Estequiometria

SOLUCIONES A LOS PROBLEMAS PROPUESTOS DEL TEMA 13

La reacción química.

1. Razona sobre la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:

1. En la digestión de los alimentos las transformaciones que se producen son transformaciones físicas.
2. Al colocar una varilla caliente sobre un bloque de hielo aparece agua líquida y vapor de agua. El proceso es un proceso químico.
3. Cuando el gas helio contenido en un globo se escapa después de una hora se produce un proceso físico.
4. La fotosíntesis es un proceso químico.
5. Disolver una cucharada de sal de mesa en un plato de sopa es un proceso físico.

Solución

1. Falso. La mayor parte de las transformaciones son químicas, ya que las sustancias que contienen los alimentos se transforman en otras que el cuerpo puede asimilar.
2. Falso. Es un proceso físico, pues no cambia la naturaleza de las sustancias.
3. Verdadero, ya que sólo se produce movimiento de las moléculas de helio.
4. Verdadero. Al absorber luz unas sustancias se transforman en otras distintas.
5. Verdadero. Los iones que forman la sal pasan a la sopa, pero no cambia su naturaleza.

1. Con ayuda del modelo atómico de Dalton explica porque es necesario ajustar una reacción química. Pon un ejemplo.

Solución

Según el modelo de Dalton los átomos no cambian en una reacción química, tan solo se reagrupan uniéndose de distinta forma entre sí. Por lo tanto, deberá haber los mismos átomos antes y después de la reacción, lo que implica que si queremos hacer cálculos basados en ella deberemos tenerla ajustada.

1. Ajusta, por tanteo, las siguientes reacciones:

1. Óxido de hierro (III) + carbono → Monóxido de carbono + hierro.
2. Al quemar propano en presencia de oxígeno se obtiene dióxido de carbono y agua.
3. El dicromato de amonio se descompone térmicamente para dar óxido de cromo (III) + nitrógeno + agua.
4. Amoniaco + monóxido de nitrógeno → nitrógeno + vapor de agua.
5. Cinc + cloruro de plata → cloruro de cinc + plata
6. Hidróxido de sodio + ácido sulfúrico → sulfato de sodio + agua

Solución

1. Fe2O3  +  3C  →   3CO  +  2Fe
2. C3H8  +  5O2  →    3CO2  +  4H2O
3. (NH4)2Cr2O7  →  Cr2O3   +  N2  + 4H2O
4. 2NH3  +  3NO  →  5/2N2  +  3H2O
5. Zn  + 2AgCl  →  ZnCl2  +  2Ag
6. 2NaOH  +  H2SO4  →  Na2SO4  +  2H2O

1. Explica las diferencias existentes entre los términos de las siguientes parejas: a) reacción química y ecuación química; b) reacción de descomposición y reacción de síntesis; c) reactivo limitante y reactivo en exceso; d) transformación física y transformación química.

Solución

Véase el tema.

Cálculos estequiométricos.

1. Una de las maneras de eliminar el NO que aparece en los humos de los tubos de escape de los automóviles es hacerle reaccionar con amoniaco. La reacción, que se da ajustada, es:

4 NH3 + 6 NO → 5 N2 + 6 H2O

Responde a las siguientes cuestiones:

1. 15 moles de amoniaco reaccionan con …………….. moles de NO.
2. 12,5 moles de NO dan …………… moles de nitrógeno.
3. 22,4 moles de NO en c.n. dan ……………….moles de agua.

Solución

1. De la ecuación ajustada:        [pic 1]

1. Igual que arriba:        [pic 2]

1. [pic 3]

1. Un método comercial de obtención de hidrógeno consiste en hacer reaccionar hierro con vapor de agua.

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

1. ¿Cuántos moles de hidrógeno pueden obtenerse si 42,7 g de hierro reaccionan con un exceso de agua?
2. ¿Cuántos gramos de agua se consumen cuando 63,5 g de hierro se transforman en Fe3O4?
3. Si se producen 7,36 moles de hidrógeno, ¿cuántos gramos de Fe3O4 se forman al mismo tiempo?

Solución

Se establecen las relaciones estequiométricas adecuadas:

1. Entre el hierro y el hidrógeno:  [pic 4]
2. [pic 5]

1. [pic 6]

1. El blanqueador ordinario que se emplea en el lavado doméstico contiene como ingrediente activo hipoclorito de sodio (aproximadamente un 5% en masa), que se prepara por la reacción del cloro gaseoso con una disolución fría de hidróxido de sodio, según la siguiente reacción: Cl2 + 2NaOH  → NaCl  + NaClO + H2O.

1. ¿Cuántos gramos de hipoclorito de sodio se obtendrán a partir de 10 l de cloro a 2 atm de presión y 20 oC bajo cero?
2. A partir de 100 moléculas de cloro, ¿cuántas moléculas de hipoclorito se obtendrán?
3. Si se han fabricado 2 toneladas del blanqueador ordinario, ¿qué cantidades de cloro e hidróxido de sodio han tenido que reaccionar, para obtener el hipoclorito de sodio necesario para fabricar el blanqueador?

Solución

1. Se calculan primero los moles de cloro: [pic 7]

De la ecuación:  [pic 8][pic 9]

1. Como la relación estequiométrica es 1:1, se obtendrán 100 moléculas de hipoclorito.

1. En las dos toneladas habrá el 5% de hipoclorito, es decir, 2⋅0,05 = 0,1 t  = 100 kg, que corresponden a los moles:        n = 100.000 / 74,5 = 1342,3 moles ≅ 1,34 kmoles. Aplicando ahora las relaciones estequiométricas:

[pic 10]

[pic 11]

1. Una de las reacciones para la obtención del ácido sulfúrico es la oxidación del dióxido de azufre para obtener trióxido de azufre: a) escribe y ajusta la reacción química anterior; b) ¿cuántos litros de trióxido de azufre se obtendrán a partir de 10 litros de oxígeno y el suficiente dióxido de azufre, si ambos gases se encuentran en las mismas condiciones?; c) si se han obtenido 2000 litros de trióxido de azufre en condiciones normales, determina la cantidad de sustancia que se ha necesitado de cada uno de los reactivos; d) ¿cuántos litros de oxígeno a 740 mm de Hg y 300 K se necesitarán para obtener 200 litros de trióxido a la misma presión y a 320 K?

Solución

1. SO2  +  ½ O2  →  SO3

1. Como son gases en las mismas condiciones, la relación estequiométrica se cumple para volúmenes y en particular para litros:

[pic 12]

1. En condiciones normales 2000 litros corresponden a 2000 / 22,4 = 89,29 moles de SO3, de donde:

[pic 13]

[pic 14]

1. Calculamos primero los moles que se van a obtener:        [pic 15]

De la relación estequiométrica:      [pic 16]

Que corresponden al volumen:          [pic 17]

Pureza de un reactivo. Rendimiento de reacción.   

1. Los hidruros iónicos reaccionan enérgicamente con agua para producir hidrógeno gas. El CaH2, se ha utilizado como fuente “portátil” de hidrógeno para llenar globos de observación meteorológica, según la siguiente reacción, que hay que ajustar: CaH2 +  H2O → Ca(OH)2 + H2. Responde a las siguientes cuestiones:

1. A partir de 100 gramos de hidruro de calcio se han obtenido 45 litros de hidrógeno en condiciones normales. Determina el rendimiento de la reacción.
2. ¿Qué cantidad de hidruro de calcio se necesitará para llenar un globo de 20 l a la presión de 1 atmósfera y a 400 K, si el rendimiento es el del apartado anterior?
3. ¿Qué cantidad de residuo sólido se obtendrá en el proceso anterior?

Solución

1. La reacción ajustada es:         CaH2  +  2H2O  →  Ca (OH)2  +  2H2

El hidrógeno que se debería haber obtenido de la reacción es:

[pic 18]

Como se han obtenido 45 l, el rendimiento es:        [pic 19]

1. Calculamos en primer lugar los moles de hidrógeno que hay en el globo:

[pic 20]

El CaH2  necesario es:  [pic 21]

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