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Colegio Andrés Bello Chiguayante ESTEQUIOMETRÍA II Jorge Pacheco R. Profesor de Biología y Química ESTEQUIOMETRÍA II APRENDIZAJES ESPERADOS: • Aplican la información de una ecuación química. • Identifican los factores que limitan la formación de un compuesto en una reacción química. • Infieren el rendimiento real y teórico a partir de los datos estequiométricos de algunas reacciones químicas. INFORMACIÓN CUANTITATIVA • De una ecuación química balanceada, se puede obtener información como la que se presenta en el siguiente ejemplo: 2H2 + O2 2H2O 2 mol de H2 2 x 6x10 23 moléculas de H2 1 mol de O2 6x10 23 moléculas de O2 2 mol de H2O 2 x 6x10 23 moléculas de H2O 4 átomos de Hidrógeno 2 átomos de Oxígeno 4 átomos de Hidrógeno 2 átomos de Oxígeno 4g 32 g 36 g INFORMACIÓN CUANTITATIVA Balance de Ecuaciones Vídeo Reacciones Químicas TIPOS DE REACCIÓN QUÍMICA A) REACCIÓN DE COMBINACIÓN: • Tipo de reacción en las que se combinan dos reactivos, que pueden ser elementos o compuesto, para formar un solo producto, según la siguiente ecuación general:. Ejemplo: Reacción del aluminio metálico con oxígeno para formar el óxido de aluminio. TIPOS DE REACCIÓN QUÍMICA B) REACCIÓN DE DESCOMPOSICIÓN: • En este tipo de reacción una sustancia se descompone o “rompe”, produciendo dos o más sustancias distintas, de acuerdo con el siguiente mecanismo general. TIPOS DE REACCIÓN QUÍMICA C) REACCIÓN DE SUSTITUCIÓN SIMPLE: Tipo de reacción en donde un elemento reacciona con un compuesto para reemplazar uno de sus componentes, produciendo un elemento y un compuesto diferentes a los originales: TIPOS DE REACCIÓN QUÍMICA D) REACCIÓN DE SUSTITUCIÓN DOBLE: • En este tipo de reacciones, dos compuestos intercambian sus elementos entre sí, produciendo dos compuestos distintos, de acuerdo al siguiente mecanismo general. AB + CD AD + CB ACTIVIDAD: IDENTIFICA • Para la siguiente ecuación química no balanceada identifica: el Tipo de Reacción, cantidad de mol (reactivos y productos), cantidad de moléculas (reactivos y productos) y masa en gramos. C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2 O REACCIÓN DE SUSTITUCIÓN DOBLE 1 mol de C3H8 6,02x1023 moléculas de C3 H8 44 g 5 mol de O2 3 mol de CO2 3,01x1024 moléculas de O2 1,81x1024 moléculas de CO2 160 g 132 g 4 mol de H2O 2,41x1024 moléculas de H2O 72 g ACTIVIDAD: IDENTIFICA • Para la siguiente ecuación química debes balancearla, si es necesario, y además identificar: El Tipo de Reacción, cantidad de mol (reactivos y productos), cantidad de moléculas (reactivos y productos) y masa en gramos. 2 HCl + ZnS ZnCl2 + H2S REACCIÓN DE SUSTITUCIÓN DOBLE 2 mol de HCl 1,20x1024 moléculas de HCl 73 g 1 mol de ZnS 1 mol de ZnCl2 6,02x1023 moléculas de ZnS 6,02x1023 moléculas de ZnCl2 97 g 136 g 1 mol de H2S 6,02x1023 moléculas de H2 S 34 g ACTIVIDAD: IDENTIFICA • Para la siguiente ecuación química debes balancearla, si es necesario, y además identificar: El Tipo de Reacción, cantidad de mol (reactivos y productos), cantidad de moléculas (reactivos y productos) y masa en gramos. 2 Al + 3 Br2 2 AlBr3 REACCIÓN DE COMBINACIÓN 2 mol de Al 1,20x1024 átomos de Al 54 g 3 mol de Br2 2 mol de AlBr3 1,81x1024 moléculas de Br2 1,20x1024 moléculas de AlBr3 480 g 534 g ACTIVIDAD: IDENTIFICA • Para la siguiente ecuación química debes balancearla, si es necesario, y además identificar: El Tipo de Reacción, cantidad de mol (reactivos y productos), cantidad de moléculas (reactivos y productos) y masa en gramos. Fe + CuSO4 Cu + FeSO4 REACCIÓN DE SUSTITUCIÓN SIMPLE 1 mol de Fe 6,02x1023 átomos de Fe 56 g 1 mol de CuSO4 1 mol de Cu 6,02x1023 moléculas de CuSO4 6,02x1023 átomos de Cu 159,5 g 63,5 g 1 mol de FeSO4 6,02x1023 moléculas de FeSO4 152 g ACTIVIDAD: IDENTIFICA • Para la siguiente ecuación química debes balancearla, si es necesario, y además identificar: El Tipo de Reacción, cantidad de mol (reactivos y productos), cantidad de moléculas (reactivos y productos) y masa en gramos. 2 H2O2 2 H2O + O2 REACCIÓN DE DESCOMPOSICIÓN 2 mol de H2O2 1,20x1024 moléculas de H2O2 68 g 2 mol de H2O 1 mol de O2 1,20x1024 moléculas de H2 O 6,02x1023 moléculas de O2 36 g 32 g ESTEQUIOMETRÍA, CÁLCULO A PARTIR DE REACCIONES QUÍMICAS ESTEQUIOMETRÍA • Determinar la cantidad de “materiales” que serán empleados en la ejecución de una determinada tarea es un principio básico de eficiencia en toda profesión u oficio. Por ejemplo, un maestro albañil debe calcular la cantidad de arena, ripio y cemento necesaria para construir un piso o un muro, de lo contrario aumenta innecesariamente el costo del muro y tendrá que desperdiciar o botar lo que sobra. • Esta misma situación se aplica a la química; los científicos en los laboratorios de investigación o en laboratorios con fines industriales deben determinar la cantidad de materiales que necesitan para elaborar un determinado producto y así proceder a ejecutar las reacciones químicas que sean necesarias. RELACIÓN MOLAR • La relación molar o método mol a mol, corresponde a la relación entre la cantidad de moles entre dos de las especies que participan en la reacción. Por ejemplo, si observamos la reacción de combinación del agua se tiene: EJEMPLO 1 Paso 1: Determinar el número de moles de la sustancia inicial. EJEMPLO 1 Paso 2: Determinar la relación molar de la sustancia deseada a la sustancia inicial. A partir de la cual es posible calcular la cantidad de moles que se formarán de CO2. 1 mol de C6H12O6 6 mol CO2 Si: X = = 2 mol de C6H12O6 X mol CO2 6 mol CO2 x 2 mol de C6H12O6 1 mol de C6H12O6 X = 12 mol de CO2 EJEMPLO 1 Paso 3: Transformar el resultado a masa en gramos. La Masa Molar del CO2 es 44 g/mol. m=nxM m = 12 mol x 44 g/mol m = 528 g de CO2 Respuesta: Se obtendrán 528 g de CO2 al reaccionar 2 moles de glucosa (C6H12O6) EJEMPLO 2 Paso 1: Determinar el número de moles de la sustancia inicial. La Masa Molar del N2O es 44 g/mol. n = n m M n = = 8,75 g 44 g/mol 0,199 mol N2O EJEMPLO 2 Paso 2: Determinar la relación molar de la sustancia deseada a la sustancia inicial. 10 mol de HNO3 1 mol N2O Si: X = X = X mol de HNO3 0,199 mol N2O 10 mol de HNO3 x 0,199 mol de N2O 1 mol de N2O = 1,99 mol de HNO3 EJEMPLO 2 Paso 3: Transformar el resultado a masa en gramos. La Masa Molar del HNO3 es 63 g/mol. m=nxM m = 1,99 mol x 63 g/mol m = 125,37 g de HNO3 Respuesta: Son necesarios 125,37 g de HNO3 EJERCICIOS 1. El metano se quema de acuerdo con la siguiente ecuación (M.A. C= 12, H=1; O=16). CH4(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) ¿Cuántos gramos de CO2 se producen cuando se queman 8 g de CH4? 2. ¿Qué masa de magnesio se necesita para que reaccione con 9,27 g de nitrógeno? La ecuación que explica el proceso es (M.A. Mg= 24; N= 14). Mg(s) + N2(g) Mg3N2 REACTIVO LIMITANTE REACTIVO LIMITANTE • En los procesos químicos existe un reactivo que limita la cantidad de productos que se pueden obtener durante una reacción, denominado reactivo limitante. CONCEPTOS • Reactivo Limitante: Reactivo que se consume primero en una reacción química. La cantidad máxima de producto que se forma depende de la cantidad de este reactivo. • Reactivo Excedente: Son los reactivos presentes en mayor cantidad que la necesaria para reaccionar con la cantidad de reactivo limitante. EJEMPLO La reacción entre el aluminio y el óxido de hierro (III) puede producir temperaturas cercana a los 3000°C, lo que se utiliza para soldar metales: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe En un proceso se hicieron reaccionar 81 g de Al con 320 g de Fe2O3. Determinar el reactivo limitante y la cantidad en gramos de Al2O3 que se produce. n Al n Fe2O3 = = 81 g 27 g/mol 320 g 160 g/mol n Al = n Fe2O3 = 3 mol 2 mol EJEMPLO 2 mol de Al Si: = 1 mol Fe2O3 X Si: = X mol Fe2O3 1,5 mol de Fe2O3 1 mol de Fe2O3 2 mol Al X 3 mol de Al = 2 mol de Fe2O3 X mol Al 4 mol de Al = Al Fe2O3 : : R.L. R.E. EJEMPLO • La cantidad de Al2O3 se determina con la cantidad de reactivo limitantes presente. Así, que: 2 mol de Al 1 mol Al2O3 Si: X = m=nxM m = = 3 mol de Al X mol Al2O3 1,5 mol de Al2O3 m = 1,5 mol x 102 g/mol 153 g de Al2O3 Respuesta: Se producen 153 g de Al2O3 EJERCICIOS 1. Considerando la siguiente ecuación, ¿cuánto ácido sulfúrico en gramos (H2SO4) se puede formar a partir de 5 mol de dióxido de azufre (SO2) y 2 mol de oxígeno (O2) (M.A. S= 32, H=1; O=16). 2 SO2(g) + O2(g) 2H2O(g) + 2H2SO4(ac) 2. El proceso para la producción de amoniaco (NH3) se representa mediante la siguiente ecuación balanceada: N2(g) + 3H2(g) 2 NH3(g). (M.A. N= 14, H= 1). A. ¿Cuántos g de NH3 (amoniaco) se pueden obtener a partir de 100 g de N2 y 100 g H2. B. ¿Cuál el reactivo limitante y cuál el reactivo en exceso? C. Determina la cantidad de g de reactivo en exceso que queda al final de la reacción. RENDIMIENTO DE LA REACCIÓN • Rendimiento Teórico: Es la cantidad calculada de producto que se puede obtener a partir de una determinada cantidad dada de reactivo, de acuerdo con la ecuación química. • Rendimiento Real: Es la cantidad de producto que efectivamente se obtiene en una reacción. • Rendimiento Porcentual: Corresponde a la relación real entre el rendimiento teórico y el real. EJEMPLO • Se prepara bromuro de plata (AgBr) haciendo reaccionar 200 g de bromuro de magnesio (MgBr) con la cantidad adecuada de nitrato de plata (AgNO3). ¿Cuál será el rendimiento porcentual de la reacción si se obtienen 375 g de bromuro de plata? MgBr2 + 2 AgNO3 Mg(NO3)2 + 2AgBr PASO 1: Sabiendo que la masa molecular de MgBr2= 184,13 g/mol, se calcula la cantidad de sustancia (mol) a la que equivalen 200 g de MgBr2. n = 1,09 moles. EJEMPLO Paso 2: Determinar la relación molar de la sustancia deseada a la sustancia inicial. Si: 1 mol de MgBr2 2 mol AgBr X = = 1,09 mol de MgBr2 X mol AgBr 2,18 mol de AgBr Sabiendo que la masa molar del AgBr es 187,8 g/mol, se obtiene que su masa es: m=nxM m = m = 2,18 mol x 187,8 g/mol 409,4 g de AgBr EJEMPLO Paso 3: Para determinar el rendimiento de la reacción se compara el rendimiento real (375 g) con el teórico (409,4 g). Rendimiento porcentual Rendimiento porcentual = Rendimiento real Rendimiento teórico x 100 = 375 g 409,4 g x 100 Rendimiento porcentual = 91,59 % EJERCICIOS • En un experimento se obtuvieron 3,43 g de SOCl2. esta reacción tiene un rendimiento teórico de 5,64 g de SOCl2. considerando que la ecuación química es: SO2 + PCl5 SOCl2 + POCl3 Determina el rendimiento porcentual de la reacción. • El cloruro de calcio con nitrato de plata para producir un precipitado de cloruro de plata de acuerdo a la siguiente ecuación: CaCl2(ac) + AgNO3(ac) AgCl(s) + Ca(NO3)2(ac) En un experimento se obtienen 1,864 g de precipitado (sólido). Si el rendimiento teórico del cloruro de plata es 2,45 g, ¿cuál es el rendimiento porcentual de la reacción? Colegio Andrés Bello Chiguayante Muchas Gracias