que se pueden

obtener al utilizar determinada cantidad de reactivos.

Partiendo de ecuaciones balanceadas (los coeficientes

pueden interpretarse como los números relativos de

cada una de las sustancias participantes de la reacción o

como los números relativos de mol de estas sustancias).

Ejemplo :

PRODUCTOS REACTIVOS

2 Fe + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 +

3H2

2 átomos + 3 moléculas 1unidad formula + 3 moléculas

2mol + 3 mol 1 mol + 3 mol

111.7gr 294.3gr 399.9gr 6gr

Las cantidades pueden expresarse en gramos, mol o litros o establecerse relaciones estequiometricas como masa-masa, masa-mol, mol-mol, masa-volumen, mol-volumen.

Pasos a seguir:

Paso 1: Se escribe correctamente la ecuación

Paso 2: Se balancea si es necesario

Paso 3: Se identifica tipo de relación: masa-masa, masa-mol, etc.

Paso 4: Se establece la relación con los datos y la secuencia de factores de conversión para expresar las unidades que solicita el problema.

Ejemplo:

1.- El sodio es un metal reactivo y blando que reacciona en forma instantánea con agua para dar hidrógeno gaseoso y una solución de hidróxido de sodio ¿Cuántos gramos de sodio metálico se necesitan para dar 7.81 gr de hidrógeno por esta reacción.?

Paso 1:

2Na(s) + 2H2O(l) H2(s) + NaOH

Paso 2:

2Na(s) + 2H2O(l) H2(s) + 2NaOH

Paso 3: masa-masa

Paso 4:

7.81grH 1mol H x 2mol Na x 23gr Na =

EJERCICIO 15-1

1.- el dióxido de carbono se produce por diversos procesos. Uno de ellos es la fermentación de azúcares como la glucosa. ¿cuántos mol de dióxido de carbono se producen por la reacción completa de 2.0 mol de glucosa de acuerdo con la siguiente reacción?

2.-El ozono (O3) un gas azul pálido y de olor fuerte que se usa para purificar el agua, esterilizar el aire y blanquear telas, ceras y harina. Calcula los litros de ozono que se obtienen a partir de 55.0 L de Oxígeno.

3.- El hierro se produce mediante un proceso metalúrgico llamado alto horno, donde se coloca el óxido de hierro (III), que es un polvo amorfo de color rojo. Determina los gramos de óxido de hierro (III) que se necesitan para formar 76 mol de hierro.

15.2 REACTIVO LIMITANTE Y REACTIVO EN EXCESO

Suele suceder que al realizar una reacción química no se agreguentodos los reactivos en cantidades estequiometricas exactas.

Por lo tanto puede suceder que uno de los reactivos se consumacompletamente cuando aún quedan cantidades apreciables de otrou otros de los reactivos sin reaccionar; de manera que, cuando seacaba uno de los reactivos, por mucha cantidad que haya de otro yano se forma más producto y la reacción se detiene.

Así el reactivo limitante es aquella sustancia que se encuentra enproporción menor de la requerida estequiometricamente deacuerdo con la ecuación balanceada.

El o los reactivos que no se consumen completamente se denominareactivos en exceso. Entonces las reacciones dependen del reactivolimitante.

Determinación del reactivo limitante: Determina a) cantidad que se produce de AlCl3 si se ponen a reaccionar 4.05 g de Al y 12.76 g de HCl. b) Los gramos del reactivo en exceso que permanecen sin reaccionar.

a) Paso 1: 2Al(s) + 6HCl(g) 2AlCl3(s) + 3H2(s)

Paso 2:

4.05gr Al x 1mol Al x 2mol AlCl3 x 133.35gr AlCl3 = 20.0g AlCl3

2grAl 2mol Al 1 mol AlCl3

12.76gHCl x 1mol HCl x 2mol AlCl3 x 133.35gr AlCl3 = 15.56 g AlCl3

36.45gHCl 6 mol HCl 1 mol AlCl3

El reactivo limitante es el HCl porque solo produce 15.56 gr de AlCl3

por lo tanto solo se formaron esos 15.56 gr AlCl3

b) el Al que queda sin reaccionar?

Primero se calcula la cantidad de aluminio (Al) que

reacciona con el HCl

12.76gHCl x 1mol HCl x 2 mol Al x 27 gr Al = 3.15g Al

36.45gr Al 6 mol HCl 1mol Al

Entonces 3.15gr reaccionan con 12.76g HCl

4.05gr Al – 3.15gr Al = 0.899 gr de Aluminio quedaron

sin reaccionar.

Rendimiento de las reacciones

En la práctica las reacciones químicas no siempre dan

la cantidad de producto calculado teóricamente (por

el equipo, pureza, manejo, limpieza etc.).

EL RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN ES: La relación, en

términos de porcentaje, entre la cantidad de producto

obtenido y la cantidad de producto esperado según los

cálculos estequiométricos.

Rendimiento cantidad de producto obtenido experimentalmente x 100

Porcentual cantidad de producto calculado técnicamente

Ejemplo 1: Ácido salicílico (C7H6O3) y anhídrido acético (C4H6O3) reaccionan y se obtiene “la aspirina” o ácido acetilsalicílico (C9H8O4).

Si se hacen reaccionar 2.0g de ácido salicílico con 5.4g de anhídrido acético? cual es el reactivo limitante? ¿Qué cantidad de aspirina se forma? ¿ cual es el rendimiento porcentual si se obtuvieron 2.0g de aspirina?

Paso 1: ecuación balanceada 2C7H6O3 + C4H6O3 2C9H8O4 + H2O

Paso 2:

2grC7H6O3 x 1 mol C9H8O4 x 2 molC9H8O4 x 180C9H8O4 = 2.6grC9H8O4

138gC7H6O3 2mol C7H6O3 1 mol C9H8O4

5.4grC4H6O3 x 1molC4H6O3 x 2 mol C9H8O4 x 180gr C9H8O4 = 19grC9H8O4

Entonces el reactivo limitante es el ácido salicílico = 2.6gr (C7H6O3)

b) cantidad de anhídrido sin reaccionar, primero cuanto reacciono con el ácido salicílico.

2.0grC7H6O3 x 1 mol C7H6O3 x 1mol C4H6O3 x 102grC4H6O3 =

138grC7H6O3 2 mol C7H6O3 1 mol C4H6O3

0.74grC4H6O3

Asi 0.74gr anhídrido acético reaccionan estequiometricamente con 2.0 gr de ácido acético, por lo tanto

5.4gr C4H6O3 .74grC4H6O3 = 4.66 gr anhídrido acético.

En teoría habrá 2.6 gr de aspirina, 4.66 gr de anhídrido acético y agua.

El rendimiento % es:. %rend = 2.0 gr de aspirina x 100 76.9%

2.6 gr aspirina

La estequiometría en la industria

Rendimiento en aguas tratadas

Rendimiento en calderas

Rendimiento en línea de producción

Manejo de residuos

15.1 composición porcentual a partir de

la fórmula?

Se basa en la Ley de las proporciones definidas

o la Ley de Proust, la cual establece que los

elementos de un compuesto se encuentran en

una proporción constante y presentan siempre

una fórmula precisa.