Estequiometría de las reacciones Químicas. Nivel básico

¡Feliz domingo!

En la clase de hoy vamos a ver lo más básico del tema de estequiometría de las reacciones químicas. La estequiometría es la parte de la química que estudia las relaciones entre los compuestos que intervienen en las reacciones químicas, pudiendo distinguir los reactivos ( a la izquierda) y los productos (a la derecha).

Aquí tienes la explicación en vídeo.

Secciones del artículo

Conversión: gramos, mol, moléculas, átomos

Para poder realizar los problemas de estequiometría es necesario que conozcas cómo hacer estas conversiones:

Donde:

  • NA es el número de avogadro y tiene un valor de 6,022 1023 moléculas(o átomos)/mol
  • PM es el peso molecular o peso atómico según se trate de una molécula o un átomo, respectivamente.

Ejercicio resuelto

Calcula los moles, moléculas, átomos de H y de O que hay en 100 g de agua pura.

PM(H2O)= 18 g/mol –> 100g/(18g/mol)=5,55 mol H2O

5,55 mol H2O · 6,022 1023 moléculas/mol=3,34 1024 moléculas H2O

3,34 1024 moléculas ·2 átomos H/molécula= 6,68 1024 átomos H

3,34 1024 moléculas ·1 átomos O/molécula= 3,34 1024 átomos O

Ecuación de los gases ideales

Un gas se comportará como un gas ideal a temperaturas moderadas y bajas presiones. La ecuación de estado de los gases ideales es la siguiente:

P·V=n·R·T

Donde :

  • P= presión (atm); 1 atm= 760 mmHg=101325 Pa= 1,013 bar
  • V= volumen(L)
  • n= nº moles
  • R=cte de los gases ideales=0,082 atm·L/(K·mol)
  • T= temperatura (K)

Volumen molar

1 mol de cualquier gas ocupará 22,4 L de volumen en condiciones normales de P y T( P=1 atm y T=0ºC=273K).

Ejercicio resuelto

¿Cuánto ocupa 200 g de sulfato de cobre(II) a 5 atm y 60 ºC?

Sulfato de cobre(II)= CuSO4–> PM(CuSO4)= 159,609 g/mol

200g/ 159,609 g/mol=1,25 moles

60 ºC= 333K

V= 1,25 moles (0,082 atm·L/(K·mol))·333K /5 atm=6,84 L

Disoluciones

Para resolver los problemas en los que intervienen disoluciones tenemos que conocer los siguientes conceptos:

La concentración de una disolución se expresar de diferentes formas:

Molaridad (M)=moles soluto/L disolución

Molalidad(m)= moles soluto/Kg disolvente

% masa=(g soluto/g disolución)·100

Densidad=g disolución/L disolución

Fracción molar:

Fracción molar A(XA)=moles A/moles(A+B)

Fracción molar B(XB)=moles B/moles(A+B)

Ejercicio resuelto

Se prepara 500 mL de una disolución 7 M de hidróxido de sodio: a)Gramos de hidróxido de socio necesarios; b) Se diluye la disolución hasta un volumen de 2L. ¿Cuál la molaridad, %masa y densidad?

PM(NaOH)= 40 g/mol

a)M=n/L–> n= 7M·0,5L=3,5 moles

gramos= 3,5 moles · 40 g/mol=140 gramos NaOH

b) M= 3,5moles/2L=1,75 M

% masa=140 g NaOH/(140g +2000 g agua)=6,54%

Densidad=2140g/2L=1070 g/L=1,07 g/mL

Ajuste de reacción

En los problemas de estequiometría lo primero que tenemos que hacer es escribir la reacción química que nos describe el enunciado y ajustarla modificando los coeficientes estequiométricos. Para ello, tenemos que tener en cuenta la ley de conservación de la masa: en reactivos y productos tiene que haber el mismo número de átomos del mismo tipo.

C5H12 +   O2 –>   CO2 +   H2O

Ajusto modificando los números estequiométricos C5H12 + 8   O2 –> 5  CO2 H2O

¿cómo se interpreta una reacción ajustada? 1 mol de pentano reacciona con 8 moles de oxígeno para dar 5 moles de dióxido de carbono y 6 moles de agua 

Ejercicio resuelto

Tenemos 9 gramos de aluminio que reaccionan totalmente con ácido sulfúrico y originan sulfato de aluminio e hidrógeno (gas). Calcula: a)Cuántos gramos de sulfato de aluminio se forman; b)Cuántos litros de hidrógeno se obtienen en condiciones normales.

2 Al +   3 H2SO4 –>    Al2(SO4)3 +  3  H2

a)PM(Al) = 27 g/mol –> 9 g Al/ 27 g/mol= 0,33 moles Al

0,33 moles Al · (1mol Al2(SO4)3 /2moles Al) =0,167 moles Al2(SO4)3

PM(Al2(SO4)3 ) =342,15 g/mol–> 0,167 moles Al2(SO4)3 ·  342,15 g/mol=57,14 g

b) 0,33 moles Al · (3mol H2 /2moles Al) =0,495 moles H2–>0,495 moles H2· 22,4 L/mol= 11,09 L H2

Problemas resueltos

  1. El clorato potásico es uno de los componentes de la pólvora. Se descompone por la acción del calor, produciendo cloruro potásico y oxígeno. Calcula los gramos de cloruro potásico que se producirán por descomposición de 20 g de clorato potásico: a)Escribir y ajustar la reacción; b) Calcular el número de moles de la sustancia dada. c) Calcular los gramos de cloruro de potasio.

a)2 KClO3 –> 2 KCl + 3 O2

b)PM(KClO3)= 122,55 g/mol –> moles= 20 g/ 122,55 g/mol= 0,163 moles KClO3

c) 0,163 moles KClO3 · (2 mol KCl/2 mol KClO3)= 0,163 moles KCl

PM(KCl)=74,55 g/mol –> 0,165 moles ·74,55 g/mol= 12,3 g KCl

2. Una de las etapas de la obtención del vino es la fermentación de la glucosa C6H12O6 de las uvas, que produce etanol (C2H6O) y dióxido de carbono: a) Formula y ajusta la reacción química correspondiente; b) ¿Qué masa de glucosa se necesita para obtener 10 g de etanol?; c)¿Qué volumen de CO2 se desprende en el mismo proceso en CN?; d) Moléculas de CO2 que se formarán con 3 Kg de glucosa; e) Volumen de CO2 a 720 mmHg y 27 ºC que se formarán con 24.1024 moléculas de C6H12O6..

a) C6H12O6 –> 2 C2H6O + 2 CO2

b) PM(C2H6O)= 46,07 g/mol–> 10g/46,07 g/mol= 0,212 moles de C2H6O

0,212 moles de C2H6O ·(1 mol C6H12O6/2 moles C2H6O)=0,106 moles de C6H12O6

PM(C6H12O6) =180,16 g/mol–>0,106 moles·180,16 g/mol=19,1 g C6H12O6

c)0,212 moles de C2H6O·(2moles CO2/2 moles de C2H6O)= 0,212 moles de CO2

0,212 moles de CO2 ·(22,4 L/ 1 mol de CO2 )=4,75 L

d) 3 000 g de C6H12O6 /180,16 g/mol= 16,65 moles C6H12O6

16,65 moles C6H12O6 ·(2 moles CO2/1 moles de C6H12O6 )= 33,3 moles CO2

33,3 moles CO2 ·6,022 1023 =20,05 1024 moléculas CO2

e) 24.1024 moléculas de C6H12O6 / 6,022 1023 moléculas/mol=39,85 moles C6H12O6

39,85 moles C6H12O6 ·(·2 moles CO2/1 moles de C6H12O6 )=79,71 moles CO2

P= 720 mmHg · 1 atm/760 mmHg = 0,94 atm

T= 27 ºC + 273= 300 K

V= n R T/P= 79,71 moles·(0,082 atm L/(mol K))·300 K/0,94 atm= 2086,03 L

3. El peróxido de hidrógeno (Agua oxigenada) se emplea como bactericida para limpiar heridas. Su efecto se debe a que en contacto con la sangre se descompone, liberando oxígeno molecular que inhibe el crecimiento de microorganismos anaerobios, y agua. Calcula el volumen de oxígeno desprendido en c.n. por cada 5 ml de disolución de peróxido de hidrógeno 1 M.

2 H2O2 –>O2 + 2 H2O

M=moles soluto/Ldisolución–> moles soluto= M · Ldisolución= 1M · 0,005 L= 0,005 moles H2O2

0,005 moles H2O2 · (1 mol O2 /2 moles H2O2 )= 0,0025 moles O2

0,0025 moles O2 ·(22,4 L/1 mol O2)= 0,056 L O2

Espero que te haya servido la explicación

¡Mucho ánimo y hasta pronto!

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