Reactivo_limitante-Rendimiento

COLEGIO ALTOARAGÓN. HUESCA.
QUÍMICA. 2º BACH.
EJERCICIOS DE REACTIVOS LIMITANTES Y RENDIMIENTO.
1
Se hacen reaccionar 100 mL de una disolución 2 M de cloruro sódico con 150 mL de una disolución 1 M
de ácido sulfúrico.
¿Existe algún reactivo en exceso? En caso afirmativo, indíquelo y determine la cantidad del mismo que no
ha reaccionado.
Solución:
La reacción:
H 2 SO 4 + 2 NaCl → Na 2 SO 4 + 2 HCl
Los moles que intervienen:
nº moles
mol
⇒ nº moles = M · V = 1
· 150 ⋅ 10−3 L = 0,15 mol H2SO4
V(L )
L
nº moles
mol
nº moles NaCl ⇒ M =
⇒ nº moles = M · V = 2
· 100 · 10−3 L = 0,2 mol NaCl
V(L )
L
nº moles H2SO4 ⇒ M =
Por cada mol de ácido reaccionan dos moles de cloruro, es decir por cada 0,15 moles de ácido necesitamos 0,15⋅2
= 0,30 moles de cloruro que no hay (reactivo limitante), quedará entonces ácido en exceso, reaccionarán 0,2/2 = 0,1
mol, quedan 0,15 - 0,1 = 0,05 moles de ácido en exceso.
2
A partir de 11 L de flúor que reacciona con hidrógeno se obtiene ácido fluorhídrico. Si la reacción se da con
un 79% de rendimiento, ¿cuánto ácido fluorhídrico se obtendrá?
Solución:
La reacción es: Br2 + H2 → 2 HBr
1 mol de bromo reacciona para dar 2 moles de ácido bromhídrico, de forma que se producirán entonces 22 litros
de ácido bromhídrico, como el rendimiento es del 79%, se producirán:
22 L ·
3
79
= 17,38 L de HBr
100
Se hacen reaccionar 45 g de carbonato cálcico con 45 g de ácido clorhídrico. Formula y ajusta la reacción
e indica cuál es el reactivo limitante.
carbonato cálcico + ácido clorhídrico→
→ cloruro cálcico + dióxido de carbono + agua
Datos: masas atómicas: Ca = 40u; C = 12u; Cl = 35,5u; H = 1u
1
Solución:
La reacción es:
CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H2 O
Los moles serán:
45g
= 0,45 moles de CaCO 3
100 g 1mol
45g
nº moles HCl =
= 1,23 moles de HCl
36,5 g 1mol
nº moles CaCO 3 =
Por la reacción 1 mol de carbonato reacciona con 2 moles de ácido clorhídrico, entonces:
1 moles CaCO 3
0,45 moles CaCO 3
=
⇒ x = 0,90 moles de HCl para 0,45 moles de CaCO 3
2 moles HCl
x
1 mol CaCO3
y
=
⇒ y = 0,61 mol CaCO3 (que no hay) para 1,23 moles HCl.
2 mol HCl
1,23 mol HCl
El reactivo limitante será al CaCO3.
4
Se mezclan 20 g de aluminio puro con 100 mL de HCl 4 M, cuando termine el desprendimiento de hidrógeno
¿Qué quedará en exceso, aluminio ó ácido?
Solución:
La reacción es:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H2
Los moles que intervienen serán:
20g
nº moles Al =
= 0,7 moles de Al
27 g 1 mol
nº moles HCl ⇒ M =
nº moles
mol
⇒ nº moles = M · V = 4
· 100 · 10 − 3 L = 0,4 mol HCl
V(L )
L
En la reacción por cada mol de aluminio reacciona 3 moles de HCl, así que:
1 mol Al
0,7 mol Al
=
⇒ x = 2,1 mol HCl (que no hay ) para 0,7 mol Al
3 mol HCl
x
1 mol Al
y
=
⇒ y = 0,13 mol Al para 0,4 mol HCl
3 mol HCl 0,4 mol HCl
Luego se agotará todo el HCl y el Al quedará en exceso: 0,7 - 0,13 = 0,57 mol de Al
5
Se mezclan 40 g de cadmio puro con 120 mL de HCl 2 M, cuando termine el desprendimiento de hidrógeno
¿Qué quedará en exceso, aluminio ó ácido?
2
Solución:
La reacción es:
Cd + 2 HCl → CdCl 2 + H2
Los moles que intervienen serán:
nº moles Cd =
40 g
= 0,36 mol Cd
112 g 1 mol
nº moles HCl ⇒ M =
nº moles
mol
⇒ nº moles = M · V = 2
· 120 · 10−3 L = 0,24 mol HCl
V(L )
L
En la reacción por cada mol de cadmio reaccionan 2 moles de HCl, así que:
1 mol Cd
0,36 moles Cd
=
⇒ x = 0,72 moles de HCl (que no hay) para 0,36 moles de Cd
2 moles HCl
x
1 moles Cd
y
=
⇒ y = 0,12 moles de Cd para 0,24 moles HCl
2 moles HCl 0,24 moles HCl
Luego se agotará todo el HCl y el Cd quedará en exceso: 0,36 - 0,12 = 0,24 mol de Cd.
6
La solubilidad del nitrato de potasio es de 155 g en 100 g de agua, a 75ºC, y de 38 g en 100 g de agua, a
25ºC, calcule la molalidad de la disolución a 25ºC.
Masas atómicas: N = 14; K = 39; O = 16
Solución:
La molalidad viene definida como:
m=
nº moles
kg disolvente
A 25ºC:
38 g
101 g 1 mol
m=
= 3,76 m
0,1 kg
7
Se hacen reaccionar 250 mL de una disolución 0,5 M de hidróxido sódico con 50 mL de una disolución 1,5
M de ácido sulfúrico.
¿Existe algún reactivo en exceso? En caso afirmativo, indíquelo y determine la cantidad del mismo que no
ha reaccionado.
Solución:
La reacción:
H 2 SO 4 + 2 NaOH → Na 2 SO 4 + 2 H 2 O
Los moles que intervienen:
nº moles
mol
⇒ nº moles = M · V = 1,5
· 50 · 10−3 L = 0,075 mol H2SO4
V(L )
L
nº moles
mol
nº moles NaOH ⇒ M =
⇒ nº moles = M · V = 0,5
· 250 · 10−3 L = 0,125 mol NaOH
V(L )
L
nº moles H2SO4 ⇒ M =
Por cada mol de ácido reaccionan dos moles de base, es decir por cada 0,075 moles de ácido necesitamos 0,075 ⋅
2 = 0,150 moles de base que no hay (reactivo limitante), quedará entonces ácido en exceso, reaccionarán 0,125/2 =
0,0625 moles, quedan 0,075 - 0,0625 = 0,0125 moles de ácido en exceso.
3
8
Se hacen reaccionar 75 g de ácido sulfúrico con 75 g de carbonato cálcico. Formula y ajusta la reacción e
indica cuál es el reactivo limitante.
carbonato cálcico + ácido sulfúrico→ sulfato cálcico + dióxido de carbono + agua
Datos: masas atómicas: Ca 0 40u; C = 12u; Cl = 35,5u; H = 1u; S = 32u
Solución:
La reacción es:
CaCO 3 + H 2 SO 4 → CaSO 4 + CO 2 + H2 O
Los moles serán:
75g
nº moles CaCO 3 =
= 0,75 moles de CaCO 3
100 g 1mol
75g
nº moles H 2 SO 4 =
= 0,76 moles de H 2 SO 4
98 g 1mol
Por la reacción 1 mol de carbonato reacciona con 1 moles de ácido sulfúrico, entonces:
1 moles CaCO3 0,75 moles CaCO3
=
⇒ x = 0,75 moles de H2SO4 para 0,75 moles de CaCO3
1 moles H2SO4
x
1 moles CaCO3
y
=
⇒ y = 0,76 mol CaCO3 (que no hay) para 0,76 moles H2SO4.
1 moles H2SO 4
0,76 moles H2SO4
El reactivo limitante será el CaCO3.
9
A partir de 14 L de cloro que reacciona con hidrógeno se obtiene ácido clorhídrico. Si la reacción se da con
un 58% de rendimiento, ¿cuánto ácido clorhídrico se obtendrá?
Solución:
La reacción es: Cl 2 + H2 → 2 HCl
1 mol de cloro reacciona para dar 2 moles de ácido clorhídrico, de forma que se producirán entonces 28 litros de
ácido clorhídrico, como el rendimiento es del 58%, se producirán:
28 L ·
58
= 16,24 L de HCl
100
10 Se hacen reaccionar 89 L de bromo con hidrógeno suficiente para que reaccione todo el bromo. ¿Qué
volumen de ácido bromhídrico al 30% de 1,9 g/cm3 de densidad se obtendrá?
Solución:
La reacción es: Br2 + H2 → 2 HBr
En condiciones normales 1 mol de cualquier sustancia gaseosa ocupa 22,4 litros:
22,4 L Br2
89 L Br2
=
2 · 81 g HBr
x
⇒ x = 643,7 g de HBr
100 g disolución V · 1,9 g cm3
=
30 g HBr
643,7 g HBr
⇒ V = 1129,2 cm3 = 1,1 L de HBr
4
11 A partir de 140 g de carbonato cálcico se obtienen, a 23ºC y 760 mm de Hg de presión, 25 L de dióxido de
carbono. ¿Cuál ha sido el rendimiento de la reacción?
Datos : masas atómicas: Ca = 40u; C = 12u; O = 16u; Cl = 35,5u; H = 1u
Solución:
La reacción ajustada es: CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H2 O
nº mol de CaCO3 =
140 g KIO3
= 1,4 mol
99 g mol
La relación sería:
1 mol CaCO3 1,4 mol CaCO3
=
1 mol CO2
x
⇒ x = 1,4 mol de CO2
El volumen que se obtendría teóricamente sería:
n·R · T
p· V = n·R · T ⇒ V =
=
p
atm L
· (273 + 23 ) K
mol K
= 34,3 L de CO2
760 mmHg
760 mmHg 1atm
1,4 mol · 0,082
El rendimiento será entonces:
R=
25 L
⋅ 100 = 73%
34,3 L
12 ¿Cuál es la molaridad de una disolución de ácido sulfúrico del 26% de riqueza y de densidad 1,19 g/mL?
Solución:
La molaridad se define como:
M=
nº moles
V(L )
Calculamos los gramos de ácido sulfúrico que hay en 1 litro de disolución:
d=
m
⇒ m = d · V = 1,19 g / mL · 1000 mL = 1190 g
V
Dado que la riqueza es del 26% se tienen:1170 · 0,26 = 309 g de H2SO4 puro
El número de moles será:
309 g
= 3,15 mol
98 g 1 mol
Como hemos supuesto que el volumen es de un litro la molaridad será 3,15 M.
13 Se hacen reaccionar 90 L de cloro con hidrógeno suficiente para que reaccione todo el cloro. ¿Qué
volumen de ácido bromhídrico al 20% de 1,2 g/cm3 de densidad se obtendrá?
Solución:
La reacción es: Cl 2 + H2 → 2 HCl
En condiciones normales 1 mol de cualquier sustancia gaseosa ocupa 22,4 litros:
22,4 L Cl2
90 L Cl2
=
2 · 36,5 g HCl
x
⇒ x = 293,3 g de HCl
100 g disolución V ⋅ 1,2 g cm3
=
20 g HCl
293,3 g HCl
⇒ V = 1222,1 cm3 = 1,2 L de HCl
5
14 A partir de 345 g de iodato potásico se obtienen, a 20 ºC y 740 mm de Hg de presión, 30 L de oxígeno.
¿Cuál ha sido el rendimiento de la reacción?
Datos : masas atómicas: I = 127 u, K = 39 u, O = 16 u
Solución:
La reacción ajustada es: 2 KIO 3 → 2 KI + 3 O 2
nº mol de KIO3 =
345 g KIO3
= 1,6 mol
214 g mol
La relación molar es:
2 mol KIO3 1,6 mol KIO3
=
3 mol O2
x
⇒ x = 2,4 mol deO2
el volumen que se obtendría teóricamente sería:
n·R · T
p· V = n·R · T ⇒ V =
=
p
atm L
· (273 + 20 ) K
mol K
= 64,1 L de O2
740 mmHg
760 mmHg 1atm
2,4 mol · 0,082
El rendimiento será entonces:
R=
30 L
⋅ 100 = 47%
64,1 L
15 La reacción de solubilidad del carbonato mediante ácido nítrico es la siguiente:
Carbonato cálcico + ácido nítrico→nitrato de calcio + dióxido de carbono + agua
Si reaccionan 50 g de carbonato de calcio con 200 mL de ácido nítrico 0,1 M ¿qué reactivo quedará en
exceso?
Solución:
La reacción será:
CaCO3 + 2 HNO3 → Ca(NO3 )2 + CO2 + H2O
Los moles:
nº moles CaCO3 =
50 g
= 0,5 mol CaCO3
100 g 1 mol
nº moles HNO3 ⇒ M =
nº moles
mol
⇒ nº moles = M · V = 0,1
· 200 · 10− 3 L = 0,02 mol HNO3
V(L)
L
Por la estequiometría de la reacción: 1 mol del carbonato reacciona con 2 moles de ácido nítrico:
1 mol CaCO3
0,5 mol CaCO3
=
⇒ x = 1 mol HNO3 (que no hay ) para 0,5 mol CaCO3
2 moles HNO3
x
1 mol CaCO3
y
=
⇒ y = 0,01 mol CaCO3 para 0,02 mol HNO3
2 moles HNO3 0,02 mol HNO3
Luego se agotará todo el HNO3 y qeudará CaCO3 en exceso: 0,5 - 0,01 = 0,49 mol de CaCO3.
16 La solubilidad del nitrato de plata es de 55 g en 100 g de agua, a 70 ºC, y de 46 g en 100 g de agua, a 20 ºC,
calcule la molalidad de la disolución a 25 ºC.
Masas atómicas: Ag = 107,9; K = 39; O = 16
6
Solución:
La molalidad viene definida como:
m=
nº moles
kg disolvente
A 20ºC:
46 g
160,1 g 1 mol
m=
= 0,28 m
0,1 kg
17 La reacción de solubilidad del carbonato magnésico mediante el ácido clorhídrico es la siguiente:
Carbonato magnésico + ácido clorhídrico → cloruro magnésico + dióxido de carbono + agua
Calcule cuántos mL de ácido clorhídrico 1 N son necesarios para disolver 18 mg de carbonato magnésico.
Solución:
La reacción:
MgCO 3 (s) + 2 HCl (aq) → MgCl 2 (aq) + CO 2 (g) + H2 O (aq)
La normalidad se define como :N = nº eq / V
El número de moles del carbonato:
nº moles =
18 · 10−3 g
= 2,1 · 10− 4 moles de MgCO3
84,3 g 1 mol
Según la estequiometría de la reacción:
1mol MgCO3 2,1 · 10−4 moles MgCO3
1 eq de HCl
=
⇒ x = 1 · 10− 4 moles HCl ·
= 1 · 10− 4 eq HCl
2 moles HCl
x moles HCl
1mol de HCl
El volumen necesario será:
N=
nº eq
nº eq 1 · 10−4
⇒V=
=
= 1 · 10− 4 L = 0,1 mL de HCl
V
N
1
18 Se hacen reaccionar 30 g de nitrato de plata con 14 g de ácido clorhídrico. ¿Existe algún reactivo
limitante?
Datos: masas atómicas: Ag = 108; N = 14; O = 16; Cl = 35,5
7
Solución:
La reacción será:
AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3
Los moles:
nº moles AgNO3 =
nº moles HCl =
30 g
= 0,18 mol AgNO3
170 g 1 mol
14 g
= 0,38 mol HCl
36,5 g 1 mol
Por la estequiometría de la reacción: 1 mol de nitrato de plata reacciona con 1 mol de ácido clorhídrico, por lo
que:
1 mol AgNO3 0,18 mol AgNO3
=
⇒ x = 0,18 mol de HCl para 0,18 mol AgNO3
1 mol HCl
x
1 mol AgNO3
y
=
⇒ y = 0,38 mol AgNO3 ( que no hay ) para 0,38 mol HCl
1 mol HCl
0,38 mol HCl
Luego se agotará todo el AgNO3 y quedará HCl en exceso: 0,38 - 0,18 = 0,3 mol de HCl
El reactivo limitante será el nitrato de plata.
19 ¿Cuál es la molaridad de una disolución de ácido nítrico del 42,6% de riqueza y de densidad 1,170 g/mL?
Solución:
La molaridad se define como:
M=
nº moles
V(L )
Calculamos los gramos de ácido nítrico que hay en 1 litro de disolución:
d=
m
⇒ m = d · V = 1,170 g / mL · 1000 mL = 1170 g
V
Dado que la riqueza es del 42,6% se tienen: 1170 · 0,426 = 498,4 g de HNO3 puro.
El número de moles de HNO3 es:
498,4 g
= 7,9 mol
63 g 1 mol
Como hemos supuesto que el volumen es de un litro la molaridad será 7,9 M.
20 Se hacen reaccionar 59 L de flúor con hidrógeno suficiente para que reaccione todo el flúor.
¿Qué volumen de ácido fluorídrico al 28% de 1,6 g/cm3 de densidad se obtendrá?
Solución:
La reacción es: F2 + H2 → 2 HF
En condiciones normales 1 mol de cualquier sustancia gaseosa ocupa 22,4 litros:
22,4 L F2
59 L F2
=
2 · 20 g HF
x
⇒ x = 105,4 g de HF
100 g disolución V ⋅ 1,6 g cm3
=
28 g HF
105,4 g HF
⇒ V = 235,3 cm3 = 0,24 L de HF
8
21 La combustión de 0,252g de 2,2,3-trimetilbutano produjo 338 mL de dióxido de carbono en condiciones
normales. ¿Cuál fue el rendimiento de la reacción?
Datos: Masas atómicas: C = 12; H = 1; O = 16
Solución:
La combustión completa del 2,2,3-trimetilbutano origina exclusivamente dióxido de carbono y agua (como
cualquier combustión completa de cualquier hidrocarburo)
C 7H16 + 11 O 2 → 7 CO 2 + 8 H2 O
Nº mol iniciales de C7H16:
masa
0,2520 g
=
= 2,52 · 10− 3 mol
masa molecular 100 g mol
Según la reacción, 1 mol del hidrocarburo origina 7 moles de dióxido de carbono, entonces con los moles iniciales
se generan:
7 · 2,52 · 10 −3 = 0,01764 mol de CO2
en condiciones normales un mol de cualquier gas ocupa 22,4 L con lo que el volumen de CO2 generado ocupa el
siguiente volumen:
0,01764 mol de CO2 ·
22,4 L
= 0,395 L = 395 mL de CO2
1 mol
en el enunciado dicen que se han obtenido 338 mL de dióxido, así que:
395 mL CO2 338
=
100%
x
el rendimiento ha sido del 85,6%.
22 Un trozo de una muestra que contiene aluminio reacciona exactamente con 100 mL de un ácido
clorhídrico de densidad 1,170 g/mL y que contiene el 26% en peso de HCl ¿Cuál es el porcentaje de
aluminio en la muestra?
Masa atómicas: Al = 23; Cl = 35,5; H = 1
Solución:
La reacción es:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H2
m
d=
⇒ m = d · V = 1,170 g / mL · 100 mL = 117 g
V
Dado que la riqueza es del 26% habrán reaccionado: 117 · 0,26 = 30,42 g de HCl
Por la estequiometría de la reacción 1 mol de aluminio reacciona con 3 mol de ácido clorhídrico, con las masas
moleculares:
27 g de Al
x
=
⇒ x = 7,5 g de Al
3 · 36,5 g de HCl 30,42 g de HCl
El porcentaje de aluminio en la muestra es de 7,5%.
9
23 El hidrogenocarbonato (bicarbonato) de sodio se obtienen mediante la reacción:
Amoníaco (g) + dióxido de carbono (g) + agua (l) + cloruro sódico (aq) → hidorgenocarbonato sódico
(s) + cloruro amónica (aq).
Calcule cuántos litros de amoníaco, medidos a 25 ºC y 2 atm, se necesitan para preparar 1 kg de
hidrogenocarbonato sódico, suponiendo un rendimiento del 50%.
Datos: masas atómicas Na = 23 u; C = 12 u; O = 16 u; H =1 u
Solución:
La reacción ajustada es:
NH3 (g) + CO 2 (g) + H2 O (aq) → NaHCO 3 (s ) + NH 4 Cl (aq)
El número necesario para preparar 1 Kg de hidrogenocarbonato es:
1000 g NaHCO3
= 11,9 mol de NaHCO3
84 g 1mol
Según la reacción, 1 mol de amoníaco reacciona con 1 mol de hidrogenocarbonato, pero como la reacción es al
50%, podemos decir que por cada mol de amoníaco reacciona 0,5 moles del hidrogenocarbonato, entonces se
necesitan:
1 mol NH3
x
=
0,5 mol NaHCO3 11,9 mol NaHCO3
⇒ x = 23,8 mol de amoníaco
El volumen que ocupan esos 23,8 moles de amoniaco es:
p· V = n·R · T
n·R·T
⇒V=
=
p
atm L
· (273 + 25 ) K
mol K
= 271,27 L
2 atm
23,8 mol · 0,082
24 En una disolución acuosa de hidróxido potásico, cuya densidad es 1,240 g/mL, la fracción molar de
soluto es 0,1, calcular su molaridad y porcentaje en peso de soluto.
Masas atómicas: H = 1; O = 16; K = 39
Solución:
La fracción molar viene definido como:
xi =
ni
dado que xi = 0,1 habrá 0,1 mol de KOH y 0,9 de disolvente, en este caso H2O.
nT
Calculamos los gramos que intervienen de cada uno:
nº mol =
g
g
g
⇒ g = nº mol · Mm ⇒ gKOH + gH2O = 0,1mol · 56
+ 0,9 mol · 18
= 21,8 g
Mm
1mol
1mol
y veremos el volumen que ocupan: d =
Luego la molaridad: M =
nº moles
=
V(L )
m
m
21,8 g
⇒V=
=
= 17,6mL
V
d 1,24 g / mL
0,1mol
= 5,8 M
L
mL
21,8 g disolución 100
=
⇒ x = 25,7%
El porcentaje en peso será:
5,6 soluto
x
17,6 mL · 10− 3
25 Se mezcla 1,5 L de ácido sulfúrico de densidad 1,2 g/mL y 46% de riqueza en peso con 1 L de ácido
sulfúrico de densidad 1,350 g/mL y 57,8 % en peso. Calcule la molaridad de la disolución resultante,
admitiendo que los volúmenes son aditivos.
Masas atómicas: S = 32; O = 16; H = 1
10
Solución:
La molaridad se define como:
M=
nº moles
V(L )
Tenemos dos disoluciones que vamos a mezclar para formar una tercera, calcularemos el nº de moles de ácido
que hay en cada uno de los volúmenes que vamos a utilizar de cada una de las disoluciones, y sabemos además
que el volumen total será la suma de los dos.
nº mol de la disolución A: dA =
mA
⇒ m A = dA · VA = 1,2 g / mL · 1500 mL = 1800 g
VA
Dado que la riqueza es del 46 % se tienen: 1800 · 0,46 = 828 g de H2SO4 en la disolución A.
El número de moles de H2SO4 en A es:
nº mol de la disolución B: dB =
828 g
= 8,4 mol
98 g 1 mol
mB
⇒ mB = dB · VB = 1,350 g / mL · 1000 mL = 1350 g
VB
Dado que la riqueza es del 57,8 % se tienen: 1350 · 0,578 = 780 g de H2SO4 en la disolución B.
El número de moles de H2SO4 en B es:
780 g
= 7,9 mol
98 g 1 mol
Al mezclar las dos disoluciones se tenía:
M=
nº moles A + nº moles B 8,4 + 7,9
=
= 6,52 M
VA + VB (L )
2,5
26 La combustión de 0,350 g de 2,2,3-trimetilpentano produjo 386 mL de dióxido de carbono en condiciones
normales. ¿Cuál fue el rendimiento de la reacción?
Datos: Masas atómicas: C = 12 u; H = 1 u; O = 16 u
Solución:
La combustión completa del 2,2,3-trimetilpentano origina exclusivamente dióxido de carbono y agua.
2 C 8H18 + 25 O 2 → 16 CO 2 + 18 H2 O
El nº de moles de C8H18 de partida es:
masa
0,300 g
=
= 2,63 · 10−3 mol
masa molecular 114 g mol
Según la reacción, 1 mol del hidrocarburo origina 8 moles de dióxido de carbono, entonces con los moles iniciales
se generan:
8 · 2,63 · 10 −3 = 2,1 · 10 −3 mol de CO2
en condiciones normales un mol de cualquier gas ocupa 22,4 L con lo que:
2,1⋅ 10 −3 mol de CO2 ·
22,4 L
= 0,471 L = 471 mL de CO2
1 mol
Se obtienen 386 mL de dióxido, luego:
471 mL CO2 386
=
⇒ x = 81,95 %
100%
x
El rendimiento ha sido del 81,95 %.
11
27 A un vaso de precipitados que contiene 7,6 g de aluminio se le añaden 100 mL de un ácido clorhídrico
comercial del 36% y de densidad en los datos del problema, obteniéndose tricloruro de aluminio e
hidrógeno, indique después de realizar los cálculos necesarios cuál es el reactivo limitante y calcule qué
volumen de hidrógeno se obtiene si las condiciones en las que se realiza el proceso son 25 ºC y 750 mm
de Hg.
Datos del problema: masas atómicas: Cl = 35,5u; Al = 27u, H = 1u
d = 1,180 g cm-3
Solución:
La reacción será:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H2
a) Los moles:
7,6g
= 0,285 moles de Al
27 g 1mol
nº moles de ácido clorhídrico:
m
d=
⇒ m = d · V = 1,180 g cm − 3 · 100 cm 3 = 118 g con una riqueza del 36 %: 118 · 0,36 = 42,48 g de HCl
V
42,48 g
nº moles HCl =
= 1,16 moles de HCl
36,5 g 1 mol
Por la estequiometría de la reacción:1 mol de aluminio reacciona con 3 moles de ácido clorhídrico:
1 mol Al
0,285 mol Al
=
⇒ x = 0,861 moles de HCl para 0,285 moles Al
3 moles HCl
x
nº moles Al =
1 mol Al
y
=
⇒ y = 0,39 moles de Al (que no hay) para 1,16 moles de HCl
3 moles HCl 1,16 moles HCl
Luego se agotará todo el Al y quedará HCl en exceso: 1,16 - 0,86 = 0,3 moles de HCl
El reactivo limitante es el Aluminio.
b) Según la reacción 2 moles de aluminio reaccionan para dar 3 moles de hidrógeno, asi que como hay 0,285
moles de aluminio se producirán: 0,285 ⋅ 3/2 = 0,43 moles de hidrógeno, como es un gas podemos aplicar la
ecuación de los gases ideales, entonces el volumen que ocupa será:
n ⋅R ⋅ T
p ⋅ V = n ⋅R ⋅ T ⇒ V =
=
p
atm L
⋅ (273 + 25 ) K
mol K
= 10,6 L H2
750 mmHg
760 mmHg 1 atm
0,43 moles ⋅ 0,082
28 Un trozo de una muestra que contiene plata reacciona exactamente con 150 mL de un ácido nítrico de
densidad 1,6 g/mL y que contiene el 44 % en peso de ácido nítrico ¿Cuál es el porcentaje de plata en la
muestra?
Masa atómicas: Ag = 108; N = 14; H = 1
12
Solución:
La reacción es:
2 Ag + 2 HNO3 → 2 NO3 Ag + H2
d=
m
⇒ m = d · V = 1,6 g / mL · 72 mL = 115,2 g
V
Dado que la riqueza es del 44% se tiene que han reaccionado: 115,2 · 0,44 = 50,7 g de HNO3
Por la estequiometría de la reacción, 1 mol de plata reacciona con 1 mol de ácido nítrico, con las siguientes
masas moleculares:
108 g de Ag
x
=
⇒ x = 87 g de Ag
63 g de HNO3 50,7 g de HNO3
El porcentaje de plata en la muestra es de 87%.
29 Se mezcla 1 l de ácido nítrico de densidad 1,380 g/mL y 62,7% de riqueza en peso con 1 L de ácido nítrico
de densidad 1,130 g/mL y 22,38 % en peso. Calcule la molaridad de la disolución resultante, admitiendo
que los volúmenes son aditivos.
Masas atómicas: N = 14; O = 16; H = 1
Solución:
La molaridad se define como:
M=
nº moles
V(L )
Tenemos dos disoluciones que vamos a mezclar para formar una tercera, calcularemos el nº de moles de ácido
que hay en cada uno de los volúmenes que vamos a utilizar de cada una de las disoluciones, y sabemos además
que el volumen total será la suma de los dos.
nº mol de la disolución A: dA =
mA
⇒ mA = dA · VA = 1,38 g/ mL · 1000 mL = 1380 g
VA
Dado que la riqueza es del 62,7 % se tienen: 1380 · 0,627 = 865 g de HNO3 en la disolución A.
El número de moles de HNO3:
nº mol de la disolución B: dB =
865 g
= 13,7 mol
63 g 1 mol
mB
⇒ mB = dB · VB = 1,13 g / mL · 1000 mL = 1130 g
VB
Dado que la riqueza es del 22,38 % se tienen: 1130 · 0,2238 = 252,9 g de HNO3 en la disolución B.
El número de moles de HNO3:
252,9 g
= 4,0 mol
63 g 1 mol
Al mezclar las dos disoluciones: M =
nº mol A + nº mol B 13,7 + 4,0
=
= 8,85 M
VA + VB (L)
2
30 A un vaso de precipitados que contiene 4,2 g de boro se le añaden 90 mL de un ácido clorhídrico
comercial del 46% y de densidad en los datos del problema, obteniéndose tricloruro de boro e hidrógeno,
indique después de realizar los cálculos necesarios cuál es el reactivo limitante y calcule qué volumen de
hidrógeno se obtiene si las condiciones en las que se realiza el proceso son 20ºC y 700 mm de Hg.
Datos del problema: masas atómicas: Cl = 35,5u; B = 11u, H = 1u
d = 1,1 g cm−3
13
Solución:
La reacción será:
2 B + 6 HCl → 2 BCl 3 + 3 H 2
a) Los moles:
nº mol B =
4,2g
= 0,38 mol de B
11g 1 mol
nº moles de ácido clorhídrico:
m
d=
⇒ m = d · V = 1,1 g cm − 3 · 90 cm 3 = 99 g con una riqueza del 46 %: 99 · 0,46 = 45,5 g de HCl
V
45,5 g
nº moles HCl =
= 1,24 moles de HCl
36,5 g 1 mol
Según la estequiometría de la reacción:1 mol de boro reacciona con 3 moles de ácido clorhídrico:
1 mol B
0,38 mol B
=
⇒ x = 1,14 1 moles de HCl para 0,38 moles B
3 moles HCl
x
1 mol B
y
=
⇒ y = 0,41 moles de B (que no hay) para 1,24 moles HCl
3 moles HCl 1,24 moles HCl
Luego se agotará todo el B y quedará HCl en exceso: 1,24 - 1,14 = 0,1 moles de HCl
El reactivo limitante es el Boro.
b) Según la reacción 2 moles de boro reaccionan para dar 3 moles de hidrógeno, asi que como hay 0,38 moles
de boro se producirán: 0,38 ⋅ 3/2 = 0,57 moles de hidrógeno, como es un gas podemos aplicar la ecuación de los
gases ideales, entonces el volumen que ocupa será:
n⋅R ⋅ T
p ⋅ V = n ⋅R ⋅ T ⇒ V =
=
p
atm L
⋅ (273 + 20 ) K
mol K
= 15 L de H2.
700 mmHg
760 mmHg 1 atm
0,57 moles ⋅ 0,082
31 A 100 mL de una disolución de ácido nítrico de concentración 0,01 M, se le añaden 100 mL de otra
disolución de hidróxido de bario de concentración 0,01 M.
a) Escribe la reacción que hay entre estos dos compuestos.
b) Determina si la reacción será completa o, por el contrario, quedará algún reactivo en exceso.
Solución:
a) La reacción de un ácido y una base es una reacción de neutralización dando una sal y agua. Será por tanto:
2 HNO 3 + Ba(OH)2 → Ba(NO 3 )2 + 2 H 2 O
b) Los moles que intervienen en la reacción:
nº moles
mol
⇒ nº mol = M · V = 0,01
· 100 ⋅ 10− 3 L = 0,001 mol HNO3
V(L)
L
nº mol
mol
nº moles Ba(OH)2 ⇒ M =
⇒ nº mol = M · V = 0,01
· 100 ⋅ 10 −3 L = 0,001 mol Ba(OH)2
V(L )
L
nº moles HNO3 ⇒ M =
Según la estequiometría de la reacción 2 moles de ácido nítrico reaccionan con 1 mol de hidróxido, con lo que no
hay suficiente ácido para neutralizar todo el hidróxido, la reacción no es completa y como reactivo en exceso estará
el hidróxido de bario.
32 El acetileno reacciona con oxígeno para dar, dióxido de carbono y agua.
a) Escriba y ajuste la reacción.
b) Partimos de 24 g de acetileno, si se han obtenido 4,8 L de dióxido de carbono medidos a 1 atm y 23ºC,
¿cuál ha sido el rendimiento de la reacción?
14
Solución:
a) La reacción ajustada es:
2 C 2H2 + 5 O 2 → 4 CO 2 + 2 H2 O
b) Los moles y la masa de CO2 obtenidos han sido:
n=
p·V
1 atm · 4,8 L
=
= 0,20 mol
atm
L
R · T 0,082
· (273 + 23 ) K
mol K
0,20 mol CO2 ⋅
44 g CO2
= 8,8 g CO2
1 mol
2 moles de acetileno reaccionan con 4 moles de dióxido de carbono, (1:2), luego la cantidad esperada de CO2
era:
30 g C2H2
24 g C2H2
=
2 · 44 g CO2
x
⇒
x = 70,4 g de CO2
El rendimiento de la reacción es: R =
8,8 g
· 100 = 12,5%
70,4 g
33 En una disolución acuosa de hidróxido sódico, cuya densidad es 1,170 g/mL, la fracción molar de soluto
es 0,2, calcular su molaridad y porcentaje en peso de soluto.
Masas atómicas: H = 1; O = 16; Na = 23
Solución:
La fracción molar viene definido como:
xi =
ni
dado que xi = 0,2 habrá 0,2 mol de NaOH y 0,8 de disolvente, en este caso H2O.
nT
Calculamos los gramos que intervienen de cada uno:
nº mol =
g
g
g
⇒ g = nº mol · Mm ⇒ gNaOH + gH2O = 0,2 mol · 40
+ 0,8 mol · 18
= 22,4 g
Mm
1mol
1mol
y veremos el volumen que ocupan:
d=
m
m
22,4 g
⇒V=
=
= 19,1mL
V
d 1,170 g / mL
Luego la molaridad:
M=
nº mol
=
V(L )
0,2 mol
19,1mL · 10 −3
L
mL
= 10,7 M
El porcentaje en peso:
22,4 g disolución 100
=
⇒ x = 35,7 %
8 g soluto
x
34 El ácido clorhídrico concentrado, HCl, tiene habitualmente una concentración del 56 % en masa y su
densidad relativa es de 1,07 g/mL.
a) ¿Cuál es la molaridad de la disolución?
b) ¿Cuál es la molaridad de la disolución que resulta de mezclar 250 mL de este ácido con 1000 mL de ácido
clorhídrico 1 M?
15
Solución:
a) La molaridad se define como:
M=
nº moles
V(L )
Calculamos el nº de moles de HCl que hay en 1 L de disolución:
d=
m
⇒ m = d · V = 1,07 g / mL · 1000 mL = 1070 g
V
Dado que la riqueza es del 56 % se tienen: 1070 · 0,56 = 599,2 g de HCl puro.
nº mol HCl =
599,2 g
= 16,4 mol de HCl
36,5 g 1 mol
Luego: M =
nº moles 16,4 mol
=
= 16,4 M
V(L )
1L
b) Al mezclar la disolución hay un volumen de 1000 mL + 250 mL =1025 mL = 1,25 L.
El nº de mol será
nº mol
mol
⇒ nº mol = M · V = 16,4
· 0,25 L = 4,1 mol HCl
V(L )
L
nº mol
mol
nº mol HCl 1 M ⇒ M =
⇒ nº mol = M · V = 1
· 1 L = 1 mol HF
V(L )
L
nº mol HCl 16,4 M ⇒ M =
nº de moles totales:4,1 + 1 = 5,1 mol de HCl puro en 1,25 L de disolución. La molaridad de esta nueva disolución
será:
M=
nº mol 5,1 mol
=
= 4,1 M
V(L )
1,25 L
35 El carbonato cálcico reacciona con el ácido sulfúrico para dar sulfato cálcico, dióxido de carbono y agua.
Calcule cuántos litros de dióxido de carbono, medidos a 20 ºC y 1 atm, se necesitan para preparar 987 g
de carbonato cálcico, suponiendo un rendimiento del 50%.
Datos: masas atómicas Ca = 40 u; C = 12 u; S = 32 u; O = 16 u; H = 1 u
Solución:
La reacción ajustada es:
H2 SO 4 + CaCO 3 → CaSO 4 + CO 2 + H 2 O
El número necesario para preparar 987 g de carbonato cálcico es:
987 g CaCO3
= 9,8 mol de CaCO3
100 g 1 mol
Según la reacción 1 mol de carbonato cálcico reacciona con 1 mol de dióxido de carbono, pero como la reacción
es al 50%, podemos decir que por cada mol de carbonato reaccionan 0,5 moles del dióxido, entonces se
necesitan:
1 mol CaCO3 9,8 mol CaCO3
=
0,5 mol CO2
x
⇒ x = 4,9 mol de CO2
El volumen que ocupan esos 4,9 moles es:
p· V = n·R · T
n·R· T
⇒V=
=
p
atm L
· (273 + 20 ) K
mol K
= 117,7 L de CO2
1 atm
4,9 moles · 0,082
36 El carbonato de calcio reacciona con ácido clorhídrico para dar cloruro de calcio, dióxido de carbono y
agua.
a) Escriba y ajuste la reacción.
b) Partimos de 35 g de carbonato de calcio si se han obtenido 6,95 L de dióxido de carbono medidos a 1
atm y 20 ºC, ¿cuál ha sido el rendimiento de la reacción?
16
Solución:
a) La reacción ajustada es:
CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H2 O
b) Los moles y la masa de CO2 obtenidos es:
n=
p·V
1 atm · 6,95 L
=
= 0,29 mol
atm
L
R · T 0,082
· (273 + 20 ) K
mol K
0,29 mol CO2 ·
44 g CO2
= 12,76 g CO2
1 mol
La masa de CO2 esperada era:
100 g CaCO3 35 g CaCO3
=
44 g CO2
x
⇒
x = 15,4 g
El rendimiento de la reacción es: R =
12,76 g
⋅ 100 = 82,85%
15,4 g
37 El ácido fluorhídrico concentrado, HF, tiene habitualmente una concentración del 49% en masa y su
densidad relativa es de 1,17 g/mL.
a) ¿Cuál es la molaridad de la disolución?
b) ¿Cuál es la molaridad de la disolución que resulta de mezclar 500 mL de este ácido con 1 L de ácido
fluorhídrico 2 M?
Solución:
a) La molaridad se define como:
M=
nº moles
V(L )
Calculamos el nº de moles de HF que hay en 1 L de disolución:
d=
m
⇒ m = d · V = 1,17 g / mL · 1000 mL = 1170 g
V
Dado que la riqueza es del 49 % se tienen: 1170 · 0,49 = 573,3 g de HF puro.
nº mol HCl =
573,3 g
= 28,7 mol de HF
20 g 1 mol
Luego: M =
nº moles 28,7 mol
=
= 28,7 M
V(L )
1L
b) Al mezclar la disolución hay un volumen de 1000 mL + 500 mL =1500 mL = 1,5 L. El nº de moles:
El nº mol de HF 28,7 M es: M =
El nº mol de HF 2 M es: M =
nº mol
mol
⇒ nº mol = M · V = 28,7
· 0,5 L = 14,35 mol HF
V(L )
L
nº mol
mol
⇒ nº mol = M · V = 2
· 1 L = 2 mol HF
V(L )
L
nº de moles totales: 14,35 + 2 = 16,35 moles de HF puro en 1,5 L de disolución.
La molaridad de esta nueva disolución será: M =
nº mol 16,35 mol
=
= 10,9 M
V(L )
1,5 L
38 En la reacción de aluminio con ácido clorhídrico se desprende hidrógeno. Se ponen en un matraz 30 g de
aluminio del 95% de pureza y se añaden 100ml de un ácido clorhídrico comercial de densidad 1,170 g/ml y
del 35% de pureza en peso. Con estos datos calcula:
a) Cuál es el reactivo limitante.
b) El volumen de hidrógeno que se obtendrá a 25ºC y 740mm de Hg.
Datos: masas atómicas: Al = 27; Cl = 35,5; H = 1
17
Solución:
La reacción ajustada es:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H2
Los nº de moles serán:
30 g · 0,95
nº moles Al =
= 1,06 moles de Al con una riqueza del 35 %: 117 · 0,35 = 40,95 g de HCl
27 g 1 mol
nº moles HCl =
40,95 g
= 1,12 moles de HCl
36,5 g 1 mol
m
⇒ m = d · V = 1,170 g / mL · 100 mL = 117 g
V
Según la estequiometría de la reacción:1 mol de aluminio reacciona con 3 moles de ácido clorhídrico:
d=
1 mol Al
1,06 mol Al
=
⇒ x = 3,181 mol HCl (que no hay) para 1,06 moles de Al
3 moles HCl
x
1 mol Al
y
=
⇒ y = 0,37 mol Al para 1,12 mol HCl
3 mol HCl 1,12 mol HCl
Luego se agotará todo el HCl y el Al quedará en exceso: 1,06 - 0,37 = 0,69 moles de Al
El reactivo limitante es el HCl.
b) Según la reacción 2 moles de ácido reaccionan para dar 1 mol de hidrógeno, así que como hay 1,12 moles de
ácido se producirán: 1,12/2= 0,56 moles de hidrógeno, como es un gas podemos aplicar la ecuación de los gases
ideales, entonces el volumen que ocupa será:
n⋅R ⋅ T
p ⋅ V = n ⋅R ⋅ T ⇒ V =
=
p
atm L
⋅ (273 + 25 ) K
mol K
= 14 L H2.
740 mmHg
760 mmHg 1 atm
0,56 moles ⋅ 0,082
39 Se tiene un litro de una disolución de ácido sulfúrico (tetraoxosulfato (VI) de dihidrógeno) del 98 % de
riqueza y de densidad 1,84 g/mL. Calcular:
a) La molaridad.
b) La molalidad.
c) El volumen de esa disolución de ácido sulfúrico necesario para preparar 100ml de otra disolución del 20
% y densidad 1,14g/mL.
18
Solución:
a) Teniendo 1 litro de disolución, los gramos que se tendrán serán:
d=
m
⇒ m = d · V = 1,84 g ml −1 · 1000 mL = 1840 g
V
Con una riqueza del 98 % se tendrán: 1840 · 0,98 = 1803 g de H2SO4.
El número de moles será:
La molaridad será:
1803 g
= 18,4 mol
98 g 1 mol
nº moles 18,4 mol
=
= 18,4 M
V(L )
1L
b) De los 1840 g, 1803 g son de soluto, el resto (37 g) son de disolvente, es decir, agua en este caso. La
molalidad será: m =
nº mol
18,4
=
= 497 m
kg disolvente 37 · 10 −3
c) En los 100 mL de la nueva disolución hay:
d=
m
⇒ m = d · V = 1,14 g / mL · 100 mL = 114 g
V
Con una riqueza del 20 % se tienen: 114 · 0,20 = 22,8 g de H2SO4
El número de moles será:
22,8 g
= 0,23 mol
98 g 1 mol
Esos 0,23 mol de ácido sulfúrico se toman de la primera disolución, de la que tendremos que tomar para la nueva
disolución un volumen de:
18,4 moles 0,23
=
⇒ V = 12,5 mL
1000 mL
V
40 Se tiene un litro de una disolución de ácido clorhídrico del 86 % de riqueza y de densidad 1,24 g/mL.
Calcular:
a) La molaridad.
b) La molalidad.
c) El volumen de esa disolución de ácido clorhídrico necesario para preparar 150ml de otra disolución del
30 % y densidad 1g/mL.
19
Solución:
a) Teniendo 1 litro de disolución, los gramos que hay:
d=
m
⇒ m = d · V = 1,24 g mL−1 · 1000 mL = 1240 g
V
Con una riqueza del 86 % se tendrán: 120 · 0,86 = 1066,4 g de HCl
Habrán reaccionado:
1066,4 g
= 29,2 moles
36,5 g 1 mol
La molaridad será: M =
nº moles 29,2 moles
=
= 29,2 M
V(L )
1L
b) De los 1240 g, 1066,4 g son de soluto, el resto (173,6 g) son de disolvente, es decir, agua en este caso. La
molalidad:
m=
nº moles
29,2
=
= 169 m
kg disolvente 173 · 10 − 3
c) En los 150 mL de la nueva disolución hay:
d=
m
⇒ m = d × V = 1 g / mL · 150 mL = 150 g
V
Con una riqueza del 30 % sen tendrán: 150 · 0,3 = 45 g de HCl
Habrán reaccionado:
45 g
= 1,23 moles
36,5 g 1 mol
Esos 1,23 moles de ácido clorhídrico se toman de la primera disolución, de la que tendremos que tomar para la
nueva disolución un volumen de:
29,2 moles 1,23
=
⇒ V = 42,2 mL
1000 mL
V
41 En el proceso de formación del agua a partir de sus elementos:
a) Calcula la masa de agua, en gramos, que se forma a partir de 30 g de hidrógeno y 70 de oxígeno.
b) ¿Qué reactivo se encuentra en exceso y en qué cantidad?
c) Si el agua formada se encuentra a 20ºC y 1 atm de presión, calcula el volumen que ocupa.
20
Solución:
La reacción es:
2 H2 + O 2 → 2 H2 O
Los nº de moles serán:
30g
nº moles H 2 =
= 15 moles de H 2
2 g 1mol
70g
= 2,2 moles de O 2
32 g 1mol
Por la estequiometría de la reacción 2 moles de hidrógeno reacciona con 1 mol de oxígeno
2 moles H 2 15 moles H 2
=
⇒ x = 7,5 moles de O 2 (que no hay ) para 15 moles de H 2
1 moles O 2
x
nº moles O 2 =
2 moles H 2
y
=
⇒ y = 4,4 moles de H 2 para 2,2 moles O 2
1 moles O 2
2,2 moles O 2
Luego se agotará todo el oxígeno y quedara exceso de hidrógeno: 15 - 4,4 = 10,6 moles de H2. Luego
el oxígeno será el reactivo limitante.
Por cada mol de oxígeno se forman 2 moles de agua, luego con los 2,2 moles se formarán 4,4 moles de agua
que expresado en gramos:
4,4 moles ·
18 g H2O
= 79,2 g de H2O se forman.
1mol
c) El volumen que ocupan esos moles será:
P ⋅ V = n⋅R ⋅T ⇒ V =
n ⋅R ⋅ T
=
P
atm L
⋅ (273 + 20 )K
molK
= 105 L de H 2 O.
1 atm
4,4moles ⋅ 0,082
42 El butano se quema de la forma que indica la siguiente reacción:
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
a) ¿Cuántos gramos de dióxido de carbono por gramo de butano quemado se obtienen?
b) ¿Cuántos moles de oxígeno reaccionan con 1 mol de butano?
c) ¿Cuántos litros de dióxido de carbono a la presión de 1 atm se obtienen? ¿Y a la temperatura de 25 ºC
a partir de 1 mol de butano si el rendimiento es del 98%?
Datos: masas atómicas: C = 12 u; O = 16 u; H = 1 u
21
Solución:
La reacción es:
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
a) Por cada mol de butano se obtienen 4 moles de dióxido de carbono, por tanto por cada gramo de C4H10 se
generarán:
58 g C4H10
1 g C2H2
=
4 · 44 g CO2
x
⇒ x = 3 g CO2
b) Los moles de oxígeno que reacciona con 1 mol de butano serán:
2 mol C4H10 1 mol C4H10
=
13 mol O2
x' mol O2
⇒ x' = 6,5 mol O2
c) En condiciones normales:
2 mol C4H10
1 mol C4H10
=
8 · 22,4 L CO2
x' '
⇒ x' ' = 89,6 L CO2
A la temperatura de 25ºC:
89,6 L
V
=
273 K (273 + 25 ) K
⇒ V = 98,8 L CO2
como el rendimiento es del 98%:
98,8 L CO2 ⋅
98
= 97 L de CO 2
100
43 El acetileno se quema de la forma que indica la siguiente reacción:
2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O
a) ¿Cuántos gramos de dióxido de carbono por gramo de acetileno quemado se obtienen?
b) ¿Cuántos moles de oxígeno reaccionan con 1 mol del acetileno?
c) ¿Cuántos litros de dióxido de carbono a la presión de 1 atm se obtienen? ¿Y a la temperatura de 20 ºC
a partir de 1 mol de acetileno si el rendimiento es del 89%?
Datos: masas atómicas: C = 12 u; O = 16 u; H = 1 u
22
Solución:
La reacción es:
2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O
a) Por cada mol de acetileno se obtienen 2 moles de dióxido de carbono, por tanto por cada gramo de C2H2 se
generan:
26 g C2H2
1 g C2H2
=
2 · 44 g CO2
x
⇒ x = 3,4 g CO2
b) Los moles de oxígeno que reacciona con 1 mol del acetileno:
2 mol C2H2 1 mol C2H2
=
5 mol O2
x' mol O2
⇒ x' = 2,5 mol O2
c) En condiciones normales:
2 mol C2H2
1 mol C2H2
=
4 · 22,4 L CO2
x' '
⇒ x' ' = 44,8 L CO2
A la temperatura de 20ºC:
44,8 L
V
=
273 K ( 273 + 20 ) K
⇒ V = 48,1 L CO2
como el rendimiento es del 89%:
48,1 L CO 2 ·
89
= 42,8 L de CO 2
100
44 En la reacción de aluminio con ácido clorhídrico se desprende hidrógeno. Se ponen en un matraz 30 g de
aluminio del 95% de pureza y se añaden 100ml de un ácido clorhídrico comercial de densidad 1,170 g/ml y
del 35% de pureza en peso. Con estos datos calcula:
a) Cuál es el reactivo limitante.
b) El volumen de hidrógeno que se obtendrá a 25ºC y 740mm de Hg.
Datos: masas atómicas: Ga = 70; Cl = 35,5; H = 1
23
Solución:
La reacción ajustada es:
2 Ga + 6 HCl → 2 GaCl 3 + 3 H 2
Los nº de moles serán:
nº mol Al =
d=
50 g · 0,83
= 0,6 mol Ga
70 g 1 mol
m
⇒ m = d · V = 1,1g / mL · 150 mL = 165 g con una riqueza del 52 %: 165 · 0,52 = 85,8 g de HCl
V
85,8g
= 2,3 moles de HCl
36,5 g 1mol
Según la estequiometría de la reacción:1 mol de Galio reacciona con 3 moles de ácido clorhídrico:
nº moles HCl =
1 mol Ga
0,6 mol Ga
=
⇒ x = 0,9 mol HCl para 0,6 mol Ga
3 mol HCl
x
1 mol Ga
y
=
⇒ y = 0,77 mol Ga (que no hay) para 2,3 moles de HCl Luego se agotará todo el Ga y el HCl
3 mol HCl 2,3 mol HCl
quedará en exceso: 2,3 - 0,91 = 1,4 moles de HCl
El reactivo limitante es el Ga.
b) Según la reacción 2 moles de galio reaccionan para dar 3 moles de hidrógeno, así que como hay 0,6 moles de
galio se producirán: 0,6 · 3/2 = 0,9 moles de hidrógeno, como es un gas podemos aplicar la ecuación de los
gases ideales, entonces el volumen que ocupa será:
n ⋅R ⋅ T
p ⋅ V = n ⋅R ⋅ T ⇒ V =
=
p
atm L
⋅ (273 + 20 ) K
mol K
= 23,48 L H2.
700 mmHg
760 mmHg 1 atm
0,9 moles ⋅ 0,082
45 En el proceso de formación del dióxido de carbono a partir de sus elementos:
a) Calcula la masa de dióxido de carbono, en gramos, que se forma a partir de 20 g de carbono y 60 de
oxígeno.
b) ¿Qué reactivo se encuentra en exceso y en qué cantidad?
c) Si el dióxido de carbono formado se encuentra a 25ºC y 1 atm de presión, calcula el volumen que ocupa.
24
Solución:
La reacción es:
C + O 2 → CO 2
Los nº de moles serán:
20g
nº moles C =
= 1,7 moles de C
12 g 1mol
60g
nº moles O 2 =
= 1,8 moles de O 2
32 g 1mol
Por la estequiometría de la reacción 1 mol de carbono reacciona con 1 mol de oxígeno, luego el que está en
defecto será el reactivo limitante y es el carbono y por consiguiente el oxígeno es el que está en exceso.
Como 1 mol de carbono reacciona para formar 1 mol de dióxido de carbono, se formarán 1,7 moles de dióxido,
que expresado en masa:
1,7 moles ·
44 g CO2
= 74,8 g de CO2 se forman
1 mol
c) El volumen que ocupan esos moles será:
P ⋅ V = n⋅R ⋅T ⇒ V =
n ⋅R ⋅ T
=
P
atm L
⋅ (273 + 25 ) K
mol K
= 41,54 L de CO 2
1 atm
1,7moles ⋅ 0,082
25