repaso de conceptos (2ª parte)...la tostación es una reacción utilizada en metalurgia para el...

UNIDAD DIDÁCTICA 0: REPASO DE CONCEPTOS (2ª PARTE)

APARTADO 14 - RIQUEZA Y RENDIMIENTO

QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA

1

QUÍMICA. 2º DE BACHILLERATO. ESTUDIOS A DISTANCIA. PROFESOR: CARLOS MARTÍN ARTEAGA

UNIDAD DIDÁCTICA 0

REPASO DE CONCEPTOS (2ª PARTE)

14.- RIQUEZA Y RENDIMIENTO

ESTUDIA / APRENDE

El concepto de pureza o riqueza de una muestra.

A determinar el grado de pureza de una determinada materia prima.

El concepto de rendimiento de una reacción.

A determinar el rendimiento de una reacción dada.

Es frecuente, en las reacciones habituales, que la materia prima que se utiliza no esté formada únicamente por el reactivo que interesa, es decir, en bastantes ocasiones se utilizan reactivos con impurezas. En estos casos hay que determinar el grado de pureza o riqueza de dicha materia utilizada y averiguar así la cantidad de reactivo real que disponemos.

Se emplea el concepto de riqueza o pureza para expresar la cantidad de sustancia pura presente en una muestra.

La pureza o riqueza de una muestra es, por tanto, la relación entre la masa de sustancia pura que contiene la muestra y la masa total de dicha muestra. Se suele expresar en tanto por ciento (%).

masa de sustancia puraRiqueza (%) 100

masa total de sustancia

EJERCICIOS RESUELTOS:

Se quema con oxígeno suficiente 1 Tonelada de carbón con un 15% de impurezas inertes. Calcula el

volumen de CO2 formado en c.n.

La ecuación química ajustada es:

C (s) + O2 (g) CO2 (g)

La muestra de carbón contiene un 100 – 15 = 85% de C puro; es decir:

6 5

Cm 1T 0,85 0,85T 0,85 10 g 8,5 10 g

Teniendo en cuenta que la masa atómica del carbono es 12,01, el nº de moles será:

5

CC

m 8,5 10n 70774 mol de C

P.m.(g) 12,01

REACCIÓN AJUSTADA: C (s) + O2 (g) CO2 (g)

DATOS 70774mol ¿ ?

RELACIÓN ENTRE MOLES: 1 mol de C 1 mol de CO2

MOLES DE CO2 70774 MOLES DE CO2

CÁLCULO EN VOLUMEN

Como en c.n. un mol de gas ocupa 22,4L

Volumen de CO2 en c.n.:

70774 · 22,4 litros = 1,585·106 litros

SOLUCIÓN: 1,585·106 litros de CO2




2

Para determinar la pureza de una muestra de cinc, se hace reaccionar 30 g de la misma con exceso de

disolución de ácido sulfúrico. Si el hidrógeno desprendido ocupa un volumen de 7 litros medidos a 200C y

1,5 atm, calcula la riqueza en cinc que contiene la citada muestra. (Los productos de la reacción son

sulfato de cinc e hidrógeno gaseoso).


Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

DATOS ¿ ? 7L, 200C, 1,5atm

RELACIÓN ENTRE MOLES: 1 mol de Zn 1 mol de H2

MOLES DE H2

Los moles de hidrógeno recogidos son:

2

P V 1,5atm 7Ln 0,44mol de H

atm LR T0,082 293K

mol K

Según indica la estequiometría 1mol Zn: 1 mol de H2, los gramos necesarios de cinc son:

Zn

65,4g0,44mol 28,7g de Zn

mol

De modo que la riqueza de cinc en la muestra es:

masa de sustancia puraRiqueza (%) 100

masa total de sustancia

28,7100 95,6%

30

En la práctica las sustancias reaccionantes no se convierten en su totalidad en productos de reacción y al final de la misma se obtiene siempre una cantidad de producto menor a la calculada teóricamente. El rendimiento de una reacción difícilmente va a ser del 100%

Rendimiento de una reacción: Se expresa en %, y es el cociente entre la cantidad que realmente se obtiene (mReal), determinada en el laboratorio de forma experimental, y la cantidad que teóricamente debería obtenerse (mTeórica) y conocida a través del cálculo estequiométrico, multiplicado todo ello por cien:

Real

Teórica

mRendimiento = · 100

m

EJERCICIOS RESUELTOS:

Para obtener bromobenceno se hacen reaccionar 250 cm3 de benceno (d = 0,89 g/cm3) en exceso de bromo:

C6H6 + Br2 C6H5Br + HBr. Determina el peso de bromobenceno obtenido si el rendimiento es del 65 %.

1º- Escribimos la reacción ajustada:

C6H6 + Br2 C6H5Br + HBr

2º- Calculamos el número de moles de la sustancia conocida e identificamos la sustancia (o sustancias)

problema:

Sustancia conocida: Benceno (C6H6)

6 6

3 3

C Hm = d · V = 0,89 g/cm · 250cm = 222,5 g

P.m. (C6H6) = 6·12 + 6·1 = 78 1 mol C6H6 = 78 g

6 6

6 6

6 6

C H

C H 6 6

C H

m 222,5 gn = = = 2,85 moles (C H )

M 78

Sustancia problema: Bromobenceno (C6H5Br)




3

3º- Establecemos las relaciones entre moles de las sustancias correspondientes y calculamos el número

de moles de la sustancia problema:

Con 1 mol de benceno obtenemos 1 mol de bromobenceno

CÁLCULO EN MOLES de la sustancia problema (C6H5Br):

Con 2,85 moles de benceno obtenemos 2,85 moles de bromobenceno

4º- Realizamos los cálculos en las unidades que el problema proponga (en este caso en gramos):

P.m. (C6H5Br) = 6·12 + 5·1 + 1·80 = 157 1 mol C6H5Br = 157 g

6 5 6 56 5

6 5

1 mol (C H Br) 157 g (C H Br) = x = 447,45g (C H Br)

2,85 moles (C H Br) x

Como el rendimiento es del 65 %, la cantidad realmente producida es:

447,45g x 0,65 = 291,10 g C6H5Br

SOLUCIÓN: 291,10 g C6H5Br

Dada la reacción: 4 HCl + MnO2 Cl2+ MnCl2+ 2 H2O, calcula la masa de dióxido de manganeso que se necesita para obtener 2,5 litros de cloro medidos a 0,758 atm y 17 ºC, si el rendimiento del proceso es del 80%.


4 HCl + MnO2 Cl2+ MnCl2+ 2 H2O

DATOS ¿ ? 2,5L, 170C, 0,758atm (Rend = 80%)

RELACIÓN ENTRE MOLES: 1 mol de MnO2 1 mol de Cl2

MOLES DE Cl2

Los moles de cloro necesarios son:

2

P V 0,758atm 2,5Ln 0,080 moles de Cl

atm LR T0,082 290K

mol K

MOLES DE MnO2

0,080 moles

GRAMOS DE MnO2

MnO2: 1 Mn = 55 · 1 = 55

2 O = 16 · 2 = 32 P.m. MnO2 = 87 1 mol MnO2 = 87g 0,080 moles MnO2 = 6,96g

Esta es la masa de MnO2 Que se necesitaría para obtener esa cantidad de cloro si el proceso transcurriera con un 100% de rendimiento, pero como el rendimiento de la reacción es solamente del 80%, necesitaremos una cantidad mayor de reactivo para compensar las pérdidas, por lo que los cálculos a realizar son:

2

100% x 6,96 100x 8,7g de MnO

80% 6,96g 80




4

La fabricación industrial de la aspirina (éster etílico del ácido salicílico o ácido acetilsalicílico) está basada

en la siguiente reacción:

a) Si se utilizan 5 kg de ácido salicílico y exceso de ácido acético, ¿qué cantidad de aspirina deberá

obtenerse teóricamente?

b) Si se obtienen 2,70 kg de aspirina, ¿cuál es el rendimiento del proceso?

a) La ecuación química ajustada es: C7H6O3 + C2H4O2 C9H8O4 + H2O

La masa molecular del ácido salicílico es: 12·7 + 1 · 6 + 16 · 4 = 138, luego un mol de ácido salicílico son

138g.

La masa molecular de la aspirina es: 12·9 + 1 · 8 + 16 · 3 = 180, luego un mol de aspirina son 180g.

Como 1 mol de ácido salicílico origina 1 mol de aspirina, tenemos que:

138 ácido salicílico 180 aspirina6 52 k de aspirina

5 ácido salicílico k aspirina

g gx , g

kg x g

Teóricamente se tendrían que obtener 6,52 kg de aspirina.

b) El rendimiento del proceso es:

Real

Teórica

m 2,70kgRendimiento = · 100 = 100 = 41,1%

m 6,52kg

La tostación es una reacción utilizada en metalurgia para el tratamiento de los minerales, calentando estos

en presencia de oxígeno. Calcula en la siguiente reacción de tostación:

2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + SO2

la cantidad de ZnO que se obtiene cuando se tuestan 2000 kg de ZnS de una riqueza en slfuro del 65%.

(Masas atómicas: Zn = 65,4; S = 32; O = 16)

El 65 % de los 2000 kg de mineral es: 2000 · 0,65 = 1300 kg de ZnS.

Como nos facilitan la reacción ya ajustada, comprobamos que la relación entre moles de las sustancias problema es:

Con 2 moles de ZnS se obtienen 2 moles de ZnO; luego la relación entre moles de los dos compuestos es 1 : 1.

Masa molecular del ZnS = 65,4 + 32 = 97,4g

Masa molecular del ZnO = 65,4 + 16 = 81,4g

Luego la relación entre masas es:

97,4g ZnS 1300kg ZnSx 1086,4 kg de ZnO

81,4g ZnO x kg ZnO




5

CONTESTA Y REPASA

Determina el grado de pureza de un mármol si al descomponerse 125 gramos del mismo

se desprenden 20 litros de CO2 medidos a 15ºC y una atm.

Reacción: CaCO3 CO2 + CaO

Al reaccionar una muestra de 70 g de sodio en agua se forma hidróxido de sodio y se

desprenden 22 litros de hidrógeno medidos a 200C y 1,5 atm.

a) Averigua la riqueza en sodio que contiene la muestra.

b) Los gramos de hidróxido de sodio formados.

Se trata hidruro de calcio con agua obteniéndose hidróxido de calcio e hidrógeno. Si una

muestra es del 80% de pureza, ¿cuantos gramos de la muestra se requieren para obtener

3 L de H2 medidos en c.n.?

La oxidación de una lámina de hierro de 150 gramos proporciona 80 gramos de óxido de

hierro(III). Calcula el rendimiento de la reacción expresado en %.

(Reacción: 4Fe + 3O2 2Fe2O3)

Un método de obtención de cloro gaseoso se basa en la oxidación de ácido clorhídrico con ácido nítrico, produciéndose simultáneamente dióxido de nitrógeno, cloro y agua. a) Escribe la reacción ajustada. b) Determina el volumen de cloro obtenido, a 25ºC y 1 atm, cuando se hacen reaccionar 500 ml de una disolución 2M de HCl con ácido nítrico en exceso, si el rendimiento de la reacción es de un 80%.

repaso de conceptos (2ª parte)...la tostación es una reacción utilizada en metalurgia para el...

Documents