UNIDAD VI "ESTEQUIOMETRIA"

 ESTEQUIOMÉTRIA

Es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos en el transcurso de una reacción química. 

• Una reacción química: se produce cuando hay una modificación en la identidad química de las sustancias intervinientes; esto significa que no es posible identificar a las mismas sustancias antes y después de producirse la reacción química, los reactivos se consumen para dar lugar a los productos.
• Unidades de medida: moles, gramos, litros (para los gases) u otras unidades, para calcular la cantidad de producto formado (o reactivo que le dio origen) en una ecuación se utilizan moles.

¿Sabes que otro nombre recibe Estequiometria?

                                                                 METODO DE MOL 

• Los coeficientes estequiométricos en una ecuación química se pueden interpretar como el número de moles de cada sustancia o como el número de moléculas de cada sustancia.

Para realizar el método de mol debes seguir los siguientes pasos:

• Escribir la ecuación de la reacción 
• Balancear la ecuación 
• Partir del dato que da el problema 
• Establecer la reacción de moles entre dos sustancias en un factor estequiométrico basado en la ecuación química. 
• Dar la respuesta en la unidad de medida que solicita el problema

Volumen molar

Condiciones de temperatura y presión estándar: T 0C = 00C = 273K y P = 760mmHg = 1 atm

Recuerda!! Un mol de un gas a TPE (temperatura y presión estándar) ocupa un volumen de 22.4L. Entonces: 1 mol de gas a TPE = 22.4L = 6.022x1023 moléculas.

Observa los siguientes ejercicios:

1. La combustión de gas butano C₄H₁₀ en el aire da CO₂ y agua líquida. Calcule:

a.    Escriba la ecuación balanceada para dicha reacción

2C4H10+13CO2=8CO2+10H20

b.    ¿Cuántos moles de butano se necesitan para obtener 11.6 moles de dióxido de carbono?

11.6 mol CO2 * 2 mol C4H10 /8 mol CO2 = 2.9 mol C4H8

c.    ¿Cuántos gramos de agua se forman con 2.69 moles de butano?

2.69 g de mol C4H10 * 10 mol H2O / 2 mol C4H10 * 18.02 H20/1 MOL H2O = 242.369 G H2O

2.¿Cuál es la masa de carbonato de calcio que se necesita para producir 2.87 gramos de dióxido de carbono de acuerdo con la reacción:

CaCO_3(s) à CaO_(s) + CO_2(g)

_{Ecuacion balanceada: Caco3=Caco + Co2} 

_{5.38 g Li3N *1 mol Li3N/34.83 g LIN * 1 mol NH3/1 mol LIN*17.04 NH3/1 mol NH3 = 2.6321 g NH3} 

3.Determine el número de gramos de HI que se producirían por la adición de 3.50 gramos de PI₃ a agua en exceso. 

PI₃ + 3H₂O à HI + H₃PO₃

PI₃ + 3H₂O = 3HI + H₃PO₃

_{3.50 g PI3 * 1mol PI3/411.67 g PI3*3 moles  de H/1 mol PI3*127.91 g HI/1mol H = 3.2625 g HI}

_4. El amoníaco usado para hacer fertilizantes para jardines se obtiene haciendo reaccionar el nitrógeno del aire con hidrógeno. Calcular:

a.    Escribir la ecuación química balanceada

N2 + 3H2 = 2NH3 (g)

b. La masa en gramos de amoníaco, formada a partir de 1.34 moles de nitrógeno.

1.34 mol N2 * 2 mol deNH3/1 mol N2 * 17.04 g/1 mol NH3 =  45.6672 g NH3

c.    La masa en gramos de nitrógeno necesaria para formar 1Kg de amoníaco.

1 kg NH3 * 1000 NH3/1 kg NH3 * 1 mol NH3 / 17.04 g NH3 *1 mol N2/2 mol NH3 * 28.02 g N2/ 1 mol N2 = 822.1031 g N2

d.    La masa en gramos de hidrógeno necesaria para reaccionar con 6.00 gramos de nitrógeno.

6.00 gramos N2 * 1 mol N2 / 28.02 g N2 * 3 mol H2 / 1 mol N2 *2.02/ 1 mol H2= 1.2976 gH2

Observa el siguiente video con ejercicios de estequiometria

ESTEQUIOMETRIA PARTE II 

"REACTIVO LIMITANTE Y REACTIVO EN EXCESO"

Reactivo limitante: Cuando se efectúa una reacción, los reactivos no están presentes en cantidades estequiométricas necesariamente, es decir, en las proporciones que indica la ecuación balanceada.

Recuerda lo siguiente!!

• El reactivo que se consume primero en una reacción se denomina reactivo limitante, ya que la máxima cantidad de producto depende de la cantidad de este reactivo. 
• Cuando el reactivo limitante se consume no se puede formar más producto.

REACTIVO EN EXCESO 

• Los reactivos en exceso son los reactivos presentes en mayor cantidad que la necesaria para reaccionar con la cantidad de reactivo limitante. 

• Se determina el reactivo limitante, para hacer los cálculos de cuando producto se forma, utilizando el método del mol. 
• Nunca los cálculos deben efectuarse con los reactivos en exceso. 

 Realiza los siguientes ejercicios 

1. La reacción entre el aluminio y el óxido férrico se produce a temperaturas cercanas de 30000C, en un proceso se hicieron reaccionar 124g de aluminio con 601g de óxido férrico. Determine: 

 

La ecuación que representa el proceso de reacción. 

2Al + Fe2O3=AI2O3+2Fe(s)

La masa en gramos de óxido de aluminio que se formó. 

 601 g FeO3*1 mol FeO3 / 159.68 Fe2O3*2 mol AI/ 1mol Fe2O3*26.98g AI/ 1 mol Al =203.0934 gAI

La cantidad de reactivo en exceso que se recuperó al completar la reacción.

124 g AI *1 mol/ 26.98 g * 1 mol AI2O3/ 2 mol AL * 101.96 g Al2 O3/1mol AI2O3= 234.3039 G Al

2. El propano C3H8 es un componente del gas natural y se utiliza para cocinar y para la calefacción doméstica. 

Escriba y balancee la ecuación de combustión del propano. 

C3H8+5O2= 2CO2+4H2O

¿Cuántos gramos de dióxido de carbono se producen si reaccionan 8 moles de propano con 4 moles de oxígeno?

_{4 mol O2* 1 mol C3H8/5 mol O2 = 0.8 mol de C3H8}

_{4 mol O2*3 mol CO2/5mol O2*44.01CO2/1mol CO2= 105.624 g CO2}

_3.Balancee la ecuación en la cual el tetrafluoruro de azufre reacciona con el anhídrido yódico para obtener pentafluoruro de yodo y anhídrido sulfuroso

SF4+2I2O5 = 4IF5+ 5S02

Observa la siguiente imagen y video te ayudaran a entender mejor ....

        

RENDIMIENTO DE REACCION

• La cantidad de reactivo limitante determina el RENDIMIENTO TEÓRICO de una reacción, a través de la aplicación del método del mol.

• El rendimiento teórico es el rendimiento máximo que se puede obtener cuando la reacción es exitosa en un 100%

• En la práctica el RENDIMIENTO REAL es menor que el rendimiento teórico, a lo sumo igual pero NUNCA mayor.

• El rendimiento real se determina sólo a través de experimentos y es usualmente un dato que los problemas suelen dar.

¿Sabes por qué rendimiento real nunca es igual al rendimiento teórico?

• Reacciones reversibles 
• Difícil recuperar todo el producto
• Reacciones laterales 
• Difícil purificar el producto

Realicemos los siguientes ejercicios 

1. Cuando se calienta el litio, reacciona con el nitrógeno para formar nitruro de litio. 

 Escriba la Ecuacion balanceada del proceso

6Li + N2=2LiN 

Cual es el rendimiento teórico de nitruro de litio en gramos cuando se hacen reaccionar 12.3 g de Li en 33.6 g de nitrogeno 

33.6gN2*1molN2/28.02gN*6 mol Li/1mol No2*6.94 Li/ 1 mol Li = 49.9323 g

12.3gLi*1 mol L/6.94 gLi*2 mol Li/6 mol Li*34.83 g Li/1 g Li=20.5768gLi

2. El dicloruro de diazufre S2Cl2 se utiliza en la vulcanización del caucho. Se prepara mediante el calentamiento de azufre S8 en una atmósfera de cloro Cl2 . 

Escriba la ecuación balanceada que representa la reacción que ocurre. 

S8+4Ci2=4S2CI2

¿Cuál es el rendimiento teórico de dicloruro de diazufre en gramos cuando 4.06g de azufre se calientan con 6.24g de cloro?

6.24g*1 mol cl2/70.9gcl2*1molS8/4 mol cl2*256.48 gS8/1 mol S8= 5.6432gS8

3.El titanio se obtiene por la reacción de cloruro de titanio (IV) con magnesio a 950 0C y 1150 0C. 

 Escriba la ecuación balanceada que representa la reacción:

Ticl4+2mg=Ti+2ngcl4

En cierta operación industrial se hace reaccionar 3.54x10 7 gramos de cloruro de titanio con 1.13x10 7 gramos de magnesio. Para esto: 

Calcule el rendimiento teórico de Ti en gramos:

3.54 x10(7)g Ticl4* 1 mol Ticl4/189.7g Ticl4*2 mol mg cl4/1 mol Ticl4*24.31 mg/1 mol mg= 9.07(6) mg

4. A una disolución que contiene nitrato plumboso en agua se le agrega una disolución que contiene ácido sulfúrico en agua: De acuerdo a la reacción balanceada, ¿Cuántos gramos de sulfato de plomo (II) se producen si reaccionan 5g de nitrato plumboso, si se tiene el 85% de rendimiento en la reacción?

Pb(No3)2+H2SO4=PbSO4+2HNO3

5g Pb(No3)2 * 1mol Pb(No3)2/331.21 g Pb(No3)2/1mol PbSO4/1 mol Pb(No3)2*303.25 PbSO4/1 mol Pb(No3)2 = 4.5779 g PbSO4

Observa el video con informacion y ejercicios:

Referencias bibliograficas:

• Lcda. Marroquin N.(2021) presentacion estequiometria 
• Khan academy (2021) Estequiometria, recuperado de: https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry-beta/x2eef969c74e0d802:chemical-reactions/x2eef969c74e0d802:stoichiometry/a/stoichiometry
• Quimica.es (2021) Estequiometria, recuperado de: https://www.quimica.es/enciclopedia/Estequiometr%C3%ADa.html
• Amigos de la química(2018) Estequiometria, recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=A9Ag1seap2g 
• UNAM (2020)Estequiometria, recuperado de: http://www.revistas.unam.mx/index.php/req/article/view/70021/64304