Estequiometra

Una ecuacin qumica debidamente balanceada permite realizar clculos acerca de las cantidades de reactantes necesarias para una reaccin y la cantidad ideal de productos que se obtienen, entre otros.Este estudio de las relaciones qunticas de las sustancias involucradas en una reaccin se denomina estequiometra y es central al anlisis numrico de las reacciones qumicas.Estequiometria: el estudio numrico de las relaciones entre las sustancias involucradas en una reaccin.

Relaciones MolaresUna ecuacin qumica balanceada proporciona las relaciones molares que rigen la reaccin entre reactantes y productos en una transformacin qumica.Por ejemplo, la siguiente ecuacin balanceada representa la descomposicin del clorato de potasio:2 KClO32 KCl+3 O2Como indica la ecuacin dos moles de clorato de potasio se descomponen para producir dos moles de cloruro de potasio y tres moles de oxgeno.Estas relaciones molares son las proporciones que rigen la reaccin.Por lo tanto, si intervienen 4 moles de reactante en la misma reaccin, las relaciones dictan que la cantidad de productos ser de 4 y 6 moles respectivamente.Ejemplo:Determine la cantidad de moles de oxgeno necesarias para la sntesis de 3.5 moles de xido de aluminio.Solucin:Primer Paso:Escribir la ecuacin balanceada que representa la reaccin.La sntesis de xido de aluminio se representa con la siguiente reaccin:4 Al (s) +3 O2(g)2 Al2O3(s)Segundo Paso:Utilizar las relaciones molares para calcular la cantidad de reactante requerida.Dado que la relacin molar entre el xido de aluminio y el oxgeno es de 2 moles a 3 moles respectivamente,para obtener la cantidad de oxgeno requerida para la produccin de 3.5 moles del xido se multiplica por el nmero de moles de oxgeno y se divide por el nmero de moles de xido, as:# mol O2= 3.5 mol Al2O3*3 mol O2=5.3 mol O22 mol Al2O3La cantidad de moles requerida es de 5.3 mol O2.Para calcular el nmero de moles de una sustancia involucrada en una reaccin a partir del nmero de moles de otra, se utiliza la proporcin de la relacin molar entre las dos sustancias.

Relaciones entre Moles y Masas de Sustancias en una Reaccin QumicaAs como la mol est asociada a la masa molar, las relaciones molares de una ecuacin pueden ser asociadas a masas determinadas de las sustancias involucradas por medio de la mol.Tomando el mismo ejemplo en la seccin anterior de la ecuacin balanceada de la descomposicin del clorato de potasio, 2 KClO32 KCl+3 O2, la relacin molar dedos moles de clorato de potasio ados moles de cloruro de potasio y tres moles de oxgeno se puede expresar en trminos de gramos utilizando la masa molar de los compuestos y multiplicndola por el coeficiente de moles correspondiente.Por lo tanto, tambin se puede decir que 244g de clorato de potasio (2 veces la masa molar) se descomponen para producir 148g de cloruro (2 veces la masa molar)de potasio y96g de oxigeno (3 veces la masa molar).Para obtener la relacin de masas entre sustancias involucradas en una reaccin qumica, se multiplica la masa molar de la sustancia por el coeficiente de esa sustancia en la ecuacin debidamente balanceada.

Ejemplo:Utilizando la reaccin entre el aluminio y el cido clorhdrico, calcule lo siguiente:a. El nmero de moles de aluminio requerido para reaccionar con 20.g del cido.b. El nmero de gramos de hidrgeno producidos por la reaccin de 0.45 moles de aluminio.c. La masa de hidrogeno producida por la reaccin de 1.50g del cido.Solucin:Primer Paso:Escribir la ecuacin balanceada que representa la reaccin.El aluminio y el cido clorhdrico reaccionan en desplazamiento sencillo para producir hidrgeno gaseoso y cloruro de aluminio, as:2 Al (s) +6 HCl (ac)2 AlCl3(ac)+3 H2(g)Segundo Paso: Utilizar las relaciones molares y las relaciones de masapara calcular la cantidad de reactante requerida.a)Para obtener el nmero de moles de aluminio que reaccionan con la cantidad especificada del cido, es necesario calcular el nmero de moles de cido involucrados.Luego se utiliza la relacin molar para determinar el nmero de moles de aluminio que participan.# mol Al = 20.g HCl *1 mol HCl*2 mol Al=0.19 mol Al36g HCl6 mol HClLa cantidad de moles requerida es de 0.19 mol Al.b)Para obtener el nmero de gramos de hidrgeno producido por la reaccin de 0.45 moles de aluminio, es necesario utilizar la relacin molar para determinar el nmero de moles de hidrgeno que se producen y luego utilizar la masa molar para calcular la masa en gramos.# g H2= 0.45 mol Al *3 mol H2*2 g H2 =1.4g H22 mol Al1 mol H2La cantidad de gramos producida es 1.4g H2.c)Para determinar la masa de hidrgeno producida por 1.50g del cido es necesario calcular el nmero de moles del cido, multiplicar por la proporcin de la relacin molar y determinar el nmero de moles del producto.# g H2= 1.50g HCl *1 mol HCl*3 mol H2*2 g H2=0.042 g H236g HCl6 mol HCl1 mol H2La cantidad de gramos producida es 0.042g H2.Reactante LmiteA menudo en las reacciones qumicas no se combinan los reactantes en las proporciones exactas dictadas por la relacin molar de una ecuacin balanceada.En esos casos, uno de los reactantes se agota primero, puesto que est presente en menor proporcin.Al agotarse este reactante, no es posible obtener ms producto de la reaccin y la porcin no utilizada del otro reactante permanece como exceso.El reactante que est presente en la menor proporcin se denomina reactante lmite, puesto que limita la cantidad de producto que puede ser obtenida.Los casos en los cuales es necesario determinar el reactante lmite son aquellos en los que ambas cantidades de reactantes se especifican.Ejemplo:23g de KOH reaccionan con 17g de H2SO4. Cul es el reactante lmite?Qu cantidad de agua (en gramos)resulta de la reaccin?Solucin:La ecuacin balanceada para la reaccin es la siguiente:2 KOH +H2SO4K2SO4+ 2 H2OPara determinar cul de los reactantes es limitante en una reaccin, se calcula la cantidad que en un caso ideal es necesaria del otro reactante utilizando la cantidad especificada del otro.# g KOH = 17g H2SO4*1 mol H2SO4*2 mol KOH*56g KOH = 19 g KOH 98 g H2SO41 mol H2SO41 mol KOHLuego se compara la cantidad requerida en casos ideales con la cantidad disponible, de manera que si la cantidad requerida es mayor a la cantidad en disposicin, ese reactante es lmite.Si la cantidad requerida es menor a la cantidad disponible de ese reactante, se esta presente en exceso y es el otro reactante el lmite.En este caso, se requieren 19g de KOH para la reaccin con 17 g de H2SO4. Hay 23g de KOH disponibles, por lo cual el KOH esta presente en exceso.El reactante lmite es el cido sulfrico.Ahora se puede utilizar el reactante lmite para encontrar los gramos de agua que resultan de la reaccin, tal como se hizo en las secciones anteriores.# g H2O = 17g H2SO4*1 mol H2SO4*2 mol H2O*18g H2O =6.2 g H2O98 g H2SO41 mol H2SO41 mol H2OSe obtiene 6.2g de H2O como producto de la reaccin.El Reactante Lmite es el que se encuentra en menor proporcin y se agota primero en una reaccin.

Porcentaje de Produccin o RendimientoEn una reaccin qumica verificada bajo condiciones normales y no ideales como se supone en los clculos estequiomtricos, el rendimiento de una reaccin rara vez es del 100%.El porcentaje de produccin es la comparacin de la cantidad de producto obtenida experimentalmente (en situaciones reales) y la cantidad de producto calculada de manera terica (en situaciones ideales), obtenido por la divisin de ambas y multiplicando por 100.Este valor indica la eficiencia de la reaccin y a menudo puede utilizarse para evaluar los procesos de produccin.Porcentaje de Produccin =cantidad experimentalx 100o Rendimientocantidad terica

Ejemplo:Utilizando la ecuacin NaOH + HClNaCl + H2O, determine la eficiencia de la reaccin de 42 g de NaOH, si experimentalmente se obtiene 45g de NaCl como producto.Solucin:Para determinar el porcentaje de rendimiento, es necesario calcular la cantidad terica de producto, como se ha hecho en las secciones anteriores.# g NaCl = 42g NaOH *1 mol NaOH*1 mol NaCl*58g NaCl=61 g NaCl40. g NaOH1 mol NaOH1 mol NaClLa cantidad de cloruro de sodio que debera producirse de la reaccin es 61g.Luego se sustituyen los datos en la frmula para calcular el porcentaje de produccin, as:% Produccin =45g NaCl* 100 = 74%61 g NaClLa eficiencia de la reaccin ha sido del 74%.Preguntas:Utilice la siguiente ecuacin para las preguntas 1 a 3.6 Na+2 H3PO42 Na3PO4+3 H2(Pesos atmicos:Na=23, H= 1, P= 31, O=16)Utilice la siguiente informacin para las preguntas 4 a 7.200. g de nitrato de plata reaccionan con 200. g de cido clorhdrico, produciendo 120.g de precipitado de cloruro de plata en un laboratorio.La ecuacin para la reaccin es la siguiente:AgNO3(ac)+HCl (ac)HNO3(ac) + AgCl (s)(Pesos atmicos:Ag=108, N= 14, O=16, H=1, Cl=35)Calcule el nmero de moles de hidrgeno gaseoso que pueden obtenerse con la reaccin de 3.2g de sodio.

Cuntos moles de fosfato de sodio pueden producirse por 0.775 moles de sodio?

Determine la masa de cido fosfrico necesario para la reaccin con 0.52 mol de sodio.

Determine el reactante lmite de la reaccin.

Determine lacantidad terica de precipitado que se obtiene de la reaccin (en gramos)

Calcule la eficiencia de la reaccin verificada

Cuntos moles de cido ntrico resultaran tericamente de la reaccin?