Química - Estequiometría PDF

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Breve explicación de las relaciones estequiométricas para su comprensión y práctica...

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QUÍMICA RELACIONES ESTEQUIOMÉTRICAS Y CÁLCULOS CON ESTEQUIOMETRÍA La estequiometría establece relaciones entre las moléculas o elementos que conforman los reactivos de una ecuación química con los productos de dicha reacción. Las relaciones que se establecen son relaciones MOLARES entre los compuestos o elementos que conforman la ecuación quimica: siempre en MOLES, NUNCA en gramos.

La estequiometría es el estudio de las relaciones cuantitativas (de cantidades) entre los reactivos y los productos en una ecuación química y se basa en la ecuación balanceada. Los coeficientes estequiométricos de una reacción química sólo nos indican la proporción en la que reaccionan dichas sustancias. No nos dicen cuánto están reaccionando. Analicemos la siguiente ecuación química balanceada:

C7H8 + 9 O2 → 7 CO2 + 4 H2O Podemos establecer las siguientes relaciones: 

Por 1 mol de C7H8 que reacciona, se necesitan 9 moles de O2. En pocas palabras, estamos estableciendo una regla de tres, la cual también la podemos escribir como un factor de conversión unitario:



También podemos establecer relaciones entre los moles de O2 y los moles de CO2 producidas o la relación entre los moles de H2O producidas y la cantidad de O2 necesarias para producirla.

CÁLCULOS CON ESTEQUIOMETRÍA Una reacción química balanceada, nos informa sobre las relaciones molares entre reactantes y productos. Cuando se lleva a cabo una reacción química ya sea, en el laboratorio, en una fábrica o en la naturaleza, las cantidades que se emplean pueden ser muy variadas y se conocen como las condiciones de reacción. Las relaciones estequiométricas, nos permitirán conocer la cantidad de producto que esperamos en las reacciones químicas, dicho de otra manera, estas relaciones nos permiten conocer cuánto se producirá o cuánto se necesitará de una sustancia, cuando la reacción ocurre a esas condiciones. Por ejemplo, si nos piden calcular: ¿Cuántos moles de cloruro de magnesio (MgCl2), se producirán, si se hacen reaccionar 2,4 g de Mg con suficiente cantidad de ácido clorhídrico (HCl)? (estas son las condiciones de reacción).

La reacción química es la siguiente:

Mg(s) + HCl(ac) → MgCl2(ac) + H2(g) 1- El primer paso será balancear la ecuación, esto permite conocer las relaciones estequiométricas existentes entre reactivos y productos.

Mg(s) + 2 HCl(ac) → MgCl2(ac) + H2(g)

2- El segundo paso, como las relaciones estequiométricas se establecen en moles, debemos conocer a cuántas moles equivale la cantidad en gramos del reactivo. Si la masa molar del Mg es igual a 24 g/mol, tendremos que a las condiciones de la reacción descrita anteriormente, se están haciendo reaccionar 0,1 mol de Mg. 3- El tercer paso, analizamos las relaciones estequiométricas descritas en la ecuación balanceada. Podemos ver que la relación entre el Mg (reactivo) y el MgCl2 (producto) es 1:1; por lo que podemos concluir que a las condiciones de esa reacción se producirán 0, 1 mol de MgCl2.

Calculen ustedes la cantidad: 

De gas H2 que se producirán en está reacción, expresen está cantidad tanto en moles como en gramos.



De ácido clorhídrico (HCl), que serán necesarios para que todo el Mg reaccione. Ejercicio 4.2 Se hacen reaccionar tolueno (C7H8), con O2, para producir dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

1. Si en la ecuación química descrita, las condiciones de reacción son hacer reaccionar 10 moles de tolueno con suficiente cantidad de oxígeno. Determina la cantidad de: 

Oxígeno que se necesitarán para que todo el tolueno reaccione.



Dioxido de carbono y de agua que se producen. Exprese la cantidad en gramos.

2. Teniendo en cuenta la misma reacción, determine: 

La cantidad (en gramos) de tolueno que será necesraia para producir 380 g de dióxido de carbono.

Reactivo limitante y reactivo en exceso Analicemos la siguiente analogía: En la cafetería de Artes tienen una “ecuación” para preparar pan con jamón. Ellos requieren de 1 jamón y 2 rebanadas de pan de molde, por cada pan con jamón que deban preparar. La “ecuación” la podemos representar de la siguiente forma: 1 JAMÓN + 2 REBANADAS DE PAN --> 1 “PAN CON JAMÓN" Analicen y respondan las situaciones siguientes: 1.

Si se cuenta con 15 jamones y: 

38 rebanadas de pan, ¿cuántos panes con jamón se podrán preparar?, ¿sobrará alguna pieza? ¿cuántas?



28 rebanadas de pan, ¿cuántos panes con jamón se podrán preparar?, ¿sobrará alguna pieza? ¿cuántas?

2. En el punto 1, establece para cada situación, quién limita la producción de panes con jamón, las rebanadas de pan o el jamón. Es decir quién es el “reactivo limitante” para cada situación. Una vez analizada la analogía anterior, podemos tener ya una idea y una definición de reactivo limitante. Escribela y luego compara tus observaciones con las emitidas líneas abajo. 

El reactivo limitante será aquél que se agote primero en la reacción.



El reactivo en exceso será aquel que no se agote por completo durante la reacción.



La cantidad de producto que se obtenga de la reacción, dependerá siempre de la cantidad de reactivo limitante que se tenga en la reacción.

Observa el video a continuación: https://www.youtube.com/watch?v=Txb171MMAOg&feature=emb_logo El video muestra distintos casos para la reacción entre magnesio (Mg) y ácido clorhídrico (HCl), donde se forma cloruro de magnesio (MgCl2) e hidrógeno gaseoso (H2). 

Escribe la ecuación quimica balanceada que se está planteando en el experimento.



Observa detenidamente lo que ocurre en cada uno de los recipientes donde ocurre la reacción.



Lo observado tiene relación con la definición de reactivo limitante, ¿puedes agregar algo más a la definición dada anteriormente?

https://youtu.be/jDFaPcbLuUw El siguiente vídeo muestra otros casos similares sobre el reactivo limitante (observación: el video está en inglés pero se puede seguir mediante las reacciones indicadas en el mismo):

La mayoría de las veces, los reactivos que intervienen en una ecuación química, no se encuentran en las cantidades estequiométricas para reaccionar por completo. Siempre se debe averiguar cuál de los reactivos es el limitante y cuál de ellos está en exceso. Recuerda: la reacción es gobernada por el reactivo limitante

Ejemplo La reacción de combustión del propano,es la siguiente: C3H8 (g) + 5 O2 → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)



Si se hacen reaccionar 3 moles de C3H8 con 20 moles de O2. ¿Cuál de los dos será el reactivo limitante?

Podemos realizar los calculos de dos maneras: 

Teniendo en cuenta la información del C3H8. Diremos que para que reaccionen todas las moles de C3H8 (3 moles) se requieren:

por lo tanto: 

sólo se utilizarán 15 moles de O2 en la reacción. Éste será el reactivo en exceso, y se tendrá lal final de la reacción 5 moles de oxígeno que no han reaccionado (excedente).



Teniendo en cuenta la información del O2, Diremos que para que reaccionen todas las moles de O2 (20 moles), se necesitarían:

Por lo tanto: 

Como sólo se tienen 3 moles de C3H8 (y no 4 moles como se necesitaria para que se consuma todo el O2).



Se concluye que el Reactivo limitante, el que se agota es el C3H8, y el que está en en exceso será el O2.

Tengan en cuenta que por cualquiera de los dos caminos se llega la misma conlcusión, que: 

el C3H8 es el reactivo limitante (puesto que éste limita la cantidad a reaccionar) y



el O2 está en exceso (parte de éste quedará sobrando).

¿Qué especies estarán presentes al final de la reqcción y en qué cantidad? El reactivo limitante es el que determinará cuánto producto se formará. Luego, las moles de C3H8 son las que determinarán, cuántas moles de CO2 y H2O se producirán formarán:

· Conclusión: 

Al inicio de la reacción se tenían 3 moles de C3H8 y 20 moles de O2.



Al finalizar la reacción, se han formado 9 moles de CO2 y 12 moles de H2O además y



tambiénse tendrán las 5 moles de O2 que no reaccionaron (reactivo en exceso)....