INSTITUCION EDUCATIVA MUNICIPAL TECNICOINDUSTRIAL - ITSIM PASTO DOCENTE: NORMA BENAVIDES INDICADOR DE LOGRO: Aplica las leyes ponderales en la AREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL solución de problemas estequiométricos. ASIGNATURA: QUÍMICA GUÍA No. 1 TEMA: ESTEQUIOMETRIA EN LAS ECUACIONES QUÍMICAS GRADO: 11 ESTEQUIOMETRIA EN LAS ECUACIONES QUÍMICAS. ESTEQUIOMETRÍA: estudia las relaciones de peso y mol entre las sustancias que intervienen en una reacción, y se basa en las leyes ponderales que determinan cuantitativamente el comportamiento químico de la materia. ACTIVIDAD: Los cálculos estequiométricos tienen aplicaciones en la vida cotidiana y también en los procesos industriales. De qué manera se pueden emplear los cálculos estequiométricos para: a. Preparar una torta. b. Sintetizar un medicamento. c. Producir en escala industrial ácido sulfúrico. d. Fabricar un detergente. CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS: 1. Cálculos mol-mol: se realizan teniendo en cuenta las a. Moles de NO formadas a partir de 1,8 moles de Cu moles de reactivos y productos. Cuando se conocen las b. Gramos de agua formados por 1,5 moles de HNO3 moles que participan en una reacción y se tiene la c. Masa de Cu necesaria para preparar 180 gramos de ecuación balanceada, se establece una relación molar Cu(NO3)2 entre reactivos y productos, teniendo en cuenta que las d. Moles de HNO3 necesarios para preparar 0,75 moles en una ecuación están dadas por los coeficientes gramos de Cu(NO3)2 estequiométricos. EJERCICIO 3: EJERCICIO 1: Al calentar clorato de potasio se produce cloruro de potasio y La síntesis industrial del ácido nítrico se representa por la oxígeno, de acuerdo con la siguiente ecuación siguiente ecuación: 3NO2 (g) + H2O (g) 2HNO3 (ac) + NO(g) En una prueba de laboratorio se utiliza un recolector de gases En condiciones normales, un mol de NO2 reacciona con y se hacen reaccionar 66,25 g de KClO3 (masa molecular = suficiente agua para producir 132,5 g/mol). Según la información anterior, se recogerán A. 3/2 moles de HNO3 C. 5/2 moles de HNO3 B. 4/3 moles de HNO3 D. 2/3 moles de HNO3 A. 1,2 moles de O2 y quedará un residuo de 0,66 moles de KCl. B. 0,75 moles de O2 y quedará un residuo de 0,5 moles de KCl. 2. Cálculos mol – masa: se efectúan cuando unas C. 3 moles de O2 y quedará un residuo de 2 moles de KCl. cantidades de sustancia se expresan en moles y otras en D. 1,5 moles de O2 y quedará un residuo de 1 mol de KCl. masa. Para realizar esta serie de conversiones, se transforma primero la masa de la sustancia a moles, 4. Reactivo límite y reactivo en exceso: cuando en una empleando la masa molecular y luego se establece la reacción química uno de los reactivos se agota antes que relación molar entre reactivos y productos con los el otro, el reactivo que se consume por completo y está en coeficientes estequiométricos. menor cantidad de acuerdo con la proporción estequiometria se denomina REACTIVO LÍMITE 3. Cálculos masa- masa: las cantidades de las sustancias se porque limita la cantidad de productos que se puedan expresan en gramos. Para resolver este tipo de cálculos formar. El reactivo sobrante se llama REACTIVO EN se convierten a moles las cantidades de las sustancias; se EXCESO el cual a nivel industrial es el más económico. establece la relación molar entre ellas y por último se convierten las moles a gramos para dar la respuesta. R.L. = n/C EJERCICIO 2: En donde: R.L = reactivo límite, n = moles de una 3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O sustancia y C = coeficiente de la sustancia en la reacción química Calcula: 1 EJERCICIO 4: EJERCICIO 8: ¿Cuánto ácido sulfúrico puede obtenerse al hacer reaccionar Una muestra de ácido clorhídrico puro, HCl, necesita 100 g 85 gramos de trióxido de azufre con 45 gramos de agua? de NaOH de 80% de pureza para neutralizarse. La masa de la muestra de ácido clorhídrico es SO3 + H2O H2SO4 A. 73 g. EJERCICIO 5: B. 80 g. C. 40 g. Dados 5 gramos de óxido yódico y 11 gramos de monóxido D. 36,5 g. de carbono, calcular el número de gramos de I2 producidos por la siguiente reacción. ¿Qué cantidad de moles de reactivo en 6. Rendimiento o eficiencia de una reacción: exceso quedan al final de la reacción? Rendimiento teórico: es la máxima cantidad de I2O5 + CO I2 + CO2 producto que puede obtenerse con el reactivo 5. Pureza de los reactivos: se expresa en términos de limitante, se obtiene de los datos expresados en la porcentaje y puede calcularse a partir de la siguiente ecuación y corresponde al cien por ciento de relación: eficiencia de la reacción. Rendimiento real: es la cantidad que se obtiene SP = SI . %P experimentalmente en una reacción química; 100 siempre es menor que el rendimiento teórico. En donde: SP = sustancia pura, Si = sustancia impura, %P = porcentaje de pureza Se expresa a manera de porcentaje: EJERCICIO 6: %R = PR X 100 Un frasco de clorato de potasio KClO3 de 100 gramos tiene PT 85% de pureza. ¿Cuál es la cantidad de esta sustancia? En donde: %R = porcentaje de eficiencia o rendimiento, PR = producción real o experimental y PT = producción teórica EJERCICIO 7: El gas natural está formado por una mezcla de compuestos de EJERCICIO 9: carbono e hidrógeno, llamados hidrocarburos, uno de los Una muestra de 45 gramos de hidróxido de calcio se deja cuales es metano, CH4. Al quemar el metano (arde en reaccionar con 45 gramos de ácido fosfórico del 65% de presencia de oxígeno) se obtiene dióxido de carbono y agua. pureza. a) Escribe y balancea la reacción que se lleva a cabo. b) Determina el número de moles y los gramos de oxígeno Ca(OH)2 + H3PO4 Ca3(PO4)2 + H2 O necesarios para quemar 200 g de metano. a. ¿cuántos gramos de fosfato de calcio pueden c) Indica cuál será la masa de aire necesaria para que producirse? reaccionen 350 g de metano, si el aire contiene el 21% en masa b. Si en realidad se obtienen 36 gramos de fosfato de oxígeno. cálcico. ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento? EJERCICIOS DE APLICACIÓN 1. Comprueba en las siguientes ecuaciones químicas, el 2. RESPONDA LA PREGUNTA 2 DE ACUERDO CON cumplimiento de la ley de conservación de la masa: la masa LA SIGUIENTE INFORMACIÓN de los reactantes es igual a la masa de los productos. Las sustancias P y J reaccionan de acuerdo con la siguiente ecuación 2 NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 Las masas molares de las sustancias J y R son respectivamente A. 40 y 30 g/mol B. 10 y 20 g/mol 4. 0,45 moles de NaCl reaccionan con un exceso de ácido C. 20 y 40 g/mol D. 10 y 30 g/mol sulfúrico. ¿Cuántas moles de cloruro de hidrógeno pueden formarse? 3. Calcular los gramos de cloruro de sodio necesarios para reaccionar exactamente con 70,5 gramos de nitrato de plata. NaCl(ac) + H2SO4(ac) Na2SO4 (ac) + HCl(g) 5. Si se producen 7,8*1023 moléculas de peryodato de potasio, calcule el peso de cloro utilizado en la siguiente reacción CrI3 + KOH + Cl2 K2CrO4 + KIO4 + KCl + H2O 6. Si se utilizan 7 moles de dicromato de potasio, halle el peso de cada uno de los productos que se forman. K2Cr2O7 + SnCl2 + HCl CrCl3 + SnCl4 + KCl + H2O CONTESTE LAS PREGUNTAS 7 Y 8 DE ACUERDO 10. De acuerdo con la información anterior, el número de CON LA SIGUIENTE INFORMACION moles de potasio necesarias para producir ocho moles de hidrógeno es A. 1 B. 2 C. 8 D. 16 11. La soda blanqueadora, Na2CO3, se produce en forma comercial por calentamiento de carbonato ácido de sodio: 7. Teniendo en cuenta que hay suficiente cantidad de ambos NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O reactivos es válido afirmar que para producir 8g de CH4 se necesitan a. ¿Cuántos gramos de carbonato ácido de sodio se A. 16 gramos de C C. 12 gramos de C necesitan por cada gramo de carbonato de sodio que B. 2 gramos de H D. 4 gramos de H se produce? b. ¿Cuántos gramos de carbonato de sodio se pueden 8. De acuerdo con la ecuación representada, es válido afirmar obtener a partir de 178 g de carbonato ácido de que sodio? A. se conservó la cantidad de materia c. ¿Cuántos gramos de gas carbónico se obtendrían en B. se conservó el número de moles la reacción de la pregunta anterior? C. aumentó el número de moléculas D. aumento el número de átomos de cada elemento 12. Si se hacen reaccionar 60 g de CH4 con 3,5 moles de O2. Determine los gramos de CO que se forman, el reactivo límite CONTESTE LAS PREGUNTAS 9 Y 10 DE ACUERDO y el número de moles sobrantes. CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN Un método para obtener hidrógeno es la reacción de algunos CH4 + O2 Δ CO2 + H2 O metales con el agua. El sodio y el potasio, por ejemplo, desplazan al hidrógeno del agua formando hidróxidos (NaOH 13. ó KOH). El siguiente esquema ilustra el proceso De acuerdo con la ecuación anterior, si reaccionan 10 moles de agua con 3 moles de calcio probablemente A. los reactivos reaccionarán por completo sin que sobre masa de alguno B. el calcio reaccionará completamente y permanecerá agua en exceso C. se formarán 13 moles de hidrógeno D. se formará un mol de hidróxido de calcio 9. De acuerdo con lo anterior, la ecuación química que mejor CONTESTE LAS PREGUNTAS 14 Y 15 DE ACUERDO describe el proceso de obtención de hidrógeno es CON LA SIGUIENTE ECUACIÓN 3 14. Es válido afirmar que la ecuación anterior, cumple con la 16. El fosfato de potasio, K3PO4, es un compuesto que se usa ley de la conservación de la materia, porque comúnmente en la preparación de ciertos fertilizantes. Una de las formas para obtener el K3PO4 es haciendo reaccionar ácido A. el número de átomos de cada tipo en los productos es fosfórico con carbonato de potasio, de acuerdo con la mayor que el número de átomos de cada tipo en los reactivos siguiente ecuación. B. la masa de los productos es mayor que la masa de los reactivos 2H3PO4 (ac) + 3K2CO3 (s) 2K3PO4(ac) + 3CO2(g) + 3H2O(l) C. el número de átomos de cada tipo en los reactivos es igual al número de átomos del mismo tipo en los productos Si se hacen reaccionar 828g de Masa D. el número de sustancias reaccionantes es igual al número carbonato de potasio con ácido molar(g/mol) de sustancias obtenidas fosfórico en exceso, el número de H3PO4 98 moles de fosfato de potasio obtenido es 15. De acuerdo con la ecuación anterior, es correcto afirmar K2CO3 138 que A. 2 K3PO4 212 A. 2 moles de HCl producen 2 moles de ZnCl2 y 2 moles de H B. 3 CO2 44 B. 1mol de Zn produce 2 moles de ZnCl2 y 1 mol de H C. 4 H2O 18 C. 72 g de HCl producen 135 g de ZnCl2 y 1 mol de H2 D. 6 D. 135 g de ZnCl2 reaccionan con 1 molécula de H2 17. El ácido salicílico reacciona con anhídrido acético para producir aspirina por medio de la siguiente reacción: HOC6H4CO2H + C4H6O3 Δ CH3COOC6H4CO2H + CH3CO2H En una preparación de laboratorio reaccionan 8 gramos de ácido salicílico con 15 gramos de anhídrido acético y se obtienen 8,85 gramos de aspirina. Determina el reactivo limitante y el porcentaje de eficiencia de la reacción. 18. Un motor consume 1000 g de gas propano (C3H8) en un 23. El carbonato de calcio se puede descomponer por corto recorrido. ¿Cuánto CO2 produjo si el rendimiento de la calentamiento como se muestra en la siguiente ecuación. reacción fue 80% y el gas tenía una pureza del 75%? CaCO3(s) CO2(g) + CaO(s) C3H8 + O2 Δ CO2 + H2 O Δ Masa molar del CaCO3 = 100g/mol 19. En un experimento se mezclaron 1,5 gramos de ácido carbónico con 1,5 gramos de hidróxido sódico para obtener al A condiciones normales, se determina el contenido de CO2 a final 1,7 gramos de Na2CO3 puros. ¿Cuál es el porcentaje de partir de la descomposición de una muestra de 500 gramos de rendimiento de la reacción? roca que contiene 25% de carbonato de calcio. De acuerdo con lo anterior, la cantidad de moles de CO2 que se produce H2CO3 + NaOH Na2CO3 + H2O es A. 0,25 B. 1,25 20. Una muestra de 2,5 g de magnesio del 95% de pureza C. 2,50 D. 5,00 reaccionó con 9,2 g de ácido clorhídrico del 80% de pureza, si en la realidad se obtienen 0,17 g de hidrógeno. ¿Cuál es el 24. La ecuación que representa la reacción química que porcentaje de rendimiento de la reacción?. sucede en la bateria de un automóvil es la siguiente: Mg(s) + HCl(ac) MgCl2(ac) + H2(g) Pb + PbO2 + H2SO4 PbSO4 + H2O 21. El ácido fluorhídrico se produce por la reacción de la Un analista conoce la masa de cada uno de los productos que fluorita (CaF2) y el ácido sulfúrico (H2SO4) mediante la se obtuvieron y las masas molares de las sustancias que siguiente reacción: intervienen en la reacción. Para determinar la masa de Pb que CaF2(s) + H2SO4(l) HF(l) + CaSO4(s) reacciona, debe saber la relación molar entre Si se hacen reaccionar 164 gramos de fluorita con un exceso A. PbO2, H2SO4 y H2O de ácido sulfúrico y se obtienen 70 gramos de HF. ¿Cuál es B. Pb y PbSO4 el porcentaje de eficiencia de la reacción? C. Pb, PbO2 y PbSO4 D. PbSO4 y H2O 22. En una experiencia al hacer reaccionar 61 g de carbonato de sodio del 90% de pureza con exceso de hidróxido de calcio, 25. En una experiencia se someten a calentamiento 35 g de se obtienen 43,2 gramos de carbonato de calcio. ¿Cuál fue el carbonato de calcio. ¿Cuántos gramos de óxido de calcio se rendimiento de la reacción? obtienen si el rendimiento de la reacción fue del 78%? Na2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + NaOH CaCO3 Δ CaO + CO2 4 26. Cuántas moles de sulfuro de antimonio (III) son Se tienen 2000 g de carbonato que contienen un 95% de producidas por la reacción de 37 g de cloruro de antimonio, si pureza. ¿Cuántos gramos de CaO pueden obtenerse si el el rendimiento de la reacción es del 78%? rendimiento en el proceso de calcinación es del 75%? 3H2S + 2SbCl3 6HCl + Sb2S3 33. Dada la ecuación: Fe + H2SO4 FeSO4 + H2 CONTESTE LAS PREGUNTAS 27 Y 28 DE ACUERDO Si reaccionan 5,2 g de Fe con 11 mL de ácido sulfúrico del CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN 98% de pureza (densidad: 1,89 g/mL) El aire está compuesto aproximadamente de 21% de O2 y 79% Indica: de N2 (molar). Un combustible se quema de acuerdo con la a) ¿Cuánto sobra del reactivo en exceso? siguiente reacción b) ¿Cuál es la relación molar entre los reactantes y los CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O productos? c) ¿Cuánto hidrógeno se produciría si la reacción tuviera un 27. Si se queman 10 moles de CH4 utilizando100 moles de 30% de rendimiento? aire, la cantidad de moles de O2 que sobra es aproximadamente 34. En el laboratorio se hicieron reaccionar 40 g de BaCl2 y A. 95 B. 1 25 g de (NH4)2CO3 del 80% de pureza. ¿Cuánto cloruro de C. 90 D. 5 amonio se produjo? 28. Si reacciona 1 mol de CH4 en presencia de 3 moles de O2 BaCl2(ac) + (NH4)2CO3(ac) BaCO3(s) + 2NH4Cl(ac) en un recipiente cerrado, la composición molar final de la mezcla será 35. En la formación de ácido nítrico tiene lugar la siguiente A. 50% H2O, 25% O2, 25% CO2 reacción B. 50% H2O, 50% CO2 N2O5 + H2O HNO3 C. 25% H2O, 25% O2, 50% CO2 D. 50% H2O, 50% O2 Para formar 630g de ácido se necesitan 540g de oxido 29. Se hacen reaccionar 11 gramos de hierro del 83% de Indica: pureza con 0,3 moles de ácido clorhídrico. ¿Cuántos gramos a) La cantidad de agua necesaria para que se complete la de cloruro ferroso (FeCl2) se recogen si la eficiencia de la reacción anterior reacción es del 92%? b) La cantidad de ácido que se obtiene a partir de 270g de óxido Fe + HCl FeCl2 + H2 c) La masa de óxido necesario para reaccionar con 3 moles de agua 30. Los carbohidratos se transforman en energía y otros d) ¿Reaccionarán completamente 10Kg de óxido con 2Kg de productos en presencia de oxígeno como lo representa la agua? ¿Hay reactivo limitante? ¿Cuál es el reactivo en exceso? siguiente ecuación Luz ¿Qué masa de ácido se formará? 36. Una forma de obtener cloro en el laboratorio es por acción En una atmósfera compuesta en un 80% de Hidrógeno y 20% de un agente oxidante fuerte sobre un cloruro. de Dióxido de Carbono, y que permite el paso de la luz ultravioleta; se tiene una cantidad de Glucosa. Transcurrido un tiempo y al analizar los gases de la atmósfera se tiene que: 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O +5Cl2 En una experiencia por reacción de 47,2 g de KMnO4 se A. contiene 20% de CO2, 40% de H2O y 40% de H2 recogen 50 g de Cl2. Determina el rendimiento de la reacción. B. contiene 10% de CO2, 10% de H2O y 80% de H2 C. contiene 40% de CO2, 20% de H2O y 40% de H2 37. El jugo gástrico contiene aproximadamente 3,0 g de HCl D. contiene 20% de CO2 y 80% de H2 por cada litro. Si una persona, produce 2 litros de jugo gástrico diariamente, ¿cuántas tabletas antiácidas de 500 mg de 31. En la descomposición de 6,8 gramos de KClO3 se preparan hidróxido de aluminio se necesitarían para neutralizar el ácido 0,06 moles de oxígeno. Halla la eficiencia de la reacción. producido en un día? KClO3 Δ KCl + O2 38. En la fabricación de medicamentos, el químico farmacéutico debe tener en cuenta las proporciones de la 32. El óxido de calcio o cal viva (CaO) se extrae por materia prima para obtener el producto deseado. calcinación del carbonato de calcio (CaCO3) según la a) ¿Qué sucedería si adicionara mayor cantidad de alguno de reacción: los reactantes? CaCO3(s) 1110°C CaO(s) + CO2(g) b) ¿Qué consecuencias tendría en el proceso de elaboración? c) ¿Se podría consumir el medicamento? 5 39. Cuando ocurre una reacción química, generalmente, se El estudiante cree que en el aire hay un componente presenta un cambio en la temperatura de los compuestos en la indispensable para el proceso de combustión y de respiración. reacción, lo cual se mide con la entalpía ΔH. Cuando la temperatura de la reacción aumenta es porque la reacción es ¿Qué debería hacer el estudiante para estar seguro de su exotérmica y su entalpía es negativa ΔH (-), liberando energía afirmación? como calor. Cuando la temperatura de la reacción disminuye, la reacción es endotérmica y su entalpía es positiva ΔH (+), A. Repetir el experimento con diferentes clases de velas. absorbiendo calor. La energía libre de Gibbs, ΔG, indica el B. Buscar información actual acerca del tema. grado de espontaneidad de una reacción a temperatura y C. Repetir el experimento con diferentes animales. presión constantes. Cuando el valor de ΔG es positivo, la D. Buscar la opinión de un compañero reacción es no espontánea y cuando ΔG es negativa, la reacción es espontánea. 41. SOPA DE LETRAS, SOBRE EL MEDIO AMBIENTE Encuentre en la sopa de letras los siguientes componentes del A continuación se observan algunos valores termodinámicos medio ambiente, define cada término. para cuatro reacciones: BRICK PAPEL COMPOST REDUCIR CONTENEDOR RECICLAR ENVASE REUTILIZAR MATERIA ORGÁNICA TECTÁN VERTEDERO VIDRIO De acuerdo con la información anterior, es correcto afirmar que la reacción A. 1 es endotérmica, porque el valor de la entalpía es el más pequeño de las cuatro reacciones. B. 2 es exotérmica, porque el valor de la energía libre de Gibbs es negativo. C. 3 es no espontánea, porque el valor de la energía libre de Gibbs es positivo. D. 4 es espontánea, porque el valor de la entalpía de reacción es intermedio entre los cuatro valores. 40. Un estudiante leyó que el investigador Joseph Priestley, en 1771, realizó el siguiente experimento: metió un ratón dentro de una caja de vidrio transparente que impedía que entrara aire del exterior y después de poco tiempo el ratón murió. Luego colocó una vela encendida en la misma caja de vidrio transparente y después de poco tiempo la vela se apagó. BIBLIOGRAFIA CASTEBLANCO, B; SÁNCHEZ, M; PEÑA O. QUÍMICA 1 y 2. con lineamientos y competencias. Grupo editorial norma. Bogotá 2003. CHANG, Raymond y COLLEGE Williams. QUÍMICA. Mc GRAW-HILL. México 2010. MONDRAGÓN, C; PEÑA, L; SANCHEZ, M. QUÍMICA I y II SANTILLANA. Bogotá 2012. PEDROZO, Julio; TORRENEGRA, Rubén. EXPLOREMOS LA QUÍMICA. Pearson educación. 2010. 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