cap 8 reacciones quimicas y estequiometria
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Reacciones químicas y estequiometría
Reacciones químicas y estequiometría
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Reacciones químicas
• Las reacciones químicas son cambios químicos.
• Las reacciones químicas se representan con ecuaciones químicas.
• Se puede determinar mucha información acerca de los aspectos cualitativos y cuantitativos de una reacción a través de las ecuaciones.
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El significado de una ecuación química
• Cuando se combina el nitrógeno (del aire) con el hidrógeno (del gas natural), se forma amoniaco:
• N2 + H2 NH3
• Esta ecuación no está balanceada. Es necesario que exista el mismo número de átomos de cada tipo representado a la izquierda de la fecha y en el lado derecho de la flecha. Ya que se han especificado las fórmulas para los compuestos y los elementos, no se pueden cambiar los subíndices.
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El balance de la ecuación
• N2 + H2 NH3
• Los coeficientes se usan para balancear la ecuación.
• Existen 2 N a la izquierda. Para obtener 2 N a la derecha, ponga un coeficiente de 2 frente a NH3:
• N2 + H2 2NH3
• Ahora hay dos moléculas de NH3, que representan 2 N y 2 x 3 = 6 H
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N2 + H2 2NH3
• Para obtener 6 H a la izquierda, ponga un coeficiente de 3 frente a H2:
• N2 + 3H2 2NH3
• Ahora la ecuación se encuentra balanceada:
• átomo I D
• N 1 x 2 = 2 2 x 1 = 2
• H 3 x 2 = 6 2 x 3 = 6
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Insert Figure 10.9
El balance de los átomos
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¿Qué significa esta ecuación?
• N2 + 3H2 2NH3
1 molécula de nitrógeno (cada una contiene 2 átomos) reacciona con
3 moléculas de hidrógeno (cada una contiene 2 átomos) para formar:
2 moléculas de amoniaco (cada molécula contiene 1 átomo de nitrógeno y 3 átomos de hidrógeno)
1 mol de nitrógeno (N2) reacciona con
3 moles de hidrógeno (H2) para formar:
2 moles de amoniaco (NH3).
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Relaciones cuantitativas
• N2 + 3H2 2NH3
1x(2x14) = 28g de N2 reacciona con
3x(2x1) = 6 g de H2 para formar:
2x(14+3x1) = 34 g de NH3.
Reactantes: 26 + 6 = 34 g Producto 34 g
Estas son proporciones de masas para los reactantes y los productos:
N2 : H2 : NH3 = 28 : 6 : 34 = 14 : 3 : 17
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Estequiometría
• La estequiometría es el cálculo de las cantidades de sustancias involucradas en una reacción química.
• Las ecuaciones químicas balanceadas, a través de sus coeficientes indican las proporciones de moles de reactantes y productos:
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N2 + 3H2 2NH3
• Proporción de moles:1 mol N2
3 mol H2
o 3 mol H2
1 mol N2
1 mol N2
2 mol NH3
o2 mol NH3
1 mol N2
3 mol H2
2 mol NH3
o 2 mol NH3
3 mol H2
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Cálculos de mol-mol• A partir de los moles en un reactante o
producto, calcule los moles necesarios o producidos en los otros reactantes o productos.
• Pasos:1. Escriba la ecuación química balanceada.
2. Escriba los moles del reactante o producto dado.
3. Multiplíquelo por la proporción de moles: – (moles deseados)/(moles que inician la reacción
química).
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¿Qué significa esta ecuación?
• N2 + 3H2 2NH3
1 molécula de nitrógeno (cada una contiene 2 átomos) reacciona con
3 moléculas de hidrógeno (cada una contiene 2 átomos) para formar:
2 moléculas de amoniaco (cada molécula contiene 1 átomo de nitrógeno y 3 átomos de hidrógeno).
1 mol de nitrógeno (N2) reacciona con
3 moles de hidrógeno (H2) para formar:
2 moles de amoniaco (NH3).
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Convertir moles a moles
• moles deseados = • moles conocidos (coef. deseado/coef. conocido)
o:• Moles del químico deseado =
Moles dados del químico inicial xMoles del químico deseado
Moles del químico inicial
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Para la ecuación de reacción:aA + bB cC + dD
• Mol B = mol A x (b/a)
• Mol C = mol A x (c/a)
• Mol D = mol A x (d/a)
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N2 + 3H2 2NH3
• Calcule los moles de NH3 que se pueden producir a partir de 10.8 moles de H2.
• Mol C = mol A x (c/a)
• Mol NH3 = mol H2 x [(coef NH3)/(coef H2)]
• mol NH3 = 10.8 mol H2 [( 2 NH3)/(3 H2)]
Mol NH3 = 7.20 mol NH3
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Pasos en la estequiometría
• Conversión de gramos de A a gramos de B.
1. Convertir gramos a moles.
2. Convertir moles a moles.
3. Convertir moles a gramos.
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Convertir gramos conocidos a moles
• Moles = g/MM
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Convertir moles a moles
• moles deseados =
• moles conocidos (coef. deseado/coef. conocido).
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Convertir moles a gramos
• g = mol x MM
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Rutas para calcular las relaciones de masas
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Proceso estequiométrico en una ecuación
• Para la ecuación: aA bB
Gramos B =Gramos A
Masa Molar AX
b
aX (Masa Molar B)
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Cálculo de la masa de cantidades desconocidas a partir de
cantidades conocidas
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Ejemplo de un problema• N2 + 3 H2 2NH3
• Comenzando con 50 g N2. ¿Cuántos gramos de NH3 se producirán?
• MM N2 = 2 x 14 = 28 g
• MM NH3 = 14 + 3 x 1 = 17 g
• mol N2 = g/MM = 50/28 = 1.78 mol
• mol NH3 = 1.78 mol N2 x (2 NH3/1 N2)= 3.56 mol
• g NH3 = mol x MM = 3.56 x 17 = 60.53 g
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Moles a gramos
• Al realizar cálculos estequiométricos, se puede comenzar y terminar en cualquier punto del proceso, dependiendo de lo que existe y lo que se desea:
• Gramos A moles A moles B gramos B• Para convertir de moles A a gramos B, siga la
secuencia:• moles A moles B gramos B
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N2 + 3 H2 2NH3
• Calcule los gramos de N2 que reaccionarán con 12.0 moles de H2.
• Moles N2 = (12.0 moles H2)x(1 N2/3 H2)
• = 4.00 moles N2
• Masa Molar N2 = 2(14.0) = 28.0 g/mol
• gramos N2 = 4.00 moles x 28.0 g/mol
• = 112 g N2
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Cálculos que involucran disoluciones molares
• Se pueden realizar cálculos de los volúmenes de soluciones al modificar ligeramente el proceso estequiométrico:
1. Conversión de gramos o volumen de A a moles A.2. Conversión de moles A a moles B.3. Conversión de moles B a volumen B o gramos B.• Recuerde: Molaridad = Moles/Litros
– Moles = Litros x molaridad– Litros = Moles/molaridad
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Insert figure 11.2
Cálculos estequiométricos que involucran disoluciones
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Estequiometría con volúmenes
• Calcule el volumen de 0.987 M NaOH requerido para 50 mL neutralizado de 0.670 M HCl:
• NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l)
• mol HCl = MxL = 0.670(0.050) = 0.0335 mol
• mol NaOH = mol HCl = 0.0335 mol (a partir de la ecuación).
• L NaOH = mol/M = 0.0335/.987 = 0.0339 L =
33.9 mL NaOH.
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Reactantes limitantes
• En una reacción química, existe una proporción exacta de reactantes, determinada por la ecuación química balanceada.
• Si existe mucho de uno de los reactantes, se dice que está en exceso.
• Se dice que el otro reactante es un reactante limitante.
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Una analogía de un reactante limitante
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Modelo molecular de los reactantes limitantes
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Pasos para identificar al reactante limitante
1. Determine los moles de cada reactante (mol=g/MM).
2. Divida los moles de cada reactante por su coeficiente.
3. La cantidad menor en el paso 2 es el reactante limitante. Se dice que los otros reactantes están en exceso.
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Ejemplo de un problema ID
• N2 + 3H2 2 NH3
• Si se comienza con 50.0g de nitrógeno y 45.0g de hidrógeno, determine cuál reactante se encuentra en exceso y cuál es el limitante.
• Moles N2 = 50/28 = 1.78
• Moles H2 = 45/2 = 22.5
• Divida por el coef. 1.78/1 = 1.78 ; 22.5/3 =7.5• El nitrógeno es el menor,: ID, el hidrógeno está en
exceso.
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• El resultado teórico sería la cantidad de producto que se podría predecir que se producirá a partir de una cantidad dada de reactante(s) en los cálculos estequiométricos.
• El resultado real es la cantidad de producto realmente obtenido al pesarlo.
• Resultado % = (real/teórico) x 100%
Cálculo del resultado teórico, real y porcentual, a partir de información
adecuada
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Ejemplo de un problema• Cuando 5.00g de N2 reaccionan con 7.00g de
H2, se producen 5.08g de NH3. Calcule los resultados teóricos y de porcentaje.
• El resultado real es 5.08g.
• La ecuación balanceada es:
• N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
1. Determine el reactante limitante:a. Determine los moles de cada reactante.
– Mol = g/M; M(N2) = 2x14 = 28
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• Cuando 5.00g de N2 reaccionan con 7.00g de H2, se producen 5.08g de NH3. Calcule los resultados teóricos y de porcentaje.
• N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
– M(H2) = 2x1 = 2
– mol N2 = 5.00/28 = 0.179 mol
– mol H2 = 7.00/2 = 3.5 mol
b. Divida cada uno de los moles por su coeficiente:• N2: 0.179/1 = 0.179
• H2: 3.5/3 = 1.17
c. Elija la respuesta menor de b. como el reactante limitante: N2: Base los próximos cálculos en ID: N2
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• Cuando 5.00g de N2 reaccionan con 7.00g de H2, se producen 5.08g de NH3. Calcule los resultados teóricos y de porcentaje.
• N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
2. Calcule el resultado teórico en base a IR, N2:
a. Mol N2 = 0,179 mol (vea el cálculo anterior.)
b. Mol NH3 = 1mol de N2 2mol de NH3
0,179 mol de N2 X mol de NH3
– = (0.179x2)/1 = 0.358 mol
c. masa NH3 = 17 g1mol de NH3
0,358g X
– masa NH3 = (0.358 x 1)/17 = 6.09 g = Resultado Teórico
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Resultado de porcentaje
• Resultado de porcentaje = (real/teórico) x100
= (5.08/6.09)x100
= 83.4%