Reacciones químicas y estequiometría

Reacciones químicas y estequiometría

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.

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.

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

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

Insert Figure 10.9

El balance de los átomos

¿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).

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

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:

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

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).

¿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).

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

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)

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

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.

Convertir gramos conocidos a moles

• Moles = g/MM

Convertir moles a moles

• moles deseados =

• moles conocidos (coef. deseado/coef. conocido).

Convertir moles a gramos

• g = mol x MM

Rutas para calcular las relaciones de masas

Proceso estequiométrico en una ecuación

• Para la ecuación: aA bB

Gramos B =Gramos A

Masa Molar AX

b

aX (Masa Molar B)

Cálculo de la masa de cantidades desconocidas a partir de

cantidades conocidas

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

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

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

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

Insert figure 11.2

Cálculos estequiométricos que involucran disoluciones

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.

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.

Una analogía de un reactante limitante

Modelo molecular de los reactantes limitantes

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.

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.

• 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

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

• 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

• 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

Resultado de porcentaje

• Resultado de porcentaje = (real/teórico) x100

= (5.08/6.09)x100

= 83.4%