Prof. José Rivero, Noviembre’2008 ESTEQUIOMETRÍA DE RACCIONES QUÍMICAS Reacciones Químicas Todos sabemos que la madera arde, el hierro se oxida, la lecha se agria. Los seres vivos se descomponen luego de morir, etc. En estos cambios varían las propiedades características de la materia, razón por la cual se les llama cambios químicos o reacciones químicas y éstas vienen representadas por medio de una ecuación química. Ecuaciones químicas y su estructura Las ecuaciones químicas son representaciones esquematizadas de las reacciones químicas. Las ecuaciones de formulas están constituidas por símbolos, formulas y números (delante de los símbolos, iones y/o formulas) llamados coeficientes. Cuando delante de una especie química no se “observe” ningún numero, se entiende que el coeficiente es uno (1). Se usará la ecuación química: para señalar su estructura Miembro de la izquierda (primer miembro) contiene las sustancias reaccionantes o reactivos, separadas con el signo + (si es necesario). Miembro de la derecha (segundo miembro) contiene las sustancias resultantes o productos separadas con el signo + (si es necesario). Flecha (o signo igual) dirigida desde los reactivos a los productos, que significa produce. Sobre ella se colocan las condiciones de la reacción. Los estados físicos de los reactivos y productos se colocan como subíndices en el lado derecho y dentro de un paréntesis). (g) : gas, (l): líquido, (s): sólido, (ac): acuoso Para el trabajo siguiente prescindiremos de estos subíndices. Solamente se usarán si es estrictamente necesario. Otras condiciones: : Calor : Formación de precipitado : Producción de gas. Prof. José Rivero, Noviembre’2008 Estequiometria y cálculo estequiométrico La estequiometria estudia las relaciones cuantitativas entre elementos y compuestos cuando experimentan cambios químicos. Los cálculos estequiométrico tratan de las relaciones numéricas y operaciones matemáticas entre reactivos y productos en las reacciones químicas. Existen diferentes métodos disponibles para resolver los problemas de estequiometria. Método molar Paso1 Calcular la cantidad de sustancia expresada en moles de la(s) sustancia(s) conocida(s) a partir de la(s) masa(s) dada(s). Paso2 Determinar la cantidad de sustancia expresada en moles, de la(s) sustancia(s) desconocida(s), utilizando los coeficientes que poseen las especies químicas involucradas en la ecuación química balanceada. Paso3 Calcular la masa o el volumen (si se trata de un gas) de la sustancia desconocida a partir de los moles obtenidos en el paso2. La cantidad de producto obtenido en una reacción se denomina rendimiento. Se llama rendimiento teórico, estequiométrico o calculado, a la cantidad de producto que se obtiene cuando uno de los reactivos se agota y sin que se pierda producto durante su aislamiento y purificación. Los diferentes tipos de problemas relacionados con el cálculo estequiométrico, se ubican en una de las clases abajo señaladas: 1. 2. 3. 4. Moles-moles; n-n Masa-masa; m-m Masa-volumen; m-v Volumen volumen: v-v Moles-moles: n-n Ejemplo: Calcular la cantidad de moles de CO2 que son vertidos a la atmósfera, cuando se queman 2,4 moles de C2H6 (etano) con el oxigeno del ambiente. La ecuación química balanceada del proceso es: 2 C2H6 + 7O2 Datos =2,4 moles 4 CO2 +6H20 ¿Cuál es el rendimiento teórico de esta reacción? Prof. José Rivero, Noviembre’2008 =? Se usan los coeficientes que poseen en la ecuación química balanceada, las sustancias involucradas en el cálculo. REGLA DE TRES Moles de C2H6 moles de CO2 2 moles producen 2,4 moles producen 4 moles .? Rendimiento teórico= 4,8 moles de CO2 Masa –masa: m-m En estos problemas la cantidad conocida y la que se pregunta están en unidades de masa (generalmente en gramos). Masa-masa en sustancias puras Masa-masa en sustancias impuras (tanto por ciento de pureza). Masa-volumen: m-v En estos problemas la sustancia desconocida y conocida es un gas. Si el dato conocido dado en unidades de masa (generalmente en gramos), se solicita calcular la sustancia desconocida (un gas) en unidades de volumen (generalmente litros). En ambos casos se usa el valor del volumen molar VM, que es de 22,4 L/mol en CN (condiciones normales). YA VISTO Volumen-volumen: v-v La resolución de estos problemas se basa en la ley de los volúmenes de combinación de Gay Lussac, la cual establece que siempre que los gases reaccionen o se formen a la misma temperatura y presión, lo hacen en una proporción de volumen expresada con números enteros sencillos. Esta relación de números enteros es directamente proporcional al volumen de los gases y se seleccionan de los coeficientes de la ecuación química balanceada. Próximamente se realizarán estos ejemplos. Prof. José Rivero, Noviembre’2008 EJERCICIOS (a entregar la próxima semana) Se tiene la siguiente ecuación química: Calcula la cantidad de CO2 expresada en moles, que se producen al quemar 1,5 moles de C6H14. 1) El HgO al calentarlo se descompone en Hg + O2 así: ¿Qué cantidad de masa expresada en gramos de HgO al 93,20% de pureza, es necesario descomponer para obtener 18,05 g de O2? 2) El Zn reacciona con HCl para producir H2(g), la ecuación química balanceada para este proceso está dada por: ¿Qué volumen de H2 en litros y medio en CN, se obtendrá al reaccionar 28,45 g de Zn al 92% de pureza?¿Cuál es el rendimiento teórico? 3) El NH3(g) se obtiene en el laboratorio calentando NH4Cl con Ca(OH)2. La ecuación química balanceada esta dada Por: Calcular la masa expresada en gramos de NH4Cl al 88,35% de pureza que son necesarios hacer reaccionar, para obtener 3,45 litros de NH3(g) en CN. ?¿Cuál es el rendimiento teórico? 4) Se tiene la ecuación química balanceada: ¿Qué volumen en litros de CO2(g) se producen cuando reaccionan 8,45 L de C2H6(g), si ambos gases se miden a la misma temperatura y presión? ?¿Cuál es el rendimiento teórico? 5) Se tiene la ecuación química balanceada: Se hace reaccionar 18,9 g de HNO3 con 8,53 g de Ca(OH)2. ¿Cuál es: a. El reactivo limitante b. La masa expresada en gramos de Ca(NO3)2 que se forma c. El rendimiento teórico. 6) Se hace reaccionar 45,3 g de Al(OH)3 con 123,42 g de H3PO4. Si realmente se forman 62,45 g de AlPO4, determinar: a. El reactivo limitante b. El rendimiento teórico de la reacción c. El rendimiento práctico de la reacción d. El % de rendimiento 7) Se tiene la ecuación química balanceada: Se hace reaccionar 15,32 g de Mg con 31,45 g de HCl. Si realmente se forman 8,25 L de H2(g) en CN, determinar: Prof. José Rivero, Noviembre’2008 El reactivo limitante, El rendimiento teórico de la reacción, El rendimiento práctico de la reacción y El % de rendimiento.