        
|
ESCUELA NORMAL SUPERIOR DE MANIZALES
NUCLEO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
PLAN DE CLASE
|
Código
|
GADC10-15
|
Versión
|
1
|
AREA: QUIMICA
GRADO: ONCE
|
Página
|
1 de 15
|
NOMBRE DEL ALUMNO: ________________________________________________
ESTEQUIOMETRÍA
¿Cómo determinar la cantidad de reactivos para producir una sustancia industrialmente?
COMPETENCIA:
Halla a partir de una ecuación estequiometria las cantidades de reactivos y productos que intervienen en un cambio químico, aplicando las leyes que rigen el comportamiento de la materia en procesos comunes de nuestro entorno
DESEMPEÑOS:
Saber: Diferencia y explica las leyes que rigen el comportamiento de la materia.
Hacer: Resuelve ejercicios estequiométricos, determinando la cantidad de reactivos y productos que intervienen en cualquier proceso químico realizado en el laboratorio.
Ser: Valora la importancia práctica de la aplicación de la estequiometria como base fundamental para realizar cualquier proceso químico industrial.
A.VIVENCIA: Resuelvo individualmente y luego socializo con mis compañeros de grupo el resultado de mi trabajo.
1. Escribo una ecuación química estequiometria y reconozco en ella: Coeficientes numéricos, reactivos, productos, funciones químicas, grupos funcionales, escribo el nombre de cada una de las sustancias participantes y clasifico la ecuación química.
2. Hallo las masas molares de cada una de las sustancias del punto número uno.
3. Compruebo la ley de la conservación de la materia para la siguiente reacción química:
HNO3
|
+
|
H2S
|
→
|
NO
|
+
|
S
|
+
|
H2O
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B. FUNDAMENTACION TEORICA:
ESTEQUIOMETRÍA O CÁLCULOS QUÍMICOS
INTRODUCCIÓN: La estequiometria se refiere a las cantidades de reaccionantes y productos comprendidos en las reacciones químicas. Para una reacción hipotética;
A + B ----------------------- C + D
Surgen preguntas como estas ¿Cuánto se necesita de A para que reaccione con x gramos de B? ¿Cuánto se producirá de C en la reacción de A con x gramos de B? ¿Cuánto se producirá de B junto con Y gramos de C?. Las cantidades químicas es decir, el "cuanto" de las preguntas anteriores se pueden medir de diferentes maneras. Los sólidos generalmente se miden en gramos, los líquidos en mililitros y los gases en litros. Todas estas unidades de cantidad se pueden expresar también en otra unidad, La cantidad de sustancia, expresada en moles.
FACTORES QUÍMICOS DE CONVERSIÓN
La razón de dos cantidades cualesquiera en la ecuación balanceada nos da el " factor químico" de conversión, que permite pasar de las moléculas de una sustancia al número equivalente de moléculas de otras sustancia implicada en la reacción, a partir de la ecuación balanceada;
4FeS
|
+
|
7O2
|
→
|
2Fe2O3
|
+
|
4SO2
|
Se puede escribir los siguientes factores químicos de conversión
De la misma manera como las fórmulas pueden interpretarse directamente en términos de moles o de moléculas. Para demostrar esto, multiplíquese cada término en ambos miembros de la ecuación anterior por el número de Avogadro,6.02 x 10 23. Esto no altera la igualdad. la ecuación resultante es:
4(6.02 x 1023) FeS
|
+
|
7( 6.02 x 1023 ) O2
|
→
|
2( 6.02 x 1023 ) Fe2O3
|
+
|
4( 6.02 x 1023 ) SO2
|
Observe que 6.02 x 1023 moléculas de una sustancia son exactamente 1 mol de esa sustancia. Así se puede sustituir este número por su equivalente en moles y la ecuación se convierte en :
Siguiendo un razonamiento similar al usado con las moléculas, podemos obtener factores químicos en términos de moles. Así, tenemos los siguientes factores de conversión.
RELACIÓN EN PESO OBTENIDAS DE LAS ECUACIONES
Existe una ley llamada ley de la composición definida que establece que cuando las sustancias reaccionara para formar compuestos lo hacen en relaciones definidas de masas. por ejemplo:
4FeS
|
+
|
7O2
|
→
|
2Fe2O3
|
+
|
4SO2
|
4 moles
|
|
7 moles
|
|
2 moles
|
|
4 moles
|
4 x 87.91 g
|
|
7 x 32 g
|
|
2 x 159.69 g
|
|
4 x 64.06 g
|
muestra que 4 moles de FeS ( 4 x 87.091 g de FeS) reaccionan con 7 moles de O2(7 x 32 g de O2) para formar 2 moles de Fe2O3 y 4 moles de SO2 ( 4 x 64.06 g ) de los productos ( 319.38 + 256.24) ( ley de la conservación de la masa)
1. Cálculos masa a masa
La relación entre la masa de un reactante y la masa correspondiente de un producto es uno de los problemas de mayor frecuencia en química. Hay varios métodos para resolver este tipo de problemas.
EJEMPLO:
En la obtención de oxígeno, se descompone clorato de potasio por calentamiento. En una experiencia a partir de 30 g. de clorato, cuántos gramos de oxígeno se obtienen?
(a) Método de las proporciones :
Se procede a escribir la ecuación química equilibrada :
Se hallan los pesos mol de las sustancias problema :
Peso de 1 mol de KClO3 = 122,55 g
Peso de 1 mol de O2 = 32 g
De acuerdo con la ecuación :245,10gdeKClO3 producen 96gdeO2
30gdeKClO3 X
(b) Método del factor de la conversión :
Resumiendo la información cuantitativa que da la ecuación :
-
2KClO3
|
→
|
2KCl
|
+
|
3O2
|
245,10gKClO3
|
-----------
|
96gO2
|
|
|
Se puede obtener un factor de conversión para pasar gramos de KClO3 (sustancia conocida ) a gramos de oxígeno (sustancia problema ).
El factor es :
Se multiplica la cantidad de sustancia dada, KClO3, por el factor de conversión para hallar la cantidad buscada :
2. Cálculos mol-mol
Los problemas estequiometrícos más simples son aquellos en los cuales se calcula el número de moles de una sustancia, que han reaccionado con, o se producen a partir de un cierto número de moles de otra sustancia.
EJEMPLO: ¿Cuantas moles de nitrógeno reaccionan con 0.75 moles de hidrógeno en la producción del amoníaco?
La ecuación equilibrada para esta reacción es:
La ecuación equilibrada nos indica :
1 mol N2reacciona con 3 moles H2
X moles N2reaccionan con 0.75 moles H2X = 0.25 moles de N2
3. Cálculos con reactivo límite
Generalmente en el laboratorio es difícil tomar las cantidades precisas de cada uno de los reactivos para las diferentes experiencias, ocasionando el exceso de uno de los reactivos. Los cálculos para determinar la cantidad de producto esperado se realizan teniendo en cuenta la sustancia que se consume en forma total o reactivo límite.
EJEMPLO: Se hacen reaccionar 15 g de NaOH con 15 g de HCl para producir agua y cloruro de sodio. ¿Cuántos gramos de NaCl se obtienen?
La ecuación equilibrada es :
Lo primero que se debe hacer es determinar cuál es el reactivo límite. De acuerdo con la ecuación tenemos que :
39,98 g de NaOH se combinan con 36,45 g de HCl
15 g de NaOH se combinarán con X
X = 13,67 g de HCl
Significa que en la reacción únicamente 15 g de NaOH requieren combinarse con 13,67 g de HCL, quedando en exceso 1,33 g de HCl. Por tanto, el reactivo límite es el NaOH y con esa cantidad problema debemos determinar la cantidad de producto obtenido :
39,98 g de NaOH producen 58,43 g de NaCl
15 g de NaOH producirían X g de NaCl
C: EJERCITACION:
1. Las preguntas siguientes se basan en la siguiente reacción ;
|
|
|
|
Balancea la ecuación y responde las siguientes preguntas:
|
|
|
|
a) La relación de moles de O2 a moles de propano (C3H8)es:
A. 5/1 B. 5/3 C. 10/3 D. 5/4
|
|
|
|
b) La proporción en masa entre O2 y C3H8 es :
A. 32g O2 / 44g C3H8 B. 44g C3H8 / 32g O2
C. 44gC/ 160g O2 D. 160g O2 / 44g C3 H8
|
|
|
|
c) Con 3 moles de propano (144 g C3H8) la masa de O2 requerida para utilizar todo el propano, así como el CO2 producido son respectivamente:
A. 480 g y 396 gB. 396 g y 480 g
C. 160 g y 132 g D. 320 g y 264 g
|
|
|
|
d) Con 3 moles de propano, la cantidad de O2 necesaria para utilizar el 80 % del propano es:
A. 384 g O2 (12 moles) B. 76.5 g O2 (24 moles)
C. 160 g O2 (5moles) D.480 g O2 (15 moles)
|
|
|
|
e) El reactivo límite de la pregunta anterior es;
A. C3H8 B. CO2
C. O2D.H2O
|
|
|
|
f) La cantidad de CO2 producida en el ejercicio (d), es;
A. 316.8 g (7.2moles) B. 132 g(3 moles)
C. 396 g (2.4moles) D.105.6g (2.4 moles)
|
|
|
|
Las preguntas 2 a 6 se basan en la siguiente información:
En una industria productora de dióxido de carbono se está realizando una prueba con un reactor pequeño. Se le suministran al reactor 220 g de gas propano y 1600 g de oxigeno para una reacción de combustión completa,
|
|
|
|
2.Los moles que se agregan de cada reactivo son:
A. 25 moles de C3H8 y 10 moles de O2 B. 50g C3H8 y 5 moles de O2
C. 5g de C3H8 y 50 g de o2D. 10 g de C3H8 y 25 g de O2
|
|
|
3. Si el propano estuviera en exceso, ¿Cuánto propano reaccionaria con todo el oxígeno?
A. 220 g B. 440 g C. 800 g D. 1600 g
|
|
|
|
4. ¿Cuál es el reactivo límite?
A. Propano B. Oxígeno
5. ¿Cuánto se produce de CO2
A. 660g (15moles) B. 1320g (30moles) C. 132g (3moles) D. 264g (6moles)
D. APLICACIÓN: Resuelvo con mis compañeros de grupo los siguientes ejercicios.
|
|
|
|
Los coeficientes que se necesitan para balancear correctamente la ecuación siguiente son:
Al(NO3)3 + Na2S  Al2S3 + NaNO
a) 1,1,1,1 b) 2,3,1,6 c) 2,1,3,2 d) 4,6,3,2
Balancee la siguiente ecuación:
"a" C6H14O + "b" O2"c" CO2 + "d" H2O
a= 2; b= 19; c= 12; d= 14
a= 1; b= 19; c= 6; d= 7
a= 1; b= 19/2; c= 6; d= 7
a= 2; b= 18; c= 12; d= 14
Balancee la siguiente ecuación:
"a" Al + "b" Cr2O3 "c" Al2O3 + "d" Cr
a= 2; b= 1; c= 1; d= 12
a= 4; b= 2; c= 2; d= 4
a= 1; b= 1; c= 1; d= 2
a= 2; b= 1; c= 1; d= 1
a= 1; b= 1; c= 1; d= 2
Balancee la siguiente ecuación:
a B10 H18 + b O2 ------------------ c B2 O3 + d H2O
a = 1 b = 7 c = 5 d = 9
a = 1 b = 19 c = 10 d = 9
a = 1 b = 12 c = 5 d = 9
a = 1 b = 9 c = 5 d = 9
Convierta lo siguiente en una ecuación química balanceada: Hidrógeno gaseoso reacciona con monóxido de carbono para formar metanol, CH3OH
H2 + CO CH3OH b) 2H2 + CO2CH3OH
4H + CO CH3OH d) 2H2 + CO CH3OH
Balancee la siguiente ecuación e indique se se trata de una reacción de combustión, de combinación o de descomposición
|
|
|
"a" Li + "b" N2 "c" Li3N
a)a = 6 b = 1 c = 2 reacción de descomposición
b) a = 6 b = 1 c = 2 reacción de descomposición
c) a = 6 b = 1 c = 3 reacción de descomposición
d) a = 6 b = 1 c = 2 reacción de combustión
|
|
|
Escriba la ecuación balanceada de la reacción que se produce cuando se calienta nitrato de potasio sólido y éste se descompone para formar nitrito de potasio sólido y oxígeno gaseoso.
|
|
2KNO4(s) 2KNO3(s)+ O2
|
|
2KNO3(s) 2KNO2(s)+ O2
|
|
2KNO3 2KNO2 + O2
|
|
|
¿Qué masa de magnesio se necesita para que reaccione con 9.27 g de nitrógeno? (No olvide balancear la reacción.)
Mg + N2 Mg3N2
|
|
8.04 g
|
|
16.1 g
|
|
24.1 g
|
|
0.92 g
|
9..
|
|
|
Las bolsas de aire para automóvil se inflan cuando se descompone rápidamente azida de sodio, NaN3, en los elementos que la componen según la reacción
2NaN32Na + 3N2
¿Cuántos gramos de azida de sodio se necesitan para formar 5.00 g de nitrógeno gaseoso?
|
|
9.11 g
|
|
8.81 g
|
|
7.74 g
|
|
3.33 g
|
|
|
10.
|
Si 3.00 mol de SO2 gaseoso reaccionan con oxígeno para producir trióxido de azufre, ¿cuántos moles de oxígeno se necesitan?
|
|
3.00 mol O2
|
|
6.00 mol O2
|
|
1.50 mol O2
|
|
4.00 mol O2
|
11
|
La fermentación de glucosa, C6H12O6, produce alcohol etílico, C2H5OH, y dióxido de carbono:
C6H12O6(ac)2C2H5OH(ac) + 2CO2(g)
¿Cuántos gramos de etanol se pueden producir a partir de 10.0 g de glucosa?
|
|
10.0 g
|
|
2.56 g
|
|
5.11 g
|
|
4.89 g
|
|
|
12.
|
¿Cuántos gramos de H2O se forman a partir de la conversión total de 32.00 g O2 en presencia de H2, según la ecuación 2H2 + O2 2H2O?
|
|
36.03 g
|
|
18.02 g
|
|
26.04 g
|
|
32.00 g
|
|
|
13.
|
El octano se quema de acuerdo con la siguiente ecuación:
2C8H18 + 25º216CO2 + 18H2O
¿Cuántos gramos de CO2 se producen cuando se queman 5.00 g de C8H18
|
|
40.0 g
|
|
0.351 g
|
|
15.4 g
|
|
30.9 g
|
|
|
14.
|
El alcohol etílico se quema de acuerdo con la siguiente ecuación:
C2H5OH + 3O22CO2+ 3H2O
¿cuántos moles de CO2 se producen cuando se queman 3.00 mol de C2H5OH de esta manera.
|
|
3.00 mol
|
|
6.00 mol
|
|
2.00 mol
|
|
4.00 mol
|
|
|
15
|
Un producto secundario de la reacción que infla las bolsas de aire para automóvil es sodio, que es muy reactivo y puede encenderse en el aire. El sodio que se produce durante el proceso de inflado reacciona con otro compuesto que se agrega al contenido de la bolsa, KNO3, según la reacción 10Na + 2KNO3K2O + 5Na2O + N2
¿Cuántos gramos de KNO3 se necesitan para eliminar 5.00 g de Na?
|
|
4.40 g
|
|
110 g
|
|
2.20 g
|
|
1.00 g
|
|
|
16.
|
El CO2 que los astronautas exhalan se extraer de la atmósfera de la nave espacial por reacción con KOH:
CO2 + 2KOH K2CO3 + H2O
¿Cuántos kg de CO2 se pueden extraer con 1.00 kg de KOH?
|
|
0.392 kg
|
|
0.786 kg
|
|
0.500 kg
|
|
1.57 kg
|
E: AMPLIACION: PORCENTAJE DE RENDIMIENTO Y PUREZA
La cantidad de producto que se obtiene en una reacción química generalmente es menor que la cantidad de producto calculado a partir de las relaciones estequiométricas. El menor rendimiento puede deberse a diferentes causas. Por ejemplo, alguno de los reactivos no alcanza a reaccionar completamente, cantidad de calor insuficiente, reacciones laterales con diferentes productos o algunos de los productos que reaccionan para formar nuevamente los reactivos. En cualquier caso, se obtienen de la reacción menos producto que el esperado en los cálculos.
El porcentaje de rendimiento o eficiencia de la reacción de calcula como sigue:
porcentaje de rendimiento = producto real / producto teórico
Otro factor que influye en el rendimiento de la reacción es la pureza de los reactivos. A mayor pureza en los reactivos mayor será el rendimiento
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
