Tema 16. Ejercicios resueltos Estequiometría PDF

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL PERÍODO 2020-A

Clase No: 20

QUÍMICA Tema de la clase: CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Ejercicios de aplicación: 1.

El xido frrico reacciona con el hidrgeno para producir hierro y agua. Si reaccionan 12 g de xido con 2,5 g de hidrgeno; entonces: 𝐹𝑒2𝑂3 + 𝐻2 → 𝐹𝑒 + 𝐻2𝑂

a) El reactivo limitante es el hidrgeno. b) Sobrarn 3,4 g del reactivo en exceso. c) Se producen 8,39 g de hierro. Antes de iniciar cualquier cálculo estequiométrico es indispensable tener la ecuación igualada. Al ser una reacción tipo redox, pero sencilla, se puede ajustar por simple inspección. Los coeficiente s son: 𝐹𝑒2𝑂3 + 3𝐻2 → 2𝐹𝑒 + 3𝐻2𝑂 Conforme los datos se tienen 2 reactivos, por lo tanto, se debe determinar cuál es el reactivo limitante, es decir el que se consume por completo. Para esto se toma como base de cálculo uno de ellos, en este caso se selecciona los 12 g de Fe2O3 y se calcula, cuanto de hidrógeno se necesita para reaccionar con esa cantidad de óxido: 𝑚𝐻2 = 12 𝑔𝐹𝑒2 𝑂3 ∙

1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 𝑂3 3 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2 2 𝑔𝐻2 ∙ ∙ = 0,45 𝑔𝐻2 159,7 𝑔𝐹𝑒2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2

Peso Molecular 1º reactivo

Relación coeficientes estequiométricos de la ecuación igualada

Peso Molecular 2º reactivo

El cálculo arroja la siguiente conclusión: para que reaccionen los 12 g de óxido férrico se requieren 0,45 g de hidrógeno. Al tener 2,5 g de hidrógeno como dato, quiere decir que sobran 2,05 g de este reactivo (2,5 g iniciales - 0,45 g que reaccionan). Por tanto, se consumen por completo los 12 g de Fe 2O3, es el reactivo limitante. Con este cálculo sencillo se descartan las opciones a y b, puesto que ninguna es verdadera. Se procede a probar la opción c, para lo cual se calcula la cantidad de hierro producida a partir de los 12 g de óxido férrico, puesto que del reactivo limitante dependen las cantidades de producto generadas: 𝑚𝐹𝑒 = 12 𝑔𝐹𝑒2 𝑂3 ∙

1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 𝑂3 2 𝑎𝑡 − 𝑔 𝐹𝑒 55,85 𝑔𝐹𝑒 ∙ = 8,39 𝑔𝐹𝑒 ∙ 159,7 𝑔𝐹𝑒2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 𝑂3 1 𝑡 − 𝑔 𝐹𝑒

En consecuencia, la respuesta correcta es la opción c, se producen 8,39 g de hierro.

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2.

Determinar la cantidad en gramos de ácido flurohídrico que pueden obtenerse a partir de 200 g de fluoruro de calcio de 90 % de pureza, a partir de la siguiente reacción: 𝐶𝑎𝐹2 + 𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐶𝑎𝑆𝑂4 + 2𝐻𝐹

Se verifica que la ecuación está igualada, por tanto se puede proceder a realizar cualquier cálculo. Únicamente se tiene como dato la cantidad de fluroruo de calcio ( 𝐶𝑎𝐹2), por lo que se asume que se consumirá por completo y es el reactivo limitante (esto quiere decir que el ácido sulfúrico está en cantidad suficiente), por tanto, se puede calcular a partir de este dato, cuánto se va a producir de ácido flurohídrico (𝐻𝐹), tomando en cuenta que se debe considerar el porcentaje de pureza del 𝐶𝑎𝐹2, esto quiere decir que los 200 g no son solamente de fluoruro de calcio, sino son el total de una muestra, notada como M.

𝑚𝐻𝐹 = 200 𝑔𝑀 ∙

90 𝑔𝐶𝑎𝐹2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐹2 2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻𝐹 20 𝑔𝐻𝐹 ∙ ∙ = 92,3 𝑔𝐻𝐹 ∙ 100 𝑔𝑀 78 𝑔𝐶𝑎𝐹2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐹2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐹

Relación de pureza: 90 %

Relación coeficientes estequiométricos de la ecuación igualada.

La pureza se expresa como 90 g de reactivo, sobre 100 g de muestra M, como equivalente a decir 90 %, esto es un procentaje en peso. Este valor se multiplica por la cantidad total de muestra que se tiene como dato: 200g, de donde se obtiene la cantidad real de reactivo (fluoruro de calcio). A partir de este cálculo inicial se continúa con las relaciones en masa y con los coeficientes estequiométricos de la ecuación igualada hasta conseguir la masa de HF que se necesita. 3.

En la combustión del carbono se produce dióxido de carbono. Calcular los gramos de carbono que se precisan para obtener 5 g de CO2 suponiendo que la reacción ocurre con un rendimiento del 70 % 𝐶 + 𝑂2 → 𝐶𝑂2

Por simple inspección se verifica que la ecuación se encuentra igualada, por lo que el cálculo se puede iniciar directamente. El dato que se tiene como entrada son los 5 g de CO2 que se desea obtener, por tanto la pregunta es cuánto de un reactivo de necesita para producir una cantidad conocida de producto. 𝑚𝐶 = 5 𝑔𝐶𝑂2 ∙

12 𝑔𝐶 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 1 𝑎𝑡 − 𝑔 𝐶 100 ∙ ∙ ∙ = 1,95 𝑔𝐶 44 𝑔𝐶𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 1 𝑎𝑡 − 𝑔 𝐶 70 Relación coeficientes estequiométricos de la ecuación igualada.

Relación de rendimiento: 70 %

El proceso es el mismo que se ha venido ocupando en los ejercicios anteriores, relacionando la masa que se tiene como dato con los pesos moleculares o atómicos según corresponda y estos a su vez con los coeficientes estequiométricos de la ecuación igualada. El factor de rendimiento se aplica tomando en cuenta la pregunta, es decir, se necesita conocer una cantidad de reactivo y al no ser una reacción perfecta, se va a requerir una cantidad mayor a la que sería si la reacción fuese al 100 %.

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