Problemas de química. Estequimetria y estructuras de Lewis

3.
Calcular la masa de H3PO4 que puede formarse al combinar 256 g de P4O10 con 422 g
de agua.
P4 O10 + 6H 2 O → 4H 3 PO 4
Solución.
Lo primero será calcular el reactivo limitante. Se divide el número inicial de moles de
cada reactivo por su coeficiente estequiométrico y se compara, la fracción menor corresponde al
reactivo limitante.
n (P4 O10 ) m(P4 O10 ) M(P4 O10 ) 256g 284gmol −1
=
=
= 0,9
1
1
1
n (H 2 O ) m(H 2 O ) M(H 2 O ) 422g 18gmol −1
=
=
= 3,9
6
6
6
n (P4 O10 ) n (H 2 O )
<
⇒ Reactivo limitante P4O10
1
6
Conocido el reactivo limitante se calcula la masa de ácido fosfórico por factores de
conversión.
1 mol(P4 O10 ) 4 mol(H 3 PO 4 ) 98 g(H 3 PO 4 )
m(P4 O10 ) = 256 g(P4 O10 ) ⋅
⋅
⋅
= 353,4 g(H 3 PO 4 )
284 g(P4 O10 ) 1 mol(P4 O10 ) 1 mol(H 3 PO 4 )
También se puede hacer mediante la proporción estequiométrica.
H 3 PO 4 4
m(H 3 PO 4 )
m(P4 O10 )
= ⇒ n (H 3 PO 4 ) = 4n (P4 O10 ) ⇒
=4
P4 O10
1
M(H 3 PO 4 )
M(P4 O10 )
m(H 3 PO 4 ) = 4
m(P4 O10 )
256 g
⋅ M (H 3 PO 4 ) = 4 ⋅
⋅ 98 g
= 353,4 g
mol
g
M(P4 O10 )
284
mol
4.
Si se parten de 57,8 g de NaBH4 y exceso de trifluoruro de boro se aíslan 14,92 g de
diborano, ¿cuál es el rendimiento porcentual de la reacción?
NaBH4 + trifluoruro de boro → NaBF4 + diborano
Solución.
3NaBH 4 + 4BF3 → 3NaBF4 + 2B 2 H 6
m(B 2 H 6 )Re al
Rend =
⋅ 100
m(B 2 H 6 )Teórica
m(B 2 H 6 )Re al = 14,92 g
La masa teórica de diborano se obtiene a partir de la masa de NaBH4 mediante factores
de conversión.
1 mol(NaBH 4 ) 2 mol(B 2 H 6 ) 27,6 g(B 2 H 6 )
m(B 2 H 6 )Teórica = 57,8 g (NaBH 4 ) ⋅
⋅
⋅
= 28,14 g(B 2 H 6 )
37,8 g (NaBH 4 ) 3 mol(NaBH 4 ) 1 mol(B 2 H 6 )
Rend =
m(B 2 H 6 )Re al
m(B 2 H 6 )Teórica
⋅ 100 =
1
14,92
⋅ 100 = 53,02 %
28,14
5.
El isooctano (C8H18) es un componente básico de la gasolina. Al quemar 1 mol de
isooctano (d = 0,688 g/cm3) se desprenden 5479 kJ. Calcular el calor desprendido por litro de
dicho combustible.
Solución.
Se trata de un cambio de unidades del calor desprendido en una reacción, se resuelve
mediante factores de conversión.
1mol(C 8 H 18 ) 688g (C 8 H18 )
kJ
∆Q = 5479
⋅
⋅
= 3,31 × 10 5 kJ
L
mol(C 8 H18 ) 114g (C 8 H 18 ) L(C 8 H18 )
2.
Explica mediante los diagramas de Lewis:
Solución.
Para determinar la estructura de Lewis de una molécula son convenientes los siguientes
pasos:
i.
Contar los electrones de valencia que cada átomo aporta a la molécula, los cuales
deberán aparecer en la estructura final como enlazados ó solitarios. Se denominan
electrones disponibles (D). Ejemplo BF3: D = 3 (B) + 3 ⋅ 7 (F) = 24
ii.
En el caso de especies iónicas se añaden (aniones) o se restan (cationes) tantos
como indique la carga. Ejemplo NO+: D = [5 (N ) + 6 (O )] − 1 = 10 ; CN−:
D = [4 (C ) + 5 (N )] + 1 = 10
iii.
Contar el número de electrones necesarios para que todos los átomos alcancen la
configuración electrónica óptima (2, 4, 6, 8, 10 ó 12 e−). Se denominan electrones
necesarios (N). Ejemplo BF3: N = 6 (B) + 3 ⋅ 8 (F) = 30 ; NO+: N = 8 (N ) + 8 (O ) = 16
Calcular el número de electrones que hacen falta compartir para que todos los
átomos alcancen la configuración electrónica óptima. Se denominan electrones
compartidos y se calculan como diferencia entre los necesarios y los disponibles (C
= N − D). Cada par de electrones compartido forma un enlace. Ejemplo BF3:
iv.
C = N − D = 30 − 24 = 6(3 enlaces)
v.
vi.
vii.
viii.
Calcular el número de electrones solitarios. Se denominan electrones solitarios y se
calculan como diferencia entre los disponibles y los compartidos (S = D − C).
Ejemplo BF3: S = D − C = 24 − 6 = 18(9 pares solitarios)
Colocar alrededor de cada átomo los electrones necesarios para obtener la
configuración óptima.
Si se precisan enlaces múltiples, estos se colocan preferentemente en los átomos de
mayor valencia, los cuales también ocupan la posición central en estructuras con
tres o más átomos.
El hidrogeno siempre ocupa posición terminal. El oxigeno le ocurre igual excepto
en sus uniones con el hidrógeno (−O−H) y en los peróxidos (−O−O−).
H2SO4.
D = 6(S) + 4 ⋅ 6(O ) + 2(C arg a ) = 32

N = 8(S) + 4 ⋅ 8(O ) = 40
S : 3s ;3p 

⇒

2
4
O : 2s ;2p  C = N − D = 40 − 32 = 8(4 enlaces) 
S = D − C = 32 − 8 = 24(12 pares) 
HNO3.
D = 1(H ) + 5(N ) + 3 ⋅ 6(O ) = 24 
H : 1s1 
N = 2(H ) + 8(N ) + 3 ⋅ 8(O ) = 34 
2
3
N : 2s ;2p  ⇒

C = N − D = 34 − 24 = 10(5 enlaces)
2
4
O : 2s ;2p


S = D − C = 24 − 10 = 14
2
4
2
NF4
D = 5(N ) + 4 ⋅ 7(F) − 1(Carga ) = 32 

N = 8(N ) + 4 ⋅ 8(F) = 40
N : 2s ;2p 

⇒

2
5
F : 2s ;2p  C = N − D = 40 − 32 = 8(4 enlaces)
S = D − C = 32 − 8 = 24(12 pares) 
2
3
3