REACCIONES QUIMICAS Y ESTEQUIOMETRIA

2. Relaciones de masa en qumica. Estequiometra.

2. Relaciones de masa en qumica. Estequiometra.

La palabra estequiometra fue introducida en 1792 por Jeremas Richter para identificar la rama de la ciencia que se ocupa de establecer relaciones ponderales (o de masa) en las transformaciones qumicas.

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Escritura de ecuaciones qumicasUna ecuacin qumica debe contener:

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Ajuste de ecuaciones qumicasLas ecuaciones qumicas deben estar ajustadas, de forma que se cumpla la ley de conservacin de la masa. Debe igualmente haber el mismo nmero de tomos de cada elemento a ambos lados de la ecuacin, en los reactivos y en los productos.

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METODOS DE BALANCEO:Mtodo del tanteoMtodo de cambio en el nmero de oxidacino REDOXMtodo del In ElectrnMtodo Algebraico

Problema: Balancear correctamente la ecuacin qumica:

K2Cr2O7 + Cu(s) + HCl ( CrCl3 + KCl + CuCl2 + H2O

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Para entender este mtodo se debe tener claro las disociaciones de cidos, bases y sales (electrolitos) estudiados en el equilibrio inico.Recapitulando, tenemos los cidos se disocian en H+ y el anin negativo.

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las Bases se disocian en el catin positivo y elOH-

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Este mtodo es prctico para balancear ecuaciones inicas, ya que no requiere determinar los nmeros de oxidacin de cada elemento para saber cul elemento se oxida y cul se reduce, aqu se oxida el que pierdae-, es decir, la ecuacin donde aparezcan lose-, hacia la derecha; y se reduce el que ganee-, es decir, la ecuacin donde aparezcan lose-hacia la izquierda

Mtodo In-electrn

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Se debe balancear la siguiente ecuacin:

PASOS PARA IGUALAR ECUACIONES POR MTODO IN-ELECTRN

MnO4-(ac) + Fe2+(ac)MediocidoFe3+(ac) + Mn2+(ac)

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Se identifican y se escriben las ecuaciones de las semirreacciones. Los estados de oxidacin en la semi-rreaccin en que participa el ion permanganato indican que el manganeso se reduce.

Como el estado de oxidacin del manganeso varia de +7 a +2, se reduce. Por tanto sta es la semi-rreaccin de reduccin. Tiene electrones como reactivos aunque todava no se escriben. La otra semi-rreaccin es la oxidacin de hierro(II) a hierro(III) y es la semi-rreaccin de oxidacin.

Paso 1

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Se balancea cada semi-rreaccin

Para la reaccin de reduccin se tiene que: MnO4- Mn2+(El manganeso ya est balanceado)

Se balancea el oxgeno aadiendo 4H2O al lado derecho de la ecuacin: MnO4- Mn2+ + 4H2O

A continuacin se balancea el hidrgeno aadiendo 8H+ al lado izquierdo:

8H+ + MnO4- Mn2+ + 4H2O

Paso 2

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Todos los elementos estn balanceados pero es necesario balancear los cargos usando electrones. De momento se tienen las siguientes cargas para reactivos y productos en la semi-rreaccin de reduccin.

8H++MnO4- Mn2++4H2O8++1-2++07++2

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Se igualan las cargas aadiendo cinco electrones al lado izquierdo. 5e- + 8H++ MnO4- Mn2+ + 4H2O 2- 2+Ahora tanto los elementos como las cargas se encuentran balanceados por lo que sta es una semi-rreaccin de reduccin balanceada. El hecho de que aparezcan cinco electrones del lado de los reactivos de la ecuacin es lgico porque se requieren cinco electrones para reducir de MnO4-(en donde Mn tiene estado de oxidacin de +7) a Mn2+ (en donde Mn tiene estado de oxidacin de +2).

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Para la reaccin de oxidacin Fe2+Fe3+ los elementos se encuentran balanceados, por lo que slo hay que balancear la carga.Fe2+ Fe3+ 2+ 3+Se necesita un electrn del lado derecho para tener carga neta 2+ en ambos lados.Fe2+ Fe3+ + e- 2+ 2+

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Se iguala el nmero de electrones que se transfieren en las dos semirreacciones. Como en la semi-rreaccin de reduccin hay transferencia de cinco electrones y en la semi-rreaccin de oxidacin slo se transfiere un electrn, hay que multiplicar la semi-rreaccin de oxidacin por 5.5Fe2+ 5Fe3+ + 5e-

Paso 3

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Se suman las semirreacciones

Paso 4

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Obsrvese que los electrones se cancelan (como es lgico) para obtener la ecuacin final balanceada.

Se indican los estados fsicos de reactivos y productos (ac) y (l) en este caso nicamente en la ecuacin final balanceada.5Fe2+(ac) + MnO4(ac) + 8H+(ac) 5Fe3+(ac) + Mn2+(ac) + 4H2O(l)

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Intntalo t!Al arrancar el motor de un automvil se emplea energa que es aportada por el acumulador del mismo. En ste se verifica una reaccin de xido reduccin entre el plomo metlico y el xido de plomo(IV) que da la potencia necesaria para el arranque. La ecuacin no balanceada para una versin simplificada de la reaccin es:

Balancee esta reaccin mediante el mtodo de la in-electrn (semi-reacciones).

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CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS A PARTIR DE ECUACIONESPara realizar clculos relacionados con un proceso qumico se requiere:Tener la ecuacin ajustada o balanceadaConocer como mnimo la cantidad en moles de una de las sustancias

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Clculo del nmero de moles de una sustanciaPara calcular el nmero de moles es necesario conocer si la sustancia es:Un slido, y por tanto se encuentra medido en gramosUna solucin acuosa, por tanto se conoce su volumen y concentracinUn gas, por tanto se debe conocer las condiciones a las que se encuentra.Calcular el nmero de moles presentes en las siguientes sustancias:250 g de Carbonato de Sodio50 mL de solucin acuosa de Acido Sulfrico 0,5 M 2L de Oxigeno medidos a 20C y 1 atm.

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Relaciones de masa de las ecuaciones4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3

Los coeficientes de una ecuacin qumica representan el nmero de molculas o el nmero de moles de reactivos y productos. As, 4 moles de Fe reaccionan con 3 moles de O2 para dar 2 moles de Fe2O3. Dichos coeficientes en una ecuacin ajustada pueden emplearse como factores de conversin para calcular la cantidad de producto formada o la de reactivo consumida.

Ejemplo: Cuantos moles de Fe2O3 se producirn a a partir de

4 moles de Fe? 2 moles de Fe? 8 moles de Fe? 1 mol de Fe? 2140.5

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2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 6 H2O + Al2(SO4)3

1. Cuntos moles de H2SO4 se necesitan para producir 8 moles de Al2(SO4)3?Relaciones de masa de las ecuaciones8 mol Al2(SO4)3 x = 24 mol de H2SO4 2. Cuntos moles de H2O se obtendrn a partir de 156 g de Al(OH)3 ?156 g Al(OH)3 x = 6 mol de H2O

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3. Cuntos g de Al(OH)3 reaccionarn con 59 g de H2SO4?59 g H2SO4 x = 31 g Al(OH)3 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 6 H2O + Al2(SO4)3Relaciones de masa de las ecuaciones

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Rendimiento TericoLa cantidad mxima que puede obtenerse de un determinado producto en una reaccin qumica se denomina Rendimiento Terico. Es una cantidad que se calcula a partir de los coeficientes estequiomtricos de una ecuacin qumica y de las cantidades de reactivos empleadas.39 g Al(OH)3 x = 85.5 g Al2(SO4)3

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

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Reactivo limitanteAl llevar a cabo una reaccin qumica, los reactivos pueden estar o no en la proporcin exacta que determinan sus coeficientes estequiomtricos. Si se parte de una mezcla de reactivos que no es la estequiomtrica, entonces el que se gasta o consume primero se denomina reactivo limitante, pues la reaccin slo tendr lugar hasta que se consuma ste, quedando el otro (u otros) reactivo en exceso.

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Rendimiento Terico y Reactivo LimitanteQu sucede si contamos con cantidades de dos o ms reactivos? existe un reactivo limitante2Sb(g) + 3I2(s) 2SbI3(s) Si se hacen reaccionar 1.2 mol de Sb y 2.4 mol de I2, cul ser el rendimiento terico?PARA SbPARA I2

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Rendimiento experimental. Rendimiento porcentualEl Rendimiento Terico es una cantidad mxima, que en muchas ocasiones no se alcanza, pues las reacciones qumicas no siempre se completan. Por ello, la cantidad de producto obtenida experimentalmente (esto es, medida tras realizar el experimento en el laboratorio) suele ser menor que la calculada tericamente, esta se conoce como rendimiento real o experimental. Por ello, se define el Rendimiento Porcentual como el cociente entre la cantidad de producto obtenida (rendimiento experimental) y el rendimiento terico.

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ProblemaCuando la metil amina CH3NH2 se trata con cido ocurre la siguiente reaccin: CH3NH2(ac) + H+(ac) CH3NH3+(ac) Cuando 3 grs de metilamina reaccionan con 0.1 mol de H+, se producen 2.6 g de CH3NH3+. Calcular los rendimientos tericos y porcentual.a) Se determina en primer lugar el reactivo limitante y el rend. terico:

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Pureza de ReactivosEn la prctica no siempre se puede obtener la cantidad de productotericamente predecible, una de las razones es que los reactantes pueden contener impurezas, generalmente expresadas en trminos de porcentaje de pureza, el cual debe determinarse antes de iniciar el clculo de rendimientoEl Hidrxido de Sodio reacciona con el Dixido de Carbono del aire para producir carbonato de sodio. 500 g de NaOH se dejaron al aire comprobandose por anlisis posterior que la pureza del hidroxido era del 95%. Cul es el rendimiento terico del proceso?475 9 g NaOH x = 629.375 g Na2CO3500 g NaOH x 95% = = 475 g NaOH puro2 NaOH(s) + CO2(g) Na2CO3(s) + H2O(l)

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1. En un proceso se parte de 20 g de hierro (pureza 60%) y de 30 g de solucin de cido sulfrico al 80% en masa, para obtener sulfato ferroso e hidrgeno gaseoso .a) Qu masas de hierro y de cido sulfrico reaccionan?b) Qu reactivo est en exceso?c) Qu masa de hidrgeno se obtiene?d) Cul es el volumen en TPE ocupado por esa masa de hidrgeno?e) Cul sera la masa de sulfato ferroso obtenida si el rendimiento de la reaccin es del 80 %?

2. Calcular la cantidad de caliza (CaCO3 impuro) cuya riqueza en carbonato de calcio es del 85,3 % que se necesita para obtener; por reaccin con HCl en exceso; 9,26 L de CO2 a TPE. Escribir y balancear la ecuacin qumica correspondiente.EJERCICIOS