Especialidad Química Industrial GUÍA ESPECIALIDAD QUÍMICA INDUSTRIAL

MENCIÓN LABORATORIO QUÍMICO 4º MEDIOBALANCEO DE ECUACIONES QUÍMICAS

Una reacción química es la manifestación de un cambio en la materia y la isla de un fenómeno químico. A su expresión gráfica se le da el nombre de ecuación química, en la cual, se expresan en la primera parte los reactivos y en la segunda los productos de la reacción.

A + B C + DReactivos Productos

Para equilibrar o balancear ecuaciones químicas, existen diversos métodos. En todo el objetivo que se persigue es que la ecuación química cumpla con la ley de la conservación de la materia.

Balanceo de ecuaciones por el método de TanteoEl método de tanteo consiste en observar que cada miembro de la ecuación se tengan los átomos en la misma cantidad, recordando que en

a) H2SO4 hay 2 Hidrogenos 1 Azufre y 4 Oxigenosb) 5H2SO4 hay 10 Hidrógenos 5 azufres y 20 Oxígenos

Para equilibrar ecuaciones, solo se agregan coeficientes a las fórmulas que lo necesiten, pero no se cambian los subíndices.Ejemplo: Balancear la siguiente ecuación

H2O + N2O5 NHO3

a) Aquí apreciamos que existen 2 Hidrógenos en el primer miembro (H2O). Para ello, con solo agregar un 2 al NHO3 queda balanceado el Hidrogeno.

H2O + N2O5 2 NHO3

b) Para el Nitrógeno, también queda equilibrado, pues tenemos dos Nitrógenos en el primer miembro (N2O5) y dos Nitrógenos en el segundo miembro (2 NHO3)

c) Para el Oxigeno en el agua (H2O) y 5 Oxígenos en el anhídrido nítrico (N2O5) nos dan un total de seis Oxígenos. Igual que (2 NHO3)

Otros ejemplosHCl + Zn ZnCl2 + H2

2HCl + Zn ZnCl2 + H2

KClO3 KCl + O2

2 KClO3 2KCl + 3O2

Balanceo de ecuaciones por el método algebraico

Este método está basado en la aplicación del álgebra. Para balancear ecuaciones se deben considerar los siguientes puntos1) A cada formula de la ecuación se le asigna una literal y a la flecha de reacción el signo de igual. Ejemplo:

Fe + O2 Fe2O3

A B C2) Para cada elemento químico de la ecuación, se plantea una ecuación algebraica

Para el Fierro A = 2CPara el Oxigeno 2B = 3C

3) Este método permite asignarle un valor (el que uno desee) a la letra que aparece en la mayoría de las ecuaciones algebraicas, en este caso la CPor lo tanto si C = 2Si resolvemos la primera ecuación algebraica, tendremos:

2B = 3C 2B = 3(2) B = 6/2

Especialidad Química Industrial B = 3

Los resultados obtenidos por este método algebraico sonA = 4B = 3C = 2

Estos valores los escribimos como coeficientes en las fórmulas que les corresponden a cada literal de la ecuación química, quedando balanceada la ecuación

4Fe + 3O2 2 Fe2O3

Otros ejemplosHCl + KmNO4 KCl + MnCl2 + H2O + Cl2

A B C D E F

H) A = 2ECl) A = C + 2D + 2FK) B = CMn) B = DO) 4B = E

Si B = 2 4B = E4(2) = E E = 8

B = CC = 2

B = DD = 2

A = 2EA = 2 (8)A = 16

A = C + 2D + 2F16 = 2 + 2(2) + 2FF = 10/2F = 5

16HCl + 2KmNO4 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2

Reactivo Limitante

Cuando se ha ajustado una ecuación, los coeficientes representan el número de átomos de cada elemento en los reactivos y en los productos. También representan el número de moléculas y de moles de reactivos y productos. 

Cuando una ecuación está ajustada, la estequiometría se emplea para saber las moles de un producto obtenidas a partir de un número conocido de moles de un reactivo. La relación de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuación ajustada. A veces 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. 

Cuando una reacción se detiene porque se acaba uno de los reactivos, a ese reactivo se le llama reactivo limitante. Aquel reactivo que se ha consumido por completo en una reacción química se le conoce con el nombre de reactivo limitante pues determina o limita la cantidad de producto formado.Reactivo limitante es aquel que se encuentra en defecto basado en la ecuación química ajustada.

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Ejemplo 1: para la reacción

¿Cuál es el reactivo limitante si tenemos 10 moléculas de hidrógeno y 10 moléculas de oxígeno?Necesitamos 2 moléculas de H2 por cada molécula de O2

Pero tenemos sólo 10 moléculas de H2 y 10 moléculas de O2.La proporción requerida es de 2 : 1Pero la proporción que tenemos es de 1 : 1Es claro que el reactivo en exceso es el O2 y el reactivo limitante es el H2

Como trabajar con moléculas es lo mismo que trabajar con moles. Si ahora ponemos 15 moles de H2 con 5 moles de O2 entonces como la estequiometría de la reacción es tal que 1 mol de O2 reaccionan con 2 moles de H2, entonces el número de moles de O2

necesarias para reaccionar con todo el H2 es 7,5, y el número de moles de H2 necesarias para reaccionar con todo el O2 es 10.Es decir, que después que todo el oxígeno se ha consumido, sobrarán 5 moles de hidrógeno. El O2

es el reactivo limitanteUna 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.

Rendimiento

Se cree equivocadamente que las reacciones progresan hasta que se consumen totalmente los reactivos, o al menos el reactivo limitante. 

La cantidad real obtenida del producto, dividida por la cantidad teórica máxima que puede obtenerse (100%) se llama rendimiento.

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. Es claro que siempre se cumplirá la siguiente desigualdad

Rendimiento de la reacción ≦ rendimiento teórico Razones de este hecho: 

es posible que no todos los productos reaccionen  es posible que haya reacciones laterales que no lleven al producto deseado  la recuperación del 100% de la muestra es prácticamente imposible 

Una cantidad que relaciona el rendimiento de la reacción con el rendimiento teórico se le llama rendimiento porcentual o % de rendimiento y se define así:

Ejemplo:  

La reacción de 6.8 g de H2S con exceso de SO2, según la siguiente reacción, produce 8.2 g de S. ¿Cual es el rendimiento? (Pesos Atómicos: H = 1.008, S = 32.06, O = 16.00).

En esta reacción, 2 moles de H2S reaccionan para dar 3 moles de S. 

Especialidad Química Industrial 1) Se usa la estequiometria para determinar la máxima cantidad de S que puede obtenerse a partir de 6.8 g de H2S.

(6,8/34) x (3/2) x 32 = 9,6 g2) Se divide la cantidad real de S obtenida por la máxima teórica, y se multiplica por 100.

(8,2/9,6) x 100 = 85,4%Algunos conceptos

Reactivo limitanteEs aquel reactivo concreto de entre los que participan en una reacción cuya cantidad determina la cantidad máxima de producto que puede formarse en la reacción. 

Proporción de reacciónCantidades relativas de reactivos y productos que intervienen en una reacción. Esta proporción puede expresarse en moles, milimoles o masas. 

Rendimiento realCantidad de producto puro que se obtiene en realidad de una reacción dada. Compárese con rendimiento teórico. 

Rendimiento teóricoCantidad máxima de un producto específico que se puede obtener a partir de determinadas cantidades de reactivos, suponiendo que el reactivo limitante se consume en su totalidad siempre que ocurra una sola reacción y se recupere totalmente el producto. Compárese con rendimiento. 

Rendimiento porcentualRendimiento real multiplicado por 100 y dividido por el rendimiento teórico. Porcentaje de purezaEl porcentaje de un compuesto o elemento específico en una muestra impura

Resolver1) Se tiene una mezcla de 10 g de hidrógeno y 40 g de oxígeno. Usando los datos del sistema

periódico, contesta:A. ¿Cuántos moles de hidrógeno y oxígeno tienes?B. ¿Cuántas moléculas de agua se formarán?C. ¿Cuántos gramos de agua se han formado?D. Estudia si ha sobrado algún elemento y di en qué cantidad.

2) Calcular la cantidad de reactivos (que reaccionan) y el reactivo limitante, si se  hacen reaccionar 250 g de sulfato cúprico con 80 g de fierro.

Reacción:     CuSO 4 + Fe FeSO 4 + Cu       3) La fermentación es un proceso químico complejo que utiliza en la elaboración de vinos en el

que la glucosa se convierte en etanol y dióxido de carbono según la siguiente ecuación:

C6H12O6 C2H5OH + CO2

a) Cuantos gramos de glucosa son necesarios para producir 1 mol de etanolb) Cuantos moles de glucosa fueron fermentados si se producen 4,4 gr de CO2 ?c) Cuando se hacen fermentar 18 Kg de glucosa se producen 4 kg de etanol. ¿Cuál es el

rendimiento de la reacción?

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