Capítulo 3

Estequiometría: cálculos con fórmulas y ecuaciones químicas

Ecuaciones químicas Representan las reacciones químicas “+” reacciona con “ ” → produce Reactivos: sustancias de partida, izquierda

de las ecuaciones Productos: sustancias que se producen

durante la reacción, derecha de las ecuaciones

Coeficientes: número antepuesto a las fórmulas

Ecuaciones químicas Ley de conservación de la masa: en

ambos lados de la ecuación debe existir la misma cantidad de átomos

Ecuación balanceada Coeficientes: deben ser lo más bajos

posibles Coeficientes ≠ subíndices Coeficientes: modifican la cantidad de

sustancia presente, nunca la identidad

Ecuaciones químicas Los estados de las sustancias

presentes se pueden indicar utilizando subíndices: (s): sólido (l): líquido (g): gaseoso (ac): acuoso Condiciones de reacción: T ó P

Tipos de reacciones Combinación Descomposición Desplazamiento Doble desplazamiento

Reacciones de combinación Dos o más sustancias se combinan

para generar un nuevo producto elemento + elemento producto→ elemento + compuesto producto→ compuesto + compuesto producto→

Reacciones de combinación: a. elemento + elemento producto→

Metal + no metal compuesto iónico →binario2M(s) + X2 2MX M: Grupo IA: Na, Li, K, Rb, Cs→ X: Grupo VIIA: F, Cl, Br, IM(s) + X2 MX→ 2 M: Grupo IIA: Be, Mg, Ca, Sr, Ba

X: Grupo VIIA: F, Cl, Br, I No metal + no metal compuesto →

covalente binarioP4(s) + 6Cl2 4PCl→ 3(l)

2H2(g) + O2(g) 2H→ 2O

Reacciones de combinación: b. elemento + compuesto producto→

FeBr2 + 2Br2 2FeBr→ 3

PF3 + F2 PF→ 5

SCl4 + Cl2 SCl→ 6

Reacciones de combinación: c. compuesto + compuesto producto→

Óxido no metálico + agua oxácido→SO2 + H2O H→ 2SO3

N2O3 + H2O 2HNO→ 2

Óxido metálico + agua hidróxido→Li2O + H2O 2LiOH→

Óxido metálico + óxido no metálico sal→CaO + SO3 CaSO→ 4

MgO + CO2 MgCO→ 3

Na2O + P4O10 Na→ 3PO4

Reacciones de descomposición Una sustancia sufre una reacción para

producir dos o más sustancias producto → elemento + elemento producto elemento + compuesto → producto compuesto + compuesto →

Reacciones de descomposición: a. producto → elemento + elemento

2H2O 2H→ 2(g) + O2(g)

2HgO(s) 2Hg→ (l) + O2(g)

Reacciones de descomposición: b. producto → elemento + compuesto

2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) →

Reacciones de descomposición: c. producto → compuesto + compuesto

CaCO3(s) CaO→ (s) + CO2(g)

2H3PO4 P→ 2O5 + 3H2O

Ca(OH)2 CaO + H→ 2O

Reacciones de combustión Reacciones rápidas que producen una

llama O2 siempre como reactivo Hidrocarburos en aire:

CO2 + H2O productos Número de moléculas de O2, CO2 , H2O

va depender del hidrocarburo que se queme

Hidrocarburos que contengan O: también generan CO2 + H2O como productos

Reacciones de combustión

C3H8(g) + O2(g) 3CO→ 2(g) + 4H2O(g)

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)

Reacciones de oxidación En nuestro organismo Condiciones menos severas Temperatura corporal También CO2 + H2O como productos

Pesos formulares Fórmulas y ecuaciones químicas :

significado cuantitativoH2O

C3H8(g) + O2(g) 3CO→ 2(g) + 4H2O(g)

Como los relacionamos con las cantidades que medimos en el laboratorio ?

Pesos formulares Peso fórmula (PF): suma de todos los

pesos atómicos (PA) de cada uno de los átomos de su fórmula química Molécula: peso molecular (PM) Sustancia iónica: unidad formular

Composición porcentual a partir de fórmulas

Porcentaje de la masa que corresponde a cada elemento de la sustancia

El mol Unidad de conteo para describir

cantidades tan grandes de átomos y moléculas : mol # átomos # moléculas # iones

Cantidad de materia que contiene tantos objetos como átomos hay en 12g de 12C

Número de avogadro 6.022 x 10 23

1 mol de átomos de 12C tiene 6.022 x 10 23 átomos 12C

1 mol de moléculas de H2O tiene

6.022 x 10 23 moléculas de H2O 1 mol de iones de NO3

- tiene

6.022 x 10 23 iones de NO3-

Masa molar 1 mol siempre es 6.022 x 10 23

Pero moles de diferentes sustancias tienen masa diferente 1 mol de 12C: masa de 12uma: equivale a

12g 1 mol de 24Mg: masa de 24uma: equivale

a 24g

Información cuantitativa a partir de ecuaciones balanceadas

2H2(g) + O2(g) 2 H→ 2O(l)

Moles 2 1 2Moléculas 2 x 6.022 x 10 23 de H2(g)

1 x 6.022 x 10 23 de O2(g)

2 x 6.022 x 10 23 de H2O(l)

Reactivo limitante Cuando se ha balanceado una ecuación: los coeficientes representan

el número de átomos de cada elemento en los reactivos y en los productos.

el número de moléculas y de moles de reactivos y productos.

la estequiometría se emplea para saber los moles de un producto obtenidas a partir de un número conocido de moles de un reactivo

Reactivo limitante se cree equivocadamente que en las

reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos. Sin embargo, en la práctica lo normal suele ser que se use un exceso de uno o más reactivos, para conseguir que reaccione la mayor cantidad posible del reactivo menos abundante.

Reactivo limitante La reacción se detiene cuando un

reactivo se agota antes que los demás

Reactivo limitante: reactivo que se consume completamente durante la reacción

Reactivo en exceso: reactivo que queda como sobrante

Reactivo limitante Una manera de resolver el problema de

cuál es el reactivo es el limitante es:

Calcular la cantidad de producto que se formará para cada una de las cantidades que hay de reactivos en la reacción.

El reactivo limitante será aquel que produce la menor cantidad de producto.

Reactivo limitante Considere la siguiente reacción:

2NH3(g) + CO2(g) (NH2)2CO(ac) + H2O(l)

Se mezclan 637,2 g de NH3 con 1142 g de CO2. ¿Cuántos gramos de urea [(NH2)2CO] se obtendrán?

Reactivo limitante 1) Primero tendremos que convertir

los gramos de reactivos en moles:

637,2 g de NH3 son 37,5 moles

1142 g de CO2 son 26 moles

Reactivo limitante 2) Ahora definimos la proporción

estequiométrica entre reactivos y productos:

a partir de 2 moles de NH3 se obtiene1 mol de (NH2)2CO

a partir de 1 mol de CO2 se obtiene 1 mol de (NH2)2CO

Reactivo limitante 3) Calculamos el número de moles de

producto que se obtendrían si cada reactivo se consumiese en su totalidad:

a partir de 37,5 moles de NH3 se obtienen 18,75 moles de (NH2)2CO

a partir de 26 moles de CO2 se obtienen 26 moles de (NH2)2CO

Reactivo limitante

4) El reactivo limitante es el (NH3) y podremos obtener como máximo 18.75 moles de urea.

5) Y ahora hacemos la conversión a gramos:

18,75 moles de (NH2)2CO son 1462,5 g.

Rendimiento teórico La cantidad de producto que debiera

formarse si todo el reactivo limitante se consumiera en la reacción, se conoce con el nombre de rendimiento teórico.

A la cantidad de producto realmente formado se le llama simplemente rendimiento o rendimiento de la reacción.

Rendimiento de la reacción ≤ rendimiento teórico

Rendimiento teórico % rendimiento: rendimiento real x 100

rendimiento teórico