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Qumica general - 1 -
Cap. 2
ECUACIONES QUMICAS
CONTENIDO:
- 2 - Qumica general
OBJETIVO HOLSTICO ESPECFICO:
Fortalecemos la importancia de las representaciones de las reacciones qumicas a partir de las ecuaciones resolviendo ejercicios de igualacin aplicando los diferentes mtodos de igualacin, para el beneficio de nuestra sociedad comunitaria.
TICs para QUMICA (Laboratorio virtual)
Phet ofrece simulaciones divertidas e interactivas de forma gratuita, basados en la investigacin de los fenmenos fsicos y qumicos. Creemos que nuestro enfoque basado en la investigacin y la incorporacin de los hallazgos de investigaciones anteriores y nuestra propia prueba, permite a los estudiantes hacer conexiones entre los fenmenos de la vida real y la ciencia subyacente, profundizando sus conocimientos y apreciaciones del mundo fsico. - Ingresa a Phet en el buscador de paginas, luego la pestaa qumica - En la barra que aparece hacer clic en Qumica - Luego click en la pestaa de Balanceando acuaciones, descargue o experimente en
lnea - Ingrese a Juego de balanceo - Pon a prueba tus conocimientos y experimenta nuevas actividades
Qumica general - 3 -
Introduccin.- Las ecuaciones qumicas son las representaciones de las reacciones qumicas o
transformaciones qumicas, y constan de dos miembros; en el primero se indican las frmulas de las sustancias iniciales, que se denominan reactivos, y en el segundo las de las
sustancias que se obtienen, y se denominan productos.
Ejemplo: En la combustin del metano se produce dixido de carbono y agua. La ecuacin que representa esta reaccin es:
CH4 + O2 ---> CO2 + H2O
Para igualar la ecuacin se utilizan coeficientes estequiomtricos, que se colocan delante de las
frmulas e indican el nmero relativo de molculas.
CH4 + 2 O2 --> CO2 + 2 H2O En determinados casos hace falta especificar el estado fsico: slido (s), lquido (l), gas (g), o disolucin acuosa (aq), en que se encuentran las sustancias en las condiciones de la reaccin.
CH4(g) + 2 O2(g) --> CO2(g) + 2 H2O(l)
Un mol de metano con dos moles de oxgeno produce un mol de dixido de carbono y dos moles de agua. Mtodos para ajustar ecuaciones qumicas.- Existen varios mtodos para igualar ecuaciones qumicas, y son las siguientes:
- Mtodo del tanteo - Mtodo del nmero de oxidacin o REDOX - Mtodo del in electrn: En medio cido y en
medio bsico - Mtodo algebraico
En ste texto, solo se estudiarn los tres primeros,
por su importancia, dejando al estudiante como
investigacin el mtodo algebraico.
a) Mtodo del tanteo.- Es el mtodo ms sencillo,
se contarn los tomos de cada elemento en
reactivos y productos y se colocarn los coeficientes
delante de las frmulas para que los elementos
queden igualados.
Ejemplos:
Combustin del propano:
C3H8 + O2 --> CO2 + H2O
El oxgeno participa en ms de un compuesto en productos, lo dejaremos para el final. Empezamos por el C, 3 carbonos en reactivos y 1 carbono en productos, necesitamos 3 molculas de CO2 para ajustarlo.
C3H8 + O2 --> 3 CO2 + H2O
Seguimos con el H, 8 hidrgenos en reactivos y 2 hidrgenos en productos, necesitamos 4 molculas de H2O para ajustarlo.
C3H8 + O2 --> 3 CO2 + 4 H2O Slo nos faltan los O, 2 oxgenos en reactivos y 3x2 + 4x1 = 10 en productos, necesitamos 5 molculas de O2 en reactivos para ajustarlo.
C3H8 + 5 O2 --> 3 CO2 + H2O
Ya est la ecuacin ajustada, el coeficiente del propano es 1 aunque no se escriba. Recuerda que lo que no puedes modificar son los coeficientes de
cada elemento dentro de las molculas, ya que cambiaras las sustancias, slo podemos modificar el nmero de molculas.
- 4 - Qumica general
Ejercicios.- Igualar las siguientes ecuaciones qumicas por el mtodo del tanteo:
1) N2 + H2 NH3
2) H2O + Na NaOH + H2
3) KClO3 KCl + O2
4) BaO2 + HCl BaCl2 + H2O2
5) H2SO4 + NaCl Na2SO4 + HCl
6) FeS2 Fe3S4 + S2
7) H2SO4 + C H2O + SO2 + CO2
8) SO2 + O2 SO3
9) HCl + MnO2 MnCl2 + H2O + Cl2
10) K2CO3 + C CO + K
11) Ag2SO4 + NaCl Na2SO4 + AgCl
12) NaNO3 + KCl NaCl + KNO3
13) Fe2O3 + CO CO2 + Fe
14) Na2CO3 + H2O + CO2 NaHCO3
15) FeS2 + O2 Fe2O3 + SO2
16) Cr2O3 + Al Al2O3 + Cr
17) Ag + HNO3 NO + H2O + AgNO3
18) CuFeS2 + O2 SO2 + CuO + FeO
19) Na2CO3 + H2O + CO2 NaHCO3
20) C4H10 + O2 CO2 + H2O
Qumica general - 5 -
b) Mtodo del nmero de oxidacin o mtodo REDOX.- Es un mtodo que se basa en la ganancia
o prdida de electrones que ocurren en los compuestos o elementos de una reaccin qumica. Oxidacin: Es el proceso mediante el cual un determinado elemento qumico cede electrones, lo que se traduce en un aumento de su ndice de
oxidacin. Reduccin: Es el proceso mediante el cual un determinado elemento qumico capta electrones, lo que se traduce en una disminucin de su ndice de oxidacin.
Definiciones de importancia.- Para tomar en cuenta: a) Sustancia que cede electrones:
Se oxida = Es reductor
b) Sustancia que electrones:
Se reduce = Es un oxidante
c) Agente oxidante: Es toda sustancia, molcula o
in capaz de captar electrones, por lo tanto se reduce.
d) Agente reductor: Es toda sustancia, molcula o
in capaz de ceder electrones, por lo tanto se oxida.
e) Oxidacin: Es el proceso mediante el cual un
determinado elemento qumico cede electrones, lo que se traduce en un aumento de su ndice de oxidacin.
f) Reduccin: Es el proceso mediante el cual un
determinado elemento qumico capta electrones, lo que se traduce en una disminucin de su ndice de oxidacin.
Nmeros de oxidacin.- Antes de comenzar a aplicar el mtodo, recordaremos los nmeros de oxidacin de algunos elementos:
a) Del oxgeno es: 2 : O 2
b) Del oxgeno en los perxidos es: 1 : O2
1
c) Del oxgeno en los superxidos es: 1/2 : O2
1
d) Del hidrgeno es: +1: H1+ e) De un elemento libre, es cero (0)
f) La suma de los nmeros de oxidacin de un compuesto es cero (0)
Ejemplos:
1. Demostrar que la suma de los nmeros de
oxidacin del siguiente compuesto es cero.
+1 +6 2
H2 S O4
H = 2x1 = +2 S = 1x6 = +6 O = 4x(-2) = 8
Total = 0
2. Indica el nmero de electrones captados o
cedidos y nombra el proceso (oxidacin o reduccin).
a) Mn+7 ---> Mn+2
El Mn gan 5 e-, reduccin
b) S2 ---> S0 El S perdi 2 e-, oxidacin
c) C1 ---> Cl20
El Cl perdi 2 e-, oxidacin
Procedimiento para el mtodo REDOX.- Los
siguientes son los pasos a seguir:
1. Verificar que la ecuacin este bien escrita y completa.
2. Colocar los nmeros de oxidacin en cada uno de los elementos.
3. Observar que nmeros de oxidacin cambiaron (un elemento se oxida y uno se reduce).
4. Escribir la diferencia de nmeros de oxidacin de un mismo elemento.
5. Multiplicar la diferencia de nmeros de oxidacin por los subndices correspondientes de cada elemento.
6. Cruzar los resultados 7. Colocar los resultados como coeficientes en el
lugar correspondiente. 8. Completar el balanceo por tanteo. 9. Verifica la cantidad de tomos en cada miembro
de la ecuacin. 10. En caso de que todos los coeficientes sean
divisibles se reducen a su mnima expresin.
- 6 - Qumica general
Ejemplo: 1.- Verificar que la ecuacin este bien escrita y completa.
2.- Colocar los nmeros de oxidacin en cada uno de los elementos.
3.- Observar que nmeros de oxidacin cambiaron (un elemento se oxida y uno se reduce).
4.- Escribir la diferencia de nmeros de oxidacin de un mismo elemento.
5.- Multiplicar la diferencia de nmeros de oxidacin por los subndices correspondientes de cada elemento.
6.- Cruzar los resultados
Qumica general - 7 -
7.- Colocar los resultados como coeficientes en el lugar correspondiente.
8.- Completar el balanceo por tanteo.
9.- Verifica la cantidad de tomos en cada miembro de la ecuacin.
10.- En caso de que todos los coeficientes sean divisibles se reducen a su mnima expresin. (En este caso no son divisibles y quedan de la siguiente manera:)
Ejemplo:
Igualar aplicando el mtodo REDOX
+6 2 +3 0
K2 Cr2O7 + H2SO4 + H2S ----> K HSO4 + Cr2(SO4)3 + H2O + S
Empezamos en el primer miembro: Cr: Pasa de +6 a +3; se reduce; es oxidante: 3 S: Pasa de -2 a 0; se oxida; es reductor: 2 Observamos los subndices, nico el Cr: 3x2 = 6 S: 2 Simplificamos, son pares, entre 2: Cr: 3 S: 1 Intercambiando, e igualando:
K2 Cr2O7 + 5 H2SO4 + 3 H2S ----> 2 K HSO4 + Cr2(SO4)3 + 7 H2O + 3 S
3x2 = 6 2 3 1
- 8 - Qumica general
Ejercicios.- Igualar las siguientes ecuaciones qumicas por el mtodo REDOX:
1) Ag + HNO3 NO + H2O + AgNO3 2) CuFeS2 + O2 SO2 + CuO + FeO 3) HCl + MnO2 MnCl2 + H20 + Cl2 4) H2SO4 + C H2O + SO2 + CO2 5) Fe2O3 + CO CO2 + Fe 6) Ag + HNO3 NO + H2O + Ag NO3 7) C + HNO3 N2 + CO2 + H2O 8) C + HNO3 CO2 + NO2 + H2O 9) Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O 10) Cu + HNO3 NO2 + H2O + Cu(NO3)2 11) CuS + HNO3 Cu(NO3)2 + S + H2O + NO
12) H2SO4 + HI H2SO3 + I2 + H2O 13) HNO3 + H2S NO2 + H2O + S 14) K2Cr2O7 + HCl CrCl3 + KCl + H2O + Cl2 15) K2Cr2O7 + SnCl2 + HCl CrCl3 + SnCl4 + KCl + H2O 16) KMnO4 + HBr MnBr2 + KBr + H2O + Br2 17) KMnO4 + HCl MnCl2 + KCl + Cl2 + H2O 18) KNO3 + S SO2 + K2O + NO 19) Na2Cr2O7 + FeCl2 + HCl CrCl3 + FeCl3 + NaCl + H2O 20) Na2Cr2O7 + HCl NaCl + CrCl3 + H2O + Cl2
Representa los siguientes procesos por medio de ecuaciones balanceadas por el mtodo de REDOX:
1) El monxido de nitrgeno gaseoso se prepara por reaccin del cobre metlico con cido ntrico obtenindose, adems, nitrato de cobre (II) y agua.
2) El cido sulfrico concentrado reacciona con el bromuro de potasio para dar sulfato de potasio, bromo, dixido de azufre y agua.
3) El cido sulfrico reacciona con cobre para dar sulfato de cobre (II), dixido de azufre y agua.
4) El cido ntrico concentrado reacciona con carbono producindose dixido de nitrgeno, dixido de
carbono y agua.
5) El cido ntrico reacciona con el cido sulfhdrico dando azufre elemental, monxido de nitrgeno y agua.
6) El cloro (gas) reacciona con hidrxido de potasio produciendo clorato de potasio, cloruro de potasio y agua.
7) El yodo (slido) reacciona con cido ntrico para dar cido ydico, monxido de nitrgeno y agua.
Qumica general - 9 -
c) Mtodo del In electrn.- Para balancear una reaccin qumica por este mtodo, se tiene en cuenta los iones que contienen los tomos que cambian de estado de oxidacin.
Adems es indispensable tener presente el carcter del medio donde ocurre la reaccin, el medio cido y el medio bsico. Para entender este mtodo se debe tener claro cmo se producen las disociaciones de cidos, bases y sales (electrolitos). - Los CIDOS: Se disocian en H+ y el anin
negativo:
Ejemplos:
HNO3 ----> H + + NO3 H2SO4 ----> 2 H+ + SO42 H3PO4 ----> 3 H+ + PO43
- Las BASES (hidrxidos): Se disocian en el
catin positivo y el OH - :
Ejemplos:
NaOH ----> Na+ + OH
Mg(OH)2 ----> Mg+2 + 2 (OH)
Al(OH)3 ----> Al+3 + 3 (OH) - Las SALES: Se disocian en los iones
correspondientes (catin positivo y el anin negativo):
Ejemplos:
Ag Cl ----> Ag+ + Cl
AgNO3 ----> Ag+ + NO3
Cu(NO3)2 ----> Cu+2 + 2 (NO3)
Al2(SO4)3 ----> 2 Al+3 + 3 (SO4)2
Procedimiento para el mtodo de ion electrn: a) En medio ACIDO:
1. Verificar que la ecuacin este bien escrita y completa.
2. Pasar a la forma inica: cidos, bases y sales. Las sustancias elementales o elementos libres, los xidos, anhdridos, el H2O y el H2O2 no se
disocian. 3. Se escribe por separado las ecuaciones inicas
parciales del agente oxidante y el agente reductor.
4. Se balancea por tanteo (inspeccin) los tomos,
el H y O.
5. Para igualar los tomos de oxgeno, se agrega
molculas de H2O (donde falte oxgeno); en el otro miembro aadir iones hidrgeno H+ el doble
en cantidad. 6. Contar la carga total en ambos lados de cada
ecuacin parcial y agregar e- en el miembro que tenga exceso de carga positiva (+)
7. Igualar el nmero de e- perdidos por el agente
reductor, con los e- ganados por el agente oxidante, multiplicando las ecuaciones parciales en cruz.
8. Se suman las dos medias reacciones cancelando
la cantidad de e-, H+, OH- o H2O que aparezca en ambos lados, con lo cual se obtendr la ecuacin finalmente balanceada.
9. Si la ecuacin fue dada originalmente en forma
inica, sta es la respuesta del problema. 10. Si la ecuacin fue dada originalmente en forma
molecular; se trasladan estos coeficientes a la ecuacin molecular y se inspeccionan el balanceo de la ecuacin.
b) En medio BSICO:
1. Es igual al procedimiento del medio cido. Excepto en la igualacin de O e H.
2. Para Igualar los tomos de oxgeno, agregar molculas de H2O donde sobre oxgenos, en la cantidad sobrante; al otro miembro aadir radicales OH el doble de la cantidad de H2O.
3. Para igualar los tomos de hidrgeno, agregar
iones OH donde sobre, en la cantidad sobrante; al otro miembro aadir H2O la misma cantidad.
- 10 - Qumica general
Ejemplo: Resolucin de una ecuacin por el mtodo del ion electrn en medio cido:
I2 + HNO3 ----> HIO3 + NO + H2O (Molecular)
Se pasa a forma inica: 0 + + 0 0 I2 + H + NO3 ----> H + lO3 + NO + H2O (Inica) Se escribe por separado el esqueleto de las ecuaciones inicas parciales del agente oxidante y el agente reductor: 0 I2 ----> lO3 - 0 NO3 ----> NO Se balancea por tanteo (inspeccin) los tomos distintos de H y O:
0 I2 ----> 2 lO3 0 NO3 ----> NO Igualar los tomos de oxgenos agregando molculas de H2O para balancear los oxgenos (aadir agua donde
falte oxgeno): I2 + 6 H2O ----> 2 lO3 NO3 ----> NO + 2 H2O Igualar los tomos de hidrgenos H+ (iones hidrgenos) donde falta hidrgeno: + I2 + 6 H2O ----> 2 lO3 + 12 H + NO3 + 4 H ----> NO + 2 H2O
Contar la carga total en ambos lados de cada ecuacin parcial y agregar e- en el miembro deficiente en carga negativa (-) o que tenga exceso de carga positiva (+): + I2 + 6 H2O ----> 2 lO3 + 12 H + 10 e-
+ NO3 + 4 H + 3 e- ----> NO + 2 H2O Igualar el nmero de e- perdidos por el agente reductor, con los e- ganados por el agente oxidante, multiplicando las ecuaciones parciales por la cantidad de electrones determinados en forma cruzada (simplifique si es posible): + x 3 I2 + 6 H2O ----> 2 lO3 + 12 H + 10 e-
+ x 10 NO3 + 4 H + 3 e- ----> NO + 2 H2O
Qumica general - 11 -
+ 3 I2 + 18 H2O ----> 6 lO3 + 36 H + 30 e-
+ 10 NO3 + 40 H + 30 e- ----> 10 NO + 20 H2O Smese las dos medias reacciones cancelando cualquier cantidad de e-, H+, OH- o H2O que aparezca en ambos lados, con lo cual se obtendr la ecuacin finalmente balanceada: + 3 I2 + 18 H2O ----> 6 lO3 + 36 H + 30 e-
4 + 2 10 NO3 + 40 H + 30 e- ----> 10 NO + 20 H2O + 3 I2 + 10 NO3 + 4 H ----> 6 lO3 + 10 NO + 2 H2O Si la ecuacin fue dada originalmente en forma inica, sta es la respuesta del problema. Si la ecuacin fue dada originalmente en forma molecular; se trasladan estos coeficientes a la ecuacin molecular y se inspeccionan el balanceo de la ecuacin:
3 I2 + 10 HNO3 ----> 6 HIO3 + 10 NO + 2 H2O
Ejemplo: Resolucin de una ecuacin por el mtodo del ion electrn en medio bsico:
Bi2O3 + KOH + KClO ----> KBiO3 + KCl + H2O
Se pasa a forma inica:
Bi2O3 + K+ + OH + K+ + ClO ----> K+ + BiO3 + K+ + Cl + H2O
Ecuaciones inicas parciales del agente oxidante y el agente reductor:
Bi2O3 ----> BiO3 ClO ----> Cl
Se balancea por tanteo (inspeccin) los tomos distintos de H y O:
Bi2O3 ----> 2 BiO3 ClO ----> Cl
Agregar molculas de H2O donde exista exceso de oxgeno (Por ejemplo si existe 3 oxgenos por dems, aada 3 H2O):
Bi2O3 ----> 2 BiO3 + 3 H2O ClO + 1 H2O ----> Cl
Igualar H y O con radicales OH- donde falte H:
Bi2O3 + 6 OH ----> 2 BiO3 + 3 H2O ClO + 1 H2O ----> Cl + 2 OH
- 12 - Qumica general
Igualar elctricamente, aadiendo e- en el lado ms positivo:
Bi2O3 + 6 OH ----> 2 BiO3 + 3 H2O + 4e-
ClO + 1 H2O + 2e- ----> Cl + 2 OH
Intercambiar y simplificar nmero de electrones:
1 2 Bi2O3 + 6 OH ----> 2 BiO3 + 3 H2O + 4e-
2 4 ClO + 1 H2O + 2e- ----> Cl + 2 OH
Multiplicar y sumar ambas ecuaciones parciales:
Bi2O3 + 6 OH ----> 2 BiO3 + 3 H2O + 4e- 2 ClO + 2 H2O + 4e- ----> 2 Cl + 4 OH
Sumar las dos medias reacciones cancelando cualquier cantidad de e-, H+, OH o H2O que aparezca en ambos lados, con lo cual se obtendr la ecuacin finalmente balanceada: 2 1
Bi2O3 + 6 OH ----> 2 BiO3 + 3 H2O + 4e- 2 ClO + 2 H2O + 4e- ----> 2 Cl + 4 OH
Bi2O3 + 2 OH + 2 ClO ----> 2 BiO3 + H2O + 2 Cl Si la ecuacin fue dada originalmente en forma inica, sta es la respuesta del problema. Si la ecuacin fue dada originalmente en forma molecular; se trasladan estos coeficientes a la ecuacin molecular y se inspeccionan el balanceo de la ecuacin:
Bi2O3 + 2 KOH + 2 KClO ----> 2 KBiO3 + 2 KCl + H2O
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Qumica general - 13 -
Ejercicios.- Igualar las siguientes ecuaciones qumicas por el mtodo in electrn en medio cido:
1) MnO4 + H+ + Br --> Mn+2 + Br2 + H2O
2) Cr2O72 + H+ + I --> Cr+3 + I2 + H2O
3) MnO4 + SO32 + H+ --> Mn+2 + SO42 + H2O
4) Cr2O72 + Fe+2 + H+ --> Cr+3 + Fe+3 + H2O
5) CrO42 + H+ + HSnO2 --> CrO2 + HSnO3 + H2O
6) C2H4 + MnO4 + H+ --> CO2 + Mn+2 + H2O
7) ClO3 + H2O + I2 --> IO3 + Cl + H+
8) Cu + H+ + SO42 --> Cu+2 + H2O + SO2
9) Fe+2 + MnO4 --> Fe+3 + Mn+2
10) Br2 + SO2 --> Br + SO42
11) Cu + NO3 --> Cu+2 + NO2
12) PbO2 + Cl --> Pb+2 + Cl2
13) Zn + NO3- --> Zn+2 + N2
14) H2SO4 + C --> CO2 + SO2 + H2O
15) MnO2 + HCl --> Cl2 + MnCl2 + H2O
16) HNO3 + ZnS --> S + NO + Zn(NO3)2 + H2O
17) HNO3 + Cu --> Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
18) (NH4)2Cr2O7 --> Cr2O3 + H2O + N2
19) HI + H2O2 --> I2 + H2O
20) H2O2 + KMnO4 + H2SO4 --> K2SO4 + MnSO4 + O2 + H2O
21) KBrO3 + KI + HBr --> KBr + I2 + H2O
22) KBiO3 + Mn(NO3)2 + HNO3 --> Bi(NO3)3 + KMnO4 + KNO3 + H2O
23) K MnO4 + KCl + H2SO4 --> MnSO4 + Cl2 + K2SO4 + H2O
24) I2 + HNO3 --> HIO3 + NO + H2O
25) K2Cr2O7 + HI + HClO4 --> Cr(ClO4)3 + KClO4 + I2 + H2O
26) Ca(IO3)2 + KI + HCl --> CaCl2 + KCl + I2 + H2O
27) KMnO4 + NaI + H2SO4 --> I2 + MnSO4 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O
28) K2Cr2O7 + KBr + H2SO4 --> Br2 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O
- 14 - Qumica general
Ejercicios.- Igualar las siguientes ecuaciones qumicas por el mtodo in electrn en medio bsico:
1) MnO4 + I ----> MnO42 + I2
2) P4 + OH + H2O ----> PH3 + H2PO2 3) Cl2 + H2O2 + OH ----> ClO2 + H2O 4) MnO4 + H2O + Fe+2 ----> MnO2 + Fe+3 + OH
5) Cl2 + IO3 + OH ----> IO4 + Cl + H2O
6) Br2O3 + ClO ----> BrO3 + Cl
7) N2H4 + Cu(OH)2 ----> N2 + Cu 8) Zn + NO3 ----> NH3 + Zn(OH)4 2 9) Cl2 ----> ClO3 + Cl 10) MnO4 + S2O32 ----> MnO2 + SO42 + OH
11) CN + MnO4 ----> CON + MnO2
12) Br2 ----> BrO3 + Br
13) SO32 + MnO4 + H2O ---> MnO2 + SO42 + OH
14) Mn+2 + H2O2 ----> MnO2 + H2O
15) Bi(OH)3 + SnO22 ----> SnO33 + Bi
16) MnO4 + NO2 ----> MnO2 + NO3
17) N2H2 + Cu(OH)2 ----> N2 + Cu + H2O 18) Mn(OH)2 + H2O2 ----> MnO2 + H2O 19) I2 + OH ----> l + IO 3 + H2O 20) MnO4 + I + H2O --- -> MnO2 + I2 + OH 21) CIO3 + I ----> CI + I2
22) PH3 + CrO42 ----> P4 + Cr(OH)4
23) Br + ClO ----> BrO3 + Cl
24) NH3 + Na2Cr O4 + H2O + NaCl ---> NaNO3 + CrCl3 + NaOH
25) Cl2 + NaOH ---> NaCl + NaClO + H2O
26) MnO2 + KClO3 + KOH ----> K2MnO4 + KCl + H2O
27) Br2 + KOH ----> KBr + KBrO3 + H2O
28) KMnO4 + NH3 KNO3 + MnO2 + KOH + H2O
Qumica general - 15 -
Cap. 3
CLCULOS QUMICOS I
LEYES PONDERALES DE LAS
COMBINACIONES QUMICAS
CONTENIDO:
- 16 - Qumica general
OBJETIVO HOLSTICO ESPECFICO:
Valoramos la importancia de las unidades de medida mediante los conocimientos sobre las leyes que rigen a las combinaciones qumicas, resolviendo problemas de aplicacin y que permitan contribuir al bienestar de nuestros estudiantes en el proceso de su formacin integral.
TICs para QUMICA (Laboratorio virtual) Educaplus es un conjunto de proyectos educativos relacionados con la ciencia. Todos los trabajos
estn desarrollados con detalle y podemos estudiar la tabla peridica, qu es el clima, cmo son las molculas, qu es la cinemtica o cules son las propiedades de la luz. A travs de animaciones y aplicaciones interactivas que le han valido a su autor, Jess Peas, un buen nmero de reconocimientos. - Ingresa a Educaplus en el buscador de paginas - En la barra que aparece hacer clic en Qumica - Luego click en la pestaa de Calculador de masa molar y composicion centesimal,
experimente en lnea - Pon a prueba tus conocimientos y experimenta nuevas actividades
Qumica general - 17 -
Introduccin.- Un primer aspecto del conocimiento qumico fue conocer la relacin entre las cantidades de los cuerpos que intervienen en una reaccin pasando de lo meramente cualitativo a lo cuantitativo. El descubrimiento de la balanza y su aplicacin sistemtica al estudio de las transformaciones qumicas por LAVOISIER dio lugar al descubrimiento de las leyes de las combinaciones qumicas y al establecimiento de la qumica como ciencia.
Leyes ponderales.- Las leyes ponderales son un
conjunto de leyes que tienen como objetivo el estudio del peso relativo de las sustancias, en una reaccin qumica, entre dos o ms elementos qumicos. Se divide en cuatro importantes leyes como lo son: 1) Ley de la conservacin de la masa o de LAVOISIER.- Se debe al qumico francs A. L. Lavoisier, quien lo formul en 1774.
+
+
Masa 1 Masa 2 Masa 3 Masa 4
Masa 1 + Masa 2 ---> Masa 3 + Masa 4
La materia no se crea ni se destruye, slo se transforma.
Ejemplo:
H2 + Cl2 ---> 2 HCl
2 g + 71 g = 73 g
2) Ley de las proporciones constantes o de PROUST.- En 1808, tras ocho aos de las investigaciones, Proust llego a la conclusin de que para formar un determinado compuesto, dos o ms elementos qumicos se unen y siempre en la misma proporcin ponderal.
Azufre: Forma del 36.4 % de la masa del FeS. Hierro: Forma del 63.6 % de la masa del FeS.
Sulfuro de hierro (II)
FeS
Un compuesto puro siempre contiene los mismos elementos combinados en las mismas proporciones en masa. Ejemplo: En la reaccin de formacin del amoniaco, a partir de los gases Nitrgeno e Hidrgeno:
N2 + 3 H2 ---> 2 NH3
Las cantidades de reactivos que se pueden combinar entre s, son:
NITRGENO HIDRGENO
28 g 6 g
14 g 3 g
56 g 12 g
Una aplicacin de la ley de Proust es la obtencin de la denominada composicin centesimal de un compuesto, esto es, el porcentaje ponderal que representa cada elemento dentro de la molcula.
- 18 - Qumica general
3) Ley de las proporciones mltiples o de DALTON.- Dalton elabor la primera teora atmica y realiz numerosos trabajos fruto de los cuales es esta ley que formul en 1803: Cuando dos elementos A y B forman ms de un compuesto, las cantidades de A que se combinan en estos compuestos, con una cantidad fija de B, estn en relacin de nmeros pequeos enteros. Ejemplo:
H2 + O2 ----> H2O H2 + O2 ----> H2O2
PRODUCTO HIDRGENO OXGENO
H2O 2 g 16 g = 1(8 g)
H2O2 2 g 32 g = 2(8 g)
Constante Variable
4) Ley de las proporciones recprocas o de RICHTER.- Llamado tambin ley de las proporciones
equivalentes, masas de combinacin o masas equivalentes. En 1792, antes de que Proust y Dalton enunciaran sus leyes, Richter enunci esta ley: Si masas de distintos elementos se combinan con una misma masa de un elemento determinado, cuando esos elementos se combinen entre s, sus masas relativas sern mltiplos o submltiplos de aquellas masas. Ejemplo:
2 Na + S ---> Na2S 46 g 32 g
H2 + S ---> H2S
2 g 32 g
Entonces cuando se combinan sodio e hidrgeno sus masas deben estar siempre en la relacin de:
1
23
2
46
2
g
g
Hm
Nam
Unidades quimicas.- PARA RECORDAR algunos
conceptos: a) Unidad de masa atmica (u.m.a.).- Se define como la doceava parte de la masa del istopo de carbono12 (C-12).
12
612
11 Cmasauma
Equivalencia:
1 u.m.a. = 1.66x1024 g b) Peso Molecular (M o PM).- Se determina sumando los pesos atmicos de los elementos, teniendo en cuenta el nmero de tomos de cada elemento. Ejemplos: Calcular los pesos moleculares de los siguientes compuestos:
H2SO4
H = 2 x 1 = 2 S = 1 x 32 = 32 O = 4x16 = 64
PM = 98 uma c) El nmero de Avogadro ( NA ).- Mediante
diversos experimentos cientficos se ha determinado que el nmero de tomos que hay en 12 g de 12C.
Este nmero recibe el nombre de nmero de Avogadro.
NA = 6.002x1023 molculas
NA = 6.002x10
23 tomos
H2O H = 2 x 1 = 2 O = 1 x 16 = 16
PM = 18 uma
Qumica general - 19 -
Un mol contiene el nmero de Avogadro ( 6.02x1023) de unidades de materia fsicas reales (tomos, molculas o iones). El nmero de Avogadro es tan grande que es difcil imaginarlo. d) Mol.- El mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas unidades estructurales (tomos, molculas u otras partculas) como tomos hay exactamente en 12 g de C-12.
1 mol = 6.022x1023 unidades
Ejemplos:
1 mol (tomos) = 6.022 x 1023 tomos 1 mol (molculas) = 6.022 x 1023 molculas 1 mol (electrones) = 6.022 x 1023 electrones 1 mol (iones) = 6.022 x 1023 iones 1 mol (fotones) = 6.022 x 1023 fotones
e) tomo gramo ( at-g ).- Es la masa en gramos de un mol de tomos de un elemento qumico, sta masa es igual al peso atmico expresado en gramos.
1 at - g = P.A. g
1 at-g de Ca = 40 g
1 at-g de Fe = 56 g
Ejemplos: Se tiene una muestra de 200 gramos de Calcio (Ca). Cuntos tomos gramo contiene?
Dato P.A. (Ca) = 40 uma. Solucin:
1 at-g (Ca) = 40 g (Ca) = 6.022x1023 tomos de Ca
Vemos que: 1 At-g (Ca) contiene 40 gramos de tomos de (Ca) Tenemos que calcular cuntos at-g hay en 200 gramos de calcio (Ca) Aplicando una regla de tres simple:
1 at-g (Ca) ----> 40 gramos
x at-gr (Ca) ----> 200 gramos
gatg
gatgx
5
40
1200
f) Nmero de tomo gramo (Nro. at-g):
AN
tomosNro
ggat
gmgatNro
.
)(
)(.
Ejemplo: 1) Determinar el nmero de at-g contenidos en 64 g de oxgeno. Solucin:
416
64.
g
ggatNro
2) Cuntos tomo-gramo de calcio hay en 120
gramos de dicho elemento? Solucin:
340
120
)(
)(.
g
g
ggat
gmgatNro
3) Cuantos gramos de plomo, hay en 0.20 at-g de dicho elemento? Solucin:
m = ? Nro. at-g = 0.20 at-g (Pb) = 207 g
gatgatNromggat
gmgatNro
.
)(
)(.
ggm 4.4120720.0 g) Masa molar o Mol gramo (mol-g).- Es la masa en gramos de un mol de molculas de una sustancia qumica, sta masa es igual al peso molecular expresado en gramos. Ejemplos:
1 mol-g de agua = 18 gramos 1 mol-g de H2SO4 = 98 gramos
- 20 - Qumica general
Ejemplos de clculos: 1) Cunto pesa en gramos una molcula de agua?
Dato: M (H2O) = 18 uma Solucin:
Veamos la relacin: 1 mol-g (H2O) = 18 g (H2O) 1 mol-g (H2O) = 6.02x1023 molculas de (H2O) Aplicando una regla de tres simple: 6.02x1023 molculas (H2O) ----> 18 gramos
1 molcula (H2O) ----> x gramos Despejando:
gx 2323
1031002.6
18
h) Nmero de moles (n).- Para determinar la cantidad de moles:
)/(
)(
molgmolarMasa
ggramosenmasan
Ejemplo: Determinar el nmero de moles contenidos en 272 g de cido sulfhdrico (H2S) Solucin: M (H2S) = 34
Recordar:
1 mol de tomos = 6.02x1023 tomos 1 mol de molculas = 6.02x1023 molculas 1 mol de gas = 22.4 litros en (C.N.)
Factor molar y Factor de conversin.- Para
diferenciar el factor molar de los factores de conversin, se utilizan [corchetes] para indicar el factor molar y (parntesis) para los factores de conversin. La parte central de un problema estequiomtrico es el FACTOR MOLAR cuya expresin es:
Los datos para calcular el factor molar se obtienen de los coeficientes en la ecuacin balanceada. Ejemplo: A continuacin observe una ecuacin qumica igualada, las masas estequiomtricas y el nmero de moles:
3 Ag + 4 HNO3 ---> NO + 2 H2O + 3 AgNO3
324 g 252 g 30 g 36 g 510 g 3 moles 4 moles 1 mol 2 moles 3 moles
Factores molares extrados de la ecuacin:
a) 3 moles Ag = 30 g NO
b) 252 g HNO3 = 2 moles H2O
c) 1 mol NO = 22.4 L NO = 510 g AgNO3
d) 30 g NO = 36 g H2O
molesg
g
M
mn 8
34
272
partidadeciasusladeMoles
deseadaciasusladeMolesmolarFactor
tan
tan
NOg
Agmoles
30
3
OHmoles
HNOg
2
3
2
252
3510
1
AgNOg
NOmol
3510
4.22
AgNOg
NOL
OHg
NOg
236
30
Qumica general - 21 -
Clculos estequiomtricos.- La estequiometra es la parte de la qumica que estudia las relaciones cuantitativas entre las sustancias que intervienen en una reaccin qumica (reactivos y productos). Los problemas de aplicacin de clculos estequiomtricos se clasifican en:
a) Mol mol b) Mol gramos c) Gramos gramos d) Mol volumen e) Volumen gramos f) Volumen volumen
Las relaciones pueden ser: entre reactivos y productos, slo entre reactivos o slo entre productos. A) Clculos mol-mol.- En este tipo de relacin la
sustancia de partida est expresada en moles, y la sustancia deseada se pide en moles. En los clculos estequiomtricos los resultados y los datos de las masas atmicas de los elementos, deben utilizarse redondeadas a dos decimales.
RECOMENDACIONES PARA LA RESOLUCIN PASO 1: Balancear la ecuacin Aplicar tanteo, Redox o In electrn PASO 2: Identificar la sustancia deseada y la de
partida. Sustancia deseada: Identificar la sustancia que se va a calcular, los moles. Se escribe la frmula y entre parntesis la unidad solicitada, que en este caso son moles.
Sustancia de partida: Se anota la frmula del
dato proporcionado, y entre parntesis la unidad, que en este caso es moles. PASO 3: Aplicar el factor molar Los moles de la sustancia deseada y la de partida los obtenemos de la ecuacin balanceada.
Ejemplos:
1) Para la siguiente ecuacin balanceada:
4 Al + 3 O2 ----> 2 Al2O3
Calcule:
a) Cuntos moles de aluminio (Al) son necesarios para producir 5.27 moles de Al2O3? b) Cuntos moles de oxgeno (O2) reaccionan con
3.97 moles de Al? Solucin: a) Siguiendo las recomendaciones: 1. Balancear la ecuacin:
Revisando la ecuacin nos aseguramos de que realmente est bien balanceada. 2. Identificar la sustancia deseada y la de partida. Sustancia deseada: El ejercicio nos indica que debemos calcular los moles de aluminio. Se pone la frmula y entre parntesis la unidad solicitada, que en este caso son moles. Sustancia deseada: Al (mol) Sustancia de partida: El dato proporcionado es 5.27 mol de xido de aluminio (Al2O3). Se anota la frmula y entre parntesis el dato. Sustancia de partida: Al2O3 (5.27 mol) 3. Aplicar el factor molar: Los moles de la
sustancia deseada y la de partida los obtenemos de la ecuacin balanceada.
4 Al + 3 O2 ----> 2 Al2O3
Moles: 4 mol 3 mol 2 mol
? mol 5.27 mol
Respuesta: Son necesarios 2.64 moles de Al b) Cuntos moles de oxgeno (O2) reaccionan con
3.97 moles de Al? 1. La ecuacin est balanceada 2. Sustancia deseada: O2 (mol)
Sustancia de partida: Al (3.97 mol)
AlmolOAlmol
AlmolOAlmol 64.2
2
427.5
32
32
- 22 - Qumica general
3. Aplicar el factor molar
4 Al + 3 O2 ----> 2 Al2O3
Moles: 4 mol 3 mol 2 mol
3.97 mol ? mol
Respuesta: Reaccionan 2.98 moles de O2
B) Clculos mol-gramo.- El procedimiento es similar. En este caso considerar moles y gramos en
los datos e incgnitas. Ejemplos: 1) Para la ecuacin mostrada calcule:
Mg3N2 + 6 H2O ----> 3 Mg(OH)2 + 2 NH3
a) Moles de Mg(OH)2 (hidrxido de magnesio) que se producen a partir de 125 g de agua. b) Gramos de Mg3N2 (nitruro de magnesio)
necesarios para obtener 7.11 mol de NH3 (amoniaco). Solucin: a) Calcular los moles de Mg(OH)2 (hidrxido de
magnesio) que se producen a partir de 125 g de agua. Revisar que la ecuacin debe estar correctamente balanceada.
Mg3N2 + 6 H2O ----> 3 Mg(OH)2 + 2 NH3
125 g ?mol Sustancia deseada: Mg(OH)2 en MOL Sustancia de partida: H2O (agua) 125 g La sustancia de partida, agua, est expresada en gramos y no en moles, por lo tanto, no se puede aplicar directamente el factor molar. Es necesario realizar una conversin a moles. Para efectuarlo debemos calcular la masa molecular del agua.
2
2
2
2
22 )(47.3
6
)(3
18
1125 OHMgmol
OHmol
OHMgmol
OHg
OHmolOHg
Respuesta: Se producen 3.47 moles de Mg(OH)2
b) Calcular los gramos de Mg3N2 (nitruro de
magnesio) necesarios para obtener 7.11 moles de NH3 Sustancia deseada: Mg3N2 g Sustancia de partida: NH3 (amoniaco) 7.11 mol
Mg3N2 + 6 H2O ----> 3 Mg(OH)2 + 2 NH3 100 g 2 mol ? g 7.11 mol
23
3
233 5.355
2
10011.7 NMgg
NHmol
NMggNHmol
Respuesta: Se necesitan 355.5 g de Mg3N2 2) De acuerdo con la siguiente ecuacin balanceada: 3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 ----> Ca3(PO4)2 + 6 H2O
a) Cuntos gramos de H3PO4 (cido fosfrico)
reaccionan con 5.70 mol de Ca(OH)2 b) Cuntas mol de agua se producen si se obtienen
500 g de Ca3(PO4)2 (fosfato de calcio)? c) Cuntos gramos de H3PO4 (cido fosfrico) son
necesarios para producir 275 g de agua? Solucin: En cada inciso identificaremos el tipo de
relacin. a) Cuntos gramos de H3PO4 (cido fosfrico) reaccionan con 5.70 mol de Ca(OH)2? 3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 ----> Ca3(PO4)2 + 6 H2O
222 g 196 g 310 g 108 g 3 mol 2 mol 1 mol 6 mol Sustancia deseada: H3PO4 ?g Sustancia de partida: Ca(OH)2 5.70 mol
43
2
432 4.372
)(3
196)(70.5 POHg
OHCamol
POHgOHCamol
b) Cuntos mol de agua se producen al obtener 500 g de Ca3 (PO4)2 (fosfato de calcio)? Sustancia deseada: H2O (agua) mol Sustancia de partida: Ca3(PO4)2 500 g
22 98.2
4
397.3 Omol
Almol
OmolAlmol
Qumica general - 23 -
OHmolPOCag
OHmolPOCag 2
243
2243 68.9
)(310
6)(500
c) Cuntos gramos de H3PO4 (cido fosfrico) son
necesarios para producir 275 g de agua? Sustancia deseada: H3PO4 (cido fosfrico) g Sustancia de partida: H2O (agua) 275 g
43
2
432 07.499
108
196275 POHg
OHg
POHgOHg
Respuestas:
a) Reaccionan 372.4 g de H3PO4 b) Se producen 9.68 mol de H2O c) Son necesarios 499.07 g de H3PO4 C) Clculos gramo-gramo.- El procedimiento es similar. En este caso considerar gramos con gramos en los datos e incgnitas. Ejemplos: 1) Para la ecuacin mostrada calcule:
Mg3N2 + 6 H2O ----> 3 Mg(OH)2 + 2 NH3
a) Gramos de Mg(OH)2 (hidrxido de magnesio) que se producen a partir de 45 g de nitruro de magnesio b) Gramos de Mg3N2 necesarios para obtener 50 g de NH3. Solucin: a) Calcular los gramos de Mg(OH)2 que se producen a partir de 45 g de nitruro de magnesio
Mg3N2 + 6 H2O ----> 3 Mg(OH)2 + 2 NH3
100 g 174 g 45 g g? Sustancia deseada: Mg(OH)2 en g Sustancia de partida: Mg3N2 45 g
Aplicar la factor equivalente:
2
23
223 )(3.78
100
)(17445 OHMgg
NMgg
OHMggNMgg
Respuesta: Se producen 78.3 g de Mg(OH)2
b) Calcular los gramos de Mg3N2 necesarios para obtener 50 g de NH3. Sustancia deseada: Mg3N2 g Sustancia de partida: NH3 50 g
Mg3N2 + 6 H2O ----> 3 Mg(OH)2 + 2 NH3
100 g 34 g ? g 50 g
23
3
233 4.132
34
10045 NMgg
NHg
NMggNHg
Respuesta: Se necesitan 132.4 g de Mg3N2 Volumen molar de un gas.- Es el volumen que ocupa un gas en condiciones normales (C.N.) o condiciones estndar (STP) de temperatura y presin.
T = 0C = 273 K
P = 1 atm = 760 mm de Hg = 760 torr
Este volumen es fijo y constante para estas condiciones. Como el valor es por cada mol de gas, se puede obtener la siguiente equivalencia:
1 mol de gas = 22.4 LITROS
D) Clculos mol-volumen.- Para realizar un clculo estequiomtrico con volumen son necesarias dos condiciones:
1. Que las sustancias sean gases.
2. Que la reaccin se efecte en condiciones normales de temperatura y presin.
Ejemplos: 1) La siguiente ecuacin balanceada, muestra la
descomposicin del clorato de potasio por efecto del calor. Suponiendo que la reaccin se efecta a condiciones normales de temperatura y presin.
2 KClO3 + ----> 2 KCl + 3 O2
245 g 149 g 96 g 2 mol 2 mol 3 mol
- 24 - Qumica general
a) Cuntos mol de KClO3 (clorato de potasio) son necesarios para producir 25 L de O2? Sustancia deseada: KClO3 mol Sustancia de partida: O2 (25 L)
3
2
3
2
22 74.0
3
2
4.22
125 KClOmol
Omol
KClOmol
OL
OmolOL
b) Cuntos litros de O2 se producen si se obtienen 5.11 moles de KCl? Sustancia deseada: O2 L
Sustancia de partida: KCl (5.11 mol)
2
2
22 70.1711
4.22
2
311.5 OL
Omol
OL
KClmol
OmolKClmol
Respuesta:
a) Son necesarios 0.74 mol de KClO3 b) Se producen 171.7 L de O2 E) Clculos gramos-volumen.- El procedimiento es similar. En este caso considerar gramos y litros en
los datos e incgnitas. Ejemplos: 1) La siguiente ecuacin balanceada, muestra la combustin del propano y se efecta a condiciones estndar de temperatura y presin.
C3H8 + 5 O2 ----> 3 CO2 + 4 H2O
a) Cuntos gramos de C3H8 (propano) reaccionan
con 50 litros de O2 (oxgeno)? b) Cuntos litros de CO2 (dixido de carbono) se
producen a partir de 130 g de C3H8? c) Cuntos gramos de agua se obtienen al
producirse 319 litros de CO2? Solucin:
C3H8 + 5 O2 ----> 3 CO2 + 4 H2O 44 g 160 g 132 g 72 g 1 mol 5 mol 3 mol 4 mol
a) Sustancia deseada: C3H8 (g )
Sustancia de partida: O2 (50 L)
83
2
83
2
22 64.19
5
44
4.22
150 HCg
Omol
HCg
OL
OmolOL
b) Sustancia deseada: CO2 (L)
Sustancia de partida: C3H8 (130 g)
2
2
2
43
283 54.198
1
4.22
44
3130 COL
COmol
COL
HCg
COmolHCg
c) Sustancia deseada: H2O (g)
Sustancia de partida: CO2 (319 L)
OHgCOmol
OHg
COL
COmolCOL 2
2
2
2
22 79.341
3
72
4.22
1319
Respuesta: a) Los gramos de propanos que reaccionan son
19.64 g b) Se producen 198.54 L de CO2 c) Se obtienen 341.79 g de H2O F) Clculos volumen-volumen.- El procedimiento es similar. En este caso considerar litros con litros en los datos e incgnitas: Ejemplos: 1) La siguiente ecuacin balanceada, muestra la
combustin del propano y se efecta a condiciones estndar de temperatura y presin. Cuntos litros de C3H8 reaccionan con 25 litros de O2?
C3H8 + 5 O2 ----> 3 CO2 + 4 H2O
1 mol 5 mol 3 mol 4 mol ? L 25 L Solucin: Sustancia deseada: C3H8 (litros) Sustancia de partida: O2 (25 litros)
Convertir los litros a moles:
2
2
22 12.1
4.22
125 Omoles
OL
OmolOL
Qumica general - 25 -
Luego aplicar conversiones:
83
83
2
832
1
4.22
5
112.1
HCmol
HCL
Omoles
HCmolOmoles
8302.5 HCL
Respuesta: Reaccionan 5.02 L de propano Pureza de reactivos y productos.- Las sustancias y
rectivos qumicos producidos por la industria qumica pueden contener una cierta cantidad de impurezas, tales como metales pesados, inertes y otros. Cuando se realizan clculos estequiomtricos es necesario tener en cuenta el porcentaje de pureza de estos reactivos. Se denomina pureza al porcentaje efectivo de reactivo puro en la masa total.
Por ejemplo: 60.0 g de cobre con pureza del 80% significa que 48 g de cobre corresponden a cobre puro, siendo el resto impurezas inertes.
%100
% dadodadamasapuramasa
Ejemplos:
Cal viva (CaO) 1. Una piedra caliza tiene una pureza en CaCO3 del
92%. Cuntos gramos de cal viva (CaO) se obtendrn por descomposicin trmica de 200 g de la misma?
CaCO3 (s) ----> CaO (s) + CO2(g)
100 g 56 g 44 g
1 mol 1 mol 1 mol
%100
%92200 33 CaCOgCaCOpuramasa
33 184 CaCOgCaCOpuramasa
Significa que en los 200 g de caliza hay exactamente 184 g de CaCO3 puro. Con este dato se realizan los clculos estequiomtricos.
3
3 103100
56184 CaOg
CaCOg
CaOgCaCOg
Respuesta: Se obtienen 103 g de CaO (cal viva)
2. Se ponen a reaccionar 119 g de una muestra impura de Cu con un exceso de HNO3 y se obtienen 36.0 g de H2O segn la reaccin indicada abajo. Calcular la pureza de la muestra de Cu utilizada y el nmero de moles de NO formados.
Cobre metlico impuro
3 Cu + 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
190.5 g 504 g 562.5 g 60 g 72 g 3 moles 8 moles 3 moles 2 moles 4 moles Clculo de la masa de Cu usada en la reaccin:
2
2 2.9572
5.1900.36 Cug
OHg
CugOHg
Pureza del cobre:
%0.80%100119
2.95
g
gPureza
Moles de NO obtenidos:
2
2 172
236 NOmol
OHg
NOmolesOHg
- 26 - Qumica general
1. Dada la siguiente ecuacin qumica, no balanceada:
Al + HCl ----> AlCl3 + H2
Calcular la cantidad de H2, cuando se hace reaccionar 3.0 mol de Al con 4.0 mol de HCl.
Resp: 2.0 mol
2. Cuantas molculas de O2 pueden obtenerse
por la descomposicin de 300 g de KClO3 de acuerdo a la siguiente ecuacin no igualada?
KClO3 ----> KCl + O2
Resp: 2.21x1024
3. En un alto horno, el mineral de hierro, Fe2O3, se
convierte en hierro mediante la reaccin:
Fe2O3 (s) + 3 CO (g) -----> 2 Fe (l) + 3 CO2 (g)
a) Cuntos moles de monxido de carbono se necesitan para producir 20 moles de hierro?
b) Cuntos moles de CO2 se desprenden por cada 10 moles de hierro formado?
Resp: a) 30 moles CO b) 15 moles CO2
4. Carbonato de calcio se descompone por la
accin del calor originando xido de calcio y dixido de carbono.
a) Formula la reaccin que tiene lugar y ajstala. b) Calcula qu cantidad de xido de calcio que
se obtiene si se descompone totalmente una tonelada de carbonato de calcio.
Resp: 560 kg CaO
5. Qu cantidad de gas cloro se obtiene al tratar
80 g de dixido de manganeso con exceso de HCl segn la siguiente reaccin?
MnO2 + 4 HCl ---> MnCl2 + 2 H2O + Cl2
Resp: 62.24 g de Cl2
6. La sosa custica, NaOH, se prepara
comercialmente mediante reaccin del NaCO3 con cal apagada, Ca(OH)2. Cuntos gramos de NaOH pueden obtenerse tratando un kilogramo de Na2CO3 con Ca(OH)2?
Nota: En la reaccin qumica, adems de NaOH, se forma CaCO3. Resp: 755 g de NaOH
7. Cuando se calienta dixido de silicio mezclado con carbono, se forma carburo de silicio (SiC) y monxido de carbono. La ecuacin de la reaccin es:
SiO2 (s) + 3 C (s) -----> SiC (s) + 2 CO (g)
Si se mezclan 150 g de dixido de silicio con exceso de carbono, cuntos gramos de SiC se formarn?
Resp: 100 g de SiC
8. Qu masa, qu volumen en condiciones
normales, y cuntos moles de CO2 se desprenden al tratar 205 g de CaCO3 con exceso de cido clorhdrico segn la siguiente reaccin?
CaCO3 + 2 HCl ----> CaCl2 + H2O + CO2
Resp: 90.14 g; 45.91 litros; 2.04 moles
9. Se tratan 4.9 g de cido sulfrico con cinc. En la
reaccin se obtiene sulfato de cinc e hidrgeno. a) Formula y ajusta la reaccin que tiene lugar. b) Calcula la cantidad de hidrgeno
desprendido. c) Halla qu volumen ocupar ese hidrgeno en
condiciones normales.
Resp: b) 0.1 g de H2 c) 1.12 litros de H2 10. Mezclamos 1 litro de flor con suficiente
cantidad de monxido de nitrgeno, medidos ambos en condiciones normales. Cuntos gramos de FNO se formarn? La ecuacin de la reaccin que tiene lugar es:
F2 (g) + 2 NO (g) ----> 2 FNO (g)
Resp: 4.37 g de FNO
11. Calcular las masas de cido clorhdrico y de
hidrxido de sodio que se necesitan para preparar 292 g de cloruro de sodio.
Resp: 182 g HCl y 200 g NaOH
12. Reaccionan 10 g de aluminio con oxgeno,
cuntos gramos de xido de aluminio se forman?
Resp: 18.89 g
13. En disolucin acuosa, el carbonato de sodio reacciona con el cloruro de calcio, obtenindose un precipitado de carbonato de calcio y cloruro
EJERCICIOS PROPUESTOS
Qumica general - 27 -
de sodio. Si obtenemos 225 g. de carbonato de calcio. Calcula: a) Planteamiento y ajuste del proceso. b) La masa de carbonato de sodio que hemos
utilizado. c) Los gramos de cloruro de sodio que se
obtendrn.
Resp: b) 238.5 g. Na2CO3 ; c) 263.25 g NaCl 14. Se obtienen 80 gramos de cido ntrico segn la
reaccin:
NO2 + H2O ----> HNO3 + NO
Siendo el dixido de nitrgeno y el monxido de nitrgeno gases. Calcula:
a) Ajuste del proceso. b) Las molculas de NO2 que se han utilizado
en la obtencin de los 80 gramos de cido ntrico.
c) Moles de agua utilizados a partir de un mol de NO2.
d) Volumen de NO obtenido, en condiciones normales, a partir de 1 mol de NO2 que est en las mismas condiciones.
Resp: b) 1.14x1024 molculas NO2
c) 0.33 moles H2O; d) 7.47 L NO 15. Se hace reaccionar 10 g. de sodio metlico con
agua, para formar hidrxido de sodio e hidrgeno.
a) Planteamiento del proceso. b) Calcula la masa de hidrxido de sodio que se
formar. c) Calcula el volumen de hidrgeno formado,
suponiendo condiciones normales.
Resp: b) 17.39 g NaOH; c) 4.87 L H2
16. Se hace reaccionar 25 gramos de nitrato de
plata con cloruro de sodio. Calcular:
a) Planteamiento del proceso. b) Gramos del cloruro de plata obtenido. c) Gramos del nitrato sdico obtenido,
suponiendo un rendimiento del 89% en el proceso.
Resp: b) 21.10 g AgCl, c) 11.13 g NaNO3
17. La caliza (carbonato de calcio), se descompone en un horno a alta temperatura dando xido de calcio y el gas dixido de carbono que se desprende.
a) Plantea y ajusta el proceso. b) Determina la cantidad (en kg) de carbonato
de calcio necesario para obtener una tonelada de cal viva (xido de calcio)
c) Si suponemos que partimos de 2450 kg de caliza del 80 % de pureza en carbonato clcico, qu volumen de dixido de carbono se obtendr en c.n?.
Resp: b) 1785.71 kg CaCO3;
c) 439040 L de CO2
18. Al calentar sulfuro de hierro (II) en oxigeno gaseoso se produce xido de hierro (III) y dixido de azufre. Determine la masa de xido de hierro (III) producido al hacer reaccionar 240 g de sulfuro de hierro (II) de 87.2 % de pureza en exceso de oxgeno.
FeS + O2 ----> Fe2O3 + SO2
Resp: 190 g
19. El tetracloruro de titanio se oxida en presencia
de oxigeno dando como producto dixido de titanio y cloro:
TiCl4 + O2 ----> TiO2 + 2 Cl2
Determine la pureza del tretracloruro de titanio empleado si al hacer reaccionar 4.00 toneladas de TiCl4 en exceso de oxigeno se obtuvo 1.4 toneladas de dixido de titanio. (Suponga 100% de rendimiento).
Resp: 83.3 %
20. Calcular la cantidad de cal viva (CaO) que
puede prepararse calentando 200 g de caliza con una pureza del 95 % de CaCO3.
CaCO3 ---> CaO + CO2
Resp: 107 g de CaO
21. La tostacin es una reaccin utilizada en
metalurgia para el tratamiento de los minerales, calentando stos en presencia de oxgeno. Calcula en la siguiente reaccin de tostacin:
2 ZnS + 3 O2 ----> 2 ZnO + 2 SO2
La cantidad de ZnO que se obtiene cuando se tuestan 1500 kg de mineral de ZnS de una riqueza en sulfuro (ZnS) del 65 %. Resp: 814.8 kg de ZnO
- 28 - Qumica general
1. Quin enunci "en toda reaccin qumica la
masa de los cuerpos que reaccionan es igual a la masa de los cuerpos que resultan en la reaccin?
a) Lavoissier b) Dalton c) Proust d) Berzelius
2. Cmo se llama la ley que dice "cuando se
combinan dos elementos lo hacen siempre segn sus equivalentes o segn mltiplos enteros de ellos"?
a) Ley de Dalton b) Ley de Richter c) Ley de Lavoissier d) Ley de Gay-Lussac
3. Qu otro nombre recibe la ley de Proust?
a) Ley de conservacin de la masa b) Ley de las proporciones mltiples c) Ley de las proporciones definidas d) Ley de Gay-Lussac
4. Calcula en nmero de moles de cloruro de
calcio necesarios para preparar 0.68 mol de Cloruro de sodio
3 CaCl2 + 2 Na3PO4 ----> Ca3(PO4)2 + 6 NaCl
a) 0.38 moles b) 0.34 moles c) 0.89 moles d) 0.68 moles
5. Cuantos gramos de CaCO3 se producen con
100 gr de hidrxido de calcio
Na2CO3 + Ca (OH)2 ----> 2 NaOH + CaCO3
a) 156.9 g b) 140.8 g c) 135.1 g d) 156.9 g
6. Tenemos la siguiente reaccin ajustada:
2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2
Para que reaccionen 485 g de ZnS, cuntos gramos de oxgeno son necesarios? Masas atmicas: Zn = 65 ; S = 32 ; O = 16
a) 312 g b) 240 g
c) 485 g d) 185 g 7. Tenemos la siguiente reaccin ajustada:
N2 + 3 H2 2 NH3
Para que reaccionen 210 g de nitrgeno, cuntos gramos de hidrgeno se necesitan?
Datos: H = 1; N = 14
a) 50 g b) 210 g c) 45 g d) 42 g 8. Tenemos la siguiente reaccin ajustada:
2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2
Si reaccionan 291 g de ZnS, cuntos gramos de dixido de azufre se forman? Masas atmicas: Zn = 65 ; S = 32 ; O = 16
a) 201 g b) 192 g c) 185 g d) 291 g 9. Tenemos la siguiente reaccin ajustada:
2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2
Si reaccionan 291 g de ZnS, qu volumen de dixido de azufre se forma si lo medimos en condiciones normales? Masas atmicas: Zn = 65 ; S = 32 ; O = 16
a) 67.2 L b) 22.4 L c) 11.2 L d) 65.4 L 10. Tenemos la siguiente reaccin ajustada:
N2 + 3 H2 2 NH3
Si reaccionan 420 g de nitrgeno, cuntos gramos de amoniaco se forman? Datos: H = 1; N = 14
a) 510 g b) 345 g c) 450 g d) 420 g 11. Tenemos la siguiente reaccin ajustada:
N2 + 3 H2 2 NH3
Para que reaccionen 210 g de nitrgeno, qu volumen de hidrgeno es necesario si lo medimos en condiciones normales? Datos: H = 1; N = 14
a) 504 L b) 510 L c) 22.4 L d) 11.2 L
12. Dada la siguiente reaccin:
2 KCIO3 ---> 2 KCI + 3 O2
Calcular el peso de KCI en gramos que se obtendr a partir de 3 g de KCIO3 del 90% de riqueza. (Pm KCIO3 = 122.5; Pm KCI = 74.5)
a) 1.64 g de KCI b) 0.22 g de KCI c) 27 g d.e KCI d) 3.33 g de K Cl
PREGUNTAS DE RAZONAMIENTO
Qumica general - 29 -
Cap. 4
CLCULOS QUMICOS II
REACTIVO LIMITANTE Y
FRMULAS EMPRICAS
CONTENIDO:
- 30 - Qumica general
OBJETIVO HOLSTICO ESPECFICO:
Promovemos la responsabilidad en la determinacin y clculo del reactivo limitante y reactivo sobrante en las reacciones qumicas, mediante el planteo y resolucin de problemas para fortalecer la formacin del estudiante.
TICs para QUMICA (Laboratorio virtual)
Phet ofrece simulaciones divertidas e interactivas de forma gratuita, basados en la investigacin de los fenmenos fsicos y qumicos. Creemos que nuestro enfoque basado en la investigacin y la incorporacin de los hallazgos de investigaciones anteriores y nuestra propia prueba, permite a los estudiantes hacer conexiones entre los fenmenos de la vida real y la ciencia subyacente, profundizando sus conocimientos y apreciaciones del mundo fsico. - Ingresa a Phet en el buscador de paginas, luego la pestaa qumica - En la barra que aparece hacer clic en Qumica - Luego click en la pestaa de Reactivos, Productos y sobraantes, descargue o
experimente en lnea - Ingrese a Reaccin real y A jugar - Pon a prueba tus conocimientos y experimenta nuevas actividades
Qumica general - 31 -
Introduccin.- Cuando se ha ajustado una ecuacin, los coeficientes representan el nmero de tomos de cada elemento en los reactivos y en los productos. Tambin representan el nmero de molculas y de moles de reactivos y productos. La relacin de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuacin ajustada. A veces se cree equivocadamente que en las reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos. Sin embargo, en la prctica lo normal suele ser que se usa un exceso de uno o ms reactivos, para conseguir que reaccione la mayor cantidad posible del reactivo menos abundante. Reactivo limitante.- Cuando una reaccin se
detiene, es porque se acaba uno de los reactivos, a ese reactivo se le llama reactivo limitante. Aquel reactivo que se ha consumido por completo en una reaccin qumica se le conoce con el nombre de reactivo limitante pues determina o limita la cantidad de producto formado. Ejemplo: Para la reaccin: 2 H2 + O2 ---> 2 H2O a) Cul es el reactivo limitante si tenemos 10 molculas de hidrgeno y 10 molculas de oxgeno? Necesitamos 2 molculas de H2 por cada molcula de O2 Pero tenemos slo 10 molculas de H2 y 10 molculas de O2. La proporcin requerida es de 2 : 1 Pero la proporcin que tenemos es de 1 : 1 Es claro que el reactivo en exceso es el O2 y el reactivo limitante es el H2 Trabajar con molculas es lo mismo que trabajar con moles. b) Si ahora ponemos 15 moles de H2 con 5 moles
de O2 entonces como la estequiometria de la reaccin es tal que 1 mol de O2 reaccionan con 2 moles de H2, entonces el nmero de moles de O2 necesarias para reaccionar con todo el H2 es 7.5, y el nmero de moles de H2 necesarias para reaccionar con todo el O2 es 10. Es decir, que despus que todo el oxgeno se ha consumido, sobrarn 5 moles de hidrgeno. El O2 es el reactivo limitante Una manera de resolver el problema de cul es el reactivo es el limitante es:
Calcular la cantidad de producto que se formar para cada una de las cantidades que hay de reactivos en la reaccin. El reactivo limitante ser aquel que produce la menor cantidad de producto. Forma prctica para determinar el reactivo limitante (R.L.):
Dividir la masa (gramos) dada entre la masa estequiomtrica de cada reactivo, el menor cociente, nos da a conocer el Reactivo Limitante (R.L.) Ejemplos: 1) El proceso de produccin de amoniaco se
representa mediante la siguiente ecuacin balanceada:
N2 + 3 H2 ----> 2 NH3
28 g 6 g 34 g
1 mol 3 moles 2 moles a) A partir de 100 g de N2 y 100 g H2. Cul el
reactivo limitante y cul el reactivo en exceso? b) Cuntos g de NH3 (amoniaco) se obtienen? c) Calcule la cantidad de g de reactivo en exceso
que quedan al final de la reaccin. Solucin: a) Determinacin del R.L.
Nitrgeno:
Hidrgeno:
El Reactivo limitante (R.L.), en este caso es el nitrgeno, por tener el menor cociente. El Reactivo en exceso (R.E.) o reactivo sobrante, es el hidrgeno, por tener el mayor cociente.
b) Los clculos se realizan con el R.L. En este caso se toma como base los 100 g de N2.
57.328
100
g
g
67.166
100
g
g
3
2
32 43.121
28
34100 NHg
Ng
NHgNg
- 32 - Qumica general
c) Clculo de los gramos que sobran.
Con 100 g de N2 se han combinado 21.43 g de H2, Los gramos sobrantes sern entonces:
100 g de H2 21.43 g de H2 = 78.57 g de H2 Porcentaje de rendimiento.- Cuando una reaccin qumica se lleva a cabo, son muchos los factores que intervienen, y generalmente la cantidad de producto que se obtiene en forma real es menor que la que se calcula tericamente.
El porcentaje de rendimiento es una relacin entre la produccin real y la terica expresada como porcentaje.
El porcentaje de rendimiento depende de cada reaccin en particular. Hay reacciones con un alto % de rendimiento y otras donde el rendimiento es relativamente pobre. Ejemplos: 1) En base a la siguiente ecuacin balanceada:
NaHCO3 + HCl ----> NaCl + H2O + CO2 a) Cuntos gramos de NaCl (cloruro de sodio) se
obtienen s reaccionan 20.0 g de NaHCO3 (bicarbonato de sodio) con 17.6 g de HCl (cido clorhdrico)?
b) Cul es el porcentaje de rendimiento de la
reaccin si se obtuvieron realmente 13.9 g de NaCl?
Solucin: a) Clculo de los gramos del R.L.
NaHCO3 + HCl ----> NaCl + H2O + CO2
84 g 36.5 g 58.5 g 18 g 44 g 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol
NaHCO3:
HCl:
El R.L. es el NaHCO3 por tener el menor cociente. Clculo de los gramos de NaCl que se obtienen:
b) Porcentaje de rendimiento:
2) Cuntos gramos de Ca3(PO4)2 pueden obtenerse
segn la reaccin:
CaCl2 + K3PO4 ----> Ca3(PO4)2 + KCl
Mezclando una disolucin que contiene 5.00 g de CaCl2 con otra que contiene 8.00 g de K3PO4? Solucin:
3 CaCl2 + 2 K3PO4 ----> Ca3(PO4)2 + 6 KCl 3 moles 2 moles 1 mol 6 mol 333 g 424 g 310g 447 g Reactivo limitante:
015.0333
52
g
gCaCl
019.0424
843
g
gPOK
El reactivo limitante es el CaCl2.
El producto obtenido es:
243
2
2432 )(66.4
333
)(31000.5 POCag
CaClg
POCagCaClg
2
2
22 43.21
28
6100 Hg
Ng
HgNg
%100Pr
PrdimRe
tericaoduccin
realoduccinienton
24.084
20
g
g
48.05.36
6.17
g
g
NaClgNaHCOg
NaClgNaHCOg 93.13
84
5.5820
3
3
%100Pr
PrdimRe
tericaoduccin
realoduccinienton
%8.99%10093.13
9.13dimRe
NaClg
NaClgienton
Qumica general - 33 -
Frmula emprica.- La frmula emprica indica los tomos que participan en el compuesto as como su proporcin. Por ejemplo, la glucosa tiene de frmula emprica CH2O, que nos indica la presencia de carbono, oxgeno e hidrgeno en su estructura en proporcin 1:2:1. Sin embargo, la frmula real de la molcula
de glucosa es C6H12O6. Frmula molecular.- Es la frmula real de la molcula, nos indica los tipos de tomos y el nmero de cada tipo que participan en la formacin de la molcula. Por ejemplo, la frmula molecular de la glucosa, C6H12O6, nos dice que cada molcula se compone de 6 tomos de C, 12 tomos de hidrgeno y 6 tomos de oxgeno. Frmula estructural.- Muestra la forma en que se unen los diferentes tomos para dar lugar a la molcula. Por ejemplo, el cido actico tiene de frmula molecular, C2H4O2, que no indica cmo se unen los 8 tomos que componen la molcula. La frmula estructural nos muestra que uno de los carbonos se une mediante enlaces simples a tres hidrgenos y al segundo carbono. Por su parte, el segundo carbono forma un enlace doble con el primer oxgeno y un enlace simple con el segundo que a su vez une a un hidrgeno.
Por ltimo, debemos considerar que las molculas poseen una disposicin espacial, son estructuras tridimensionales, y debemos utilizar modelos moleculares para representarlas de forma satisfactoria. Un modelo muy usado es el de bolas y barras que se muestra a continuacin.
Molcula de glucosa
Masa molecular y mol.- La masa de una molcula se obtiene sumando las masas de los
tomos que la componen. Veamos un ejemplo: Calcular la masa molecular del agua sabiendo que las masas atmicas de hidrgeno y oxgeno son 1 y 16 uma. La molcula de agua contiene dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno, su masa vendr dada por la suma de dos veces la masa de hidrgeno ms la masa del oxgeno.
Masa de agua (H2O) = masa H + masa O
Masa de agua (H2O) = 2x1 + 16 = 18 uma Un mol de una sustancia representa la cantidad en gramos igual al peso molecular y contiene 6.022x1023 molculas. La masa molecular del agua es 18 uma, por tanto, un mol de agua son 18 g y contiene 6.022x1023
molculas de agua.
Determinacin de la frmula emprica y molecular.- En esta seccin determinaremos la
frmula de un compuesto qumico a partir de su composicin centesimal obtenida experimentalmente. Ejemplo: 1) La composicin centesimal del succinato de metilo es 62.58% de C; 9.63% de H y 27.79% de
O. Su masa molecular es de 230 uma. Determinar la frmula emprica y molecular.
En 100 g de succinato de metilo tenemos:
62.58 g de C; 9.63 g de H y 27.7 g de O
Conversin de las masas de los elementos a moles
162.5 5.21
12
mol de Cg C moles C
g C
19.63 9.63
1
mol de Hg H moles H
g H
1
27.97 1.7516
mol de Og O moles O
g O
- 34 - Qumica general
Dividir los moles obtenidos por el valor ms
bajo:
5.21: 2.98
1.75C
9.63: 5.50
1.75H
1.75: 1
1.75O
Multiplicar todos los valores por un nmero pequeo que los convierta en enteros, en este caso x2:
2.98 x 2 = 6 tomos de C 5.50 x 2 = 11 tomos de H 1 x 2 = 2 tomos de O
Escribir la frmula emprica: C6H11O2
Calcular la masa emprica: Masa emprica = 12 x 6 + 1 x 11 + 16 x 2 = 125
Clculo de "n" para obtener la frmula molecular: (C6H11O2)n
Masa molecularn
Masa emprica
2302
125n
Formula molecular: (C6H11O2)n = (C6H11O2)2 = C12H22O4
Determinacin de la frmula emprica a partir de productos de combustin.- Al quemar una
sustancia con frmula molecular del tipo CxHyOz se obtiene CO2 y H2O. Todo el carbono de la muestra ir al CO2, mientras que el hidrgeno se transformar en H2O, segn la ecuacin qumica:
2 2 22
x y z
yC H O O x CO H O
El dixido de carbono generado por la combustin se absorbe sobre hidrxido de sodio, determinando su masa por diferencia de pesada. Mientras que el vapor de agua se adsorbe sobre perclorato de magnesio. Una vez determinadas las masas de CO2 y H2O se pasa a calcular la frmula emprica. Ejemplos: 2) La combustin de una muestra de 0.2000 g de
vitamina C produjo 0.2998 g de CO2 y 0.0819 g de H2O. Obtener la frmula emprica de la vitamina C. Datos: Planteo del problema:
2 2 2x y zC H O O CO H O
0.2000 g 0.2998 g 0.0819 g
Solucin:
Cantidades a determinar de: C ; H ; O 1 mol de CO2 = 44 g 1 mol de H2O = 18 g
Calculo de la masa de los elementos:
Elem. Masa de los elementos
C 22
120.2998 0.0818
44
g Cg CO g C
g CO
H 22
20.0819 0.0091
18
g Hg H O g H
g H O
O
La masa de oxgeno se obtiene por diferencia: 0.2000 g muestra0.0818 g C0.0091 g H = 0.1091 g O
Qumica general - 35 -
Calculo de los moles de C, H y O:
Elem. Moles de los elementos
C 1
0.0818 0.006812
mol Cg C mol C
g C
H 1
0.0091 0.00911
mol Hg H mol H
g H
O 1
0.1091 0.006816
mol Og O mol O
g O
Clculo de la relacin ms sencilla:
Elem. Relacin ms sencilla:
C 0.0068
1.000.0068
H 0.0091
1.330.0068
O 0.0068
1.000.0068
Multiplicar por un nmero pequeo que convierta en enteros los valores anteriores (x3)
C: 1 x 3 =3; H: 1.33 x 3 = 4; O: 1 x 3 = 3
Frmula emprica de la vitamina C:
C3H4O3
3) Determina la formula empirica y formula molecular de un gas que al quemarse origina: 3.96 g CO2 y 2.16 g de H2O. Se sabe tambien que en un analisis, se dio a conocer que su formula molecular es 44. Solucin:
Calculo de la masa de los elementos:
Elem. Masa de los elementos
C 22
123.96 1.08
44
g Cg CO g C
g CO
H 22
22.16 0.24
18
g Hg H O g H
g H O
Calculo de los moles de C, H y O:
Elem. Moles de los elementos
C 1
1.08 0.0912
mol Cg C mol C
g C
H 1
0.24 0.241
mol Hg H mol H
g H
Clculo de la relacin ms sencilla:
Elem. Relacin ms sencilla:
C 0.09
1.000.09
H 0.24
2.670.09
Multiplicar por un nmero pequeo que convierta en enteros los valores anteriores (x3)
C: 1 x 3 =3; H: 2.67 x 3 = 8
Frmula emprica del gas es: C3H8
Calcular la masa emprica: Masa emprica = 12 x 3 + 1 x 8 = 44
El peso molecular nos dan y es 44 g/mol Entonces la Formula Molecular es por coincidencia la misma que la Frmula emprica: Pespuesta: F.M: C3H8
- 36 - Qumica general
1. Reaccionan 10 g de aluminio con 10 g de oxgeno, cul de los reactivos est en exceso?, cuntos gramos de xido de aluminio se forman?
Resp: Oxgeno; 18.89 g
2. El cobre reacciona con el cido sulfrico segn
la ecuacin:
2 H2SO4 + Cu SO2 + CuSO4 + 2 H2O
Si se tienen 30 g de cobre y 200 g de H2SO4, calcular: a) Qu reactivo est en exceso y en qu
cantidad? b) Nmero de moles de SO2 que se
desprenden. c) Masa de CuSO4 que se forma.
Resp: a) 108.1 g de H2SO4
b) 0.47 mol de SO2 c) 75 g de CuSO4
3. La soldadura aluminotrmica se basa en el
calor generado en la reaccin:
2Al + Fe2O3 ----> Al2O3 + 2Fe
Si partimos de 100 g de cada uno de los reactivos, qu masa de hierro podemos obtener?
Resp: 70 g
4. Tenemos la siguiente reaccin:
2HCl + Zn ZnCl2 + H2
Si partimos de 100 g de cada uno de los reactivos, qu masa de hidrgeno podemos obtener?
Resp: 2.7 g
5. Se mezclan 80 g de HCl con 30 g de sodio.
Determinar: a) El reactivo limitante. b) Los gramos de cloruro sdico formados. c) Volumen de hidrgeno desprendido y medido
en condiciones normales.
Resp: a) El sodio; b) 76.05 g, c) 14.6 L
6. Se hace reaccionar 25 g de oxgeno con 40 g de
metano. Determinar: a) El reactivo limitante. b) El volumen de dixido de carbono medido en
condiciones normales.
Resp: a) El oxgeno; b) 8.7 L
7. El cido sulfrico reacciona con el hierro para dar sulfato frrico e hidrgeno. Se tienen 196 g de cido sulfrico y 150 g de hierro que se mezclan para dar lugar a la reaccin. Determinar: a) El reactivo limitante. b) Los gramos de reactivo que no reaccionan.
Resp: a) cido sulfrico; b) Fe = 75.33 g
8. Se mezclan 52 g de magnesio con 196 g de
cido sulfrico. Determinar: a) El reactivo limitante b) Los gramos de reactivo sobrantes.
Resp: a) El cido sulfrico; b) 4 g
9. Se mezclan para que reaccionen 50 g de cido ntrico con 150 g de plata dando nitrato de plata e hidrgeno. Determinar: a) El reactivo limitante. b) Los gramos de reactivo que no reaccionan. c) Los gramos de nitrato de plata formados.
Resp: a) El cido ntrico; b) 64.8 g de plata;
c) 134.3 g
10. Se mezclan 1960 g de H2SO4 con 1850 g de Ca(OH)2. Determinar: a) El reactivo limitante. b) Los gramos de sulfato clcico formados.
Resp: a) El cido sulfrico; b) 2720 g
11. Se mezclan 4 L de oxgeno y 5 L de butano
(C4H10) medidos en condiciones normales. Un chispazo los hace reaccionar obtenindose CO2 y H2O. Determina el reactivo limitante y el volumen de reactivo sobrante.
Resp: El O es el limitante; 615.4 mL de butano
12. Se hace reaccionar 25 gramos de nitrato de
plata con 16 gramos de cloruro de sodio. Calcular: a) Los gramos del cloruro de plata obtenido. b) Los gramos del nitrato sdico obtenido,
suponiendo un rendimiento del 89% en el proceso.
Resp: a) 21.10 g AgCl, b) 11.13 g NaNO3
13. El anlisis de cierto compuesto revela que su
composicin porcentual en masa es 40% de C, 6.67% de H, y 53.33% de O. Cul es la frmula molecular del compuesto? Masa Molec: 180
EJERCICIOS PROPUESTOS
Qumica general - 37 -
Resp: La frmula molecular es C
6H
12O
6
14. Una sustancia orgnica que se supone pura
ha dado la siguiente composicin centesimal: 20.00 % de C; 26.67% de O; 46.67% de N y 6.67% de H. Halla su frmula emprica. Resp: La frmula es CON2H4
o CO(NH2)2
15. La composicin centesimal en masa de un compuesto orgnico es la siguiente: 52.17% de C; 34.78% de O y 13% de H. Cul es su frmula emprica?
Resp: La F.E. es C2H6O
16. Por combustin de 0.25 g de una sustancia
orgnica constituida por carbono, oxgeno e hidrgeno se obtuvieron 0.568 g de CO2 y 0.232 g de agua. Calcula la frmula emprica del compuesto. Resp: La F.E. es C2H6O
17. En la combustin de 7.85 g de una sustancia
orgnica formada por C, H y O, se forman 1.5 g de dixido de carbono y 0.921 g de agua. Si su masa molecular es 92 g/mol. Cul es su formula molecular? Resp: C4H12O2
18. Por combustin de 0.25 g de una sustancia orgnica constituida por carbono, oxgeno e hidrgeno se obtuvieron 0.568 g de CO
2 y
0.232 g de agua. Calcula la frmula emprica del compuesto.
Resp: La frmula emprica es: C3H6O
19. Un compuesto orgnico contiene solamente carbono, hidrgeno y oxgeno. Cuando se queman 8 g del compuesto se obtienen 15.6 g de CO2
y 8 g de H2O en el anlisis de los
productos de la combustin. Su masa molecular es 90. Calcular: a) Su frmula emprica b) Su frmula molecular Resp: a) La frmula emprica es: C2H5O
20. Al quemar una muestra de hidrocarburo, se forman 7.92 g de dixido de carbono y 1.62 g de vapor de agua. Peso molecular 26. a) Determine la frmula emprica del hidrocarburo. b) Determine su frmula molecular. Resp: a) Frmula emprica: CH b) Frmula molecular: C2H2
21. En la combustin de 5.312 g de un
hidrocarburo de masa molecular aproximada
78 g, se producen 17.347 g de dixido de
carbono y 3.556 g de agua. Formula y nombra
el hidrocarburo.
Resp: La F.E. es CH
Frmula molecular: C6H6 Esta frmula pertenece a un hidrocarburo aromtico, BENCENO.
22. Un compuesto orgnico contiene carbono, hidrgeno y oxgeno. Al quemar 0.876 g de este compuesto, se obtiene 1.76 g de dixido de carbono y 0.72 g de agua. a) Determina la frmula emprica del compuesto. b) Sabiendo que el compuesto es un cido monocarboxlico, propn su frmula molecular y nmbralo. Resp: a) C2H4O
b) C4H8O2
23. Disponemos de una muestra de 10 g de un
compuesto orgnico cuya masa molecular es 60. Cuando analizamos su contenido obtenemos: 4 g de C; 0.67 g de H y 5.33 g de O. Calcula con estos datos la frmula emprica y molecular. Resp: CH2O
; C2H4O2
24. El colesterol es un alcohol complejo. Si se
queman 0.5 g de dicho producto, se obtienen 1.539 g de dixido de carbono, y 0.5362 g de agua, determina su frmula emprica. Resp: C27H46O
25. El hachis es un ter, que tambin contiene el
grupo alcohol. Si se queman 5 g de dicho producto, se obtienen 14.9 g de dixido de carbono, y 3.77 g de agua. Determina su frmula emprica.
Resp: C12H26O2
- 38 - Qumica general
1. Cuantos gramos de hidrxido de sodio se
producen con 3 moles de carbonato de sodio
Na2CO3 + Ca (OH)2 -----> 2 NaOH + CaCO3
a) 210 g b) 238 g c) 348 g d) 240 g 2. Calcula el volumen en litros de nitrgeno que se
necesitan para reaccionar con 12.5 g de magnesio
Mg + N2 ----> Mg3N2
a) 3.9 lt b) 4.8 lt c) 3.2 lt d) 7.9 lt
3. Cuantos moles de hidrxido de sodio pueden formarse al reaccionar 0.5 mol de sodio con agua.
2 Na + 2 H2O ----> 2 NaOH + H2
a) 0.8 moles b) 0.7 moles c) 0.5 moles d) 0.6 moles
4. El octano se quema de acuerdo con la siguiente
ecuacin:
2 C8H18 + 25 O2 ----> 16 CO2 + 18 H2O
Cuntos gramos de CO2 se producen cuando se queman 5.0 g de C8H18?
a) 40.0 g b) 0.35 g c) 15.4 g d) 30.9 g
5. Qu masa de magnesio se necesita para que
reaccione con 10 g de nitrgeno?
Mg + N2 ----> Mg3N2
a) 26.5 g b) 25.7 g c) 24.1 g d) 23.4 g 6. La combustin del propano se realiz segn la
reaccin:
C3H8 + 5 O 2 > 3 CO2 + 4 H2O Si se hacen reaccionar 66 gramos de propano con 96 gramos de oxgeno Datos: Masas atmicas, C = 12; H = 1; O = 16 a) El reactivo en exceso ser el oxgeno. b) El reactivo en exceso ser el propano. c) Ninguno de los dos se encuentra en exceso. d) No hay datos suficientes para saber si
alguno de ellos est o no en exceso
7. El metal sodio reacciona con agua para dar
hidrxido de sodio e hidrgeno gas:
2 Na(s) + 2 H2O(l) > NaOH(aq) + H2(g) Si 10.0 g de sodio reaccionan con 8.75 g de agua: Cul es el reactivo limitante?
a) NaOH b) H2O c) H2 d) Na
8. Qu masa de cloruro de plata se puede
preparar a partir de la reaccin de 4.22 g de nitrato de plata con 7.73 g de cloruro de aluminio?
AgNO3 + AlCl3 > Al(NO3)3 + AgCl
a) 5.44 g b) 3.56 g c) 14.6 g d) 24.22 g
9. En la reaccin:
3 NO2 + H2O > 2 HNO3 + NO
Cuntos gramos de HNO3 se pueden formar cuando se permite que reaccionen 1.00 g de NO2 y 2.25 g de H2O?
a) 0.913 g b) 0.667 g c) 15.7 g d) 1.37 g
10. Cuando se prepara H2O a partir de hidrgeno y oxgeno, si se parte de 4.6 mol de hidrgeno y 3.1 mol de oxgeno, cuntos moles de agua se pueden producir y qu permanece sin reaccionar? a) Se producen 7.7 mol de agua y quedan
0.0 mol de O2 b) Se producen 3.1 mol de agua y quedan
1.5 mol de O2 c) Se producen 2.3 mol de agua y quedan
1.9 mol de O2 d) Se producen 4.6 mol de agua y quedan
0.8 mol de O2 11. El carburo de silicio, SiC, se conoce por el
nombre comn de carborundum. Esta sustancia dura, que se utiliza comercialmente como abrasivo, se prepara calentando SiO2 y C a temperatur