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ESTEQUIOMETRIA
Ing. José Eliú Lima Pérez
Cálculos a partir de ecuaciones químicas
Tipos de reacciones
químicas
Reacciones de combustión:
El oxígeno en exceso se combina con compuestos orgánicos
formados por carbono, hidrógeno, oxígeno y posiblemente otros
elementos. Por la presencia del carbono y normalmente el
hidrógeno, se espera que los productos en una combustión
completa sean dióxido de carbono y agua.
C9H20 + 14O2 9CO2 + 10H2O
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Tipos de reacciones
químicas
Reacciones de sustitución (desplazamiento):
Un elemento más activo puede reemplazar a uno menos activo en
un compuesto.
2Na + ZnI2 2NaI + Zn
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
CaI2 + F2 CaF2 + I2
Tipos de reacciones
químicas
Reacciones de doble desplazamiento (metatésis):
Estas reacciones por lo general se llevan a cabo en disolución,
cuando los reactivos producen una disolución iónica con un
intercambio de iones, si una combinación produce un compuesto
que precipita en forma de una sal insoluble.
AgNO3 + NaCl NaNO3 + AgCl (sal insoluble)
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Ba(NO3)2 + K2SO4 2KNO3 + BaSO4 (sal insoluble)
Tipos de reacciones
químicas
Reacciones ácido-metal:
Un ácido, como HCl, HF o H2CO3, y un metal más activo
químicamente que el hidrógeno del ácido pueden reaccionar para
formar una sal e hidrógeno gaseoso.
2HCl + 2Na 2NaCl + H2
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
2HNO3 + Mg Mg(NO3)2 + H2
Tipos de reacciones
químicas
Reacciones ácido-base (neutralización):
Un ácido que aporta iones H+ (H3O+), y una base, que aporta iones
OH-, sufren metátesis para formar agua (HOH o H2O) y una sal..
HCl + NaOH NaCl + HOH
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
2HNO3 + Mg(OH)2 Mg(NO3)2 + 2HOH
Tipos de reacciones
químicas
Reacciones de combinación:
Los elementos o los compuestos se combinan y forman un
producto.
2SO2 + O2 2SO3
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
P4 + 6Cl2 4PCl3
Tipos de reacciones
químicas
Reacciones de descomposición:
Un solo reactivo se transforma, mediante calor o electricidad,
formando dos productos.
2H2O 2H2 + O2
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
2HgO 2Hg + O2
electricidad
calor
BALANCE DE ECUACIONES
QUIMICAS
En todos los fenómenos de la naturaleza, se llevan a cabo
diferentes tipos de reacciones químicas, catalizadas por
temperatura, presión, enzimas, etc. La representación de
estas reacciones se denominan ecuaciones químicas.
En todo proceso existen reactivos (sustancias que están al
inicio de la reacción química) y productos (sustancias que
se obtienen al finalizar la reacción química).
No se debe olvidar
«En una reacción química ordinaria la masa permanece constante,
es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa
obtenida de los productos».
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
BALANCE DE ECUACIONES
QUIMICAS
En función de ello, es importante el balance o ajuste de las ecuaciones químicas, para predecir la masa de los productos o proyectar la masa de los reactivos necesarios.
Fotosíntesis (Reacción química más probable y aceptada):
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
BALANCE DE ECUACIONES
QUIMICAS
Se puede observar que ésta ecuación no esta ajustada o
balanceada, por ejemplo hay un solo carbono como
reactivo y seis como producto, por tanto, es importante
ajustar la misma.
El ajuste o balance se pude realizar por varios métodos,
los más practicos y sencillos son
Al tanteo
Coeficientes indeterminados o algebraico.
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
BALANCE DE ECUACIONES QUIMICAS
METODO AL TANTEO
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
BALANCE DE ECUACIONES QUIMICAS METODO COEFICIENTES INDETERMINADOS
O ALGEBRAICO
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Estequiometría
La estequiometría es el estudio cuantitativo de los
reactivos y los productos en una reacción química.
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Las tres clases de cálculos
estequiométricos
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Masa de reactivos
Moles de reactivos
Moles de productos
Masa de productos
Masa de reactivos
Moles de reactivos
Moles de productos
Moles de reactivos
Moles de productos
Sugerencias para los
cálculos estequiométricos
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Ejercicio 1
¿Qué masa de magnesio se necesita para que reaccione
9.27 g de nitrógeno?
Mg + N2 Mg3N2
Mg + N2 Mg3N2
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
3
Compuesto M (g/mol)
Mg 24.305
N2 28.013
Mg3N2 100.928
𝑔 𝑑𝑒 𝑀𝑔 = 9.27 𝑔 𝑁2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑁2
28.013 𝑔 𝑁2×
3 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔
1 𝑚𝑜𝑙 𝑁2×
24.305 𝑔 𝑀𝑔
1 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔= 𝟐𝟒. 𝟏𝟐𝟗 𝒈 𝒅𝒆 𝑴𝒈
Siempre analice el resultado para
determinar si es lógica la respuesta
Ejercicio 2
El fertilizante sulfato de amonio [(NH4)2SO4] se
prepara mediante la reacción entre al
amoníaco (NH3) y ácido sulfúrico (H2SO4).
¿Cuántos kg de NH3 se necesitan para
producir 1 x 105 kg de (NH4)2SO4?
NH3 + H2SO4
(NH4)2SO4
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
2
Compuesto M (g/mol)
NH3 17.030
H2SO4 98.079
(NH4)2SO4 132.140
k𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝐻3 = 1 × 105 𝑘𝑔 (𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4 ×1000 𝑔 (𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4
1 𝑘𝑔(𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4×
1 𝑚𝑜𝑙(𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4
132.140 𝑔(𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4×
2 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3
1 𝑚𝑜𝑙(𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4
×17.030 𝑔 𝑁𝐻3
1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3×
1 𝑘𝑔 𝑁𝐻3
1000 𝑔 𝑁𝐻3= 𝟐𝟓. 𝟕𝟖 𝐱 𝟏𝟎𝟑𝐤𝒈 𝒅𝒆 𝑵𝑯𝟑
Siempre analice el resultado para
determinar si es lógica la respuesta
Descripción general de la
reacción química
El reactivo limitante es aquel que se encuentra en una
proporción menor a la requerida estequiométricamente de
acuerdo a la reacción balanceada, por lo que es consumido
totalmente cuando se efectúa una reacción hasta ser
completa. El reactivo que no se consume completamente
se denomina reactivo en exceso. Una vez que uno de
los reactivos se agota, se detiene la reacción, por lo que los
moles de producto siempre son determinadas por los moles
presentes del reactivo. De los reactivos en exceso siempre
quedará una cierta cantidad al terminar la reacción.
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Descripción general de la
reacción química
Se quiere armar bicicletas, para lo cual se tiene lo siguiente: 40 timones
35 bases
94 llantas tubulares
28 asientos
48 aros delanteros
48 aros traseros
55 juegos de pedales (con cadena y su engrane)
100 gomas de frenos
30 juegos de frenos izquierdos
32 juegos de frenos derechos
¿Cuántas bicicletas se pueden armar?
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Este es el limitante, ya
que solo se pueden armar
25 bicicletas.
Rendimiento de una
reacción química
El rendimiento teórico de una reacción es la cantidad
máxima de producto que se puede obtener por una
reacción a partir de cantidades dadas de reactivos y se
calcula a partir de la estequiometría basada en el reactivo
limitante. El porcentaje de rendimiento de un producto es
el rendimiento real (determinado experimentalmente)
expresado como un porcentaje del rendimiento teórico
calculado.
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Sugerencias cuando se
tiene reactivo limitante
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Ejercicio 3
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Compuesto M (g/mol)
SiO2 60.084
C 12.011
SiC 40.096
CO 28.010
El carburo de silicio, SiC, se conoce por el
nombre común de carborundum. Esta sustancia
dura, que se utiliza comercialmente como
abrasivo, se prepara calentando SiO2 y C a
temperaturas elevadas:
SiO2 (s) + 3C(s) SiC(s) + 2CO(g)
¿Cuántos gramos de SiC se pueden formar
cuando se permite que reaccionen 3.0 g de SiO2
y 4.5 g de C?
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑆𝑖𝐶 = 3 𝑔 𝑆𝑖𝑂2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝑂2
60.084 𝑔 𝑆𝑖𝑂2×
1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝐶
1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝑂2= 0.0500 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑆𝑖𝐶 = 4.5 𝑔 𝐶 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝐶
12.011 𝑔 𝐶×
1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝐶
3 𝑚𝑜𝑙 𝐶= 0.1249 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑆𝑖𝐶 = 3 𝑔 𝑆𝑖𝑂2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝑂2
60.084 𝑔 𝑆𝑖𝑂2×
1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝐶
1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝑂2×
40.096 𝑔 𝑆𝑖𝐶
1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑖𝐶= 𝟐. 𝟎 𝒈 𝑺𝒊𝑪
Ejercicio 4
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
Los fertilizantes fosfatados provienen de una roca fosfórica llamada fluorapatita,
Ca5(PO4)3F. La fluorapatita es insoluble en agua, por lo que primero debe
convertirse en dihidrógeno fosfato de calcio [Ca(H2PO4)2], que es soluble en agua.
a) ¿Cuánto de dihidrógeno fosfato de calcio se obtiene si se mezclan 100 g de
fluorapatita y 100 g de ácido sulfúrico?
b) ¿Cuántos gramos del reactivo en exceso no reaccionan?
c) Si se requiriera 1 kg de dihidrógeno fosfato de calcio, ¿cuanto g de los
reactivos se necesitarían?, considerando un rendimiento del 80% en la reacción
real .
2Ca5(PO4)3F (s) + 7H2SO4 (ac) 3Ca(H2PO4)2 (ac) + 7CaSO4 (ac) + 2HF (g)
Asegurarse que la ecuación este ajustada o
balanceada.
Ejercicio 4
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
a) ¿Cuánto de dihidrógeno fosfato de calcio se
obtiene si se mezclan 100 g de fluorapatita y
100 g de ácido sulfúrico?
2Ca5(PO4)3F (s) + 7H2SO4 (ac) 3Ca(H2PO4)2 (ac) + 7CaSO4 (ac) + 2HF (g)
Determinar las masas
moleculares de las sustancias
Sustancia Masa molecular
(g/mol)
Ca5(PO4)3F 363.968
H2SO4 98.080
Ca(H2PO4)2 205.986
CaSO4 108.075
HF 20.006
𝒏 Ca(H2PO4)2 = 100𝑔 Ca5(PO4)3F ×1 mol Ca5(PO4)3F
363.968 𝑔 Ca5(PO4)3F×
3 mol Ca(H2PO4)2
2 mol Ca5(PO4)3F
= 𝟎. 𝟒𝟏𝟐𝟏 𝒎𝒐𝒍Ca(H2PO4)2
𝒏 Ca(H2PO4)2 = 100𝑔 H2SO4 ×1 mol H2SO4
98.080 𝑔H2SO4×
3 mol Ca(H2PO4)2
7 mol H2SO4 = 𝟎. 𝟒𝟑𝟕𝟎 𝒎𝒐𝒍Ca(H2PO4)2
Ejercicio 4
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
a) ¿Cuánto de dihidrógeno fosfato de calcio se
obtiene si se mezclan 100 g de fluorapatita y
100 g de ácido sulfúrico?
2Ca5(PO4)3F (s) + 7H2SO4 (ac) 3Ca(H2PO4)2 (ac) + 7CaSO4 (ac) + 2HF (g)
Sustancia Masa molecular
(g/mol)
Ca5(PO4)3F 363.968
H2SO4 98.080
Ca(H2PO4)2 205.986
CaSO4 108.075
HF 20.006
𝒏 Ca(H2PO4)2 = 100𝑔 Ca5(PO4)3F ×1 mol Ca5(PO4)3F
363.968 𝑔 Ca5(PO4)3F ×
3 mol Ca(H2PO4)2
2 mol Ca5(PO4)3F ×
205.986 g Ca(H2PO4)2
1 mol Ca(H2PO4)2
= 𝟖𝟒. 𝟖𝟗 𝒈Ca(H2PO4)2
Se obtiene la masa del dihidrógeno fosfato de
calcio a partir del reactivo limitante, que en este
caso es la fluorapatita.
Respuesta (4.a):
Se obtienen 84.89 g de Ca(H2PO4)2 a partir de 100 g de Ca5(PO4)3F ya
que es el reactivo limitante en esta reacción.
Ejercicio 4
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
b) ¿Cuántos gramos del reactivo en exceso no
reaccionan?
2Ca5(PO4)3F (s) + 7H2SO4 (ac) 3Ca(H2PO4)2 (ac) + 7CaSO4 (ac) + 2HF (g)
Sustancia Masa molecular
(g/mol)
Ca5(PO4)3F 363.968
H2SO4 98.080
Ca(H2PO4)2 205.986
CaSO4 108.075
HF 20.006
𝒏 Ca(H2PO4)2 = 100𝑔 Ca5(PO4)3F ×1 mol Ca5(PO4)3F
363.968 𝑔 Ca5(PO4)3F ×
7 mol H2SO4
2 mol Ca5(PO4)3F ×
98.08 g H2SO4
1 mol H2SO4
= 𝟗𝟒. 𝟑𝟐 𝐠 H2SO4
Se determina la cantidad de gramos que se
necesitó del reactivo en exceso para la totalidad
del reactivo limitante.
Respuesta (4.b):
Se necesitaron 94.32 g de H2SO4 para completar la reacción. Por lo
tanto la cantidad de masa que no reaccionó fue de 5.68 g.
Ejercicio 4
Ing. José Eliú Lima Pérez / Química Inorgánica (02)
c) Si se requiriera 1 kg de dihidrógeno fosfato de calcio, ¿cuanto g de los reactivos
se necesitarían?, considerando un rendimiento del 80% en la reacción real .
Compuesto
Ca5(PO4)3F
H2SO4
Ca(H2PO4)2
Masa
100 g
94.32 g
84.89 g
Masa(100%)
1178.0 g
1111.1 g
1000.0 g
Rendimiento
80%
80%
80%
Masa(80%)
1472.5 g
1388.9 g
1250.0 g
Respuesta (4.c):
Se necesitan 1472.5 g de Ca5(PO4)3F y 1388.9 g de H2SO4 para
obtener 1250.0 g de Ca(H2PO4)2, considerando un rendimiento
real en la reacción del 80%.
FACULTAD DE CIENCIAS
AGRICOLAS Y AMBIENTALES
ING. JOSE ELIU LIMA PEREZ
CAMPUS DE QUETZALTENANGO