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CAP~TULO7
Estequiometria
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Mapas conceptuales Mapa conceptual 1
o sustancias iniciales
o sustancias finales
Coeficientes estequ~ornetr~cos o moleculares
Balancear ecuacion (Ley de conservacion de 10s elernentos)
Mapa conceptual 2
DescomposiciCln
I
Sintesis
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1
Precipitacion
Combustion
Redox
Neutralization
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Mapa conceptual 3
I
I
I
Por tanteo
Carnbio del no de oxidacidn
161-1.Electron
1
Mapa conceptual 4
I & Reactivo lirnitante
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Rendirniento
Pureza de 10s reactivos
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Estequiometria La estequiometria es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reaccion quimica. Una reaccion quimica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) cambia para formar una o mas sustancias nuevas. Las sustancias reaccionantes se denominan reactivos mientras que las generadas como resultado de la transformacion quimica se denominan productos. El agua (H20)se puede obtener como product0 de la reacci6n entre hidrogeno (Hz)y oxigeno (02). Las reacciones quimicas se representan con una flecha que indica el sentido de la transforrnacion, de reactivos a productos (Reactivos --,Productos). En nuestro ejemplo:
El signo + se lee como "reacciona con" y la flecha significa "produce". Las f6rmulas quimicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivos. A la derecha de la flecha estan las f6rmulas quimicas de las sustancias producidas denominadas productos de la reaccion. La reacci6n representada anteriormente, jes una ecuaci6n quimica? La respuesta es no. Asicomo en matematicas una ecuacion (equa = igual) es una igualdad (matematica), una ecuaci6n quimica tambien es una igualdad, pero ... quimica. No obstante, emplearemos el termino "ecuaci6n" para referirnos a la representaci6n convencional de una reaccion quimica aun cuando no este igualada. En una ecuacion quimica subyace la Ley de conservaci6n de la masa (ley de Lavoisier) segt'n la cual 10s atomos no se crean ni se destruyen en el transcurso de una reaccion. Para que la reaccion representada sea una ecuacion debe haber la misma cantidad de atomos de 10s distintos elementos entre 10s reactivos y 10s productos, es decir, hay que balancearla agregando 10s coeficientes estequiometricos que correspondan. Por ejemplo:
2H2+ 02+
2H20
A
A
Coeficientes estequiometricos Verifiquemos que el balance0 de la reacci6n sea correcto: Reactivos ---->2H2 + O2 = 4 atomos de H + 2 atomos de 0 .
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Productos ---->2H20 = 4 atomos de H t 2 atomos de 0. iEureka! Tenemos una ecuacion.
1 Resumiendo: Una ecuacidn quimica es la representacidn de una reaccidn quimica balanceada.
Balanceo de reaaiones (uimicaspor lanleo 1. Determinar 10s reactivos y 10s productos de la reaccion. 2. Escribir la reacci6n: reactivos ---->productos. 3. Balancear la reaccion; para ello: - Se empieza por igualar
la ecuacion probando diferentes coeficientes para lograr que el nljmero de atomos de cada elemento sea igual en ambos lados de la ecuacion. (Nata: no se pueden modificar 10s subindices de las formulas.) - Primero se buscan 10s elementos que aparecen una sola vez en cada lado de la ecuacion y con igual nljmero de atomos: las formulas que contienen estos elementos deben tener el mismo coeficiente. Por lo tanto, no es necesario ajustar 10s coeficientes de estos e l e m h o s en ese momento. - A continuaci6n, se buscan 10s elementos que aparecen solo una vez en cada lado de la ecuacibn pero con diferente nljmero de atomos y se balancean estos elementos. Por ultimo se balancean 10s elementos que aparecen en dos o mas formulas del mismo lado de la ecuacion. - Se verifica la ecuacion igualada para asegurarse de que hay el mismo nljmero total de atomos de cada tip0 a ambos lados de la flecha de la ecuacion. Ejemplo: El gas natural comljn, cuyo principal componente es metano (CH4), combustiona en presencia de oxigeno (consumiendo 02),y produce: agua (H20) y di6xido de carbono (C02). Podemos entonces escribir la reaccidn quimica:
Traducido, el metano reacciona quimicamente con el oxigeno produciendo didxido de carbono y agua Donde 10s reactivos son: CH4 y O2 Y 10s productos son: C02 y H20 Ahora, si contamos 10s atomos a cada lado de la reaction vernos que:
4 atomos de H
2 itomos de H
2 dtomos de 0
3 atomos de 0
Hay una diferencia de dos atomos de H y uno de 0. En este caso es particularmente sencillo descubrir que el coeficiente estequiometrico del H20 es 2 y el del 0 2 es 2. Entonces la reaccibn balanceada sera:
Contando nuevamente 10s atomos de 10s respectivos reactivos y productos tenemos:
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I
1)
1 itomo de C
1 i t o m o de C
4 itornos de H
4 itomos de H
4 atomos de 0
4 htomos de 0
I
Ahora si estan balanceados 10s atomos de C, H, y 0 . En este punto ya tenemos la ecuacion balanceada y la podemos leer como una molecula de metano que reacciona con dos de oxigeno produciendo una molecula de di6xido de carbon0 y dos de agua.
Estado lisiro de reactiuos y productos El estado fisico de 10s reactivos y productos puede indicarse mediante 10s simbolos (g). (I) y (s), para indicar 10s estados gaseoso, liquid0 y solido, respectivamente. Por ejemplo:
zCo(4) + 02(4) 2H4O(s) -2H4(l)
-
2co2(4)
+ 02(4)
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCI) al agua, se escribe:
NaCl(s) +NaCl(ac) Donde ac significa disolucion acuosa. Al escribir H20 sobre la flecha se indica el proceso fisico de disolver una sustancia en agua, aunque algunas veces no se pone para evitar el abuso de la notacion. El conocimiento del estado fisico de 10s reactivos y productos es muy tjtil en el laboratorio. Por ejemplo, cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgN03) en medio acuoso se forma un solido, el bromuro de plata (AgBr).
Si nose indican 10s estados fisicos de 10s reactivos y productos, una persona no experimentada podria tratar de realizar la reacci6n mezclando KBr sblido con AgN03 sdlido, que reaccionan muy lentamente o no reaccionan.
Tipos de reacciones quimiras Para familiarizarnos con algunas reacciones tipicas mencionaremos distintos tipos de reacciones. Las reacciones quimicas se pueden agrupar en reacciones de: sintesis, descomposici6n, combustidn, precipitacion, redox y neutralizaci6n. Esta lista no es, ni pretende serlo, rigurosa o exhaustiva. No es rigurosa debido a que algunas reacciones se pueden incluir indistintamente en dos de estas categorias. Y no es exhaustiva porque ademas de estas categorias existen otras que, por ahora, soslayaremos (complejacibn, polimerizaci6n, sustituci6n).
Reacciones de sintesis Son aquellas en las que dos o mas sustancias reaccionan para producir una tercera.
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Ejemplo: sintesis de Haber del amoniaco.
Reacciones de descomposiciin Las reacciones de descomposici6n son aquellas en las cuales una sustancia produce dos o mas sustancias, al reves que en una sintesis. Ejemplo: descomposicion termica del perclorato de potasio.
KC104(s) -,KCl(s) + 02(g) iSe anima a balancearla?
Reacciones de combustiin Las reacciones de combustion son aquellas que ocurren entre un combustible (carbon o sustancia que contiene el elemento carbono en su composicion) y un comburente ( 0 2 )Pueden ser productos de este tip0 de reaccion el montrxido de carbono (si la combustion es incompleta), el dioxido de carbono y el agua. Ejemplos: a. la combusti6n cornpleta del carbon:
b. la combustion incompleta del carbon:
2C(s) + 02(!) -,W!)
Para pensar: iConoce algtjn caso de combusti6n en el que el combustible no contenga carbono en su composicitrn? (Pista: piense en el combustible utilizado en las misiones espaciales para propulsar naves fuera de la atmosfera terrestre.)
Reacciones de precipitaciin Dos disoluciones acuosas de sales solubles pueden mezclarse de manera tal que se produzca la precipitacion de una tercera sal insoluble. En el ejemplo siguiente la sal insoluble es el cloruro de plata (AgCI). Ejernplo:
Reacciones de neutralizacian Es la reacci6n entre un acido y un alcalino que produce una sal mas agua. En el curso de la reacci6n el alcalino neutraliza el acido y viceversa. Ejernplo:
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acido clorhidrico (acido) + hidmxido de sodio (alcali) ---->cloruro de sodio (sal) + agua i S e anirna a balancearla?
Reacciones redox Reacciones en las que uno o mas elernentos modifican su numero de oxidacibn. La reaccibn entre un metal (hierro, por ejemplo) y oxigeno es una tipica reaccion redox. En este caso el hierro se oxida y el oxigeno se reduce.
2Fe (s) + 0 2 (g) -+ 2Fe0 (s) Como se ve en el ejemplo, esta reaccion podria, tarnbien, considerarse una sintesis.
Electrolitos Se denomina electrolitos a aquellas sustancias quirnicas que generan iones al disolverse en agua. En general tienen esta propiedad 10s acidos y 10s compuestos i6nicos: Ejernplos:
HCI (g) --,H+ (ac) + CI- (ac) NaCl +Na+ (ac) + CI- (ac) Na2S04 +2 Na+ (ac) + SOq2 (ac) K3PO4 -+3 K+ (ac) + POq3(ac)
Forma disociada y forma no disociada de una eeuadin Frecuenternente, en una reaccion intervienen electrolitos que se encuentran como iones en disoluci6n. La forma disociada de escribir una ecuacion es aquella en la que se representan las especies ionicas. Es muy comun en las reacciones de precipitacion y de neutralizacion. Ejemplo: La forma no disociada de la reaccion de precipitacion del cloruro de plata es:
AgN03 (ac) + NaCl (ac) --,AgCI (s) + NaN03 (ac) Tal como la escribimos anteriormente. La forma disociada de dicha reacci6n da cuenta de las especies quimicas tal como se encuentran en solucion y es:
A!+ (ac) + NO3- (ac) + Na+ (ac)
+ CI- (ac) +AgCl
(s) + Na+ (ac) + NO3- (ac)
lgualaciin de ecuariones quimicas No siempre es sencillo igualar una ecuaci6n quimica. En casos triviales se puede hacer "a ojo" y hasta a veces no es necesario agregar ningun coeficiente estequiometrico (son todos uno). Ejemplo:
2Fe (s) + 0 2 (g) +2FeO (s)
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En este caso, como en 10s anteriores, es facil darse cuenta de cuales son 10s coeficientes que igualan la ecuacion. En casos de mayor complejidad es necesario recurrir a un metodo sistem~ticoque nos de 10s coeficientes de igualacion por un camino seguro.
Este metodo de igualacion de ecuaciones quimicas se basa en la igualdad algebraica de 10s atomos que intervienen en una reaccion quimica. Partiendo de la conservation de 10s atomos entre 10s reactivos y productos se obtiene un sistema de ecuaciones utilizando 10s coeficientes estequiom6tricos, de manera tal que al resolver el sistema se obtienen 10s coeficientes que igualan la ecuacion. Ejemplo:
a C02 (g) + b KOH (ac)+
c K2C03 (ac)
+ d H20
Para hallar 10s coeficientes estequiometricos del ejernplo les asignarernos letras: a, b, c, d y escribirernos la relacion numerica entre ellos mediante ecuaciones matematicas. Si vemos 10s atornos de C entre reactivos y productos podemos escribir: a = c. Si vemos 10s atornos de 0 entre reactivos y productos la relacion que 10s vincula es la siguiente: 2 a t b = 3 c t d. Para el caso del K (Potasio): b = 2 c. Por Dltimo, mirando el H: b = 2 d. Como vernos, hay una ecuacion por cada elemento que interviene en la reaccion. Para resolver podemos asignarle valor a: d = I ... entonces: b = 2... entonces: c = 1 y solo queda despejar "a" ... a = c; a=l Por lo tanto, la ecuacion balanceada sera:
to2(g) + 2 KOH (ac) +K2C03 (ac) + H20 i S e anima a verificarlo?
Galculos estequiometricos Lo dicho acerca de reacciones y ecuaciones quimicas corresponde a la representation de situaciones teoricas, ideales. En estos casos todos 10s reactivos se consumen cornpletamente para generar pura y exclusivamente 10s productos que indica la ecuacion. Al realizar una reaction quimica debemos realizar, ademas de las consideraciones teoricas, ciertas consideraciones practicas. sta as tienen que ver con tres aspectos de la realidad quimica que se anexan a 10s supuestos de idealidad:
1. Exceso de algDn reactivo. 2. Pureza de 10s reactivos. 3. Rendimiento de la reaccibn.
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Reactivo limitante Al efectuar una reaccion quimica, uno o mas reactivos pueden estar en exceso, es decir en una proporcion mayor a la necesaria para que se produzca la reaccibn. ~ s t o sson llamados reactivos en exceso. A diferencia de 10s reactivos en exceso, aquel reactivo que se consume totalmente durante el curso de una reaccion quimica se denomina reactivo limitante. Ejemplo:
2Cu (s) + 0 2 (9) -t 2cuo (s) 2 atomos t 1 molecula ---->2 "moleculas" 2 m o l t 1 rnol ---->2 rnol 127 gramos t 32,O gramos ---->159 gramos La information que nos da esta ecuacion se lee asi: 2 atomos de cobre reaccionan con una molecula de oxigeno para producir 2 "moleculas" de oxido de cobre (11). Como la escala atomica es imperceptible para nosotros, realizamos la correspondiente conversion a mol. Ahora leemos: 2 rnol de atomos de cobre reaccionan con 1 rnol de moleculas de oxigeno para producir 2 rnol de bxido de cobre (Il) o su equivalente en gramos. Notar que la masa se conserva en gramos, no en mol. Estas cantidades corresponden a las relaciones estequiometricas entre reactivos y productos. Son fijas, universales e invariables. En la practica la masa de reactivos depende de cada situation y puede tomar cualquier valor. Ejemplo: iCual es el reactivo limitante (RL) en la reaccion de 50,O g de cobre y 30,O g de oxigeno? Tener en cuenta la ecuacion balanceada anteriormente donde se combina el cobre con el oxigeno. El RL es el que esta en menor proporcion que la estequiometrica para reaccionar. En este caso veamos: 10s 50,O g de Cu. iCuantos gramos de 0 2 necesitan para reaccionar completamente?
2Cu (s) + 0 2 (9) --,2cuo (s) 127 gramos t 32,O gramos -t 159 gramos 127 g Cu ............ necesitan ............ 32 g 0 2 5 0 g Cu ............................................ x = 12,60g Significa que 50.0 g (m(Cu))se consumen completamente con 12,6 g de 02. Si dispongo de 30,O g de 02, hay un exceso de 17,4 g de 02. Entonces el RL es el Cu. En este caso, por dos razones: a. Se consume completamente. b. El reactivo en exceso es el 02. Es decir que el RL es el que determina que la reaccidn se interrumpa por falta de reactivo. Una analogia culinaria que puede ayudac Los que saben de cocina dicen que con 1 kilogram0 de preparation se pueden rellenar 2 docenas de empanadas. Si dispongo de tres tapas de empanadas aunque tenga 10 kg de relleno solo podre rellenar tres empanadas. En este caso, las tapas son mi limitante. A la inversa, si tengo 1 kg de relleno, aunque tenga 10 docenas de tapas solo podre rellenar 2 docenas (sin poner menos relleno en cada empanada). En este caso el relleno es mi limitante. En una reaccidn quimica la situation es similar: Una vez que se haya consumido uno de 10s reactivos la reaccidn se detiene:
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Asi, si queremos obtener agua a partir de 10 moles de hidrogeno y 7 moles de oxigeno, como la estequiometria de la reaccidn es: 2 moles de hidrogeno reaccionan con 1 rnol de oxigeno para dar 2 rnol de agua, una vez que haya reaccionado todo el hidrogeno nos quedaran 2 moles de 0 2 y se habran obtenido 10 rnol de agua. A1 reactivo que se ha consumido en su totalidad en una reaccion quimica se lo denomina reactivo limitante, ya que limita la cantidad de producto formado. Asi, en el ejemplo anterior el hidrogeno era el reactivo limitante, ya que con 10s 7 moles de oxigeno podriamos haber obtenido 14 moles de agua. iCorno operar para conocer cual es el reactivo limitante de una reaccion? Calculando 10s moles de producto que se obtienen con cada reactivo, suponiendo que el resto de reactivos estan en cantidad suficiente. Aquel reactivo que nos de el menor ntjmero potencial de moles de producto es el reactivo limitante. Al resto de 10s reactivos, presentes en mayor cantidad que la necesaria para reaccionar con la cantidad del reactivo limitante, se 10s denomina reactivos en exceso. El amoniaco se combina con el dioxido de carbono para formar urea y agua, segtjn la siguiente reaccion:
Supongamos que se mezclan 637,2 g de NH3 con 1.I42 g de C02. ~Cuantosgramos de urea [(NH2)2 CO] se obtendran?
1. Primero tendremos que convertir 10s gramos de reactivos en moles.
2. Ahora definiremos la proportion estequiometrica entre reactivos \/, productos: - a partir
de 2 moles de NH3 se obtiene 1 rnol de (NH2)2 CO. - a partir de 1 rnol de C02 se obtiene 1 rnol de (NH2)2 CO. Calculamos el nljmero de moles de producto que se obtendrian si cada reactivo se consumiese en su totalidad: a. Calculo de 10s moles de amoniaco: 17 g de NH3 ............ 1 mol de NH3 637,2 g de NH3 ............ x = 37.48 moles de NH3 b. Calculo de 10s moles de didxido de carbono: 44 g de C02 ............ 1 mol de C02 1.142 g C02 ............ x = 25.95 moles de C02 c. Moles de urea que se obtienen a partir de 37.48 moles de amoniaco: 2 moles de NH3 ............ 1 mol de urea 37.48 moles de NH3 ............ x = 18.74 moles de urea d. Moles de urea que se obtienen a partir de 25.95 moles de dioxide de carbono: 1 mot de C02 ............ 1 mol de urea 25.95 moles de C02 ............ x = 25.95 moles de urea e. A partir de 10s moles de amoniaco se obtiene menos cantidad de urea, 18.74 moles como maximo. Luego, el amoniaco (NH3) es el reactivo limitante (R.L.).
f. Conversion de 10s moles de urea a gramos: 1 mol de urea ............ 60 g urea 18.74 moles de urea ............ 1124.4 g de urea
Respuesta: El reactivo limitante (R.L.) es el amoniaco y se pueden obtener, como maximo, 1124.4 g de urea.
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Rendimiento de una reaccion La cantidad de producto que se obtiene si reacciona todo el reactivo Iimitante se denomina rendimiento teorico de la reacci6n. La cantidad de producto que se obtiene verdaderamente en una reaccion es el rendimiento real.
i Rendimiento real es siempre menor que el rendimiento teorico. Razones para explicar la diferencia entre el rendimiento real y el teorico: Muchas reacciones son reversibles, de manera que no solo proceden de izquierda a derecha. - Aun cuando una reacci6n se complete en un 100%, resulta dificil recuperar todo el producto del medio de la reaccion (como sacar toda la mermelada de un frasco). - Los productos formados pueden seguir reaccionando entre si o con 10s reactivos, para formar todavia otros productos. Estas reacciones adicionales reducen el rendimiento de la primera reaccion. El rendimiento porcentual o porcentaje del rendimiento describe la relacion del rendimiento real y el rendimiento te6rico. Por ejemplo, en el ejercicio anterior calculabamos que se formarian 1.124 g de urea. ~ s t ees el rendimiento teorico. Si en realidad se formasen 953,6 g el porcentaje de rendimiento seria: 84,84% El interval0 del porcentaje del rendimiento puede fluctuar desde 1 hasta 100%. Los quimicos siempre buscan aumentar el porcentaje del rendimiento de las reacciones. Entre 10s factores que pueden afectar el porcentaje del rendimiento se encuentran la temperatura y la presi6n. -
WERClClOS Y PROBLEMAS
1. Escriba la ecuaci6n balanceada de la combusti611 de la glucosa (C6Hl2O6). 2. La formula quimica del acido acetico es CH3COOH (el vinagre es una soluci6n diluida de acido acetico). El acido acetico puro es inflamable, de manera que si se queman 315 gramos de acido acetico, jcuantos gramos de C02 y H20 se produciran?
3. En la combustion del ejemplo anterior, jcuantos gramos de C02 se habrian producido a partir de 35,O g de acido acetico y 17,O g de 02? ldentifique el reactivo limitante. 4. La reacci6n entre el 6xido nitric0 (NO) y oxigeno para formar dibxido de nitrogen0 (NO2) es un paso determinante para la formaci6n del smog fotoquimico.
a. jCuantos moles de NO2 se formaran por la reacci6n completa de 0,254 mol de 02? b. jCuantos gramos de NO2 se formaran por la reacci6n completa de 1,44 g de NO?
5. La reaccion entre aluminio y 6xido de hierro (Ill) puede producir temperaturas cercanas a 10s 3.000 T,lo que se utiliza para soldar metales:
En un proceso se hicieron reaccionar 124 g de Al con 601 g de Fe203. a. Calcule la masa (en gramos) de A1203 que se formara. b. jCuanto del reactivo en exceso quedo sin reaccionar al final de la reaccion?
6. En la industria, el vanadio metalico, que se utiliza en aleaciones con acero, se puede obtener por la reacci6n del 6xido de vanadio (V) con calcio, a temperatura elevada:
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Durante un proceso determinado 1,54 x lo3 g de V205 reaccionan con 1,96 x lo3 g de Ca. a. Calcule el rendimiento teorico de V, b. Calcule el porcentaje del rendimiento si se obtienen 803 g de V.
En 10s siguientes ejercicios, marcar con una x el item correcto.
7. Para escribir la ecuacion que representa una reaccion quimica es necesario: 0 a) Conocer 10s reactivos que intervienen y 10s productos de la reaccion. 0 b) Conocer la formula de cada reactivo y la de 10s productos de la reaccion. 0 c) Observar la ley de conservacion de 10s atomos. 0 d) Conocer 10s indicados en todos 10s puntos anteriores. 8. Una ecuacion quimica nos permite calcular: . 0 a) Los pesos de las sustancias producidas. 0 b) Los pesos de las sustancias consumidas. 0 c) El nlimero de moleculas de cualquier sustancia interviniente en la reaccion. 0 d) Todos 10s datos expuestos en 10s puntos a), b) y c).
9. Una ecuacion qu'e represente la reaccion quimica entre gases nos permite conocer: 0 a) Las masas de 10s gases reaccionantes y de 10s gases obtenidos. 0 b) Los voltjmenes de 10s gases reaccionantes y de 10s gases obtenidos. 0 c) El numero de moleculas de 10s gases reaccionantes y de 10s gases obtenidos. 0 d) Todos 10s datos indicados en 10s puntos a), b) y c). 10. Los calculos basados en una ecuacion quimica se fundamentan en: 0 a) Las leyes gravimetricas de la quimica. 0 b) Las leyes volumetricas de la quimica. 0 c) Ninguna de las expuestas en 10s puntos a) y b). 0 d) En todas las leyes expuestas en 10s puntos a) y b). 11. Se dice que una reaccion quimica es de sintesis cuando:
0 a) Las sustancias reaccionantes son sustancias simples. 0 b) Cuando 10s productos obtenidos son sustancias simples. 0 c) Cuando se produce una modificacion de valencias en las sustancias reaccionantes. 0 d) Ninguna respuesta es correcta. 12. En una reaccion quimica de sintesis:
0 a) No existe cambio de valencia en 10s elementos participantes. 0 b) Se produce una verdadera reaccion de oxido reduccion. 0 c) Existen cambios de valencia en 10s elementos participantes. 0 d) Se produce una sustancia compuesta a partir de sustancias simples. 13. Una reaccion de descomposici6n se caracteriza porque: 0 a) A partir de una sustancia compuesta se obtienen dos o m i s sustancias compuestas. 0 b) A partir de una sustancia compuesta se obtienen dos o mas sustancias simples. 0 c) Se producen cambios de valencias en 10s elementos. 0 d) No se producen cambios de valencia en 10s elementos.
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-
14. Balancee las siguientes ecuaciones: a. HN02
H+t NO-3 t H20 t NO
b. NaN02 t FeS04 t H2S04 4 Fez+t Na+t S042-t H20 t NO c. NH4V04 +V205
t
NH3 t H20
d. Mn02 t HCI 4 MnCI2 t C12 t H20 e. ReCI5 t CI20 +Re03CI t C12 Rtas.: a. 3 HN02+
H+t NO-3 t H20 t 2 NO
b . 2 N a N 0 2 t 2 F e S 0 4 t 3 H 2 S 0 4 ~ 2 F e 2 + t 2 N a + t 4 S 0 4t 2 H 2 0 t 2 N O t 2 H +
-
c. 2 NH4V03 +V205
d. Mn02 t 4 HCI
t
2 NH3 t H20
MnCI2 t C12 t 2 H20
--
15. Balancee las siguientes ecuaciones quimicas y escriba el nombre debajo de cada f6rmula: a. Fe t 0 2
b. Fe t 0 2
FeO Fe203
c. Cu t o2 d. S t 02-
Cu20
SO2
e. C12 t 02-
C1205
-
f. M n t 0 2 -Mn03
g. l2 t O2
1207
h. FeO t H20 +Fe(OH)2 i. Fe203 t H20 +Fe(OH)3
j. Li20 t H20 +iOH
k. CI20 t H20+
HClO
1. C1203 t H20 +HC102 m. C1205 t H20 +HC103
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ii.SO2 t H20-
H2S03
r. H2C03 t NaOH --,Na2C03 t H20
16. El tejido 6seo de una persona adulta pes'a aproximadamente 11 kg y contiene 50% de Ca3(P04)2. Deterrninar 10s kilogramos de f6sforo que hay en el tejido 6seo de una persona adulta. Rta.: 11,8 g 17. ~Cuantosgramos de hidr6xido de sodio son necesarios para neutralizar 364 g de HCI? Rta.: 400 g 18. ~Cuantosgrarnos de hidroxido de calcio son necesarios para neutralizar 490 g de acido sulfurico? Rta.: 370 g 19. iCuantos grarnos de acido nitric0 se necesitan para neutralizar 370 g de hidr6xido de calcio? Rta.: 630 g 20. Calcular las masas de acido clorhidrico y de hidr6xido de sodio que se necesitan para preparar 292 g de cloruro de sodio. Rta.: 182 g de H CI y 200 g de Na OH 21. Calcular la masa de sulfato acido de sodio que se obtiene tratando 2,92 kg de cloruro de sodio con acido sulf6rico en cantidad suficiente. iCuantos kilogramos de acido clorhidrico gaseoso se obtienen? iQue volurnen ocupa ese gas en CNPT? Rta.: 6000 g NaHS04 1 1,82 kg HCI 1 1117 dm3 HCI. 22. Calcular la cantidad en peso y en volumen de C02 (en CNPT) que se obtiene al tratar 380 g de carbonato de calcio con la cantidad estequiornetrica de i c i d o clorhidrico. Calcular ademas la cantidad de cloruro de calcio forrnado. CaC03 + 2 HCI
-
CaC12 + H20 + C02
Rta.: 167.09 g 1 85,04 1 1 421,37 g 23. Calcular cuantos kilogramos y cuantos litros (en CNPT) de aire hacen falta para la combusti6n completa de 100 kg de pentano (C5HI2). El contenido de oxigeno en el aire es del 21 % en volumen o 23% en peso. Rta.: 1542,6 kg )1,18. 1061.
24. Una aleaci6n tiene 20% de cobre y 80% de plata. Calcular la masa de sulfato cljprico y sulfato de plata que se podran obtener con 5 g de dicha aleacion.
Rta.: 1,63 g 1 2,08 g
25. Se necesitan 20 litros de oxigeno en CNPT. Calcular que cantidad de clorato de potasio de 95% de pureza debe descomponerse para obtener ese volurnen.
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2KC103 +2KCI
+ 302
Rta.: 76,79 g 26.10 g de aluminio reaccionan con 10 g de oxigeno, j c ~ ade l 10s reactivos esta en exceso?, jcuantos gramos de 6xido de aluminio se forman? Rta.: oxigeno
27. j Q ~ emasa de acido sulfljrico se podra obtener a partir de 250 g de azufre al 98% de pureza? 28. j Q ~ masa 6 de oxido resulta necesaria para obtener 3150 g de acido nitrico? jCuantos moles de agua reaccionan? 29. Se hacen reaccionar 5,5 litros de oxigeno medidos en CNPT con cantidad suficiente de nitrbgeno, calcular: a. 10s moles de nitrogen0 que reaccionan; b. volumen de nitrogeno necesario; c. nljmero de moleculas del compuesto forrnado, Sabiendo que se obtiene anhidrido nitrico.
30. Se quieren preparar 3000 kg de arnoniaco a partir de la reaccion:
Calcular: a. volumen de nitrogeno medido en CNPT necesarios; b. masa de hidrogeno necesaria.
31. Se quieren obtener 15 litros de didxido de carbono (CNPT) segljn la reaccion: Na2C03 + 2 HCI +C02 + H20 + 2 NaCl Calcular: a. volurnen de soluci6n de HCI 38% p/p (d = 1,19 glcm3) necesario; b. masa de Na2C03 necesaria; c. masa de NaCl que se forma.
32. El cobre reacciona con el acido sulfljrico segljn la ecuacion:
Si se tienen 30 g de cobre y 200 g de H2S04, calcular: a. jque reactivo esta en exceso y en que cantidad? b. nljmero de moles de SO2 que se desprenden; c. masa de CuS04 que se forma; d. atomo-gramos de cobre que habia.
33. El acido bromhidrico y el acido sulfljrico reaccionan segljn la ecuacion:
Si reaccionan 3 formula-gramos de H2S04, calcular: a. masa de HBr necesaria; b. nljmero de moles de Br2 forrnados, sabiendo que la reaccion tiene un rendirniento del 90%;
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c. volumen de SO2 que se desprende simultaneamente (rnedidos en CNPT).
34. Cuando el cobre se trata con acido nltrico se produce una reaction segun la ecuacion, calcular:
a. jCuantos gramos de acido nitrico reaccionaran con 200 g de cobre?; b. j q ~ peso e de sal cuprica se obtendra?
35. El nitrato de amonio, un componente de 10s fertilizantes, puede descomponerse explosivamente. La ecuacion quimica no balanceada que representa dicha descomposicion es:
a. jque masa de cada uno de 10s productos se obtendra por la descornposicion de 160,l g de NH4N03?; b. jque cantidad de NH4N03 debe descomponerse para obtener 180,O g de H20?; c. jque volumen de gas se obtiene de la descomposici6n completa de 1 grarno de nitrato de amonio a 25 OC y 1 atm? Rtas.: a) 32.00 g 02; 56,04 g N2; 72,08 g H20 I b) 5,000 rnol de NH4N03 I c) 1,069 L.
36. Se tiene una muestra de 2,011 g de pirita (FeS2) impura. La reaccion de esta con oxigeno produce 0,242 g de oxidoferrico. a. Escriba una ecuacion quimica balanceada para la reaccion descrita. b.Calcule que porcentaje de la rnuestra irnpura es FeS2. Rta.: a) 2 FeS2 (s) + 1 112 0 2 (g) -4
SO2 (g) + Fe203 (s) I b) l 8 , l % FeS2
37. A ternperatura elevada se produce la siguiente reaccion: N2 (g) + Na2C03 (s) + 4 C (s) +2 NaCN (s) + 3 CO (g) Se hacen reaccionar 68,24 g de un mineral que contiene 85% de Na2C03, con exceso de N2 y 40 g de C (s). Se forman 40,21 g de NaCN. a. Calcular el rendimiento de la reaccion. b. Si el CO forrnado se recibe en un recipiente de 50 L y la ternperatura es 0 T, jcual sera la presion de este gas? Rtas.: a) 75% / b) 0,55 atm
38. Un rnetodo muy econornico para obtener hidrogeno consiste en hacer pasar "gas de agua" (rnezcla de CO y H20) a traves de sustancias (oxidos de hierro y cromo) que facilitan la siguiente reaccion en fase gaseosa:
Si el flujo de alirnentacion del reactor es de 30 rnol de CO, 12 rnol de C02 y 35 rnol de H20 por hora y se producen 18 rnol de Hz en el mismo lapso, responda: a. jcual es el reactivo lirnitante?; b. jcual es la fraction porcentual de agua que se convierte en hidrogeno?; c. jcual es la fraccibn porcentual de CO que se convierte en C02?; d. jcual es la composici6n de la mezcla de gases que salen del reactor cada hora? Rtas.: a) es el CO ( (b) 51,4% en rnol ( c) 60% en rnol 1 d) expresada, por ejernplo, en fracciones molares, la cornposi ci6n de salida del reactor es x CO) = 0,156, x (H20) = 0,221, x (C02) = 0,390, x (Hz) = 0,234.
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39. Uno de 10s metodos de tratamiento de aguas residuales es el de digestion bacteriana. En una primera fase del rnisrno actuan las bacterias nitroso rnonas que rnetabolizan la conversion del arnoniaco a nitrito, produciendose al rnisrno tiernpo biornasa en una reaccion global que se puede representar por la siguiente ecuacion quimica:
5 C02 (ac) + 5 5 NH4+ (ac) -+ C5H702N (biornasa) (ac) + 5 4 NO2 (ac)
+ 109 H+ (ac)
Si en un tanque de tratamiento de residuos inoculado con bacterias hay 100.000 L de aguas residuales (d = 1,008 g rnL-l) que contienen un 4,5% p/p de iones amonio y se consume el 90% de dichos iones, e (expresada en kilograrnos) de biomasa se producira? a. i q ~ rnasa b. j c ~ a sera l su concentracion (expresada en rnol . L-') suponiendo que el volumen inicial no cambia por efecto de la reaccion?
Rtas.: a) 466,O kg I b) 0,0412 mol . L-l. 40. Por reaccion de soda Solvay, que contiene 91% de carbonato de sodio, con exceso de solucion acuosa de Acido clorhidrico 2 rnol . L-l, se obtuvieron con un rendimiento del 86%, 49,2 L de C02 (g) a 29 OC y 1 atrn, agua, iones sodio e iones cloruro. Calcular: a. la masa de soda Solvay utilizada; b. el volurnen minimo de solucion de HCI que debid utilizarse para obtener el rnisrno resultado; c. la rnasa de agua formada; d. el numero de iones sodio producidos.
Rtas.: a) 270,9 g I b) 2,31 L I c) 36,O g 1 d) 2,408 x 1OZ4 iones sodio.
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