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UNIDAD 4:

REACCIONES QUÍMICAS

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ESTEQUIOMETRÍA

Principio de conservación de la masa:La masa no se crea ni se destruye, sólo se transforma

Una reacción química se puede representar en el papel medianteuna ecuación química, esta debe respetar el principio deconservación de la masa.El mecanismo mediante el cual se logra que una ecuación químicacumpla con la ley de conservación de la masa se conoce comoBALANCEAR, AJUSTAR o EQUILIBRAR dicha ecuaciónquímicaEjemplo:Reacción química: El hidrógeno reacciona con el nitrógeno paraformar amoníacoEcuación química:

H2 + N2 NH33 2

reactivos producto

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H2 + N2 NH33 2

reactivos producto

Esto nos dice que en los reactivos tengo 6 átomos de H (3 H2) y2 átomos de N (N2) y en los productos tengo 2 átomos de N (2NH3) y 6 átomos de H (2 NH3).

También es lo mismo que decir que se conserva la masa altransformarse los reactivos en productos.

También es lo mismo decir que se conserva el tipo y número delos átomos reactivos (6 H y 2 N), aunque su disposición cambie,o sea que se transformen en producto (de H2 y N2 en NH3)

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H2SO4 + Al(OH)3 Al(HSO4)3 + H2O3 3

¿Que lectura podemos realizar de estaECUACIÓN QUÍMICA BALANCEADA?

Una lectura microscópica

3 moléculas de H2SO4 reaccionan con 1 molécula de Al(OH)3para producir 1 molécula de Al(HSO4)3 y 3 moléculas de H2O

294 umas de H2SO4 reaccionan con 78 umas de Al(OH)3para producir 318 umas de Al(HSO4)3 y 54 umas de H2O

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Una lectura macroscópica

3 moles de moléculas de H2SO4 reaccionan con 1 mol demoléculas de Al(OH)3 para producir 1 mol de moléculas deAl(HSO4)3 y 3 moles de moléculas de H2O294 gramos de H2SO4 reaccionan con 78 gramos de Al(OH)3para producir 318 gramos de Al(HSO4)3 y 54 gramos de H2O3 moléculas-gramo de H2SO4 reaccionan con 1 molécula-gramode Al(OH)3 para producir 1 molécula-gramo de Al(HSO4)3 y3 moléculas-gramo de H2O1,8 x 1024 de moléculas de H2SO4 reaccionan con 6,023 x 1023

moléculas de Al(OH)3 para producir 6,023 x 1023 moléculas deAl(HSO4)3 y 1,8 x 1024 moléculas de H2O

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Esto nos permite RELACIONAR las cantidades de reactivosutilizadas con las cantidades de los productos que obtendremos alfinalizar la reacción

Ejemplo:

H2SO4 + Al(OH)3 Al(HSO4)3 + H2O3 3

¿Cuántos gramos de agua se obtienen si reaccionan 56 gramosde H2SO4?

De la lectura macroscópica saco la siguiente relación:294 gramos de H2SO4 generan 54 gramos de agua

Realizando una regla de tres:294 gramos de H2SO4 ______________ 54 gramos de H2O 56 gramos de H2SO4 _______________ X = 10,28 gramos de H2O

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EXCESO YDEFECTO

oREACTIVOLIMITANTE

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Hay que tenerlo en cuenta siempre que nos pidan calcularcantidades de productos a obtener cuando mezclamos 2 o más

reactivosEjemplo:

H2SO4 + Al(OH)3 Al(HSO4)3 + H2O3 3

¿Cuántos gramos de agua se obtienen si reaccionan 56 gramosde H2SO4 con 0,35 moles de Al (OH)3?

1) De la lectura macroscópica saco la siguiente relación:294 gramos de H2SO4 reaccionan con 1 mol de Al(OH)3

2) Calculo si las cantidades de reactivos que coloco a reaccionarestán en cantidades estequiométricas, es decir si respetan larelación que encontramos en el punto (1)

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3) ¿Tengo 0,19 moles de Al(OH)3? ¿Puse a reaccionar esacantidad, de forma que reaccione todo el H2SO4?

294 gramos de H2SO4 ___________ 1mol de Al(OH)3 56 gramos de H2SO4 ___________ X = 0,19 moles de Al(OH)3

4) TODOS LOS CALCULOE ESTEQUIOMÉTRICOS SEREALIZAN CON EL REACTIVO EN DEFECTO, PORQUECUANDO ESTE SE ACABE NO HABRÁ MÁS REACCIÓNQUÍMICA

Realizando una regla de tres:

SI, puse 0,35 moles de Al(OH)3

Por lo tanto me va a sobrar Al(OH)3, porque primero se acabaránlos 56 gramos de H2SO4

Entonces el Al(OH)3 está en EXCESOY el H2SO4 está en DEFECTO o es el REACTIVO LIMITANTE

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De la lectura macroscópica saco la siguiente relación:294 gramos de H2SO4 generan 54 gramos de H2O

294 gramos de H2SO4 _________ 54 gramos de H2O 56 gramos de H2SO4 _________ X = 10,28 gramos de H2O

Finalmente utilizando el reactivo en defecto: H2SO4

Realizando una regla de tres:

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PUREZA

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Supongamos la siguiente reacción química balanceada:

CaCO3 CaO + CO2

¿Que ocurre si colocamos a reaccionar un CaCO3 que no es puro?

Las impurezas no reaccionarán según la reacción que tenemosarriba escrita, por lo tanto debemos calcular la cantidad que hay deCaCO3 puro

¿Cuántos litros de CO2 (en CNPT) se obtienen al hacer reaccionar36 gramos de CaCO3 de una pureza del 80%?

Una pureza del 80% me dice que de cada 100 gramos hay80 gramos puros

Ejemplo:

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Por lo tanto tengo 28,8 gramos puros que van a reaccionar paradar CO2 y CaO, el resto (las impurezas), como ya dijimos,

NO REACCIONAN

De la ecuación química balanceada obtengo la siguiente relación:

100 gramos puros de CaCO3 _________ 22,4 litros de CO228,8 gramos puros de CaCO3 _________ X = 6,45 litros de CO2

Realizando una regla de tres:

100 gramos de muestra ___________ 80 gramos puros 36 gramos de muestra ___________ X = 28,8 gramos puros

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RENDIMIENTO

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No todas las reacciones químicas se producen con un rendimientototal (o del 100 %), en algunas reacciones químicas el rendimientoes menor a ese valor, por lo que vamos a obtener una menorcantidad de productos de la que esperaríamos.Ejemplo:

Dada la siguiente reacción química balanceada, calcular losmoles de H2 que se obtienen si reaccionan 10 gramos de Zn, sila reacción procede con un rendimiento del 78 %

Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2

De la ecuación química obtenemos la siguiente relación:

65 gramos de Zn _____________ 1 mol de H210 gramos de Zn _____________ X = 0,15 moles de H2

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Esos 0,15 moles de H2 se obtendrían si la reacción se produjera conun 100 % de rendimiento (o sea que todos los reactivos setransformen efectivamente en productos). Pero eso no es así,porque en el enunciado me dicen que la reacción se produce con unrendimiento del 78 %, por lo tanto debemos hacer una corrección ala cantidad obtenida:

Si de cada 100 obtengo 78 (como dice el rendimiento),entonces la corrección es:

100 calculados ___________ 78 reales (obtenidos)0,15 calculados ___________ X = 0,117 reales (obtenidos)

Por lo tanto la cantidad de moles de H2 que obtenemos es de 0,117 moles de H2

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Veamos finalmente un problema con todos los conceptos(exceso y defecto, pureza y rendimiento) juntos.

Consideremos la siguiente reacción:

CaCO3 + HCl CaCl2 + CO2 + H2O

Calcular cuantos gramos de agua se obtienen al hacerreaccionar 45 gramos de CaCO3 de un 78% en peso de purezacon 2,34 moléculas-gramo de HCl considerando además que lareacción tiene un rendimiento del 87%

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CaCO3 + HCl CaCl2 + CO2 + H2O

Como primer paso debemos equilibrar la reacción:

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El segundo paso sería calcular la cantidad de CaCO3 quetenemos puro:

Me dicen que es 78 % de pureza en peso, entonces:

100 gramos impuros _____________ 78 gramos de CaCO3 puros45 gramos impuros _____________ X = 35,1 gramos de CaCO3

puros

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El tercer paso sería determinar cual es el reactivo limitante, paraello debemos saber que cantidad de CaCO3 reacciona con quecantidad de HCl, este dato lo sacamos de la ecuación químicabalanceada:

1 mol de CaCO3 ____________ 2 moles de HCl

Si calculamos el peso molecular del CaCO3, la relación queescribimos arriba la podemos escribir de la siguiente manera:

El PMR CaCO3 = 100

Entonces:

100 gramos de CaCO3 puros _________ 2 moles de HCl35,1 gramos de CaCO3 puros ________ X = 0,702 moles de HCl

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Por lo tanto para que reaccionen 35,1 gramos de CaCO3 (que es lacantidad que tenemos puro), necesitamos 0,702 moles de HCl.

La pregunta ahora es:

¿Tenemos 0,702 moles de HCl?

En el enunciado nos dicen que ponemos a reaccionar 2,34moléculas-gramo de HCl, que si recordamos la unidad # 1 es lomismo que decir que ponemos a reaccionar 2,34 moles de HCl

Por lo tanto para que reaccione todo el CaCO3 puro quetenemos necesitamos 0,702 moles de HCl y tenemos de éste2,34 moles

Esto nos demuestra que el reactivo limitante es el CaCO3

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Ahora todos los cálculos los vamos a realizar con el reactivolimitante, o sea con el CaCO3

Cálculo de los gramos de agua:

De la ecuación química balanceada sacamos la siguiente relación:

1 mol de CaCO3 ______________ 1 mol de H2O

Recordando los PMR del H2O y del CaCO3, la relación anteriorla podemos escribir como:

100 gramos de CaCO3 ___________ 18 gramos de H2O35,1 gramos de CaCO3 puros ________ X = 6,318 gramos de H2O

Estos 6,318 gramos de agua se obtendrán en una reacción queprogrese con un rendimiento del 100%, pero eso no es lo queocurre en nuestra reacción.

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Por lo tanto tenemos que corregir la cantidad de agua queobtenemos teniendo en cuenta el rendimiento de nuestra reacción

El rendimiento es del 87%, esto significa que de cada 100 queesperamos obtener, en realidad obtenemos 87

100 gramos de H2O _______________ obtengo 87 gramos de H2O

6,318 gramos de H2O ___________ obtengo 5,496 gramos de H2O

La cantidad de agua que se obtiene son 5,496 gramos.

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AHORA QUE TENEMOS COMPRENDIDA LAESTEQUIOMETRÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS,VEAMOS QUE TIPOS DE REACCIONES QUÍMICASGENERALES PODEMOS ENCONTRAR DENTRO DE LAQUÍMICA INORGÁNICA

PARA VER LOS DIFERENTES TIPOS DE REACCIONESQUÍMICAS, PRIMERO VAMOS A VER UN ESQUEMAGENERAL DE LAS MISMAS Y LUEGO LAS VAMOS AANALIZAR UNA POR UNA

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Metales No Metales

Oxidos Básicos Oxidos Acidos

Oxoácidos Hidrácidos

Hidróxidos

Hidruros

Acidos

Sal + Agua

O2O2

H2OH2O

H2 H2

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Hidruros (H-)

Se dan por reacción entre un metal e hidrógeno

Óxidos básicos

Se dan por reacción entre un metal y oxígeno

Fe + O2 FeO2 2

2 Na + H2 2 NaH

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Óxidos ácidos

Se dan por reacción entre un no metal y oxígeno

C + O2 CO2 2

Hidróxidos (OH-)

Se dan por reacción entre un oxido básico y agua

FeO + H2O Fe(OH)2

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Oxoácidos (H+)

Se dan por reacción entre un óxido ácido y agua

CO2 + H2O H2CO3

Hidrácidos (H+)

Se dan por reacción entre un no metal e hidrógeno

S + H2 H2S

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SALES

Se dan por reacción entre un ácido (oxoácido o hidrácido)y un hidróxido, se forma una SAL y agua

HCl + NaOH NaCl + H2O

H2SO4 + Fe(OH)2 FeSO4 + H2O2