Estequiometría: Rendimiento de reacción y pureza

Profesor Fabio Garzón DíazMaestría en enseñanza de las ciencias exactas y naturales

Facultad de CienciasUniversidad Nacional

Colegio Rodrigo Lara Bonilla JN 2012

Actividad:

Lee los siguientes conceptos repasa los mapas conceptuales, te serán útiles para desarrollar la guía de trabajo. Si tienes alguna pregunta consulta a tu profe.

1. REACCIONANTES:

En una reacción química se establecen unas relaciones entre las cantidades de los reaccionantes para producir una cantidad de producto, de acuerdo con esto el reaccionante que primero se agota durante la reacción se denomina REACCIONANTE LÍMITE o LIMITANTE.

Las otras sustancias se conocen como REACCIONANTES EN EXCESO. 1

1. Whitten et al, 1998, 88.

Para entender mejor resolvamos el siguiente problema:

¿Qué masa de CO2 se formaría en la reacción de 16g CH4 con 48 g de O2? (Metano y Oxígeno) 2

Planteamiento:CH4 + 202 CO2 + 2H2O

1 mol 2 moles 1mol 2 moles16 g 2(32 g) 44 g 2(18 g)

Solución:?moles CH4 = 16 g CH4 x 1 mol CH4 = 1,0 moles CH4

16 g CH4

?moles O2 = 48 g O2 x 1 mol O2 = 1,5 moles O2 32 g O2

2. Whitten et al, 1998, 89.

Ahora veamos la ecuación ajustada:

?moles O2 = 1,0 moles CH4 X 2 moles O2 = 2 moles O21 mol CH4

Se necesitan 2 moles de oxígeno pero tenemos 1,5; así que este es el reaccionante limitante.

Se puede calcular el número de moles de metano que reaccionarían con 1,5 moles de oxígeno:

?moles CH4 = 1,5 moles O2 x 1 mol CH4 = 0,75 moles CH42 moles O2

Según esto solo se requerirán 0,75 moles de CH4 para reaccionar con 1,5 moles de O2. Pero se tienen 1,0 moles de CH4,

así que de nuevo vemos que O2 es el reaccionante límite. En este caso la reacción debe parar cuando el oxígeno se use, por ello se basan los cálculos en este reaccionante.

g de O2 moles de O2 moles de CO2 g de CO2

?gCO2 = 48 g O2 X 1 mol O2 X 1mol CO2 X 44g CO2 32 g O2 2 moles O2 1mol CO2

= 33 g CO2

2. RENDIMIENTO Y PUREZA:

En muchas reacciones químicas, especialmente en las involucradas en procesos industriales, los reaccionantes están acompañados de impurezas; esto hace necesario calcular la cantidad de reaccionante puro debido a que en las ecuaciones se suponen combinaciones entre sustancias completamente puras.3

A continuación encontrarás un mapa conceptual:

3. Cárdenas, 1996, 260.

Rendimientoconceptos

cuando

estrechamente relacionados

Un reaccionante

puro

Calcular el rendimiento

es

Se puede

Reaccionante puro

no es

Se requiere

Pureza

Calcular la cantidad

de

Por medio de

Ecuaciones químicas

que suponen

de La combinaciónSustancias puras

4. Adaptado de Cárdenas, 1996, 260.

2.1. PORCENTAJE DE RENDIMIENTO:

Es la relación de proporcionalidad, con respecto a 100, que se asume como el total de la cantidad de producto obtenido según la ecuación química.

El siguiente ejemplo te ayudará a aclarar tus dudas:

¿Cuántos g de ácido clorhídrico HCl, se obtienen de la reacción de 30 moles de H2, con un exceso de cloro, si el rendimiento de la reacción es de 95%? 4 La ecuación es:

H2 + Cl2 2HCl

A continuación veremos como resolver el ejercicio:

5. Adaptado de Cárdenas, 1996, 261.

La solución requiere establecer la razón molar de HCl a H2

En la ecuación balanceada y utilizar el esquema general así:

30 moles H2 X 2 moles HCl X 36.45g HCl 1 mol H2 1 mol HCl = 30 x 2 x 36.45 g HCl 1 x 1 = 2,19 g de HCl

Esta es la máxima cantidad de ácido clorhídrico que se puede obtener si el rendimiento fuera del 100%, pero como es solo de 95%, la cantidad obtenida debe ser menor. Entonces esta cantidad se multiplica por 95 y se divide por 100.

2,19 X 95 = 2,08 g de HCl 100

2.1. PUREZA:

Es un concepto químico que se refiere a la cantidad de sustancias que acompañan a un reaccionante, especialmente en los procesos industriales, pero no se tienen en cuenta en las ecuaciones químicas.

Entre menor es la cantidad de sustancias acompañantes mayor es la pureza del reaccionante.

El siguiente ejemplo 6 te ayudará a aclarar tus dudas sobre el concepto de pureza:

¿Cuántos g de fluoruro de calcio de 90% de pureza se requieren para preparar 100 g de ácido fluorhídrico? 6.

La ecuación es:

CaF2 + H2 SO4 CaSO4 + 2HF

A continuación veremos como resolver el ejercicio:

6. Adaptado de Cárdenas, 1996, 260.

La solución requiere expresar los gramos de HF en moles, establecer la razón molar del CaF2 al HF y realizar las operaciones, de conformidad con el esquema general:

100 g HF X 1 mol HF X 1 mol CaF2 X 78g CaF2 20 g HF 1 mol HF 1 mol CaF2

= 100 X 1 X 1 X 78 g CaF2 20 X 2 X 1

= 195 g de CaF2

Si el CaF2 fuera puro se requerirían 95 g, pero como es impuro se requiere una mayor cantidad, se obtiene así:

195 g CaF2 puro X 100 g impuro 90 g puro

= 216.7 g de CaF2 impuro

Actividad:

Ya estás listo para pasar a la práctica. Resuelve la guía de trabajo que te entregará tu profe de acuerdo a sus indicaciones.

Actividad final:

Si luego de presentar tus ejercicios y corregirlos sigues con dudas te recomiendo que en tu tiempo libre revises los siguientes videos y lecturas en sitios web. Luego consulta tus dudas con tu profe.

Estequiometría: Reactivo Limitante. Disponible en línea en: http://www.youtube.com/watch?v=MzevVs_FEUU

Reacción química 10: Pureza (riqueza) reactivos. Disponible en línea: http://www.youtube.com/watch?v=s-fR_bZ1Eig

Reactivo limitante Porcentaje de Rendimiento. Disponible en línea: http://www.youtube.com/watch?v=wwlHv_9yajo

Videos:

Pureza de los reactivos. Disponible en línea en: http://quimicaparatodos.blogcindario.com/2009/09/00075-pureza-de-los-reactivos.html

Reactivo limitante y rendimiento. Disponible en línea en: http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html

Lecturas:

Whitten, K., Davis, Raymond, y Peck, Larry. (1998) Química general. Madrid: Mc Graw Hill.

Cárdenas, F., y Gélves, Carlos. (1996) Química y ambiente 1. Bogotá: Mc graw Hill.

Bibliografía: