apuntes de química

ESTEQUIOMETRIA.-

Parte de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre las sustancias que intervienen en una reacción química.
Estas relaciones puede ser:

mol-mol

mol-gramos

gramos-gramos

mol-volumen

volumen-gramos

volumen-volumen

La parte central de un problema estequiométrico es el FACTOR MOLAR cuya fórmula se muestra a continuación.

FACTOR MOLAR =

[

MOLES DE LA SUSTANCIA DESEADA MOLES DE LA SUSTANCIA DE PARTIDA

]

Los datos para el factor molar se obtienen de los COEFICIENTES DE LA ECUACIÓN BALANCEADA.

Para diferenciar el factor molar de los factores de conversión, se utilizan [corchetes ] para indicar el factor molar y (paréntesis) para los factores de conversión.

RELACIONES MOL-MOL

Para la siguiente ecuación balanceada:

4 Al + 3 O2

2 Al2O3

a) ¿Cuántas moles de O2 reaccionan con 3.17 moles de Al?
b) A partir de 8.25 moles de O2, ¿cuántas moles de Al2O3 (óxido de aluminio) se producen?

PASO 1 BALANCEAR LA ECUACIÓN

Como en el problema propuesto la ecuación está ya balanceada, este paso se omite.

PASO 2 Identificar la sustancia deseada y la sustancia de partida.

La sustancia deseada es aquélla sobre la cual se pregunta un dato, y la de partida, es de la que nos dan el dato. Junto a la sustancia deseada se pone lo que me piden: moles, gramos o litros y junto a la de partida el dato. Para el problema propuesto en el inciso a):
SUSTANCIA DESEADA: O2 ? moles
SUSTANCIA DE PARTIDA: Al 3.17 moles

PASO 3 Convertir la sustancia de partida a moles.

Si el dato, como en este problema, es en moles, omitimos este paso.

PASO 4 Aplicar el factor molar

3.17 moles Al

[

3 moles de O2 4 moles de Al

]

= 2.38 moles de O2

La operación realizada fue

3.17 x 3 4

.

PASO 5 Convertir el dato a la unidad requerida.

Como en este caso lo que me piden son moles de oxígeno el resultado final es 2.38 moles de O2.
b) A partir de 8.25 moles de O2, ¿cuántas moles de Al2O3 (óxido de aluminio) se producen?

PASO 1
La ecuación está balanceada.

PASO 2
SUSTANCIA DESEADA: Al2O3 ? moles
SUSTANCIA DE PARTIDA: O2 8.25 moles

PASO 3
El dato está en moles.

PASO 4

8.25 mol O2

[

2 moles de Al2O3 3 moles de O2

]

= 5.50 moles de Al2O3

La operación realizada fue:

8.25 x 2 3

PASO 5

El problema pedía moles de Al2O3, por tanto el resultado es:

5.50 moles de Al2O3

RELACIONES MOL-GRAMOS
La siguiente ecuación muestra una reacción de combustión y está balanceada:

2 C8H18 (g) + 25 O2 (g)

16 CO2 (g) + 18 H2O(g)

a) ¿Cuántos gramos de C8H18 (octano) son necesarios para obtener 5.70 moles de CO2 (bióxido de carbono)?
b) Si se obtienen 55.0 g de vapor de agua, ¿cuántas moles de O2 se utilizaron?

Resolución del inciso a)
PASO 1: La ecuación ya está balanceada.

PASO 2:
SUSTANCIA DESEADA: C8H18 ? gramos
SUSTANCIA DE PARTIDA: CO2 5.70 moles

PASO 3: El dato está ya en moles

PASO 4:

5.70 mol CO2

[

2 moles C8H18 16 moles CO2

]

=0.713 moles C8H18

PASO 5:
El problema pide gramos de C8H18 y nosotros tenemos moles, entonces usamos un factor de conversión utilizando la masa molecular del C8H18.

C 8 x12.01 = H 18 x 1.01 =

98.08 18.18 +114.26 g

0.713 moles C8H18

(

114.26 g  1 mol

)

= 81.47 g de C8H18

Resolución del inciso b)
PASO 1: La ecuación ya está balanceada.

PASO 2:
SUSTANCIA DESEADA: O2 ? moles
SUSTANCIA DE PARTIDA: H2O 55.0 gramos

PASO 3: El dato está en gramos, por lo tanto tenemos que realizar una conversión a moles con la masa molar del agua.
H2O

H 2 x 1.01 = O 1 x 16 =

2.02 16 + 18.02g

55.0 g H2O

(

1 mol  18.02 g

)

= 3.05 mol H2O

PASO 4:

3.05 mol H2O

[

25 moles de O2 18 moles de H2O

]

= 4.24 mol O2

PASO 5: El dato está en moles que es la unidad requerida.

RELACIÓN GRAMOS-GRAMOS

¿Cuántos gramos de HNO3 son necesarios para obtener 100 g de Zn(NO3)2 en base a la siguiente ecuación balanceada?
4 Zn (s) + 10 HNO3 (ac) 4 Zn(NO3)2 (ac) + N2O (g) + 5 H2O (l)

Resolución

PASO 1: La ecuación ya está balanceada.

PASO 2:
SUSTANCIA DESEADA: HNO3 ? gramos
SUSTANCIA DE PARTIDA: Zn(NO3)2 100.0 gramos

PASO 3: El dato está en gramos, por lo tanto tenemos que realizar una conversión a moles con la masa molar del Zn(NO3)2.

Zn(NO3)2

Zn 1 x 65.39 = N 2 x 14.01 = O 6 x 16 =

65.39 28.02 96 +

189.41

100.0 g Zn(NO3)2

(

1 mol  189.41 g

)

= 0.530 molZn(NO3)2

PASO 4:

0.530 mol Zn(NO3)2

[

10 mol HNO3  4 mol Zn(NO3)2

]

= 1.33 mol HNO3

PASO 5:
El problema pide gramos de HNO3, y nosotros tenemos moles. Utilizamos un factor de conversión con la masa molar de HNO3.

HNO3, 

H 1 x 1.01 = N 1 x 14.01 = O 3 x 16.00 =

1.01 14.01 48.00 +

63.02 g

1.33 mol HNO3

(

63.02 g 1 mol

)

= 83.82 g HNO3

CÁLCULOS CON VOLUMEN

Para realizar cálculos estequiométricos con volumen, es necesario cumplir con tres requisitos:

1) Que la sustancia intervenga en la reacción en estado gaseoso.
2) Que la reacción se lleve a cabo en condiciones normales de temperatura y presión (T = 0°C = 273°K, P = 1 atm).
3) Utilizar el volumen molar de un gas, cuyo valor es 22.4 L/mol.

Volumen molar de un gas.- Es el volumen que ocupa una mol de un gas a condiciones normales de temperatura y presión.

Este dato del volumen molar nos permite establecer el factor de conversión de litros a moles.

1 MOL = 22.4 Litros

La siguiente ecuación balanceada, muestra la reacción de combustión del etano.

2 C2H6 (g) + 7 O2 (g)

4 CO2 (g) + 6 H2O (g)

Calcule:
a) ¿Cuántos litros de oxígeno reaccionan con 3.17 moles de C2H6 (etano)?
b) ¿Cuántas moles de CO2 (bióxido de carbono) se producen si se obtiene 13. 5 litros de vapor de agua?
c) ¿Cuántos gramos de C2H6 (etano) son necesarios para obtener 125 litros de CO2 (bióxido de carbono)?

PASO 1 : La ecuación se muestra ya balanceada.

PASO 2 :

SUSTANCIA DESEADA: O2 litros
SUSTANCIA DE PARTIDA: C2H6 3.17 moles

PASO 3: El dato de la sustancia de partida ya está en moles.

PASO 4: Aplicar el factor molar.

3.27 moles C2H6

[

7 moles de O2  2 moles de C2H6

]

= 11.45 moles de O2

PASO 5: El problema pide litros de oxígeno, por tanto aplicamos el volumen molar para establecer el factor de conversión.

11.45 moles de O2

(

22.4 L 1 mol

)

= 256.48 L O2

b) ¿Cuántas moles de CO2 (bióxido de carbono) se producen si se obtiene 13. 5 litros de vapor de agua? 

PASO 1: La ecuación está balanceada.

PASO 2:

SUSTANCIA DESEADA: CO2 moles
SUSTANCIA DE PARTIDA: H2O 13.5 L

PASO 3: Debemos convertir 13.5 L a moles.

13.5 L H2O

(

1 mol  22.4 L

)

= 0.60 moles H2O

PASO 4: Como el dato ya está en moles, aplicamos el factor molar.

= 0.60 moles H2O

[

4 moles CO2 6 moles H2O

]

= 0.40 moles de CO2

c) ¿Cuántos gramos de C2H6 (etano) son necesarios para obtener 125 litros de CO2 (bióxido de carbono)?

PASO 1: La ecuación está balanceada.

PASO 2:

SUSTANCIA DESEADA: C2H6 gramos
SUSTANCIA DE PARTIDA: CO2 125 litros

PASO 3: Como el dato está en litros, convertimos a moles con el volumen molar.

125 L CO2

{

1 mol  22.4 L

}

= 5.58 mol CO2

PASO 4: Aplicamos el factor molar.

5.58 mol CO2

[

2 mol C2H6  4 mol CO2

]

= 2.79 mol C2H6

PASO 5: Convertimos a gramos utilizando el peso molecular.
C2H6

C 2 x 12.01 = H 6 x 1.01 =

24.02 6.06 +

30.08 g

2.79 mol C2H6

(

30.08 g  1 mol

)

= 83.92 g C2H6