Pureza de los reactivos - Rendimiento de la reacción1. Para obtener amoníaco, utilizado ampliamente como fertilizante, se deben colocar en un tanque cerrado nitruro de aluminio

(AlN) y agua. La reacción de formación es la siguiente:

AlN + 3 H2O NH3 + Al(OH)3

a) Indicar cuál es la relación estequiométrica en gramos para la reacción (buscar los Ar –pesos atómicos– en la

tabla periódica).

AlN + 3 H2O = NH3 + Al(OH)3moles 1,0 3,0 1,0 1,0partículas 6,020E+23 1,806E+24 6,020E+23 6,020E+23Masa 40,99 54,06 17,04 78,01

b) Si se colocaron 100 Kg. de AlN, cuya pureza era de 75%, y 100 Kg. de agua (obviamente 100% pura), ¿Qué

masa, en kilogramos, y qué cantidad de moles de NH3 se produjeron? Indicar en éste caso cuál es el reactivo

limitante y el reactivo en exceso. ¿Cuántos moles de moléculas del reactivo en exceso quedaron sin

reaccionar?

Típico problema que involucra la pureza de los reactivos… Al menos uno de los reactivos tiene una pureza inferior al 100%

(por cuanto todo lo que ponemos no es reactivo PURO sino IMPURO…). Entonces, primeramente tenemos que calcular

cuánto de reactivo puro efectivamente estamos utilizando...

% kg AlN100% 100,00

75% 75,00kg AlN

Ahora sí, sabemos que en realidad no pusimos 100 Kg de nitruro de aluminio PURO sino que cuando pusimos los 100 kg de

nitruro de aluminio 75% (que era IMPURO), es como si hubiéramos puesto nada más que 75 kg de AlN PURO. Entonces, me

olvido del dato de los 100 kg y trabajo con el dato de 75 kg de AlN puro…

Luego tengo que determinar si existe o no un reactivo limitante…

g AlN g H2O40,99 54,06

75000,00 98914,37Si hay…

98,9kg H2O

O bien,

g H2O g AlN54,06 40,99

100000,00 75823,16No hay…

75,8 kg AlN

Por cuanto, utilizando 100 kg de AlN 75% puro y 100 kg de agua, el reactivo limitante es el AlN (por muy poquito, pero lo

es). Luego, nos pide calcular los moles de moléculas de agua que sobraron… Haciendo 100 kg = 100.000 g y 100.000 g –

98.914,37 g = 1085,63 g tenemos que:

g H2O moles H2O54,06 3,0

1085,63 60,2

Para calcular cuántos moles y kilos de producto (NH3) se produjeron, simplemente debo tomar el dato del reactivo

LIMITANTE (si lo hubiera, como en éste caso)…

g AlN g NH340,99 17,04

75000,00 31178,34

31,2kg NH3

O bien, utilizar el dato de reactivo en exceso que reaccionó…

g H2O g NH354,06 17,04

98914,37 31178,34

31,2kg NH3

Como siempre, por ambos caminos llegamos al mismo resultado… Se produjeron 31,2 kg de NH3, que equivalen a 1.829,7

moles de moléculas de NH3, según:

g NH3 moles NH317,04 1,0

31178,34 1829,7

c) Si el rendimiento de la reacción es de 95%, ¿qué masa, en kilogramos, y qué cantidad de moles de NH3 se

produjeron?

Ahora entra en juego el RENDIMIENTO, que implica que si no es del 100%, entonces no toda la masa de reactivos se

transforma en productos… Aparecen pérdidas en la reacción… Y se produce MENOS PRODUCTO de lo ESPERADO…

Para nuestro caso, habíamos calculado en el punto anterior que se producían 31.178,34 g NH3 = 31,2 kg NH3 = 1829,7

moles de moléculas

Todo ello bajo el supuesto implícito de que el rendimiento de la reacción era del 100%... Pero ahora el problema nos plantea

qué pasa si el rendimiento es del 95%... Entonces, debo calcular en kg la cantidad de producto que se obtendrá:

% g NH3100% 31178,34

95% 29619,42

29,6kg NH3

Pero también me lo pide en número de moles de moléculas…

% moles NH3100% 1829,7

95% 1738,2

d) Comparar los resultados con el punto b) anterior y con el obtenido en el punto b) del ejercicio 1 de

“Reactivo limitante”.

TAREA PARA USTEDES…

2. El agua oxigenada se obtiene por reacción de oxígeno e hidrógeno gaseosos, según la siguiente reacción:

H2 (g) + O2 (g) H2O2 (l)

a) Indicar cuál es la relación estequiométrica en gramos para la reacción (buscar los Ar –pesos atómicos– en la tabla

periódica).

b) Si se colocaron 250 g de hidrógeno (90% de pureza) y 100 g de oxígeno (80% de pureza), ¿Qué cantidad de moles de

H2O2 se produjo? Si corresponde, indicar cuál es el reactivo limitante y el reactivo en exceso.

c) ¿Cuántos moles de moléculas se habrían producido si el rendimiento de la reacción fuera del 85%?

3. La reacción del aluminio metálico con bromo, un no metal líquido, es espontánea, es decir, no necesita energía externa

para que ocurra. La reacción es la siguiente:

2 Al (s) + 3 Br2 (l) 2 AlBr3 (s)

a) Indicar cuál es la relación estequiométrica en gramos para la reacción (buscar los Ar –pesos atómicos– en la tabla

periódica).

b) Si se colocaron para reaccionar 4,00 g de aluminio (95% de pureza) y 42,00 g de bromo (80% de pureza), ¿Cuál es la

sustancia que actúa como reactivo limitante?

c) En función de las cantidades citadas en el punto anterior, ¿Cuántos moles de bromuro de aluminio se obtuvieron si la

reacción tiene un rendimiento del 70%?

d) Si se colocaron 96 gramos de bromo (100% de pureza) con cantidad suficiente de aluminio y se obtuvieron 55 gramos de

la sal, ¿cuál fue el rendimiento de la reacción?

4. El cloruro de calcio se forma a partir de ácido clorhídrico y carbonato de calcio según la siguiente reacción:

2 HCl (l) + CaCO3 (s) CaCl2 (s) + CO2 (g) + H2O (l)

a) Indicar cuál es la relación estequiométrica en gramos para la reacción (buscar los Ar –pesos atómicos– en la tabla

periódica).

b) ¿Con cuántos gramos de la sal, cuya pureza se estima en 70%, reaccionarán 300 g del ácido (90% de pureza) para

obtener la máxima cantidad posible de cloruro de calcio, suponiendo que el rendimiento de la reacción es del 100%?

c) En función de las cantidades citadas en el punto anterior, ¿Cuántos moles de dióxido de carbono se obtuvieron?

d) Considerando que se colocaron a reaccionar cantidades suficientes de ambas sustancias y que la pureza de ambas era

del 100%, ¿cuántos gramos de cada una habremos utilizado para producir 500 gramos de CaCl2 si la reacción tiene un

rendimiento del 85%?

5. El nombre común del metanol, CH3OH, es alcohol metílico. La mayor parte del metanol se produce comercialmente por la

reacción del monóxido de carbono, CO, con hidrógeno gaseoso, a temperatura y presión elevadas. Si 720 gramos de CO

reaccionaron con 550 gramos de H2, efectúa los cálculos necesarios con base en la ecuación siguiente:

CO (g) + 2 H2 (g) CH3OH (l)

a) ¿Cuál es la sustancia que actúa como reactivo limitante?

b) ¿Cuántos moles del alcohol se obtuvieron si el rendimiento de la reacción es del 80%?

c) ¿Cuántos moles del alcohol se obtuvieron si el rendimiento de la reacción es del 100% pero la pureza del hidrógeno

utilizado era del 40%?

d) ¿Cuál es el rendimiento de la reacción si se colocaron cantidades estequiométricas de ambas sustancias y se obtuvieron

25 gramos de CH3OH? Suponga que la pureza de ambas sustancias era del 90%.

e) Usted dispone de dos métodos para obtener el alcohol: el primero tiene un rendimiento del 80% pero sólo utiliza

sustancias puras (100%), mientras que el segundo tiene un rendimiento del 99% utilizando sustancias cuya pureza puede

ser por lo menos igual a 80%. Compare los resultados que pudiera obtener por ambos métodos y decida cuál es el mejor (el

que más producto obtiene).