Para obtener amoníaco, utilizado ampliamente como fertilizante, se deben colocar en un tanque cerrado nitruro de aluminio (AlN) y agua. La reacción de






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fecha de publicación22.08.2016
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Reactivo limitante

1. 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)3

moles

1,0




3,0




1,0




1,0

partículas

6,020E+23




1,806E+24




6,020E+23




6,020E+23

masa

40,99




54,06




17,04




78,01


b) Si se colocaron 100 Kg. de AlN y 100 Kg. de agua, ¿Qué masa, en kilogramos, de NH3 se produjo? ¿Las cantidades utilizadas corresponden a cantidades estequiométricas? Si la respuesta es no, indicar cuál es el reactivo limitante y el reactivo en exceso. ¿Cuántos kilogramos quedaron sin reaccionar del reactivo en exceso?
Este es el típico planteo de un ejercicio que involucre un reactivo LIMITANTE y otro EN EXCESO… Si revisamos el problema 1b de la serie 1, veremos que en ése caso había un solo dato de un reactivo, mientras que en éste caso hay dos datos de reactivos. La cuestión es decidir cuál de los dos es el reactivo limitante… Entonces, se puede resolver el problema de dos maneras: considerando la cantidad de un reactivo que es necesaria para consumir la cantidad dada del otro reactivo, o viceversa… Es decir:


g AlN

g H2O




40,99

54,06




100000,00

131885,83







131,9

kg H2O


Del cálculo anterior se desprende que para que reaccionen los 100,0 kg de AlN se necesitan 131,9 kg de H2O, que no tenemos, por cuanto el agua es el reactivo LIMITANTE y el nitruro de aluminio es el reactivo EN EXCESO.
Del mismo modo, si hacemos la cuenta desde la cantidad de agua, tenemos:


g H2O

g AlN




54,06

40,99




100000,00

75823,16







75,8

kg AlN




24,2

kg AlN remanente


En este caso, la interpretación que debemos hacer es que para que se consuman los 100 kg de agua harán falta 75,8 kg de nitruro de aluminio, que sí tenemos y hasta nos sobran 24,2 kg… Entonces, el agua es el reactivo LIMITANTE y el nitruro de aluminio es el reactivo EN EXCESO…

Respecto de la masa en kg de NH3 producido (uno de los productos), debo calcularla basada en el reactivo LIMITANTE (que es el que limita la cantidad de producto a obtener y por ello su denominación).


g H2O

g NH3




54,06

17,04




100000,00

31520,53







31,5

kg NH3


También puedo realizar la cuenta basada en el reactivo en exceso, pero teniendo en cuenta no la totalidad de la masa sino la que efectivamente reacciona (dada por el reactivo limitante)…


g AlN

g NH3




40,99

17,04




75823,16

31520,53







31,5

kg NH3


Con lo cual, hemos resuelto el problema…

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).





H2

+

O2

=

H2O2

moles

1,0




1,0




1,0

partículas

6,020E+23




6,020E+23




6,020E+23

masa

2,02




32,00




34,02


b) Si se colocaron 250 g de hidrógeno y 100 g de oxígeno, ¿Qué cantidad de moles de H2O2 se produjo? ¿Las cantidades utilizadas corresponden a cantidades estequiométricas? Si la respuesta es no, indicar cuál es el reactivo limitante y el reactivo en exceso. ¿Cuántos gramos quedaron sin reaccionar del reactivo en exceso?


g H2

g O2




2,02

32,00




250,00

3960,40

No hay…


O bien,


g O2

g H2




32,00

2,02




100,00

6,31

Sí hay…


Cualquiera sea la vía elegida, queda claro que el OXÍGENO es el reactivo LIMITANTE y el hidrógeno es el reactivo en exceso…


g O2

moles H2O2

32,00

1,0

100,00

3,13

O bien,


g H2

moles H2O2

2,02

1,0

6,31

3,13


Como sea que lo calculen, se produjeron 3,13 moles de moléculas de H2O2 y sobran (250-6,31) = 243,69 g de hidrógeno.
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).





2 Al (s)

+

3 Br2 (l)

=

2 AlBr3 (s)

moles

2,0




3,0




2,0

partículas

1,204E+24




1,806E+24




1,204E+24

masa

53,96




479,4




533,36


b) Si se colocaron para reaccionar 4,00 g de aluminio y 42,00 g de bromo, ¿Cuál es la sustancia que actúa como reactivo limitante?


g Al

g Br2




53,96

479,40




4,00

35,54

Sí hay…


O bien,



g Br2

g Al




479,40

53,96




42,00

4,73

No hay…


Cualquiera sea la vía elegida, queda claro que el ALUMINIO es el reactivo LIMITANTE y el bromo es el reactivo en exceso…
c) En función de las cantidades citadas en el punto anterior, ¿Cuántos moles de bromuro de aluminio se obtuvieron?


g Al

moles AlBr3

53,96

2,0

4,00

0,1


O bien, a partir del bromo,


g Br2

moles AlBr3

479,40

2,0

35,54

0,1


Como sea que lo calculen, se produjeron 0,1 moles de moléculas de AlBr3.
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).





2 HCl (l)

+

CaCO3 (s)

=

CaCl2 (s)

+

CO2 (g)

+

H2O (l)

Moles

2




1




1




1




1

Partículas

1,204E+24




6,020E+23




6,020E+23




6,020E+23




6,020E+23

Masa

72,92




100,09




110,98




44,01




18,02

b) Si hacemos reaccionar 300 g del ácido con 500 g de la sal, ¿Cuál es la sustancia que actúa como reactivo limitante?


g CaCO3

g HCl




100,09

72,92




500,00

364,27

No hay…


O bien,


g HCl

g CaCO3




72,92

100,09




300,00

411,78

Sí hay…


Cualquiera sea la vía elegida, queda claro que el ÁCIDO CLORHÍDRICO es el reactivo LIMITANTE y el carbonato de calcio es el reactivo en exceso…
c) En función de las cantidades citadas en el punto anterior, ¿Cuántos moles de dióxido de carbono se obtuvieron?


g CaCO3

moles CO2

100,09

1,0

411,78

4,1


O bien,


g HCl

moles CO2

72,92

1,0

300,00

4,1


Como sea que lo calculen, se produjeron 4,1 moles de moléculas de CO2.
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 72,0 kilogramos de CO reaccionaron con 5,50 kilogramos de H2, efectúa los cálculos necesarios con base en la ecuación siguiente:

CO (g) + 2 H2 (g)  CH3OH (l)





CO (g)

+

2 H2 (g)

=

CH3OH (l)

moles

1




2




1

partículas

6,020E+23




1,204E+24




6,020E+23

masa

28,01




4,04




32,05


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


g CO (g)

g H2 (g)




28,01

4,04




72000,00

10384,86

No hay…




10,4

kg de H2


O bien,

g H2 (g)

g CO (g)




4,04

28,01




5500,00

38132,43

Sí hay…




38,1

kg de CO


b) ¿Cuántos moles del alcohol se obtuvieron?


g CO (g)

moles CH3OH

28,01

1,0

38132,43

1361,4

O bien,


g H2 (g)

moles CH3OH

4,04

1,0

5500,00

1361,4


Por cualquiera de las dos vías, se obtuvieron 1361,4 moles del alcohol.

REACTIVO LIMITANTE (R.L.): aquel reactivo que se consume en su totalidad durante la reacción y que limita la cantidad de producto a obtener, siendo que existe otro que no se consume en su totalidad y del cual sobra un resto sin reaccionar…
REACTIVO EN EXCESO (R.E.): aquel reactivo que NO se consume en su totalidad durante la reacción y del cual sobra un resto sin reaccionar, siendo que existe otro que limita la cantidad de producto a obtener y que no se consume en su totalidad…

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