12 may
Estequiometría


Estequiometría:

Es la parte de la química que trata sobre cálculos de cantidades, como moles, número de moléculas, gramos, litros, etc. que acompañan a las reacciones químicas. Antes de desarrollar el problema, estas tienen que estar perfectamente balanceadas. De lo contrario todo cálculo aunque se encare correctamente desde el punto de vista matemático, dará resultados erróneos.

Antes de encarar los problemas veamos algunos conceptos teóricos necesarios para solucionarlos.

Mol: El mol es el peso molecular de un compuesto expresado en gramos. Por ejemplo la molécula de agua tiene un peso molecular de 18, o sea que el mol del agua es de 18 gramos.
El peso molecular del hidróxido de sodio (NaOH) es de 40 es decir que su mol es de 40 gramos.

Ley de Avogadro: Avogadro sostiene que cada mol de cualquier compuesto tiene siempre la misma cantidad de moléculas. Este número constante tiene un valor de 6.022×10^23 (elevado a la 23) moléculas. Obviamente es aplicable a aquellas sustancias que existen en estado monoatómico como los metales. En estos casos decimos que tiene esa cantidad de átomos en vez de moléculas.

estequiometria

Avogadro también dice que un mol de cualquier sustancia gaseosa ocupa el mismo volumen bajo condiciones normales de presión y temperatura (C.N.P.T.). Este volumen es de 22,4 litros.

Es muy común utilizar las reglas de tres simple para plantear los problemas de estequiometria.

También daremos algunos ejemplos de ocmo calcular la fórmula mínima y fórmula molecular de ciertos compuestos.

Ejercicios:

1)       Calcula el peso molecular del Hidróxido de Calcio.

La fórmula de este compuesto es Ca(OH)2.

Según Tabla Periódica:

Ca: 40, O: 16, H: 1

Sumamos Ca: 40grs.

O: 16grs. x 2 = 32grs.

H: 1grs. x 2 = 2grs.

P.M (Ca(OH)2) = 74grs.

2)      Cuantos gramos hay en 5 moles de ácido nítrico.

De tabla periódica sacamos los pesos atómicos y calculamos el peso molecular del ácido nítrico (HNO3).

P.M: 63. O sea que un mol tiene 63 grs. por lo tanto en 5 moles habrán:

315 grs.

3) ¿Cuantos átomos de nitrógeno habrán en 68 gramos de NH3?

El mol de NH3 vale 17 grs. En estos 17 grs habrán 6.023.1023 moléculas.  Por cada molécula tenemos un átomo de nitrógeno. Por lo tanto, sabiendo la cantidad de moléculas totales tendremos la cantidad total de átomos de nitrógeno.

68 grs x 6.023.1023 moléculas  /  17 grs. = 24,08 x 1023      

4)      ¿Qué cantidad de moléculas de oxigeno habrá en 6 litros de este gas?.

Podemos en estos casos usar los factores de conversión para ir transformando unidades de distinta magnitud e ir cancelando algunas de ellas hasta quedarnos con la unidad que nos piden, en este caso número de moléculas.

6lts. x  1mol/22.4lts x 6.023.1023 moléculas/mol

Aquí podemos observar que los litros se cancelan por aparecer en el numerador y denominador al igual que los moles quedando solamente las moléculas.

El resultado da 1.613.1023 moléculas.

5)      Cuantos átomos habrán en 46 gramos de Nitrógeno?.

Procederemos de manera similar al problema anterior. Partiremos de 46 gramos. Tengamos en cuenta también que una molécula de este gas está constituida por 2 átomos (biatómica). Peso molecular del nitrógeno: 28 grs.

46grs. x 1mol/28grs. x 6,022.1023moléculas/1mol x 2 átomos/1molecula =

El resultado es: 19,8.1023 átomos.

6)      Calcular la cantidad de gramos de oxido de sodio que se formara a partir de 42 gramos de sodio. Primero planteamos la reacción química correspondiente y la balanceamos.

4 Na  +  O2 ——> 2 Na2O

Teniendo en cuenta que un mol de sodio pesa 23 grs. (Tabla Periódica), y un mol del óxido pesa 62grs.

Planteamos los siguientes cálculos.

4x 23g  =   92g (multiplicamos por 4 porque hay 4 moles de sodio).

2x62g   =   124g (multiplicamos por 2 porque hay 2 moles del óxido).

Si 92 g de sodio producen 124 g del óxido, entonces 42 g de sodio producirán x cantidad del óxido.

92g Na  ——> 124g Na2O

42g Na   ——>   X = 56.608g Na2O

7) Un compuesto contiene 63.1% de C, 11.92% de H y 24.97% de F. Obtenga su fórmula empírica (mínima).

Primero dividimos a cada porcentaje por el peso atómico del elemento.

Para el C:

63.1 / 12 = 5.26

Para el H:

11.92 / 1 = 11.92

Para el F:

24.97 / 19 = 1.314

Ahora dividimos a cada resultado por el más chico:

5.26 / 1.314 = 4         11.92 / 1.314 = 9          1.314 / 1.314 = 1

Ahora estos números enteros definen con buena exactitud la cantidad de átomos en la fórmula mínima quedando:

C4 H9 F

8)  Un hidrocarburo que contiene 92.3% de C y 7.74% de H, tiene una masa molar aproximada de 79. ¿Cuál es su fórmula molecular?.

Dividiendo a cada porcentaje por su PM tenemos:

C = 92.3 / 12 = 7.69

H = 7.74 / 1 = 7.74

Observamos que ambos tienen casi el mismo número, por lo tanto si dividimos a ambos por el menor número (7.69) tenemos en ambos casos al número 1.

La fórmula mínima es:

C H

Ahora el Peso de esta fórmula mínima es de 13 gramos. Teniendo en cuenta que el PM es de 79 grs. podemos concluir que la fórmula mínima está contenida varias veces en el PM.

PM / P fm = 79 / 13 = 6

Entonces la fórmula molecular al pesar 6 veces más que la fórmula mínima la cantidad de átomos también será 6 veces más que el de la fórmula mínima.

C6 H6

9)   Calcular la cantidad de moles que se necesitan de trióxido de azufre para generar 120 grs. de ácido sulfúrico. Primero planteamos la ecuación química

SO3 +  H2O   ——>   H2SO4

Acá se observa que 1 mol de trióxido de azufre produce 1 mol del ácido. El mol de ácido pesa 98 grs. por lo tanto:

Para producir 98 gramos del ácido se necesita un mol del óxido y para producir 120g de ácido  se necesitaran X moles.

98g H2SO4 ——> 1 mol SO3

120g H2SO4 ——>   X mol SO3 = 1.22 mol SO3

10)    Calcular la cantidad de litros que se producen de oxígeno en C.N.P.T. a partir de 108 gramos de agua.

La reacción es:   2 H2O   ——>   2 H2 +  O2

Sabemos que 1 mol de cualquier gas en C.N.P.T. (condiciones normales de presión y temperatura), es decir, 1 atm de presión y 0°C o 273 °K de temperatura ocupan 22.4 lts.

Si un mol de agua pesa 18g, 2 moles pesan 36g. Entonces 36g de agua generan 1 mol de O2 o 22.4 litros de O2. Por lo tanto 108g de agua darán X litros de O2.

36g H2O   ——>   22.4 lts. O2 108g H2O   ——>   X lts. O2 = 67.2 lts. O2

11)      Para la siguiente reacción:

HCl + Mg(OH)2 ——>  Cl2Mg +  H2O

a)      Calcular la masa de la sal que se genera a partir de 3 moles del ácido (HCl)

b)      Cuantos moles de hidróxido de magnesio serán necesarios para obtener 400 grs. de sal (Cl2Mg).

c)      Cuantos moles de agua se obtendrán si se formarían 120 grs. de la sal.

Para responder a todas las preguntas debemos equilibrar primero esta reacción:

2 HCl + Mg(OH)2 ——>  Cl2Mg +  2 H2O

Ahora si procedemos con los cálculos:

a)      Teniendo en cuenta los pesos atómicos de los elementos calculamos el PM de la sal PM: 95

Según la reacción 2 moles del ácido generan un mol de la sal (95grs.).

Por lo tanto 3 moles generaran: 3 moles x 95grs./2moles = 142.5 grs.

b)      Para obtener 95 grs. de sal fueron necesarios un mol de hidróxido por lo tanto: 400 grs. x 1mol/95grs. = 4.21 moles de Mg(OH)2

c)      Se obtienen 2 moles de agua si se forman 95 grs. de sal. Por lo tanto si se forman 120 grs. de sal se obtendrán: 120 grs. sal x 2moles./95grs.sal = 2.526 moles.

12) Si combinamos  142 grs. de Zn (PA:85.4) al 88% con acido clorhídrico en cantidad suficiente obtenemos la siguiente reacción:

Zn + HCl  ——>  ZnCl2 + H2

Calcular el volumen del gas generado y los grs. de la sal formada. La reacción equilibrada queda así:

Zn + 2 HCl  ——>  ZnCl2 + H2

El metal (Zn) no es puro, es decir, no está al 100% por lo tanto debemos hacer una corrección de esta cantidad. De los 142 grs. solo reaccionaran:

142grs.x88/100 = 125 grs.

Un mol de Zn, es decir, 85.4 genera un mol de gas hidrógeno que medido en C.N.P.T equivale a 22.4 lts. Por lo tanto 125 grs. del metal generaran:

125grs. x 22.4 lts./85.4grs. = 33 litros de H2

Ahora calcularemos los gramos de sal formada a partir de los 125 gramos del metal:

El PM aproximado de la sal según tabla es:

PM (ZnCl2): 156.4 grs.

125grs.Zn x 156.4 grs. sal/85.4grsZn = 229 gramos de ZnCl2

13)  ¿Qué cantidad de carbono se necesita para reaccionar con 10g de Oxigeno si se forman 13.7g de dióxido de carbono?.

Cuando reacciona C con O2 se produce CO2 (Dióxido de carbono), por combustión completa. Si la combustión es incompleta se produce CO (monóxido de carbono). El producto formado en este caso es el CO2.

C  +  O2     ——>    CO2

Según la reacción 32 grs de O2 (1mol) formaran 44 grs de CO2 (1mol). Por lo tanto, 10 grs de O2 formaran 13.7 grs de CO2.

Ahora, 1 mol de C (12grs) reacciona con 1 mol de O2 (32grs).

Por lo tanto con 10 grs de O2 reaccionaran:

10 grs O2 x 12 grs C / 32grs O2 = 3.75 grs.

REACTIVO LIMITANTE:

Por último, este problema trata del tema reactivo limitante. En ocasiones, estamos frente a ejercicios que tienen los datos de los dos reactivos. entonces tendremos que determinar que reactivo termina primero. Este, determinara cuanto producto se formará.

14) Calcular cuántos gramos de Nitrato de magnesio se formarán si se combinan 18 gramos de hidróxido de Magnesio con 62 gramos de ácido Nítrico.

Primero escribimos correctamente la reacción y la balanceamos

Mg (OH) 2   +    2 HNO3    —->   Mg(NO3) 2   +   2 H2O

18 grs                   62 grs

Ahora como podemos ver, tenemos datos de los dos reactivos. Por lo tanto debemos calcular cual de los dos es el reactivo limitante, ya que ese determinara la cantidad de producto (Nitrato de Magnesio) que se formara.

Podemos hacer una tabla comparativa entre estos dos reactivos.

Mg(OH)2 HNO3
58.3 grs 126 grs. ( 2 x 63 grs)
18 grs. X grs. = 38.9 grs.

Para 58.3 gramos de Mg(OH)2 corresponden 126 grs. (el valor de 2 moles según el equilibrio de la reacción) de HNO3. Por lo tanto para 18 gramos de Mg(OH)2 corresponderán 38.9 grs. de HNO3.

Estos 38.9 grs. de HNO3 están por debajo de los 62 grs. de la masa de este reactivo que tenemos en nuestra reacción. Por lo tanto, concluimos que el reactivo limitante es el Mg(OH)2 y no el HNO3 que está en exceso.

Por lo tanto calcularemos ahora la cantidad de producto formado de la sal a partir de los 18 gramos de Mg(OH)2

Si para 58.3 gramos de Mg(OH)2 se forman 148.3 gramos de Nitrato de Magnesio, para 18 grs. de Mg(OH)2 se formarán:

58,3 grs  Mg(OH) 2     —–>   148,3 grs Mg(NO3) 2

18 grs      Mg(OH) 2     —–>   X = 45,79 grs Mg (NO3) 2

 

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3 comentarios para “Estequiometría”

  • bryan:

    esta muy bien su pagina y los deseo lo mejor

  • Rosario:

    el punto 3, se refiere al número de átomos o a la cantidad de átomos de N?
    a mí me da q en NH3 hay 4 moles y que N pesa 56 g.

    • Se refiere a la cantidad de átomos de nitrógeno o al número de átomos que es lo mismo. Por cada mol de NH3 tenes 6,022×10^23 moléculas de NH3 y como cada molécula de NH3 tiene un átomo de N tendrás la misma cantidad de átomos de N. Después usas el factor de conversión para calcular la cantidad de átomos en 68 grs. Nose que otra duda tienes.

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