IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º

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Tema 14 : REACCIONES QUÍMICAS 1.. Concepto de reacción química 2.. Ecuaciones químicas 2.1. Significado cualitativo de una ecuación química 2.2. Métodos de ajuste de ecuaciones químicas 2.3. Significado cuantitativo de una ecuación química 3.. Tipos de reacciones químicas 4.. Cálculos estequiométricos 4.1. Cálculos con masas 4.2. Cálculos con volúmenes de gases en condiciones normales 4.3. Cálculos con volúmenes de gases en condiciones no normales 4.4. Cálculos con reactivo limitante 4.4. Cálculos con reactivos en disolución 5.. El rendimiento en las reacciones químicas IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

1.. Concepto de reacción química Ya sabemos que una reacción química es un proceso en el que una o unas sustancias iniciales llamadas REACTIVOS se transforman en otra u otras sustancias finales llamadas PRODUCTOS REACTIVOS PRODUCTOS + Una sustancia Dos sustancias Las mismas clases de átomos y la misma cantidad de cada uno de ellos. Solo se ha producido una redistribución de los átomos La suma de las masas de estos átomos La suma de las masas de estos átomos = IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

2.. Ecuaciones químicas Una ecuación química es la representación simbólica de una reacción química, mediante las fórmulas de las sustancias que intervienen. Describe a la reacción química tanto cualitativa como cuantitativamente. Por ejemplo sea la reacción: El dióxido de disodio sólido con el agua líquida produce hidróxido de sodio en disolución acuosa con desprendimiento de gas oxígeno. Esta reacción la podemos representar mediante la siguiente ecuación química: Na2O2 (s) H2O (ℓ) → NaOH (aq) O2 (g) Por ejemplo sea la reacción: El hidróxido de aluminio y el ácido sulfúrico, ambos en disolución acuosa, reaccionan para dar sulfato de aluminio, que queda en disolución, y agua. Esta reacción la podemos representar mediante la siguiente ecuación química: Al(OH)3 (aq) H2SO4 (aq) → Al2(SO4)3 (aq) H2O (ℓ) IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

2.1. Significado cualitativo de una ecuación química Al escribir una ecuación química es necesario seguir las siguientes normas: • Representamos a las sustancias mediante sus fórmulas químicas, poniendo a la izquierda los reactivos y a la derecha los productos, separados por una flecha con sentido hacia la derecha. Si hubiera varios reactivos o varios productos se escriben las fórmulas separadas por signos + . • Sólo escribiremos las fórmulas de las sustancias que intervienen propiamente en la reacción. No se hace constar, por ejemplo, el agua de disolución • A veces se indica el estado físico de agregación de las sustancias, poniendo detrás de cada fórmula los símbolos ( s ) , ( ℓ ), ( g ) , ( aq ) según se hallen en estado sólido, líquido, gas o en disolución acuosa, respectivamente. • En ocasiones se incluyen otros símbolos para indicar otras características del proceso: • El símbolo Δ encima de la flecha significa calentamiento: Δ CaCO3 (s) → CaO (s) CO2 (g) • Una flecha hacia arriba junto a un producto significa desprendimiento de un gas: Δ CaCO3 → CaO CO2 ↑ • Una flecha hacia abajo junto a un producto significa formación de un precipitado sólido: Pb(NO3) NaI → PbI2 ↓ + 2 NaNO3 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

2.2. Métodos de ajuste de ecuaciones químicas Según exige la ley de Lavoisier de la conservación de la masa, en los productos de toda reacción química tiene que haber las mismas clases de átomos y en el mismo número que en los reactivos. Decimos que una ecuación química está ajustada cuando el número de átomos de cada elemento que interviene en la reacción es el mismo en los reactivos que en los productos, es decir, a ambos lados de la flecha. 2 átomos de O 1 átomos de O H2 (g) O2 (g) → H2O (g) No ajustada 2 H2 (g) O2 (g) → 2 H2O (g) Ajustada Ajustar una reacción es encontrar unos números (los coeficientes estequiométricos) que puestos DELANTE de la fórmula de cada una de las sustancias que intervienen consiguen que existan el mismo número de átomos a ambos lados de la flecha. No se pueden modificar los subíndices de las fórmulas. El coeficiente 1 no se pone. Este curso, para ajustar las reacciones, podemos utilizar dos métodos: a) Método de tanteo , para ecuaciones sencillas . b) Método de los coeficientes estequiométricos indeterminados o del sistema de ecuaciones IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Método de tanteo : Es el método del ensayo-error. Vamos probando para cada clase de átomo hasta conseguir la reacción ajustada. Se aconseja ir probando-ajustando por este orden: • Metales • No Metales • Hidrógeno • Oxígeno Ejemplo: H O2 → H2O • A ambos lados hay 2 átomos de hidrógeno. No hacemos nada • A la izquierda hay 2 átomos de oxígeno y a la derecha 1. Ponemos un 2 delante de la fórmula del agua. H O2 → H2O • Pero como hemos puesto 2 moléculas de agua, ahora tenemos 4 átomos de hidrógeno a la derecha y sólo 2 a la izquierda. Tenemos que poner un 2 delante del hidrógeno 2 H O2 → H2O (Ajustada) Nota: No se pueden modificar en ningún caso los subíndices de las fórmulas. IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Otro ejemplo: KClO → KCl O2 • Ajustaremos primero el K (metal), después el Cl (no metal) y por último el O • A ambos lados hay 1 átomo de potasio. No hacemos nada. • A ambos lados hay 1 átomo de cloro. No hacemos nada. • A la izquierda hay 3 átomos de oxígeno y a la derecha 2. En la sustancia donde existe un número impar (3) le ponemos un 2 y un 3 delante del oxígeno: 2 KClO → KCl O2 • Vemos que al poner el 2 hemos desajustado el K y el Cl. Ahora de ambos hay 2 a la izquierda y 1 a la derecha. Ponemos un 2 delante del KCl : 2 KClO → KCl O (Ajustada) Nota: No se pueden modificar en ningún caso los subíndices de las fórmulas. IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Otro ejemplo: N2H N2O4 → N H2O En primer lugar ajustamos el número de átomos de oxígeno, ya que solo aparecen una vez en cada miembro de la reacción. Como en los reactivos tenemos 4 átomos de oxígeno, y en los productos tan solo 1, multiplicamos por 4 delante del H2O: N2H N2O4 → N H20 Ahora vamos a ajustar el número de átomos de hidrógeno, ya que también aparecen solo una vez en cada miembro. Como en los reactivos tenemos 4 átomos de hidrógeno, y en los productos en este momento tenemos 8, multiplicamos por 2 delante del N2H4 : 2 N2H N2O4 → N H2 0 Finalmente ajustamos el número de átomos de nitrógeno. En este instante tenemos 6 átomos en los reactivos y 2 en los productos, así que multiplicamos por 3 delante del N2 : 2 N2H4 + N2O4 → 3 N H20 Nota: No se pueden modificar en ningún caso los subíndices de las fórmulas. IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

N.º de átomos (reactivos) N.º de átomos (productos)
La reacción está correctamente ajustada, ya que: N.º de átomos (reactivos) N.º de átomos (productos) O 4 H 8 N 6 Nota: No se pueden modificar en ningún caso los subíndices de las fórmulas. IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Método de los coeficientes estequiométricos indeterminados: se ponen unos coeficientes a, b , c , d, …… delante de cada sustancia y a partir de ellos, se establece un sistema de ecuaciones, con tantas ecuaciones como clases de átomos participan en la reacción. Se asigna un valor arbitrario (generalmente 1 ) a uno de los coeficientes y se resuelve la ecuación para calcular los otros. Ejemplo: Na2O H2O → NaOH O2 Ponemos los coeficientes indeterminados a , b , c y d. a Na2O b H2O → c NaOH d O2 Planteamos las ecuaciones: Vemos que si hacemos a = 1 ; podemos calcular los otros coeficientes: Para el Na: a = c Para el O: a + b = c d a = 1 1 Para el H: b = c En efecto: De la 1ª ecuación : c = 2 a = 2 · 1 = 2 c = 2 2 Nota: No se pueden modificar en ningún caso los subíndices de las fórmulas. De la 3ª ecuación : b = 1 1 De la 2ª ecuación : Sustituimos en la ecuación química : Na2O H2O → NaOH O2 Multiplicamos por 2 para eliminar el coeficiente fraccionario : 2 Na2O H2O → 4 NaOH O2 1 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad 3 de la página 293: Ajustar, por el método de tanteo, las siguientes ecuaciones químicas: a) C3H8 (g) + O2 (g) → CO2 (g) H2O (g) 5 3 4 b) Na2CO3 (aq) HCl (aq) → NaCl (aq) + CO2 (g) + H2O (ℓ) 2 2 c) PBr3 (s) H2O (ℓ) → HBr (g) + H3PO3 (ℓ) 3 3 d) CaO (s) C (s) → CaC2 (s) CO (g) 3 e) H2SO4 (aq) + BaCl2 (aq) → BaSO4 (s) HCl (aq) 2 Applet que ajusta reacciones químicas IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad 4 de la página 293: Ajustar, por el método de los coeficientes indeterminados las siguientes ecuaciones químicas: a) KClO3 (s) → KCl (s) O2 (g) a b c Para el K: a = b a = 1 1 Para el Cl: a = b b = 1 1 Para el O: 3a = 2c a) KClO3 (s) → KCl (s) O2 (g) ▪ Multiplicamos toda la ecuación por 2 para conseguir coeficientes enteros: a) KClO3 (s) → KCl (s) O2 (g) 2 2 3 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

b) HCl (aq) + Al (s) → AlCl3 ( aq) H2 (g) ▪ Ponemos los coeficientes indeterminados necesarios : a , b, c y d HCl (aq) Al (s) → AlCl3 ( aq) H2 (g) a b c d ▪Escribimos una ecuación para cada uno de los elementos que aparecen en la reacción: Para el H: a = 2d ▪ Asignamos un valor a uno de los coeficientes. En este caso haremos a = 1. Para el Cl: a = 3c a = 1 1 Para el Al: b = c ▪ De la primera ecuación: ▪ De la segunda ecuación: ▪ De la tercera ecuación: HCl (aq) Al (s) → AlCl3 ( aq) H2 (g) ▪ Multiplicamos toda la ecuación por 6 para conseguir coeficientes enteros: HCl (aq) Al (s) → AlCl3 ( aq) H2 (g) 6 2 2 3 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

c) KOH (aq) + Cl2 (g) → KClO3 ( aq) KCl (aq) + H2O (ℓ) ▪ Ponemos los coeficientes indeterminados necesarios : a , b, c , d y e KOH (aq) + Cl2 (g) → KClO3 ( aq) KCl (aq) + H2O (ℓ) a b c d e ▪Escribimos una ecuación para cada uno de los elementos que aparecen en la reacción: Para el K: a = c+d ▪ Asignamos un valor a uno de los coeficientes. En este caso haremos a = 1. Para el O: a = 3c +e a = 1 1 Para el H: a = 2e Para el Cl: 2b = c +d ▪ De la tercera ecuación: ▪ De la segunda ecuación: ▪ De la primera ecuación: ▪ De la cuarta ecuación: KOH (aq) Cl2 (g) → KClO3 ( aq) KCl (aq) H2O (ℓ) ▪ Multiplicamos toda la ecuación por 6 para conseguir coeficientes enteros: c) KOH (aq) Cl2 (g) → KClO3 ( aq) KCl (aq) H2O (ℓ) 6 3 1 5 3 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

d) HNO3 (aq) + Cu (s) → Cu(NO3)2 ( aq) NO (g) + H2O (ℓ) ▪ Ponemos los coeficientes indeterminados necesarios : a , b, c , d y e HNO3 (aq) + Cu (s) → Cu(NO3)2 ( aq) NO (g) + H2O (ℓ) a b c d e ▪Escribimos una ecuación para cada uno de los elementos que aparecen en la reacción: ▪ Asignamos un valor a uno de los coeficientes. En este caso haremos e = 1. Para el H: a = 2e Para el N: a = 2c +d e = 1 1 Para el O: 3a = 6c +d + e Para el Cu: b = c ▪ De la primera ecuación: ▪ De la segunda ecuación: ▪ De la tercera ecuación: ▪ De la cuarta ecuación: HNO3 (aq) Cu (s) → Cu(NO3)2 ( aq) NO (g) H2O (ℓ) ▪ Multiplicamos toda la ecuación por 4 para conseguir coeficientes enteros: HNO3 (aq) Cu (s) → Cu(NO3)2 ( aq) NO (g) H2O (ℓ) 8 3 3 2 4 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 15 24/03/2017 15

e) H2S (g) + O2 (g) → SO2 ( g) H2O (g) ▪ Ponemos los coeficientes indeterminados necesarios : a , b, c y d H2S (g) O2 (g) → SO2 ( g) H2O (g) a b c d ▪Escribimos una ecuación para cada uno de los elementos que aparecen en la reacción: Para el H: 2a = 2d ▪ Asignamos un valor a uno de los coeficientes. En este caso haremos a igual a 1. Para el S: a = c a = 1 1 Para el O: 2b = 2c +d ▪ De la primera ecuación: ▪ De la segunda ecuación: ▪ De la tercera ecuación: H2S (g) O2 (g) → SO2 ( g) H2O (g) ▪ Multiplicamos toda la ecuación por 2 para conseguir coeficientes enteros: 2 H2S (g) + O2 (g) → SO2 ( g) H2O (g) 3 2 2 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

2.3. Significado cuantitativo de una ecuación química A partir de las ecuaciones químicas ajustadas, podemos obtener información sobre la proporción en la que intervienen las distintas sustancias que participan en ellas, tanto si son reactivos como si son productos de la reacción. Toda ecuación química puede ser interpretada en términos: • Atómico-moleculares. • Molares. Veamos la ecuación de formación del agua a partir del hidrógeno y del oxígeno: 2 H2 ( g ) O2 ( g ) → H2O ( g ) • Interpretación Atómico-molecular: 2 moléculas de hidrógeno se combinan con 1 molécula de oxígeno para dar 2 moléculas de agua 4 u de hidrógeno se combinan con u de oxígeno para dar u de agua Si multiplicamos todos los términos de la ecuación por el número de Avogadro: 2 · 6,022 · H2 ( g ) + 6,022 · 1023 O2 ( g ) → 2 · 6,022 · 1023 H2O ( g ) • Interpretación molar: 2 moles de hidrógeno se combinan con 1 mol de oxígeno para dar 2 moles de agua 4 g de hidrógeno se combinan con g de oxígeno para dar g de agua Para las sustancias que estén en estado gaseoso: 2 volúmenes de hidrógeno se combinan con 1 volumen de oxígeno para dar 2 volúmenes de agua ( Todos los volúmenes en las mismas condiciones de presión y temperatura ) 2 · 22,4 L de hidrógeno se combinan con ,4 L de oxígeno para dar 2 · 22,4 L de agua 44,8 L de hidrógeno se combinan con 22,4 L de oxígeno para dar 44,8 L de agua ( Todos los volúmenes en condiciones normales : 1 atm y O°C ) IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

2 H2O (g) CH4 (g) → 4 H2 (g) + CO2 (g) • Interpretación Atómico-molecular: 2 moléculas de agua reaccionan con 1 molécula de metano para dar 4 moléculas de hidrógeno y 1 molécula de dióxido de carbono 36 u de agua se combinan con 16 u de metano para dar 8 u de hidrógeno y 44 u de dióxido de carbono 2 · 18 u de agua 1 · 16 u de metano 4 · 2 u de hidrógeno 1 · 44 u de dióxido de carbono • Interpretación molar: 2 moles de agua se combinan con 1 mol de metano para dar 4 moles de hidrógeno y 1 mol de dióxido de carbono 36 g de agua se combinan con 16 g de metano para dar 8 g de hidrógeno y 44 g de dióxido de carbono Para las sustancias que estén en estado gaseoso: 2 vol de agua (g) se combinan con 1 vol de metano (g) para dar 4 vol de hidrógeno (g) y 1 vol de dióxido de carbono (g) ( Todos los volúmenes medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura ) 2 · 22,4 L de agua (g) se combinan con 1· 22,4 L de metano (g) para dar 4 · 22,4 L de hidrógeno (g) y 1 · 22,4 L de dióxido de de carbono (g) ( Todos los volúmenes medidos en condiciones normales : p = 1 atm y T=273 K ) 44,8 L de agua (g) se combinan con 22,4 L de metano (g) para dar 89,6 L de hidrógeno (g) y 22,4 L de ( Todos los volúmenes medidos en condiciones normales : p = 1 atm y T=273 K ) dióxido de carbono (g) IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

2 Fe (s ) H2O (g) → Fe2O3 (s) H2 (g) • Interpretación Atómico-molecular: 2 átomos de hierro reaccionan con 3 moléculas de agua para dar 1 molécula de óxido de hierro (III) y 3 moléculas de hidrógeno 112 u de hierro se unen con 54 u de agua para dar 160 u de óxido de hierro (III) y 6 u de hidrógeno 2 · 56 u de hierro 3 · 18 u de agua 1 · 160 u de óxido de hierro (III) 3 · 2 u de hidrógeno • Interpretación molar: 2 moles de hierro se combinan con 3 moles de agua para dar 1 mol de óxido de hierro (III) y 3 moles de hidrógeno 112 g de hierro se unen con 54 g de agua para dar 160 g de óxido de hierro (III) y 6 g de hidrógeno Para las sustancias que estén en estado gaseoso: 3 vol de agua (g) vol de hidrógeno (g) ( Todos los volúmenes medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura ) 3 · 22,4 L de agua (g) · 22,4 L de hidrógeno (g) ( Todos los volúmenes medidos en condiciones normales : p = 1 atm y T=273 K ) 67,2 L de agua (g) ,2 L de hidrógeno (g) ( Todos los volúmenes medidos en condiciones normales : p = 1 atm y T=273 K ) IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

3.. Tipos de reacciones químicas • REACCIONES DE SINTESIS Dos o más sustancias se unen para formar una sola sustancia producto: A + B → AB Algunos ejemplos de reacciones de síntesis son: el hidrógeno y el oxígeno se unen para formar agua 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g) El trióxido de azufre reacciona con el agua para formar ácido sulfúrico H2O (ℓ) + SO3 (g) → H2SO4 (ℓ) • REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN (También llamadas DE ANÁLISIS) Un sustancia reactivo se descompone en otras más sencillas : XZ → X + Z Son ejemplos de reacciones de descomposición: la descomposición mediante calor del clorato de potasio en cloruro de potasio y oxígeno Δ 2 KClO3 (s) → 2 KCl (s) O2 (g) Y la descomposición térmica del hidrogenocarbonato de sodio en carbonato de sodio, agua y dióxido de carbono Δ 6 NaHCO3 (g) → 3 Na2CO3 (aq) H2O (ℓ) CO2 (g) IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

• REACCIONES DE DESPLAZAMIENTO También llamadas DE SIMPLE INTERCAMBIO O SUSTITUCIÓN En estas reacciones un elemento desaloja a otro de un compuesto y ocupa su lugar. AB + C → AC + B Añadimos una pieza de cobre a una disolución de nitrato de plata. La disolución toma un color azul y el cobre desaparece. Al mismo tiempo aparece un sólido, la plata. 2 AgNO3 (aq) + Cu (s) → Cu(NO3)2 (aq) Ag (s) También es posible desplazar a un anión como el ión yoduro: 2 KI (aq) + Cl2 (g) → 2 KCl (aq) + I2 (s) • REACCIONES DE DOBLE DESPLAZAMIENTO También llamadas DE DOBLE INTERCAMBIO O SUSTITUCIÓN En estas reacciones los átomos o iones de dos sustancias que reaccionan intercambian sus posiciones en dichas sustancias: AB+CD → AC + BD Algunos ejemplos son: la reacción que se produce cuando ponemos en contacto dos disoluciones de nitrato de plata y cloruro de potasio: AgNO3 (aq) + KCl (aq) → AgCl (s) + KNO3 (aq) La reacción de neutralización de un ácido y una base: HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) H2O (ℓ ) IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad: Escribe la ecuación química ajustada correspondiente e indica el tipo de reacción: 1. Trióxido de azufre y agua reaccionan para formar ácido sulfúrico SO3 + H2O → H2SO4 SÍNTESIS 2. Nitrato de plomo (II) y yoduro de sodio reaccionan pata dar yoduro de plomo (II) y nitrato de sodio Pb(NO3)2 + 2 NaI → PbI2 ↓ + 2 NaNO3 DOBLE DESPLAZAMIENTO 3. Fluoruro de calcio y ácido sulfúrico dan sulfato de calcio y ácido fluorhídrico CaF2 + H2SO4 → CaSO4 ↓ + 2 HF DOBLE DESPLAZAMIENTO 4. Por la acción del calor, el carbonato de calcio se transforma en óxido de calcio y dióxido de carbono CaCO3 → CaO CO2 DESCOMPOSICIÓN 5. El gas amoniaco cuando es liberado dentro del agua se transforma en hidróxido de amonio NH3 + H2O → NH4OH SÍNTESIS IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

6. El hidróxido de sodio neutraliza al ácido carbónico para dar carbonato de sodio y agua 2 NaOH + H2CO3 → Na2CO3 + 2 H2O DOBLE DESPLAZAMIENTO O NEUTRALIZACIÓN ÁCIDO-BASE 7. Reacciona el sulfuro de cinc transformándose en óxido de cinc y azufre 2 ZnS + O2 → 2 ZnO S DESPLAZAMIENTO 8. El óxido de litio con el agua para dar hidróxido de litio Li2O + H2O → 2 LiOH SÍNTESIS 9. El hidróxido de aluminio neutraliza al ácido sulfúrico para dar agua y sulfato de aluminio. 2 Al(OH) H2SO4 → 6 H2O + Al2(SO4)3 DOBLE DESPLAZAMIENTO 10. El azufre arde con el oxígeno para dar dióxido de azufre. S + O2 → SO2 SÍNTESIS IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

11. barium hydroxide and sulfuric acid make water and barium sulfate. Ba(OH)2 + H2SO4 → 2 H2O + BaSO4 DOUBLE REPLACEMENT OR ACID-BASE NEUTRALIZATION 12. aluminum sulfate and calcium hydroxide become aluminum hydroxide and calcium sulfate. Al2(SO4)3 + Ca(OH)2 → 2 Al(OH)3 ↓ + 3 CaSO4 ↓ DOUBLE REPLACEMENT (BOTH calcium sulfate and aluminum hydroxide are precipitates.) 13. copper metal and silver nitrate react to form silver metal and copper II nitrate. Cu AgNO3 → 2Ag + Cu(NO3)2 CATIONIC SINGLE REPLACEMENT 14. sodium metal and chlorine react to make sodium chloride. 2Na + Cl2 → 2 NaCl SYNTHESIS 15. calcium phosphate and sulfuric acid make calcium sulfate and phosphoric acid. Ca3(PO4) H2SO4 → 3 CaSO H3PO4 DOUBLE REPLACEMENT IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

16. phosphoric acid plus sodium hydroxide to make sodium phosphate and water. H3(PO4) NaOH → Na3PO H2O DOUBLE REPLACEMENT (NEUTRALIZATION) 17. propane burns (with oxygen) C3H8 + 5 O2 → 4 H2O + 3 CO2 BURNING OF A HYDROCARBON 18. zinc and copper II sulfate yield zinc sulfate and copper metal Zn CuSO4 → ZnSO4 + Cu CATIONIC SINGLE REPLACEMENT 19. sulfuric acid reacts with zinc H2SO Zn → ZnSO4 + H2 CATIONIC SINGLE REPLACEMENT 20. acetic acid ionizes. HC2H3O2 ↔ H (C2H3O2)– IONIZATION (NOTICE THAT IT IS REVERSIBLE) IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

21. steam methane to get hydrogen and carbon dioxide 2 H2O + CH4 → 4 H2 + CO2 DOUBLE REPLACEMENT 22. calcium oxide and aluminum make aluminum oxide and calcium 3 CaO + 2 Al → Al2O3 + 3 Ca CATIONIC SINGLE REPLACEMENT 23. chlorine gas and sodium bromide yield sodium chloride and bromine Cl2 + 2 NaBr → 2 NaCl + Br2 ANIONIC SINGLE REPLACEMENT IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.. Cálculos estequiométricos La estequiometría es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reacción química. Sea la reacción: 1 C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 4 H2O (g) CO2 (g) 5 4 3 Coeficientes estequiométricos: Estos números nos dan la estequiometría de la reacción, esto es, la proporción en la que se encuentran las sustancias que intervienen en esta reacción, tanto en masa ( gramos o moles) como en volumen( si son sustancias en estado de gas) Llamamos cáculos estequiométricos a las operaciones que utilizan la estequiometría de una reacción química para calcular la cantidad de una de las sustancias (reactivo o producto) que interviene en la reaccióna partir de una cantidad conocida de otra. Estas cantidades pueden estar expresadas en unidades de masa o de volumen o en moles. 4.1. Cálculos con masas 4.2. Cálculos con volúmenes de gases 4.3. Cálculos con reactivo limitante 4.4. Cálculos con reactivos en disolución IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

ALGORITMO PARA RESOLVER LOS EJERCICIOS DE CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Escribir la ecuación química ajustada Frecuentemente hay un único dato y un único resultado Pasar los datos a cantidad de sustancia (moles) n Si es masa Si es volumen de una disolución Si es volumen de un gas Molaridad · Volumen ( en Litros) DATOS (expresados en moles) Frecuentemente hay un único dato y un único resultado Mediante la proporción estequiométrica de la reacción RESULTADOS (expresados en moles) Expresamos los resultados en las magnitudes que nos interese (masa o volumen) Si es masa Si es volumen de un gas Si es volumen de una disolución Molaridad IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.1. Cálculos con masas Se trata de ejercicios en los que nos piden que averigüemos la masa de un reactivo o de un producto de una reacción, a partir de la masa de otro reactivo o producto, que nos proporcionan como dato del problema, basándonos para dicho cálculo en la estequiometría de la reacción. Partimos siempre de la ecuación química ajustada y debemos conocer las masas atómicas de los elementos que forman las sustancias que intervienen en el cálculo. En la reacción: CaO + Al → Al2O Ca (sin ajustar) Calcular la cantidad de óxido de aluminio que se puede obtener con 96 g de CaO. Datos: Ar (Ca) = 40 u; Ar (O) = 16 u; Ar (Al) = 27 u; 1..Escribimos la ecuación química ajustada: CaO + Al → Al2O3 + Ca 3 2 3 2..Calculamos las masas molares de las sustancias que intervienen en nuestro ejercicio: Ca = 40 u · 1 = 40 u Al = 27 u · 2 = 54 u O = 16 u · 1 = 16 u O = 16 u · 3 = 48 u 56 u ; 56 g /mol 102 u ; g/mol 3.. Calculamos la masa de Al2O3 que se puede obtener con 96 g de CaO : 1 mol CaO 1 mol Al2O3 102 g Al2O3 96 ·1 ·1 ·102 . . . = = 58,3 g Al2 O3 56 g CaO 3 mol CaO 1 mol Al2O3 56 ·3 ·1 Dato de partida Conversión de g de CaO a moles de CaO Relación molar entre el CaO y el Al2O3 en la reacción. Conversión de moles de Al2O3 en g de Al2O3. IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.1. Cálculos con masas (Cont. I) En la reacción: CaO + Al → Al2O Ca (sin ajustar) Calcular la cantidad de óxido de aluminio que se puede obtener con 96 g de CaO. Datos: Ar (Ca) = 40 u; Ar (O) = 16 u; Ar (Al) = 27 u; También podemos resolver el ejercicio anterior de la manera siguiente: 1..Escribimos la ecuación química ajustada: CaO + Al → Al2O3 + Ca 3 2 3 2..Calculamos las masas molares de las sustancias que intervienen en nuestro ejercicio: Ca = 40 u · 1 = 40 u O = 16 u · 1 = 16 u ; 56 g /mol 56 u Al = 27 u · 2 = 54 u O = 16 u · 3 = 48 u 102 u ; g/mol 3.. Completamos la tabla: 4.. Calculamos la masa de Al2O3 que se puede obtener con 96g de CaO : IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.1. Cálculos con masas (Cont.II) En la reacción: Mg(OH) HI → MgI H2O (sin ajustar) Calcular la cantidad de hidróxido de magnesio que reaccionrá con 104 g de HI. Datos: Ar (Mg) = 24,3 u; Ar (O) = 16 u; Ar (H) = 1 u; Ar (I) = 127 u ; Mg(OH) HI → MgI H2O 2 2 1..Escribimos la ecuación química ajustada: 2..Calculamos las masas molares de las sustancias que intervienen en nuestro ejercicio: Mg = 24,3 u · 1 = 24,3 u H = 1 u · 1 = u O = 16 u · = u I = 127 u · 1 = 127 u H = 1 u · = u 128 u ; g/mol 58,3 u ; 58,3 g /mol 3.. Calculamos la masa de Mg(OH)2 que reaccionará con 124 g de yoduro de hidrógeno HI : 1 mol HI 1 mol Mg(OH)2 58,3 g Mg(OH)2 104 ·1 ·1 ·58,3 . . . = = 23,7 g Mg(OH)2 128 g HI 2 mol HI 1 mol Mg(OH)2 128 ·2 ·1 Dato de partida Conversión de g de HI a moles de HI Relación molar entre el HI y el Mg(OH)2 en la reacción. Conversión de moles de Mg(OH)2 en g de Mg(OH)2 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.1. Cálculos con masas (Cont. III) En la reacción: Mg(OH) HI → MgI H2O (sin ajustar) Calcular la cantidad de hidróxido de magnesio que reaccionrá con 104 g de HI. Datos: Ar (Mg) = 24,3 u; Ar (O) = 16 u; Ar (H) = 1 u; Ar (I) = 127 u ; 1..Escribimos la ecuación química ajustada: Mg(OH) HI → MgI H2O 2 2 2..Calculamos las masas molares de las sustancias que intervienen en nuestro ejercicio: Mg = 24,3 u · 1 =24,3 u O = 16 u · 2 = u H = u · 2 = u ; 58,3 g /mol 58,3 u H = u · 1 = u I = 127 u · 1 = 127 u 128 u ; g/mol 3.. Completamos la tabla: 4.. Calculamos la masa de Mg(OH)2 que se puede obtener con 104g de HI : Los ejercicios 9 al 12 de la página 297, y el 41, 42, 43 apartado b de la página 311 son iguales que estos. IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad 1 El ácido sulfúrico reacciona con el cloruro de sodio produciendo sulfato de sodio y cloruro de hidrógeno gas. Calcular cuántos gramos de cloruro de hidrógeno se pueden obtener a partir de 46,0 g de NaCl. Datos: masa (NaCl) = 46,0 g Ar (Na) = 23 u ; Ar (Cl) =35,5 u Ar (H) = 1 u ▪ Escribimos la reacción ajustada: H2SO4 (aq) NaCl (aq) → Na2SO4 (aq) HCl (g) 2 2 ▪ Las masas molares de las sustancias que intervienen en el problema son: M (NaCl ) = 58,5 g/mol; M (HCl) = 36,5 g/mol ; Na = 23 u ·1= 23 H = 1 u ·1= 1 Cl = 35,5 u ·1= 35,5 Cl = 35,5 u ·1= 35,5 58,5 u 36,5 u ▪ Calculamos la masa de HCl que se formará a partir de los 46 g de NaCl : Dato de partida Conversión de g de NaCl en moles de NaCl Relación molar entre NaCl y HCl en la reacción Conversión de moles de HCl en g de HCl VER VER VER IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad 2 En la reacción anterior, calcular cuántos moles de ácido sulfúrico se necesitan si queremos obtener 500,0 g de cloruro de hidrógeno. Datos: masa (HCl) = 500,0 g Ar (Cl) =35,5 u Ar (H) = 1 u ▪ La ecuación anterior era: H2SO4 (aq) NaCl (aq) → Na2SO4 (aq) HCl (g) 2 2 ▪ Las masas molares de las sustancias que intervienen en el problema son: M (HCl) = 36,5 g/mol ; H = 1 u ·1= 1 Cl = 35,5 u ·1= 35,5 No necesitamos calcular la masa molar del ácido sulfúrico ( la otra sustancia implicada en nuestro problema) ya que sólo debemos calcular los moles, no los gramos (masa) 36,5 u ▪ Calculamos los moles de de H2SO4 que se necesitan paratobtener 500 g de HCl : Dato de partida Conversión de g de NaCl en moles de NaCl Relación molar entre NaCl y HCl en la reacción VER VER IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.2. Cálculos con volúmenes de gases (en condiciones normales) Ahora vamos a ver los ejercicios basados en cálculos estequiométricos para averiguar el volumen ( no la masa, como en los casos anteriores) de un reactivo o producto, conocida la masa o el volumen de otro (reactivo o producto). Es imprescindible que los reactivos o productos a los que nos referimos en el párrafo anterior se encuentren en estado de gas. Empezaremos viendo los casos en los que el volumen o los volúmenes que intervienen en el cálculo estarán todos expresados en condiciones normales , esto es, 1 atm de presión y 0 °C ( 273 K ). Sabemos que en estas condiciones, un mol de cualquier gas, ocupa un volumen de 22,4 L (Volumen molar normal , unidad 10) A veces, la presión nos viene dada en mm de Hg (milímetros de mercurio). h= 76 cm = 760 mm atmósfera vacio mercurio 1atm = 760 mm de Hg = Pa (pascales) ¿Cómo se expresa 740 mm Hg en atm ? 1 atm 740 mm de Hg = 0,97 atm 760 mm de Hg Recordar que la temperatura absoluta T ( en kelvin) se obtiene sumándole 273 a la temperatura centígrada t ( en °C) T = t + 273 Ver los ejercicios 13 al 16 de la página 299, y el 43 y 44 de la página 311 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.2. Cálculos con volúmenes de gases (en condiciones normales) Cont.I En la reacción: FeO + H2 O → Fe2O H2 (g) (sin ajustar) Calcular el volumen de hidrógeno, medido en condiciones normales, que se puede obtener con 125 g de FeO. Datos: Ar (Fe) = 56 u; Ar (O) = 16 u; FeO + H2 O → Fe2O H2 1..Escribimos la ecuación química ajustada: 2 2..Calculamos las masas molares de las sustancias que intervienen en nuestro ejercicio: Fe = 56 u · 1 = 56 u No es necesario calcular la masa molar del H , ya que nos piden su volumen. Basta con saber su volumen molar en c.n.: 22,4 L/mol O = 16 u · 1 = 16 u 72 u ; 72 g /mol 3.. Calculamos el volumen de H2 que se puede obtener con 125 g de FeO : 1 mol FeO 1 mol H2 22,4 L H2 125 ·1 ·1 ·22,4 . . . = = 19,4 L H2 72 g FeO 2 mol FeO 1 mol H2 72 ·2 ·1 Dato de partida Conversión de g de FeO a moles de FeO Relación molar entre el FeO y el H2 en la reacción. Conversión de moles de H2 en L de H2 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.2. Cálculos con volúmenes de gases (en condiciones normales) Cont.II En la reacción: FeO + H2 O → Fe2O H2 (g) (sin ajustar) Calcular el volumen de hidrógeno, medido en condiciones normales, que se puede obtener con 125 g de FeO. Datos: Ar (Fe) = 56 u; Ar (O) = 16 u; También podemos resolver el ejercicio anterior de la manera siguiente: 1..Escribimos la ecuación química ajustada: 2 FeO + H2 O → Fe2O H2 2..Obtenemos las masa/volumen molar de las sustancias que intervienen en nuestro ejercicio: Fe = 56 u · 1 = 56 u O = 16 u · 1 = 16 u ; 72 g /mol 72 u Vmolar normal (H2 )= 22,4 L/mol 3.. Completamos la tabla: 4.. Calculamos el volumen de H2 que se puede obtener con 125 g de FeO : IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 37 24/03/2017 37

Actividad 3 En la reacción de combustión del propano: C3H O2 (g) → CO2 (g) + H2O (sin ajustar) Calcular el volumen de oxígeno, medido en condiciones normales, que se consume cuando se producen 212 L de CO2 , también medidos en condiciones normales. C3H O2 → CO H2O 5 3 4 1..Escribimos la ecuación química ajustada: 2.. Calculamos el volumen de O2 , en c.n., que se consume cuando se producen 212 L de CO , en c.n., recordando que en condiciones normales (1 atm, 273 K) un mol de cualquier gas ocupa 22,4 L de volumen : 1 mol CO2 5 mol O2 22,4 L O2 212 ·1 ·5 ·22,4 . . . = = 353,3 L O2 22,4 L CO2 3 mol CO2 1 mol O2 22,4 ·3 ·1 Dato de partida Conversión de L de CO2 a moles de CO2 Relación molar entre el CO2 y el O2 en la reacción. Conversión de moles de O2 en L de O2 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 38 24/03/2017 38

Actividad 3 (Cont.) En la reacción de combustión del propano: C3H O2 (g) → CO2 (g) + H2O (sin ajustar) Calcular el volumen de oxígeno, medido en condiciones normales, que se consume cuando se producen 212 L de CO2 , también medidos en condiciones normales. También podemos resolver el ejercicio anterior de la manera siguiente: C3H O2 → CO H2O 5 3 4 1..Escribimos la ecuación química ajustada: 2..Conocemos el volumen molar normal de las sustancias que intervienen en nuestro ejercicio: Vmolar normal (O2) = 22,4 L/mol Vmolar normal (CO2 ) = 22,4 L/mol 3.. Completamos la tabla: 4.. Calculamos el volumen de O2 que se puede obtener con 212 L de CO2 : IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 39 24/03/2017 39

Actividad 4 Cuando el carbonato de calcio reacciona con el ácido clorhídrico se obtienen cloruro de calcio, dióxido de carbono y agua. ¿Qué volumen de dióxido de carbono, en condiciones normales, se formará cuando reaccionan totalmente 250,0 de carbonato?. Datos: masa (CaCO3 ) = 250,0 g Ar (Ca) = 40 u ; Ar (C) =12 u Ar (O) = 16 u ▪ Escribimos la reacción ajustada: CaCO3 (s) HCl (aq) → CaCl2 (s) + CO2 (g) + H2O (ℓ) 2 ▪ Las masas molares de las sustancias que intervienen en el problema son: M (CaCO3 ) = g/mol; Ca = 40 u · 1 = 40 Debemos saber que 1 mol de cualquier gas ocupa , en condiciones normales, un volumen de 22,4 L C = 12 u · 1 = 12 O = 16 u · 3 = 48 100 u ▪ Calculamos el volumen de CO2 que se formará a partir de los 250 g de CaCO3 : Dato de partida Conversión de g de CaCO3 en moles de CaCO3 Relación molar entre CaCO3 y CO2 en la reacción Conversión de moles de CO2 en L de CO2 VER VER VER IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.2. Cálculos con volúmenes de gases (en condiciones no normales) En estos ejercicios debemos hallar el volumen de un reactivo o producto de una reacción, conocida la masa o el volumen de otro (reactivo o producto), basándonos en la estequiometría de la reacción, como hicimos anteriormente, pero los volúmenes pueden estar medidos en condiciones distintas de las normales. Para determinar el volumen de un gas en unas condiciones determinadas ( distintas de las normales) utilizamos la ecuación de estado de los gases ideales de la unidad 10: p = presión en atm (Constante de los gases) V = volumen en L n = cantidad de sustancia en moles T = temperatura absoluta en K ¿Qué volumen ocupan 2 moles de O2 medidos a 1,5 atm ¿Cuántos moles hay en un volumen de 22,4 L de CO2 , medidos a 2 atm y 27 °C y 10 °C? T = t = = 283 K T = t = = 300 K Aplicamos la ecuación anterior, despejando el volumen: Aplicamos la ecuación anterior, despejando el nº de moles n: Ver los ejercicios 17 al 24 de la página 301, y el 45, 46 y 47 de la página 311 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad 5 Cuando el carbonato de calcio reacciona con el ácido clorhídrico se obtienen cloruro de calcio, dióxido de carbono y agua. ¿Qué volumen de dióxido de carbono, medidos a 18°C y 1,2 atm, se formará cuando reaccionan totalmente 250,0 de carbonato?. Datos: masa (CaCO3 ) = 250,0 g Ar (Ca) = 40 u ; Ar (C) =12 u Ar (O) = 16 u ▪ Escribimos la reacción ajustada: CaCO3 (s) HCl (aq) → CaCl2 (s) + CO2 (g) + H2O (ℓ) 2 ▪ Las masas molares de las sustancias que intervienen en el problema son: Ca = 40 u · 1 = 40 M (CaCO3 ) = g/mol; C = 12 u · 1 = 12 O = 16 u · 3 = 48 100 u ▪ Calculamos los moles de CO2 que se formará a partir de los 250 g de CaCO3 : Dato de partida Conversión de g de CaCO3 en moles de CaCO3 Relación molar entre CaCO3 y CO2 en la reacción ▪ Finalmente pasamos estos moles a litros en las condiciones de presión y temperatura indicadas. n= 2,5 mol T= = 291 K p= 1,2 atm IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

4.4. Cálculos con reactivo limitante Supongamos que estamos preparando el almuerzo para un grupo de escolares: un bocadillo de jamón y queso. Para preparar un bocadillo necesitaremos dos rebanadas de pan de molde, una loncha de jamón y otra de queso. Hay 45 rebanadas de pan, 25 lonchas de queso y 19 de jamón. Podremos preparar 19 bocadillos de jamón y queso y ni uno más porque no hay más jamón. Decimos entonces que el jamón es el ingrediente limitante del número de bocadillos preparados. En una reacción química la situación es similar: una vez se haya consumido uno de los reactivos la reacción se para. 2 H2 ( g ) O2 ( g ) → H2O ( ℓ ) Así, si queremos obtener agua a partir de 10 moles de hidrógeno y 7 moles de oxígeno, cómo la estequiometría de la reacción es que 2 moles de hidrógeno reaccionan con 1 mol de oxígeno para dar 2 moles de agua, una vez haya reaccionado todo el hidrógeno nos quedarán dos moles de O2 sin reaccionar y se habrán obtenido 10 moles de agua. Al reactivo que se ha consumido en su totalidad en una reacción química se le denomina reactivo limitante, ya que limita la cantidad de producto formado. Así en el ejemplo anterior el hidrógeno era el reactivo limitante, ya que con los 7 moles de oxígeno podríamos haber obtenido 14 moles de agua. Al resto de reactivos, presentes en mayor cantidad que la necesaria para reaccionar con la cantidad del reactivo limitante, se les denomina reactivos en exceso. Ver los ejercicios 25 al 28 de la página 302, y el 49 de la página 311 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

¿Cómo operar para conocer cuál es el reactivo limitante de una reacción? Calculando los moles de producto que se obtienen con cada reactivo, suponiendo que el resto de reactivos están en cantidad suficiente. Aquel reactivo que nos dé el menor número potencial de moles de producto es el reactivo limitante. Considere la siguiente reacción: 2 NH3 (g) CO2 (g)  (NH2)2CO (aq) + H2O (ℓ) Suponga que se mezclan 637,2 g de NH3 con 1142 g de CO2. ¿Cuántos gramos de urea [(NH2)2CO] se obtendrán? 1. Primero tendremos que convertir los gramos de reactivos en moles: REACTIVO LIMITANTE El reactivo limitante es el NH3 ya que según la reacción se necesita el doble de moles de NH3 que de CO2 (Se agotarán los 637,2 g) REACTIVO EN EXCESO (Sobrarán parte de los 1142 g) 2. Ahora vemos en la ecuación química la proporción estequiométrica entre reactivos y productos: IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

▪ a partir de 2 moles de NH3 se obtiene1 mol de(NH2)2CO ▪ a partir de 1 mol de CO2 se obtiene 1 mol de (NH2)2CO 3. Calculamos el número de moles de producto que se obtendrían si cada reactivo se consumiese en su totalidad: 4. Comprobamos de nuevo que el reactivo limitante es el (NH3) pues con él obtenemos menos cantidad de producto (como máximo 18.7 moles de urea). 5. Y ahora hacemos la conversión a gramos: IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad 6 2 = 28,2 g HF 1 mol CaF2 2 mol HF . . = 1,49 mol HF
Hacemos reaccionar 58 g de fluoruro de calcio con 69 g de ácido sulfúrico, según la reacción: CaF2 + H2SO4 → CaSO4 ↓ + HF (sin ajustar) Calcular la cantidad de fluoruro de hidrógeno obtenida. Datos: Ar (Ca) = 40 u; Ar (F) = 19 u; Ar (H) = 1 u; Ar (S) = 32 u; Ar (O) = 16 u; 1.. Ajustamos la reacción: CaF2 + H2SO4 → CaSO4 ↓ + HF 2 2.. Calculamos la masa molar de las sustancias que intervienen en el ejercicio: Ca = 40 u · 1 = 40 u H = 1 u · 2 = 2 u H = 1 u · 1 = 1 u F = 19 u · 2 = u S = 32 u · 1 = 32 u F = 19 u · 1 = u 20 u ; 20 g/mol 78 u ; 78 g/mol O = 16 u · 4 = 64 u 98 u ; 98 g/mol 3.. Debemos calcular cuál de los dos reactivos (58 g CaF2 o 69 g H2SO4 ) es el limitante ( limita la producción de HF ). Para ello, calculamos los moles de HF que, por separado, obtendríamos con cada uno de ellos: 1 mol CaF2 2 mol HF . . = 1,49 mol HF REACTIVO EN EXCESO 78 g CaF2 1 mol CaF2 Dato de partida Conversión de g de CaF2 a moles de CaF2 Relación molar entre el CaF2 y el HF en la reacción. 1 mol H2SO4 2 mol HF 20 g HF . . = 1,41 mol HF = 28,2 g HF 98 g H2SO4 1 mol H2SO4 1 mol HF Dato de partida Conversión de g de H2SO4 a moles de H2SO4 Relación molar entre el H2SO4 y el HF en la reacción. Conversión de moles de HF en g de HF REACTIVO LIMITANTE IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 46 24/03/2017 24/03/2017 46

Actividad 7 2 1 mol CaF2 . = 0,42 mol CaF2 0,42 mol CaF2 78 g CaF2 –
Hacemos reaccionar 33 g de fluoruro de calcio con 50 g de ácido sulfúrico, según la reacción: CaF2 + H2SO4 → CaSO4 ↓ + HF (sin ajustar) ¿Cuál es el reactivo que está en exceso? ¿Qué cantidad sobra de ese reactivo? 1.. Ajustamos la reacción: CaF2 + H2SO4 → CaSO4 ↓ + HF 2 2.. Calculamos la masa molar de las sustancias que intervienen en el ejercicio: Ca = 40 u · 1 = 40 u H = 1 u · 2 = 2 u F = 19 u · 2 = u S = 32 u · 1 = u 78 u ; 78 g/mol O = 16 u · 4 = u 98 u ; 98 g/mol 3.. Como según la estequiometría de la reacción deben reaccionar en la proporción:1 mol de CaF2 con 1 mol de H2SO4 ,calculamos los moles de cada reactivo, y el que esté en menor cantidad será el LIMITANTE y el otro estará en exceso: ¿Qué cantidad sobra de H2SO4 ? 1 mol CaF2 . = 0,42 mol CaF2 0,42 mol CaF2 78 g CaF2 – REACTIVO LIMITANTE 98 g H2SO4 0,09 mol H2SO4 . = Dato de partida Conversión de g de CaF2 a moles de CaF2 1 mol H2SO4 = 8,82 g H2SO4 1 mol H2SO4 . = 0,51 mol H2SO4 0,51 mol H2SO4 98 g H2SO4 REACTIVO EN EXCESO Dato de partida Conversión de g de H2SO4 a moles de H2SO4 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 47 24/03/2017 24/03/2017 47

4.4. Cálculos con reactivos en disolución Estos ejercicios son como los anteriores, con la diferencia de que algún dato o algún resultado puede estar expresado en volumen de una disolución de la que conocemos su concentración , generalmente expresada en tanto por ciento en masa o en molaridad, como vimos en la unidad 10. tanto por ciento en masa Molaridad Gramos de soluto que hay en 100 g de disolución Moles de soluto que hay en cada litro de disolución ¿Qué volumen de una disolución 4 M de hidróxido de sodio NaOH debemos medir para que contenga 1 mol de NaOH? ¿Cuántos moles de H2SO4 hay en 200 mL de una disolución de ácido sulfúrico 0,5 M? El volumen de disolución lo tenemos que expresar en litros : Una disolución 4 M NaOH contiene 4 mol de NaOH en cada litro. 200 mL = 0,2 L: Aplicamos el concepto de molaridad, despejando el volumen: Aplicamos el concepto de molaridad, despejando el número de moles n: Ver los ejercicios 29 y 30 de la página 303, y el 35 de la página 306, el 50 de la página 311 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

5.. El rendimiento en las reacciones químicas La cantidad de producto que se obtiene si reacciona todo el reactivo limitante se denomina el rendimiento teórico de la reacción, La cantidad de producto que se obtiene realmente en una reacción es el rendimiento real Rendimiento real < Rendimiento teórico Razones para explicar la diferencia entre el rendimiento real y el teórico: ● Muchas reacciones son reversibles, de manera que no proceden 100% de izquierda a derecha. ● Aún cuando una reacción se complete en un 100%, resulta difícil recuperar todo el producto del medio de la reacción (como sacar toda la mermelada de un bote) ● Los productos formados pueden seguir reaccionando entre sí o con los reactivos, para formar todavía otros productos. Estas reacciones adicionales reducen el rendimiento de la primera reacción. ● Los reactivos no son sustancias puras; contienen otras sustancias (impurezas), que no participan en la reacción. IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

El rendimiento porcentual o porcentaje del rendimiento describe la relación del rendimiento real y el rendimiento teórico: Por ejemplo en el ejercicio que resolvimos en las diapositivas calculábamos que se formarían 1124 g de urea. Este es el rendimiento teórico. Si en realidad se formasen g el porcentaje de rendimiento sería: El intervalo del porcentaje del rendimiento puede fluctuar desde 1 hasta 100%. Los químicos siempre buscan aumentar el porcentaje del rendimiento de las reacciones. Entre los factores que pueden afectar el porcentaje del rendimiento se encuentran la temperatura y la presión. Ver los ejercicios 31 al 34 de la página 304, el 36 y 37 de la página 306, y 48 de la página 311 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

24/03/2017

F I N IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad 1 H2SO4 (aq) NaCl (aq) → Na2SO4 (aq) HCl (g) VOLVER VOLVER VOLVER Dato de partida Conversión de g de NaCl en moles de NaCl Relación molar entre NaCl y HCl en la reacción Conversión de moles de HCl en g de HCl IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad 2 H2SO4 (aq) NaCl (aq) → Na2SO4 (aq) HCl (g) VOLVER VOLVER VOLVER Dato de partida Conversión de g de NaCl en moles de NaCl Relación molar entre NaCl y HCl en la reacción IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

Actividad 3 CaCO3 (s) HCl (aq) → CaCl2 (s) + CO2 (g) + H2O (ℓ) 2 VOLVER VOLVER VOLVER Dato de partida Conversión de g de CaCO3 en moles de CaCO3 Relación molar entre CaCO3 y CO2 en la reacción Conversión de moles de CO2 en L de CO2 IPEP de Cádiz - Departamento de Física y Química - FyQ1º 24/03/2017

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