H O KMnO H SO K SO MnSO O H O + + → + + + aH O bKMnO dH

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FARMACIA
QUÍMICA GENERAL
SOLUCIÓN TALLER EN CLASE DE
BALANCEO DE ECUACIONES QUÍMICAS Y
BALANCE DE MATERIA
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Con base en la siguiente ecuación de reacción química:
H 2O2 + KMnO4 + H 2 SO4 →
K 2 SO4 + MnSO4 + O2 + H 2O
a) Realizar el balanceo de la ecuación química por el método
algebraico.
b) Calcular el balance de materia de la reacción química, si se
cuenta con 1250g de H2SO4 como reactivo límite.
SOLUCIÓN
Asignándole literales a los coeficientes molares de cada uno de los
compuestos de la ecuación química, tanto a los reactivos como a los
productos.
aH 2O2 + bKMnO4 + dH 2 SO4 →
eK 2 SO4 + fMnSO4 + gO2 + hH 2O
Realizando en balance de elementos químicos en la ecuación:
H : 2 a + 2 d = 2h 1
O : 2a + 4b + 4d = 4e + 4 f + 2 g + h 2
K : b = 2e 3
Mn : b = f 4
S :d = e+ f 5
Luego de realizar una observación detallada de las relaciones obtenidas
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en el balance de elementos, puedo concluir lo siguiente:
Existen siete (7) incógnitas y cinco (5) ecuaciones, lo anterior sugiere que
existen 7-5=2, dos variables libres. A éstas variables libres se les puede
asignar un valor arbitrario, se sugiere como valor inicial uno (1).
Una variable libre directa es aquella que acompañe un compuesto
molecular C, O2 etc.
En el caso de que después de propuesto el valor arbitrario de cada una de
las variables libres, se ha sugerido que sea inicialmente el valor arbitrario
de uno (1) a cada una de ellas, se realizaran los procedimientos de
sustitución necesarios para obtener los valores de las restantes
incógnitas, solo si todos los valores de las incógnitas obtenidos sean
valores enteros, los valores arbitrarios de las variables libres serán los
correctos; en caso contrario, cuando surgen valores fraccionarios de las
variables por deducir, habrá dos formas de solucionarlo:
• Aumentar unitariamente de 1 a 2 o así sucesivamente los valores de
una de las variables y realizar los procedimientos de cálculo para
confirmar si se ha superado el problema.
• Cambiar la variable libre por otra para probar de nuevo la obtención de
las incógnitas y verificar si todas dan valores enteros.
Observando las expresiones de las cinco ecuaciones, tratare de expresar
la mayor cantidad de las incógnitas en función de e.
b = 2e 3
Reemplazando <3> en <4>
f = 2e 6
Reemplazando <6> en <5>
d = e + 2e
d = 3e 7
Reemplazando <5> en <1>
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2a + 2 ( 3e ) = 2h
2a + 6e = 2h
a + 3e = h 8
Reemplazando las relaciones anteriores en la ecuación <2>
2a + 4b + 4d = 4e + 4 f + 2 g + h 2
2a + 4 ( 2e ) + 4 ( 3e ) = 4e + 4 ( 2e ) + 2 g + h
2a + 8e + 12e = 4e + 8e + 2 g + h
2a + 20e = 12e + 2 g + h
2a + 20e − 12e = 2 g + h
2a + 8e = 2 g + h 9
Asumiendo como variables libres:
Se aclara que el valor de g se asigno hasta 5 después de haber hecho un
cálculo de verificación para g=1 y siguiendo las sugerencias enunciadas
anteriormente.
e =1
g =5
Reemplazando los valores libres en <9>
2a + 8e = 2 g + h 9
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2a + 8 (1) = 2 ( 5 ) + h
2a + 8 = 10 + h
2a − 2 = h 10
Reemplazando los valores libres en la ecuación <8>
a + 3e = h 8
a + 3 (1) = h
a + 3 = h 11
Igualando las ecuaciones <10> y <11>
2a − 2 = a + 3
a=5
Reemplazando el valor de a en la ecuación <11>
h = a+3
h=8
Reemplazando los valores encontrados en las ecuaciones <3>, <6> y <7>
b = 2e 3
b = 2 (1) = 2
f = 2e 6
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f = 2 (1) = 2
d = 3e 7
d = 3 (1) = 3
Concluyendo, la ecuación balanceada es:
5H 2O2 + 2 KMnO4 + 3H 2 SO4 →
1K 2 SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H 2O
PESOS MOLECULARES DE LOS COMPUESTOS
g
g
PM H 2O2 = 34
;
PM KMnO4 = 158.02
mol
mol
g
g
PM H 2 SO4 = 98.06
; PM K2 SO4 = 174.24
mol
mol
g
g
PM MnSO4 = 151
;
PM O2 = 32
mol
mol
g
PM H 2O = 18
mol
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BALANCE DE MASA DE REACTIVOS
1mol _ de _ H 2 SO4
×
98.06 g _ de _ H 2 SO4
5mol _ de _ H 2O2 34 g _ de _ H 2O2
×
×
=
3mol _ de _ H 2 SO4 1mol _ de _ H 2O2
= 722.34 g _ de _ H 2O2
1250 g _ de _ H 2 SO4 ×
masa _ de _ H 2O2 = 722.34 g _ de _ H 2O2
1mol _ de _ H 2 SO4
1250 g _ de _ H 2 SO4 ×
×
98.06 g _ de _ H 2 SO4
2mol _ de _ KMnO4 158.02 g _ de _ KMnO4
×
×
=
3mol _ de _ H 2 SO4
1mol _ de _ KMnO4
= 1342.88 g _ de _ KMnO4
masa _ de _ KMnO4 = 1342.88 g _ de _ KMnO4
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BALANCE DE MASA DE PRODUCTOS
1mol _ de _ H 2 SO4
×
98.06 g _ de _ H 2 SO4
1mol _ de _ K 2 SO4 174.24 g _ de _ K 2 SO4
×
×
=
3mol _ de _ H 2 SO4
1mol _ de _ K 2 SO4
= 740.36 g _ de _ K 2 SO4
1250 g _ de _ H 2 SO4 ×
masa _ de _ K 2 SO4 = 740.36 g _ de _ K 2 SO4
1mol _ de _ H 2 SO4
1250 g _ de _ H 2 SO4 ×
×
98.06 g _ de _ H 2 SO4
2mol _ de _ MnSO4 151g _ de _ MnSO4
×
×
=
3mol _ de _ H 2 SO4 1mol _ de _ MnSO4
= 1283.14 g _ de _ MnSO4
masa _ de _ MnSO4 = 1283.14 g _ de _ MnSO4
1mol _ de _ H 2 SO4
1250 g _ de _ H 2 SO4 ×
×
98.06 g _ de _ H 2 SO4
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5mol _ de _ O2
32 g _ de _ O2
×
×
=
3mol _ de _ H 2 SO4 1mol _ de _ O2
= 679.85 g _ de _ O2
masa _ de _ O2 = 679.85 g _ de _ O2
1mol _ de _ H 2 SO4
1250 g _ de _ H 2 SO4 ×
×
98.06 g _ de _ H 2 SO4
8mol _ de _ H 2O 18 g _ de _ H 2O
×
×
=
3mol _ de _ H 2 SO4 1mol _ de _ H 2O
= 611.87 g _ de _ H 2O
masa _ de _ H 2O = 611.87 g _ de _ H 2O
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BALANCE DE MATERIA
COMPUESTOS
H 2 SO4
H 2O2
KMnO4
REACTIVOS PRODUCTOS
(g)
(g)
1250.00
722.34
1342.88
K 2 SO4
740.36
MnSO4
1283.14
O2
679,85
H 2O
611,87
3315.22
TOTALES
3315.22