Estequiometría -Mol - Masa 3.1: Mol 3.2: Determinación de la Formula de un compuesto 3.3: Plantear y Balancear Ecuaciones Químicas 3.4: Calcular la cantidad.

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1 Estequiometría -Mol - Masa 3.1: Mol 3.2: Determinación de la Formula de un compuesto 3.3: Plantear y Balancear Ecuaciones Químicas 3.4: Calcular la cantidad de reactantes y productos 3.5: Fundamentos de estequiometría de soluciones

2 MOL El termino mol se deriva de su definición: La cantidad de substancia que contiene tantas partículas elementales (átomos, moléculas, iones, o cualquier otras) como la cantidad de átomos que hay en exactamente 12 gramos de carbono 12 ( 12 C). 1 Mol = 6.022045 x 10 23 partículas (átomos, moléculas, iones, electrones) = N A partículas

3 Numero de Avogadro (N A ) N A = 6.022045 x 10 23 = # de partículas (átomos, moléculas, iones, electrones) en una mol de algún elemento o compuesto.

4 Conteo de objetos de masa relativa fija 12 canicas rojas @ 7g c/u = 84g 12 canicas amarillas @ 4e c/u = 48 e 55.85g Fe = 6.022 x 10 23 átomos Fe 32.07g S = 6.022 x 10 23 átomos S

5 Relaciones de Masa y Moles en Elementos Elemento Masa Atómica Masa Molar Numero de Átomos 1 átomo de H = 1.008 amu 1 mol de H = 1.008 g = 6.022 x 10 23 átomos 1 átomo de Fe = 55.85 amu 1 mol de Fe = 55.85 g = 6.022 x 10 23 atomos 1 átomo de S = amu 1 mol de S = g = átomos 1 átomo de O = amu 1 mol of O = g = átomos Masa molecular: 1 molécula of O 2 = amu 1 mol of O 2 = g = moléculas 1 molécula of S 8 = amu 1 mol of S 8 = g = moléculas

6 Mol - Masa en Elementos Elemento Masa Atómica Masa Molar Numero de Átomos 1 átomo de H = 1.008 amu 1 mol de H = 1.008 g = 6.022 x 10 23 átomos 1 átomo de Fe = 55.85 amu 1 mol de Fe = 55.85 g = 6.022 x 10 23 átomos 1 átomo de S = 32.07 amu 1 mol de S = 32.07 g = 6.022 x 10 23 átomos 1 átomo de O = 16.00 amu 1 mol de O = 16.00 g = 6.022 x 10 23 átomos Masa molecular: 1 molécula de O 2 = 16.00 x 2 = 32.00 amu 1 mol de O 2 = 32.00 g = 6.022 x 10 23 moléculas 1 molécula de S 8 = 32.07 x 8 = 256.56 amu 1 mol de S 8 = 256.56 g = 6.022 x 10 23 moléculas

7 Masa Molecular – Masa Molar ( M ) La Masa Molecular de un compuesto expresada en amu es numéricamente lo mismo que la masa de una mol del compuesto expresada en gramos, llamada su masa molar. Para agua: H 2 O Masa molecular = (2 x masa atómica del H ) + masa atómica del O = 2 ( amu) + amu = amu Masa de una molécula de agua = amu Masa molar = ( 2 x masa molar del H ) + (1 x masa molar del O) = 2 ( g ) + g = g g H 2 O = 6.022 x 10 23 moléculas de agua = 1 mol de H 2 O

8 Molecular Mass - Molar Mass ( M ) La masa molecular de un compuesto expresada en amu es numéricamente lo mismo que la masa de una mol del compuesto expresada en gramos, llamada su masa molar. Para agua: H 2 O Masa molecular = (2 x masa atómica del H ) + masa atómica del O = 2 ( 1.008 amu) + 16.00 amu = 18.02 amu Masa de una molécula de agua = 18.02 amu Masa molar = ( 2 x masa molar del H ) + (1 x masa molar del O) = 2 ( 1.008 g ) + 16.00 g = 18.02 g 18.02 g H 2 O = 6.022 x 10 23 moléculas de agua = 1 mol de H 2 O

9 Una mol de 3 sustancias comunes CaCO 3 100.09 g Oxigeno 32.00 g Cobre 63.55 g Agua 18.02 g

10 Calculando el Numero de Moles y Átomos de la Masa dada de un Elemento Problema: Tungsteno (W) es el elemento usado como filamento en los focos, y tiene el mas alto punto de fusión que cualquier otro elemento 3680 o C. ¿Cuantas moles de tungsteno y átomos del elemento hay en 35.0 mg de muestra del metal? Plan: Convertir de masa a moles dividiendo la masa por el peso atómico del metal, después calcular el numero de átomos multiplicando por el Numero de Avogadro! Solución: Convertir de masa de W a moles: Moles de W = 35.0 mg W x = 0.00019032 mol 1.90 x 10 - 4 mol NO. de átomos de W = 1.90 x 10 - 4 mol W x = = 1.15 x 10 20 átomos de Tungsteno 1 mol W 183.9 g W 6.022 x 10 23 atoms 1 mol of W

11 Calcular el numero de moles y de unidades Formula de una masa dada de un compuesto. Problema: Fosfato de trisodio es un componente de algunos detergentes. ¿Cuantas moles y unidades formula hay en una muestra de 38.6 g? Plan: Necesitamos determinar la formula y la masa molecular de las masas atómica de cada elemento multiplicando por los coeficientes. Solución: La formula es Na 3 PO 4. Primero calcular la masa molar: M = # de Unidades formula= Convertir de masa a moles:

12 Calcular el numero de moles y de unidades Formula de una masa dada de un compuesto. Problema: Fosfato de trisodio es un componente de algunos detergentes. ¿Cuantas moles y unidades formula hay en una muestra de 38.6 g? Plan: Necesitamos determinar la formula y la masa molecular de las masas atómica de cada elemento multiplicando por los coeficientes. Solución: La formula es Na 3 PO 4. Primero calcular la masa molar: M = 3x Sodio + 1 x Fosforo = 4 x Oxigeno = = 3 x 22.99 g/mol + 1 x 30.97 g/mol + 4 x 16.00 g/mol = 68.97 g/mol + 30.97 g/mol + 64.00 g/mol = 163.94 g/mol Convertir de masa a moles: Moles Na 3 PO 4 = 38.6 g Na 3 PO 4 x (1 mol Na 3 PO 4 ) 163.94 g Na 3 PO 4 = 0.23545 mol Na 3 PO 4 Unidades formula = 0.23545 mol Na 3 PO 4 x 6.022 x 10 23 unidades formula 1 mol Na 3 PO 4 = 1.46 x 10 23 unidades formula

13 Secuencia para el calculo del Porcentaje de Masa Moles de X en un mol de Compuesto % de Mass de X Fracción de masa de X Masa (g) de X en una mol de compuesto Multiplicar por M (g / mol of X) Dividir por la masa (g) de una mol de compuesto Multiplicar por 100 %

14 Calcular el Porcentaje de Masa y las Masas de los Elementos en una muestra de un Compuesto Problema: Sucrosa (C 12 H 22 O 11 ) es la azúcar común de mesa. ( a) ¿Cual es el por ciento de masa de cada elemento en la sucrosa? ( b) ¿Cuantos gramos de carbón hay en 24.35 g de sucrosa? (a) Determinar los por cientos de masa de cada elemento: masa of C por mol de sucrosa = masa of H / mol = masa of O / mol = masa total por mol = Encontrar la fracción de masa de C en la Sucrosa & % C : masa de C por mol masa de 1 mol de sucrosa = Encontrar el % de masa de C = Fracción de masa de C = =

15 Calcular el Porcentaje de Masa y las Masas de los Elementos en una muestra de un Compuesto Problema: Sucrosa (C 12 H 22 O 11 ) es la común azúcar de mesa. ( a) ¿Cual es el por ciento de masa de cada elemento en la sucrosa? ( b) ¿Cuantos gramos de carbón hay en 24.35 g de sucrosa? (a) Determinar los por cientos de masa de cada elemento: masa of C por mol de sucrosa = 12 x 12.01 g C/mol = 144.12 g C/mol masa of H / mol = 22 x 1.008 g H/mol = 22.176 g H/mol masa of O / mol = 11 x 16.00 g O/mol = 176.000 g O/mol masa total por mol =342.296 g/mol Encontrar la fracción de masa de C en la Sucrosa (% C) : masa de C por mol 144.12 g C/mol masa de 1 mol de sucrosa 342.30 g Cpd/mol =0.4210 Encontrar el % de masa de C =0.4210 x 100% = 42.10% Fracción de masa de C = =

16 (a) continua % Masa de H = x 100% = % Masa de O = x 100% = (b) Determinar la masa del carbón : Masa (g) de C = masa de sucrosa x (fracción de masa de C en sucrosa) Masa (g) de C = mol H x M of H masa de 1 mol sucrosa mol O x M of O masa of 1 mol sucrosa Calcular el Porcentaje de Masa y las Masas de los Elementos en una muestra de un Compuesto

17 (a) continua % Masa de H = x 100% = x 100% = 6.479% H % Masa de O = x 100% = x 100% = 51.417% O (b) Determinar la masa del carbón: Masa (g) de C = masa de sucrosa x (fracción de masa de C en sucrosa) Masa (g) de C = 24.35 g sucrosa x = 10.25 g C mol H x M of H 22 x 1.008 g H masa de 1 mol sucrosa 342.30 g mol O x M of O 11 x 16.00 g O masa de 1 mol sucrosa 342.30 g 0.421046 g C 1 g sucrosa Calcular el Porcentaje de Masa y las Masas de los Elementos en una muestra de un Compuesto

18 Calcular M y % de cada elemento en NH 4 NO 3. 2 mol N x 4 mol H x 3 mol O x Masa molar = M = %N = x 100% = 35.00% 28.02g N 2 80.05g %H = x 100% = 5.037% 4.032g H 2 80.05g %O = x 100% = 59.96% 48.00g O 2 80.05g 99.997%

19 2 mol N x 14.01 g/mol = 28.02 g N 4 mol H x 1.008 g/mol = 4.032 g H 3 mol O x 15.999 g/mol = 48.00 g O 80.05 g/mol %N = x 100% = 35.00% 28.02g N 2 80.05g %H = x 100% = 5.037% 4.032g H 2 80.05g %O = x 100% = 59.96% 48.00g O 2 80.05g 99.997% Calcular M y % de cada elemento en NH 4 NO 3.

20 Calcular el porcentaje de cada elemento en Acido Sulfúrico H 2 SO 4 Masa Molar de Acido Sulfúrico = 2(1.008g) + 1(32.07g) + 4(16.00g) = 98.09 g/mol %H = x 100% = 2.06% H 2(1.008g H 2 ) 98.09g %S = x 100% = 32.69% S 1(32.07g S) 98.09g %O = x 100% = 65.25% O 4(16.00g O) 98.09 g Total = 100.00%

21 Formulas Empíricas y Moleculares Formula Empírica – Es la formula mas simple de un compuesto que corresponde con el análisis químico elemental! El mas simple arreglo del numero total de átomos. Formula Molecular – La formula del compuesto tal y como existe, puede ser un múltiplo de la Formula Empírica.

22 Algunos ejemplos de Compuestos con las mismas proporciones Elementales Formula Empírica Formula Molecular CH 2 (Hidrocarburos no saturados) C 2 H 4, C 3 H 6, C 4 H 8 OH o HO H 2 O 2 S S 8 P P 4 Cl Cl 2 CH 2 O (carbohidratos) C 6 H 12 O 6

23 Pasos para Determinar las Formulas Empíricas Masa (g) del Elemento Moles del Elemento Formula Preliminar Formula Empirica ÷ M (g/mol ) Usar no. de moles como subíndices. Cambio a subíndices enteros: div. ÷ el menor, conv. a numero # total.

24 Determinar la Formula Empírica a partir de Masas de Elementos - I Problema: El análisis elemental de una muestra de compuesto da los Siguientes resultados: 5.677g Na, 6.420 g Cr, y 7.902 g O. ¿Cual es la formula empírica y el nombre del compuesto? Plan: Primero convertimos de masa de elementos a moles de elementos usando las masas molares. Después construimos una formula preliminar y nombre del compuesto. Solución: Encontrar el numero de moles de los elementos: Moles of Na = Moles of Cr = Moles of O =

25 Determinar la Formula Empírica a partir de Masas de Elementos - I Problema: El análisis elemental de una muestra de compuesto da los Siguientes resultados: 5.677g Na, 6.420 g Cr, y 7.902 g O. ¿Cual es la formula empírica y el nombre del compuesto? Plan: Primero convertimos de masa de elementos a moles de elementos usando las masas molares. Después construimos una formula preliminar y nombre del compuesto. Solución: Encontrar el numero de moles de los elementos: Moles of Na = 5.678 g Na x = 0.2469 mol Na Moles of Cr = 6.420 g Cr x = 0.12347 mol Cr Moles of O = 1 mol Na 22.99 g Na 1 mol Cr 52.00 g Cr 7.902 g O x = 0.4939 mol O 1 mol O 16.00 g O

26 Determinar la Formula Empírica a partir de Masas de Elementos - II Construir la formula preliminar : Convertir a subíndices enteros dividiendo a todos los subíndices por El subíndice mas pequeño Redondear los resultados a números enteros: Na 0.2469 Cr 0.1235 O 0.4939 Na 1.99 Cr 1.00 O 4.02 Na 2 CrO 4 Cromato de Sodio

27 Determinar la Formula Molecular a partir de la Composición química elemental y Masa Molar - I Problema: La fuente de energía en células del cuerpo proviene de la combustión de la Glucosa (M = 180.16 g/mol), su análisis químico muestra que contiene 40.00 % en masa de C, 6.719 % de H y 53.27 % de O. (a) Determinarla formula empírica de la glucosa. (b) Determinar la formula molecular. Plan: Lo único que tenemos es % de masas, no tenemos peso del compuesto, por lo tanto: asumiremos 100g del compuesto, el % se convierte a gramos así como se hizo previamente con las masas de los elementos. Solución: Masa Carbón = 40.00% x 100g/100% = 40.00 g C Masa Hidrogeno = 6.719% x 100g/100% = 6.719g H Masa Oxigeno = 53.27% x 100g/100% = 53.27 g O 99.989 g Cpd

28 Conversión de Gramos de Elementos a moles: Moles de C = Masa de C x = 3.3306 moles C Moles de H = Masa de H x = 6.6657 moles H Moles de O = Masa de O x = 3.3294 moles O Formula preliminar: C 3.33 H 6.67 O 3.33 La conversión de los subíndices a enteros. Se realiza dividiendo Todos los subíndices por el mas pequeño: C 3.33/3.332 H 6.667 / 3.332 O 3.33 / 3.332 = CH 2 O Determinar la Formula Molecular a partir de la Composición química elemental y Masa Molar -II 1 mole C 12.01 g C 1 mol H 1.008 g H 1 mol O 16.00 g O

29 Determinar la formula molecular a partir de la Composición Elemental y Masa Molar - III (b) Determinación de la Formula Molecular : El peso formula gramo de la formula empírica es: 1 x C + 2 x H + 1 x O = 1 x 12.01 + 2 x 1.008 + 1 x 16.00 = 30.03 g/mol Números enteros múltiplos = = = = = Masa de la Glucosa Masa de la formula empírica Finalmente la formula molecular es :

30 Determining the Molecular Formula from Elemental Composition and Molar Mass - III Números enteros múltiplos = = = = 6.00 = 6 Masa de la Glucosa Masa de la formula empírica 180.16 30.03 Finalmente la formula molecular es : C 1 x 6 H 2 x 6 O 1 x 6 = C 6 H 12 O 6 (b) Determinación de la Formula Molecular : El peso formula gramo de la formula empírica es: 1 x C + 2 x H + 1 x O = 1 x 12.01 + 2 x 1.008 + 1 x 16.00 = 30.03 g/mol

31 La adrenalina es un compuesto muy importante en el cuerpo - I Análisis : C = 56.8 % H = 6.50 % O = 28.4 % N = 8.28 % Calculo de la formula Empírica !

32 Adrenalina - II Se Asumen 100g! C = H = O = N = Dividir por el subíndice mas pequeño (0.591) => C = H = O = N =

33 Adrenalina - II Se Asumen 100g! C = 56.8 g C/(12.01 g C/ mol C) = 4.73 mol C H = 6.50 g H/( 1.008 g H / mol H) = 6.45 mol H O = 28.4 g O/(16.00 g O/ mol O) = 1.78 mol O N = 8.28 g N/(14.01 g N/ mol N) = 0.591 mol N Dividir por el subíndice mas pequeño (0.591) => C = 8.00 mol C = 8.0 mol C or H = 10.9 mol H = 11.0 mol H O = 3.01 mol O = 3.0 mol O C 8 H 11 O 3 N N = 1.00 mol N = 1.0 mol N

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