Material Clase Mol-Rendimiento

8/9/2019 Material Clase Mol-Rendimiento

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Porcentaje de rendimiento

Se cree equivocadamente que las reacciones progresan hasta que

se consumen totalmente los reactivos, o al menos el reactivo

limitante.

La cantidad real obtenida del producto, dividida por la cantidad

terica mxima que puede obtenerse (100%) se llama rendimiento.

Rendimiento terico

La cantidad de producto que debiera formarse si todo el reactivo

limitante se consumiera en la reaccin, se conoce con el nombre de

rendimiento terico.

A la cantidad de producto realmente formado se le llama

simplemente rendimiento o rendimiento de la reaccin. Es claro que

siempre se cumplir la siguiente desigualdad

Rendimiento de la reaccin rendimiento terico

Razones de este hecho:

es posible que no todos los productos reaccionen

es posible que haya reacciones laterales que no lleven alproducto deseado


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la recuperacin del 100% de la muestra es prcticamenteimposible

Una cantidad que relaciona el rendimiento de la reaccin con el

rendimiento terico se le llama rendimiento porcentual o % de

rendimiento y se define as:

Ejemplo:

La reaccin de 6.8 g de H 2S con exceso de SO 2, segn la siguiente

reaccin, produce 8.2 g de S. Cual es el rendimiento?

(Pesos Atmicos: H = 1.008, S = 32.06, O = 16.00).

En esta reaccin, 2 moles de H 2S reaccionan para dar 3 moles de

S.

1) Se usa la estequiometra para determinar la mxima cantidad de

S que puede obtenerse a partir de 6.8 g de H 2S.

(6,8/34) x (3/2) x 32 = 9,6 g

2) Se divide la cantidad real de S obtenida por la mxima terica, y

se multiplica por 100.

(8,2/9,6) x 100 = 85,4%


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Rendimiento con ReactivosLimitantes

Ejemplo:

La masa de SbCl 3 que resulta de la reaccin de 3.00 g de antimonio

y 2.00 g de cloro es de 5.05 g. Cul es el rendimiento?

(Pesos Atmicos: Sb = 121.8, Cl = 35.45)

En esta reaccin, 1 mol de Sb 4 y 6 moles de Cl 2 reaccionan para dar

4 moles de SbCl 3.

1) Calcular el nmero de moles que hay de cada reactivo:

Peso Molecular del Sb 4: 487.2

nmero de moles de Sb 4 = 3/487.2 = 0,006156

Peso Molecular del Cl 2: 70.9

nmero de moles de Cl 2 = 2/70.9 = 0,0282

2) Comparar con la relacin de coeficientes en la ecuacin ajustada.

La relacin es de 1 mol de Sb 4 a 6 moles de Cl 2. Usando la

estequiometra:

0,00656/0,0282 = 1/4,3 > 1/6


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de modo que el reactivo limitante es el Cl 2. Nosotros slo tenemos

0.0282 moles de Cl 2.

3) Usar la estequiometra para determinar la mxima cantidad deSbCl 3 que puede obtenerse con 2.00 g de Cl 2 (el reactivo limitante).

4) Dividir la cantidad real de SbCl 3 obtenida por la mxima terica y

multiplicar por 100.

(4,29/5,05) x 100 = 84,9%

Algunos conceptos

Reactivo limitante

Es aquel reactivo concreto de entre los que participan en una

reaccin cuya cantidad determina la cantidad mxima de producto

que puede formarse en la reaccin.

Proporcin de reaccin

Cantidades relativas de reactivos y productos que intervienen en una

reaccin. Esta proporcin puede expresarse en moles, milimoles o

masas.

Rendimiento real

Cantidad de producto puro que se obtiene en realidad de una

reaccin dada. Comprese con rendimiento terico.


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Rendimiento terico

Cantidad mxima de un producto especfico que se puede obtener a

partir de determinadas cantidades de reactivos, suponiendo que el

reactivo limitante se consume en su totalidad siempre que ocurra

una sola reaccin y se recupere totalmente el producto. Comprese

con rendimiento.

Rendimiento porcentual

Rendimiento real multiplicado por 100 y dividido por el rendimiento

terico.

Porcentaje de pureza

El porcentaje de un compuesto o elemento especfico en una

muestra impura.

Modificaciones alotrpicas (altropos)

Formas diferentes del mismo elemento en el mismo estado fsico.

http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html

CLCULOS ESTEQUIOMETRICOS:CLCULOS ESTEQUIOMETRICOS:

Las ecuaciones qumicas expresan las relaciones cuantitativas existentesentre las sustancias que intervienen en la reaccin, y permiten calcular la cantidadde cualquiera de ellas en moles, masa o volumen a travs de la ecuacin de estadoen las condiciones que correspondan.

En primer lugar definiremos algunos conceptos necesarios para la resolucinde problemas y luego veremos un ejemplo de calculo.

* Pureza:* Pureza: generalmente los reactivos slidos suelen presentar otras sustanciasextraas (impurezas) que no intervienen en la reaccin qumica. Se denominapureza al porcentaje efectivo de reactivo puro en la masa total. Por ejemplo: 60.00g de cobre con pureza del 80% significa que 48 g de cobre (80% de 60.00g)corresponden a cobre puro, siendo el resto impurezas inertes.* Reactivo limitante:* Reactivo limitante: se denomina as al reactivo que limita la reaccin qumica porencontrarse estequiomtricamente en menor proporcin entre dos o ms reactivos.A partir de ste deben calcularse todos los productos formados.

* Reactivo en exceso:* Reactivo en exceso: es el reactivo que se encuentra estequiomtricamente enmayor cantidad a la necesaria (determinada por el limitante) y por ende, presenta
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una masa en exceso. Dicha masa resulta de restar la cantidad de reactivo agregadoy la cantidad necesaria.

* Rendimiento de la reaccin:* Rendimiento de la reaccin: generalmente, las reacciones quimicas no presentanuna eficiencia del 100 % debido a condiciones inadecuadas de presion ytemperatura o a perdidas de productos por arrastre en aquellas reacciones que

involucran gases. El rendimiento se expresa como porcentaje con respecto a uno otodos los productos y se calcula haciendo el cociente entre la masa obtenida y lamasa que debera obtenerse, multiplicado por 100:

R= ( masa obtenida / masa terica ) x 100

Veamos un ejemplo de aplicacin:

Problema:Problema: se hacen reaccionar 50.00g de Cu (90% de pureza) con 400.00ml de unasolucin 6 M de cido ntrico a 50C y 3 atmsferas, con un rendimiento del 95 %respecto de Cu(NO 3)2. Calcular:

a] Reactivo limitante y reactivo en excesob] Masa de reactivo en exceso.c] Masa de nitrato(V) de cobre (II) obtenida.d] Volumen de dixido de nitrgeno obtenido.e] Moles y molculas de agua obtenidos.

1]- Debe plantearse la ecuacin qumica e igualarla segn lo indicadoanteriormente.

Cu + 4 HNO 3 --------> Cu(NO 3)2 + 2 NO 2 + 2 H 2O

2]- Se coloca debajo de la ecuacin, las relaciones estequiomtricas de masa ymoles obtenidas a partir de los pesos atmicos y moleculares tomando en cuentalos coeficientes de igualacin. Tambin se colocan las masas o moles dados por el

problema:Cu + 4 HNO 3 --------> Cu(NO 3) 2 + 2 NO 2 + 2 H 2O

Relac.esteq. 63.54g 252.00g 187.54g 92.00g 36.00g1 mol 4 moles 1 mol 2 moles 2 moles

Datos e 50.00g 400 ml 95% masa? Vol.? moles?Incgnitas (90%) sc. 6M molec.?

Resolucin:Resolucin:

a] Reactivo limitante y reactivo en exceso:a] Reactivo limitante y reactivo en exceso:

masa de Cu agregada: 100% ----------> 50.00 g90% -----------> x = 45.00 g de Cu puro45.00 g de Cu puro

moles deHNO 3 agregados: 1000 ml -----------> 6 moles400.00ml ---------> x = 2.4 moles de HNO2.4 moles de HNO 33

masa de Cu que reacciona: Si 4 moles HNO 33 ---------> 63.54 g Cu2.4 " " --------> x = 38.12 g Cu38.12 g Cu

(necesarios)(necesarios)

Se necesitan 38.12 g de Cu para reaccionar con los 400.00 ml de cido, peroagregamos 45.00 g de Cu, por lo tanto el cobre esta en exceso y, en consecuencia,el HNO 3 es el reactivo limitante.

b] Masa de reactivo en exceso:b] Masa de reactivo en exceso:


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masa de Cu exceso = 45.00 g Cu - 38.12 g Cu = 6.88 g Cu exceso.6.88 g Cu exceso.

c] Masa de Cu(NOc] Masa de Cu(NO 33 ))22 obtenida:obtenida:Si 4 moles HNO 33 ---------> 187.54 g Cu(NO 33)222.4 " " ---------> x= 112.52 g Cu(NO112.52 g Cu(NO 33 ))22 (sin considerar(sin considerar

rendim.)rendim.)

Considerando el rendimiento del 95% se obtiene el 95% del valor calculadoanteriormente, es decir:

100% ----------> 112.52 g Cu(NO 33)2295% -----------> x = 106.89 g Cu(NO106.89 g Cu(NO 33 ))22

d] Volumen de NOd] Volumen de NO 22 obtenido:obtenido:Si 4 moles de HNO 33 -----------> 2 moles de NO 222.4 " " " ----------> x = 1.2 moles de NO1.2 moles de NO 22

De la ecuacin General de Estado de Gases Ideales: (debemos trabajar con estaecuacin ya que el NO 2 es un gas)

P . V = n . R . T => V = n . R . T / P =>

V = (1.2 mol x 0.082 l atm / mol K x 323.15 K ) / 3 atm = 10.60 litros10.60 litros .

e] Moles y molculas de He] Moles y molculas de H 22 O:O:

Si 4 moles de HNO 33 -------------> 2 moles de H 22O2.4 " " " -------------> x = 1.2 moles de H1.2 moles de H 22 OO

Si 1 mol H 22O -------------> 6.02 x 10 23 molculas (N AA )

1.2 " " ------------> X= 7.22 x 107.22 x 1023

molculas de Hmolculas de H 22 OO

Observacin:Observacin: en la resolucin del problema, para calcular los productos se trabajasiempre con el reactivo limitante.

http://www.donboscobaires.com.ar/acad/sec/quimica/04/4q-modulo3calculos-estequiometricos.doc

Reactivo limitante (o lmite ). Cuando ocurre una reaccin, los reactivosprobablemente no se encuentran en la relacin estequiomtrica exacta ( la cuales siempre constante ) sino que puede haber exceso de uno o ms de ellos. En talcaso, habr un reactivo que se consumir en su totalidad y ser el que va a limitar la reaccin. Dicho reactivo, llamado reactivo limitante (o lmite ), ser el punto dereferencia para todos los clculos relacionados con la ecuacin. As por ejemplo, sise ponen en contacto 11 g de C 3H8 con 48 g de O 2 , se pueden hacer las siguientesconsideraciones:
http://www.donboscobaires.com.ar/acad/sec/quimica/04/4q-modulo3calculos-estequiometricos.dochttp://www.donboscobaires.com.ar/acad/sec/quimica/04/4q-modulo3calculos-estequiometricos.dochttp://www.donboscobaires.com.ar/acad/sec/quimica/04/4q-modulo3calculos-estequiometricos.dochttp://www.donboscobaires.com.ar/acad/sec/quimica/04/4q-modulo3calculos-estequiometricos.doc


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Segn la ecuacin (4), debe intervenir de O 2 en la reaccin, 5 veces el nmero demoles de C 3H8 disponibles. Luego:Moles de O 2 que reaccionan = 5( 0.25) = 1.25Se nota entonces que hay un exceso de O 2. Por tanto, en este ejemplo el C 3H8 es elreactivo lmite. Rendimiento porcentual de una reaccin . Siguiendo el ejemplo anterior, puedencalcularse las moles producidas de cada producto.

1. Si la reaccin es 100% completa. El clculo debe tener como referencia el reactivolmitante.

Moles de CO 2 producidas:

Moles de H 2O producidas:

Los clculos anteriores son tericos . sin embargo, en la realidad una reaccinproduce menos cantidad de productos que lo tericamente esperado. Es necesarioentonces hablar de un porcentaje de rendimiento de la reaccin, que obviamenteser menor al 100%, si en nuestro ejemplo se produjeran realmente 0.60 moles deCO 2, entonces el rendimiento porcentual sera:

Mtodo de variacin continua .(Mtodo de Job). Este mtodo se ide paradeterminar experimentalmente la relacin estequiomtrica exacta en la que secombinan los reactivos de una reaccin. La base del mtodo consiste en realizar reacciones sucesivas con ambos reactivos, empleando cantidades diferentes decada uno de ellos, manteniendo constante el volumen total. Puede entoncesmedirse una propiedad del sistema que est relacionada con la masa que intervienede reactivo en cada caso, por ejemplo, el peso del precipitado formado. Si lareaccin se efecta en una serie de tubos del mismo dimetro, puede medirse la


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altura del precipitado formado.

Si la reaccin no produce precipitado, puede medirse otra propiedad, por ejemplo, elcalor liberado, etc.

Ejemplo: determinar la relacin estequiomtrica para la reaccin:

Si se tienen los siguientes resultados experimentales:

TABLA No.1

TuboN

AgNO 3 1 F(ml)

NaCl 1 F(ml)

Peso delPrecipitado

(g)1 1 7 0.142 2 6 0.293 3 5 0.434 4 4 0.575 5 3 0.426 6 2 0.287 7 1 0.14

Graficando el peso del precipitado obtenido vs. el volumen de AgNO 3 y el NaCl,

resulta el grfico No. 1. Al observarse dicho grfico, puede notarse que las dosrectas se interceptan en un punto. Este punto se denomina punto de equivalenciay tiene la caracterstica de que en l, los reactivos reaccionan en las cantidadesestequiomtricas exactas. Para este ejemplo en particular, el punto de equivalenciaocurre cuando se tienen 4 ml de AgNO 3 y 4 ml de NaCl (tubo No. 4); por tanto:

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