ejercicios resueltos de estequiometria

Material de Apoyo de Química General
EJERCICIOS RESUELTOS DE ESTEQUIOMETRIA
1.
Iguale las siguientes ecuaciones por el método algebraico:
a) C3H5N6O9  CO2 + N2 + H2O + O2
Solución
a C3H5N6O9  b CO2 + c N2 + d H2O + e O2
Para el C:
3a = b
Para el H:
5a = 2d
Para el N:
6a = 2c
Para el O:
9a = 2b + d + 2e
Resolviendo el sistema de ecuaciones:
a = 4,
b = 12,
c =12,
d = 10 y
e=1
4 C3H5N6O9  12 CO2 + 12 N2 + 10 H2O + O2
b) Ca5(PO4)3F + C + SiO2  CaSiO3 + P4 + CaF2 + CO
Solución
a Ca5(PO4)3F +b C + c SiO2  d CaSiO3 + e P4 + f CaF2 + g CO
Para el Ca:
5a = d + f
Para el P:
3a = 4e
Para el O:
12a + 2c = 3d + g
Para el F:
a=2f
Para el C:
b=g
Para el Si:
c=d
Resolviendo el sistema de ecuaciones:
a = 4,
b = 30,
c = 18,
d = 18,
e =3,
f =2,
g =30
4 Ca5(PO4)3F +30 C + 18 SiO2  18 CaSiO3 + 3 P4 + 2 CaF2 + 30 CO
2.
¿Cuántas moléculas de oxígeno se necesitan para oxidar completamente 2 moléculas de
etano (C2H6) a CO2 y H2O?
C2H6 + O2  CO2 + H2O
Solución
Al igualar la ecuación:
Pág. 1
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2 C2H6 + 7 O2  4 CO2 + 6 H2O
Se necesitan 7 moléculas de oxígeno
3.
Dada la siguiente ecuación química, no igualada:
Al + HCl  AlCl3 + H2
La cantidad de H2 obtenido al hacer reaccionar 3,0 mol de Al con 4,0 mol de HCl es:
Solución
Al igualar la ecuación:
2 Al + 6 HCl  2 AlCl3 + 3 H2
Se observa que los reactivos no están en la proporción estequiométrica, por lo tanto debe
haber un reactivo limitante y uno en exceso:
2 mol de Al
x mol de Al
=
6 mol de HCl 4,0 mol de HCl
x = 1,33 mol de Al
Por lo tanto, el HCl es el reactivo limitante (se gasta completamente) y el Al tiene un
exceso de (3,0 - 1,33) mol. Los cálculos siguientes deben basarse en el reactivo limitante:
6 mol de HCl
4,0 mol de HCl
=
3 mol de H2
x
x = 2,0 mol de H2
4.
Determine el número de moléculas de CO2 que se obtiene cuando 2 mol de propano se
queman en presencia de oxígeno, de acuerdo a la siguiente ecuación no igualada:
C3H8 + O2  CO2 + H2O
Solución
Al igualar la ecuación:
C3H8 + 5 O2  3 CO2 +4 H2O
1 mol de C3 H8
3 mol de CO2 · 6,02 · 1023
moléculas
mol
=
2 mol de C3 H8
x moléculas de CO2
x = 3,61 · 1024 moléculas de CO2
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5.
El zinc metálico reemplaza al cobre(II) en solución de acuerdo a la siguiente ecuación:
Znº + CuSO4  Cuº + ZnSO4
¿Qué cantidad de Zn se necesita para preparar 250 g de sulfato de zinc?
Solución:
La ecuación está igualada
1 mol de Zn
x mol de Zn
g = 250 g de ZnSO
4
1 mol de ZnSO4 . 161,4 mol
x = 1,55 mol de ZnSO4
6.
¿Cuántas moléculas de O2 pueden obtenerse por la descomposición de 300 g de KClO3 de
acuerdo a la siguiente ecuación no igualada?
KClO3  KCl + O2
Solución
Al igualar la ecuación:
2 KClO3  2 KCl + 3 O2
g
300 g de KClO3
mol
=
moléculas
x moléculas de O2
mol
2 mol de KClO3 · 122,6
3 mol de O2 · 6,02 · 1023
X = 2,21 · 1024 moléculas de O2
7.
Calcule el número total de moléculas gaseosa producidas por la combustión de 2,5 mol de
sulfuro de carbono, de acuerdo a la siguiente ecuación:
CS2 (l) + O2 (g)  CO2 (g) + SO2 (g)
Solución
Al igualar la ecuación
CS2 (l) + 3 O2 (g)  CO2 (g) + 2 SO2 (g)
1 mol de CS2
3 mol de gases · 6,02 · 1023
moléculas
mol
=
2,5 mol de CS2
x moléculas de gases
x = 4,52 · 1024 moléculas de gases
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8.
Si se hacen reaccionar 28,0 g de nitrógeno con 9,02 g de hidrógeno, la masa de amoníaco
formada será:
Solución
De acuerdo a la ecuación:
N2 + 3 H2  2 NH3
g
mol = 28,0 g de N2
g
x g de H2
3 mol de H2 · 2,02 mol
1 mol de N2 · 28,0
x = 6,06 g de H2
Por lo tanto el nitrógeno es el reactivo limitante y el cálculo debe basarse en él:
g
mol = 28,0 g de N2
g
x g de NH3
2 mol de NH3 · 17,1 mol
1 mol de N2 · 28,0
x = 34,2 g de NH3
9.
El metanol (CH3OH) puede ser oxidado a ácido fórmico (HCOOH) por oxígeno, de
acuerdo a:
CH3OH + O2  HCOOH + H2O
Si 2,5 mol de metanol se hacen reaccionar con 1,2 · 1024 moléculas de oxígeno, la masa de
HCOOH formada será:
Solución
La ecuación está igualada.
1 mol de CH3 OH
2,5 mol deCH3 OH
=
moléculas
x moléculas de O2
1 mol de O2 · 6,02 · 1023
mol
X = 1,5·1024 moléculas de O2
El reactivo limitante es el O2. Los cálculos deben basarse en el O2
moléculas
1,2 · 1024 moléculas de O2
mol
=
g
x g de HCOOH
1 mol de HCOOH · 46 mol
1 mol de O2 · 6,02 · 1023
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X = 91,7 g de HCOOH
10.
Una de las preparaciones comerciales del oxígeno es la descomposición térmica, a 700ºC,
del peróxido de bario de acuerdo a la siguiente ecuación química no igualada:
BaO2  BaO + O2
El volumen de oxígeno, en L, obtenido a 25ºC y 1 atm a partir de la descomposición de 500
kg de peróxido de bario es:
Solución
Al igualar la ecuación:
2 BaO2  2 BaO + O2
2 mol de BaO2 · 169,3
1 mol de O2
g
5
mol = 5 · 10 g de BaO2
x mol de O2
x = 1477 mol de O2
𝑉=
V =
11.
𝑛·𝑅·𝑇
𝑃
L · atm
· 298 K
mol · K
= 36092 L de O2
1 atm
1477 mol · 0,082
Dada la siguiente reacción química:
Ca(OH)2 + 2 SO2  Ca(HSO3)2
Determine la masa, en g, de sulfito ácido de calcio obtenida al hacer reaccionar 64,8 g de
hidróxido de calcio con 52,4 g de dióxido de azufre.
Solución
La ecuación está igualada.
g
1 mol de Ca(OH)2 · 74,1
mol = 64,8 g Ca(OH)2
g
x g SO2
2 mol de SO2 · 64,0 mol
X = 112 g de SO2
El reactivo limitante es SO2
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g
52,4 g de SO2
mol
=
g
x g de Ca(HSO3 )2
1 mol de Ca(HSO3 )2 · 202,1 mol
2 mol de SO2 · 64,0
x = 82,7 g de Ca(HSO3)2
12.
Considerando que todos los volúmenes están medidos en las mismas condiciones de
presión y temperatura determine el volumen de amoníaco producido al hacer reaccionar 3 L
de hidrógeno con 2 L de nitrógeno.
3 H2(g) + N2(g)  2 NH3(g)
Solución
Según la ecuación, 3 mol de H2 reaccionan con 1 mol de N2 para producir 2 mol de NH3.
De acuerdo a la Hipótesis de Avogadro esto implica que 3 volúmenes de H2 reaccionan con
1 volumen de N2 para producir 2 volúmenes de NH3, por lo tanto se puede decir que 3 L de
H2 reaccionan con 1 L de N2 para producir 2 L de NH3 y queda 1 L de N2 sin reaccionar
13.
La soda cáustica: NaOH, se prepara comercialmente mediante la reacción del carbonato de
sodio con cal apagada, Ca(OH)2. Determine la masa de soda cáustica que se puede obtener
al hacer reaccionar 50,0 kg de carbonato de sodio de 95,8 % de pureza con exceso de cal
apagada.
Na2CO3 + Ca(OH)2  NaOH + CaCO3
Solución
Al igualar la ecuación:
Na2CO3 + Ca(OH)2  2 NaOH + CaCO3
95,8 g de Na2 CO3 puro
g
5 · 104 g de Na2 CO3 impuro · 100 g de Na CO
2
3 impuro
mol =
g
x g de NaOH
2 mol de NaOH · 40,0 mol
1 mol de Na2 CO3 · 106
x = 36150 g de NaOH = 36,2 kg de NaOH
14.
Al calentar sulfuro de hierro (II) en presencia de oxígeno gaseoso se produce óxido de
hierro (III) y dióxido de azufre. Determine la masa de óxido de hierro (III) producido al
hacer reaccionar 240 g de sulfuro de hierro (II) de 87,2 % de pureza en exceso de oxígeno.
FeS + O2  Fe2O3 + SO2
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Solución
Al igualar la ecuación:
4 FeS + 7 O2  2 Fe2O3 + 4 SO2
g
mol =
g
2 mol de Fe2 O3 · 159,8 mol
4 mol de FeS · 87,9
87,2 g de FeS puro
100 g de FeS impuro
x g de Fe2 O3
240 g FeS impuro ·
x = 190 g de Fe2O3
15.
El tetracloruro de titanio se oxida en presencia de oxígeno dando como productos dióxido
de titanio y cloro:
TiCl4 + O2  TiO2 + 2 Cl2
Determine la pureza del tetracloruro de titanio empleado si al hacer reaccionar 4,00
toneladas de TiCl4 en exceso de oxígeno se obtuvo 1,40 ton de dióxido de titanio. (Suponga
100 % de rendimiento).
Solución
La ecuación está igualada.
g
6 g
mol = x ton de TiCl4 · 10 ton
g
g
1 mol de TiO2 · 79,9 mol
1,40 ton de TiO2 · 106 ton
1 mol de TiCl4 · 189,9
x = 3,33 ton TiCl4 puro
3,33 ton TiCl4 puro
x ton TiCl4 puro
=
4,00 ton TiCl4 impuro
100 ton TiCl4 impuro
x = 83,3 % de pureza
16.
Al hacer reaccionar sulfuro de hidrógeno gaseoso con 2,10 Kg de una muestra que contiene
plomo se obtienen 20 L de hidrógeno a 25ºC y 1 atm de presión, de acuerdo a la siguiente
ecuación:
H2S + Pb  PbS + H2
Considerando 100 % de rendimiento determine el porcentaje de plomo en la muestra.
Solución
La ecuación está igualada.
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Primero determinamos la cantidad de hidrógeno que se obtiene:
n=
n=
P·V
R · T
1,00 atm · 20,0 L
= 0,82 mol de H2
L · atm
0,082 mol · K · 298 K
1 mol de Pb · 207
1 mol de H2
g
mol =
x g de Pb
0,82 mol de H2
x = 170 g de Pb
170 g de Pb puro
x g de Pb puro
=
2100 g de Pb impuro
100 g de Pb impuro
x = 8,10 % de pureza
17.
Al calentar sulfuro de cinc en presencia de oxígeno se obtiene óxido de cinc y dióxido de
azufre de acuerdo a la siguiente ecuación:
ZnS + O2  ZnO + SO2
Si al hacer reaccionar 400 g de ZnS en exceso de oxígeno se obtiene 200 g de ZnO, el
rendimiento de la reacción es:
Solución
Al igualar la ecuación:
2 ZnS + 3 O2  2 ZnO + 2 SO2
g
mol = 400 g de ZnS
g
x g de ZnO
2 mol de ZnO · 81,4 mol
2 mol de ZnS · 97,4
x = 334 g de ZnO
334 g de ZnO
200 g de ZnO
=
100% rendimiento
x
x = 59,9 % rendimiento
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18.
Al calentar el clorato de potasio se descompone en cloruro de potasio y oxígeno. Si al
calentar 234 toneladas de clorato de potasio se obtuvo 120 toneladas de cloruro de potasio,
determine el rendimiento de la reacción.
Solución
Se plantea e iguala la ecuación:
2 KClO3  2 KCl + 3 O2
g
mol = 234 ton KClO3
g
x
2 mol de KCl · 74,6 mol
2 mol de KClO3 · 122,6
X = 142 ton de KCl
142 ton KCl
120 ton de KCl
=
100% rendimiento
x
X = 84,5 % de rendimiento
19.
El hidrógeno se puede obtener en el laboratorio haciendo reaccionar el hidruro de calcio
con agua. Se obtiene, además, hidróxido de calcio.
Determine el volumen de hidrógeno obtenido, a 1,20 atm y 25,0ºC, al hacer reaccionar 250
g de hidruro de calcio con exceso de agua, si el rendimiento de la reacción es de 85,0 %.
Solución
Se plantea e iguala la ecuación:
CaH2 + 2 H2O  2 H2 + Ca(OH)2
1 mol de CaH2 · 42,1
2 mol de H2
g
mol = 250 g de CaH2
x
x = 11,9 mol de H2
11,9 mol de H2
x
=
100% rendimiento 85,0 % de rendimiento
x = 10,1 mol de H2
V=
n·R·T
P
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V=
20.
L·atm
· 298 K
mol· K
= 206 L de H2
1,20 atm
10,1 mol · 0,082
Al hacer reaccionar óxido nítrico con oxígeno se obtiene dióxido de nitrógeno, de acuerdo a
la siguiente ecuación no igualada:
NO + O2  NO2
Determine el volumen de dióxido de nitrógeno obtenido al hacer reaccionar 20 L de NO
con 15 L de O2, si el rendimiento de la reacción es de 75 %. Considere que todos los gases
están medidos en CNPT.
Solución
Al igualar la ecuación:
2 NO + O2  2 NO2
Si todos los gases están a las mismas condiciones de P y T, según Avogadro:
2 mol NO
2 L NO
20 L NO

=
1 mol O2
1 L O2
x
x = 10 L de O2
Esto implica que NO es el reactivo limitante y los cálculos deben basarse en él.
2 L NO
20 L NO
=
2 L NO2
x
x = 20 L de NO2
20 L de NO2
x
=
100% rendimiento
75% rendimiento
x = 15 L de NO2
21.
El hidróxido de calcio es neutralizado por ácido nítrico para formar nitrato de calcio y agua:
Ca(OH)2 + HNO3  Ca(NO3)2 + H2O
Si el rendimiento de la reacción es de 75 %. ¿Qué masa de hidróxido debe tratarse en
exceso de ácido nítrico para obtener 1,5 ton de nitrato de calcio?
Solución
Al igualar la ecuación:
Ca(OH)2 + 2 HNO3  Ca(NO3)2 + 2 H2O
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1,5 ton Ca(NO3 )2
x
=
75% rendimiento
100% rendimiento
x = 2,0 ton de Ca(NO3)2
g
x
mol =
g
2,0 ton de Ca(NO3 )2
1 mol de Ca(NO3 )2 · 164,1 mol
1 mol de Ca(OH)2 · 74,1
x = 0,90 ton de Ca(OH)2
22.
El hidróxido de sodio se puede preparar mediante la reacción de carbonato de sodio con
hidróxido de bario, obteniéndose, además, carbonato de bario.
Determine qué masa de carbonato de sodio debe tratar en exceso de hidróxido de bario para
obtener 400 g de hidróxido de sodio, si el rendimiento de la reacción es de 92,3 %.
Solución
Se plantea e iguala la ecuación:
Na2CO3 + Ba(OH)2  2 NaOH + BaCO3
400 g de NaOH
x
=
92,3 % rendimiento 100% rendimiento
x = 433 g de NaOH
g
x
mol =
g
433 g de NaOH
2 mol de NaOH · 40 mol
1 mol de Na2 CO3 · 106
x = 574 g de Na2CO3
23.
El cloro gaseoso se puede obtener mediante la acción del ácido clorhídrico sobre el dióxido
de manganeso, obteniéndose, además, cloruro de manganeso (II) y agua.
Determine la cantidad mínima de MnO2 y de HCl que deberá hacer reaccionar para obtener
44,8 L de cloro medidos en CNPT si el rendimiento de la reacción es de 87,4 %.
Solución
Se plantea e iguala la ecuación:
MnO2 + 4 HCl  Cl2 + MnCl2 + 2 H2O
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44,8 L de Cl2
x
=
87,4 % rendimiento 100% rendimiento
x = 51,3 L de Cl2
1 mol MnO2
L
1 mol Cl2 · 22,4 mol
=
x
51,3 L de Cl2
x = 2,29 mol de MnO2
4 mol HCl
L
1 mol Cl2 · 22,4 mol
=
x
51,3 L de Cl2
X = 9,16 mol de HCl
24.
La obtención de níquel a partir de sulfuro de níquel se realiza en un proceso en dos etapas
de acuerdo a las siguientes ecuaciones:
2 NiS(s) + 3 O2 (g) + calor  2 NiO(s) + 2 SO2 (g)
NiO(s) + C(s) + calor  Ni (s) + CO (g)
Si la primera reacción tiene un rendimiento de 65 %, la segunda tiene un rendimiento de 90
% y los reactivos son 100 % puros, determine la masa de níquel obtenida al hacer
reaccionar 4,00 toneladas de sulfuro de níquel con exceso de oxígeno y de carbono.
Solución
Las ecuaciones están igualadas:
g
mol = 4,00 ton NiS
g
x
2 mol de NiO · 74,7 mol
2 mol de NiS · 90,7
x = 3,29 ton NiO
3,29 ton NiO
x
=
100% rendimiento 65% rendimiento
X = 2,14 ton NiO
g
mol = 2,14 ton NiO
g
x
1 mol Ni · 58,7 mol
1 mol de NiO · 74,7
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x = 1,68 ton Ni
1,68 ton Ni
x
=
100% rendimiento
90% rendimiento
x = 1,51 ton Ni
25.
Al calentar 5,00 g de carbonato de amonio a 120ºC en un recipiente cerrado de 3,50 L se
descompone completamente en amoníaco, dióxido de carbono y agua, de acuerdo a la
siguiente ecuación:
(NH4)2CO3 (s)  2 NH3 (g) + CO2 (g) + H2O(g)
Considerando que la pureza del reactivo empleado es de 75,0 % y que el rendimiento de la
reacción es de 85,6 % determine la presión parcial de cada uno de los productos formados.
Solución
La ecuación está igualada
1 mol de (NH4 )2 CO3 · 96,1
4 moles de gases
75,0 g de(NH4 )2 CO3 puro
g
5,00 g de (NH4 )2 CO3 ·
100 g de(NH4 )2 CO3 impuro
mol =
x
x = 0,156 moles de gases
0,156 moles de gases
x
=
100% rendimiento
85,6 % rendimiento
x = 0,134 moles de gases
P=
Ptotal=
n·R·T
V
L · atm
· 393 K
mol ·K
= 1,23 atm
3,50 L
0,134 mol · 0,082
Pgas= Ptotal . gas
PNH3 =1,23 atm ·
2 mol NH3
= 0,62 atm
4 mol gases
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PCO2 =1,23 atm ·
1 mol CO2
= 0,31 atm
4 mol gases
PH2O =1,23 atm ·
1 mol H2 O
= 0,31 atm
4 mol gases
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