PPTCTC032TC33-A16V1 Clase Estequiometría III: reactivo limitante y rendimiento de una reacción.

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1 PPTCTC032TC33-A16V1 Clase Estequiometría III: reactivo limitante y rendimiento de una reacción

2 Resumen de la clase anterior Relaciones estequiométricas Permiten predecir cantidades a ser producidas en la reacción. Establecen relación entre distintas unidades. Requieren ecuaciones balanceadas.

3 Anteriormente establecimos que podíamos hacer 36 sándwiches con los siguientes ingredientes: 36 panes 18 paltas 36 láminas de jamón Pero con esos ingredientes solo se logró hacer 32  89% de lo calculado ¿Qué pasó? El cocinero se comió uno de los panes  35 panes Dos láminas de jamón se cayeron al suelo  34 láminas de jamón 2 paltas estaban en mal estado  16 paltas ¿Cuántos sándwiches podemos hacer con esos ingredientes? 35 panes  35 sándwiches 34 láminas de jamón  34 sándwiches 16 paltas  32 sándwiches Rendimiento Estequiometría en la vida diaria Nos queda jamón y pan, pero la disponibilidad de palta limita el proceso Reactivo limitante

4 Aprendizajes esperados  Determinar el reactivo limitante en una ecuación química.  Diferenciar entre el rendimiento teórico y real de una reacción química. Páginas del libro desde la 70 a la 72.

5 1. Reactivo limitante 2. Rendimiento de una reacción

6 1. Reactivo limitante Si en un salón de baile hay 12 hombres y 9 mujeres, únicamente se podrán completar 9 parejas mujer/hombre. 3 hombres se quedarán sin pareja. Así, el número de mujeres limita el número de hombres que podrán bailar y hay un exceso de hombres. 3 moléculas de A 5 moléculas de B A se consumió completamente Sobran dos moléculas de B Es el reactivo que se consume primero en una reacción. A  Reactivo limitante B  Reactivo en exceso ¿Quiénes serían el reactivo limitante, los hombres o las mujeres?, ¿y el reactivo en exceso?

7 En una reacción, 135 g de aluminio (Al) reaccionan con 640 g de óxido férrico (Fe 2 O 3 ) 2Al + Fe 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Fe Calcule los gramos de Al 2 O 3 formado e identifique el reactivo limitante. Transformamos los gramos de ambos compuestos a mol: Ejemplo

8 Teniendo la siguiente relación estequiometrica, Reactivo limitante: Al  Se consumen los 5 mol Reactivo en exceso: Fe 2 O 3  Se consumen 2,5 mol y sobran 1,5 mol. Ejemplo El reactivo limitante el que se utiliza para calcular la cantidad de producto obtenido a partir de las relaciones estequiométricas:

9 Ejercitación Ejercicio 10 “guía del alumno” MC La siguiente figura representa una reacción no balanceada de formación del amoníaco (NH 3 ): Con relación a la figura, es correcto afirmar que A) se cumple la ley de conservación de la masa. B) H 2 es el reactivo en exceso. C) H 2 es el reactivo limitante. D) N 2 se consume completamente. E) H 2 no se consume completamente. C ASE 4 átomos de N 2 átomos de N  6 átomos de H Se consume todo el H disponible  Quedan 2 átomos de N sin usar  

10 Relaciones Tabla de ayuda Cuando tengas que realizar cálculos estequiométricos en una ecuación química, te puede ser útil realizar una tabla como esta: 4 NH 3 + 5 O 2 → 4 NO + 6 H 2 O * n (mol)4 mol5 mol4 mol6 mol MM (g/mol)17 g/mol32 g/mol30 g/mol18 g/mol m (g)68 g160 g120 g108 g Masa total228 g * Al enfrentarnos con una ecuación, siempre debemos comprobar que esté balanceada.

11 Un ingeniero quiere determinar la proporción más adecuada de dos reactivos que se usan en un proceso industrial, con el objetivo de minimizar las pérdidas. Para ello, pone 100 g de la sustancia 1 en 10 matraces y determina la masa de cada matraz con reactivo. A continuación, vierte distintas masas de la sustancia 2 en cada matraz, lo que produce una reacción con liberación de un gas. Una vez que se completa la reacción en cada matraz, vuelve a masarlos y determina por diferencia cuánto gas se desprendió. De acuerdo al experimento descrito, ¿cuál sería una conclusión apropiada? A) Los reactivos deben combinarse en una proporción 1:4 en masa. B) La masa de los productos debe ser igual a la masa de los reactantes. C) Para obtener mayor masa de producto se debe utilizar mayor masa de reactantes. D) Al aumentar la masa de la sustancia 2, aumentará el gas producido, hasta cierto límite. E) Las pérdidas de reactivos pueden minimizarse mediante una manipulación cuidadosa de los mismos. Pregunta HPC Ejercicio 7 “guía del alumno” A ASE Habilidad de Pensamiento Científico: Identificación de teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas MC Las conclusiones de un experimento deben concordar con los objetivos del mismo.

12 Ejercitación Ejercicio 17 “guía del alumno” B Aplicación MTP Para la siguiente reacción C + O 2 → CO 2 ¿Cuál de las siguientes combinaciones de reactantes produce una mayor cantidad de CO 2 ? ¿Está equilibrada la ecuación? n1 mol MM12 g/mol 32 g/mol 44 g/mol n de Cn de O 2 0,5 mol1 mol 0,5 mol 0,4 mol 0,5 mol0,2 mol n de CO 2 0,5 mol 1 mol 0,5 mol 0,4 mol 0,2 mol Reactivo limitante

13 2. Rendimiento de una reacción Si se consumen las 3 moléculas de A Y 3 de B Esperamos obtener 3 AB Rendimiento teórico Lo que se obtiene realmente Rendimiento real Rendimiento real ≤ rendimiento teórico vs.

14 Ejemplo 2 H 2 S + SO 2 → 3 S + 2 H 2 O La reacción de 6,8 g de H 2 S con exceso de SO 2, según la siguiente reacción, produce 8,2 g de S. ¿Cual es el rendimiento? En esta reacción, 2 mol de H 2 S reaccionan para dar 3 mol de S. 1)Se usa la estequiometría para determinar la máxima cantidad de S que puede obtenerse a partir de 6,8 g de H 2 S. 2 mol de H 2 S → 3 mol de S 0,2 mol de H 2 S → X mol de S X= 0,3 mol de S m =0,3 mol x 32 g/mol = 9,6 g de S

15 2) Se divide la cantidad real de S obtenida por la máxima teórica, y se multiplica por 100. Ejemplo ¿Por qué razón las reacciones químicas no tienen un 100% de rendimiento? Es posible que no todos los reactantes reaccionen Es posible que haya reacciones laterales que no lleven al producto deseado La recuperación del 100% de la muestra es prácticamente imposible

16 Ejercicio 19 “guía del alumno” Ejercitación MTP Para la siguiente reacción KOH + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + H 2 O ¿Cuál es el rendimiento de la reacción si a partir de 98 g de H 2 SO 4 se obtienen 27 g de agua? A) 100% B) 85% C) 80% D) 75% E) 70% D Aplicación ¿Está balanceada la ecuación?  22 2KOH + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + 2H 2 O n (mol)2112 MM (g/mol) 9818 m (g)9836 Rendimiento teórico Rendimiento real ¿Rendimiento teórico?

17 Ejercitación Ejercicio 16 “guía del alumno” C Aplicación MC La glucosa de la uva (C 6 H 12 O 6 ) fermenta por la acción de una levadura y se transforma en alcohol (etanol, C 2 H 6 O) y en dióxido de carbono (CO 2 ), transformando el mosto en vino. Si la reacción que se produce tiene un rendimiento del 75%, ¿cuál es la masa de alcohol que se obtiene a partir de 1,440 kg de glucosa? A)46 g B) 92 g C) 552 g D) 736 g E) 55200 g C 6 H 12 O 6  C 2 H 6 O + CO 2 ¿Está balanceada la ecuación?  C 6 H 12 O 6  2C 2 H 6 O + 2CO 2 C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 6 O + 2CO 2 n (mol)122 MM (g/mol)18046 m (g)18092 Rendimiento teórico

18 Pregunta oficial PSU Según la reacción: 2 Fe (s) + 6 HCl (ac) 2 FeCl 3 (ac) + 3 H 2 (g) ¿Qué cantidad de hierro (Fe) ha reaccionado con ácido clorhídrico (HCl) para producir 67,2 L de hidrógeno (H 2 ) medidos en condiciones normales de temperatura y presión? A) 2/3 mol de Fe B) 3/2 mol de Fe C) 1 mol de Fe D) 2 mol de Fe E) 3 mol de Fe D Aplicación

19 Tabla de corrección ÍtemAlternativaUnidad temáticaHabilidad 1 B Disoluciones químicas Reconocimiento 2 B Disoluciones químicas Comprensión 3 E Disoluciones químicas Aplicación 4 A Disoluciones químicas ASE 5 E Disoluciones químicas Comprensión 6 C Disoluciones químicas Aplicación 7 A Disoluciones químicas ASE 8 B Disoluciones químicas ASE 9 B Disoluciones químicas Aplicación 10 C Disoluciones químicas ASE

20 Tabla de corrección ÍtemAlternativaUnidad temáticaHabilidad 11 D Disoluciones químicas ASE 12 A Disoluciones químicas ASE 13 C Disoluciones químicas ASE 14 C Disoluciones químicas Aplicación 15 D Disoluciones químicas Comprensión 16 C Disoluciones químicas Aplicación 17 B Disoluciones químicas Aplicación 18 E Disoluciones químicas Comprensión 19 D Disoluciones químicas Aplicación 20 C Disoluciones químicas Aplicación

21 Síntesis de la clase Reactivo limitante Reactivo que se consume primero en una reacción Rendimiento de una reacción TeóricoReal Cantidad de producto obtenido, si reacciona todo el reactivo limitante Cantidad de producto obtenido realmente en una reacción

22 Prepara tu próxima clase En la próxima sesión, realizaremos el Taller II

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