Reacciones Acido-Base

TEMA 2
CONCEPTOS BÁSICOS
Cálculos estequiométricos
ÍNDICE
1.
2.
3.
4.
5.
Ecuaciones (reacciones) químicas
Cálculos estequiométricos. Reactivo limitante y
reacciones consecutivas
Pureza de un reactivo
Rendimiento de una reacción
Ejemplos
1. Reacciones químicas
 Las reacciones químicas incluyen la fórmula de todos los reactivos y productos, y a veces,
el estado de agregación, las condiciones de reacción, etc. Expresa las relaciones
cuantitativas existentes entre las sustancias que participan en la reacción.
reactivos  productos
 Coeficientes estequiométricos: números por los que se multiplica cada compuesto
implicado en la reacción con el fin de que el número de átomos sea el mismo en los dos
miembros (conservación de la masa). Las reacciones ajustadas nos permiten relacionar el
número de átomos, de moléculas, de moles y la masa de los reactivos y los productos que
reaccionan o se forman.
6 CO2 (g) + 6 H2O (l)  C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)
6 moléculas
6 moléculas
1 molécula
6 moléculas
6 mol
6 mol
1 mol
6 mol
 Ajuste de reacciones: algunas se ajustan por tanteo; en este caso es recomendable
ajustar primero los elementos que aparecen sólo en un compuesto, dejando para el final los
que aparecen en dos o mas. Existen técnicas especiales para el ajuste de reacciones redox
(ver tema 8)
 Cuando no se dan otras especificaciones, consideramos que las reacciones son “completas”
(que se agota al menos uno de los reactivos, y que estos son puros). En la realidad, la
mayoría de los reactivos contienen impurezas, y la reacción química no se completa.
2. Cálculos estequiométricos. Reactivo
limitante y reacciones consecutivas

Los cálculos estequiométricos consisten en la cuantificación de
las cantidades de sustancia que participan en una reacción química.
Se parte de la ecuación química ajustada.

Se utilizan factores de conversión, que son fracciones que
representan cantidades de sustancias relacionadas entre si. Las
unidades nos indican a que sustancia nos referimos, y como está
expresada esa cantidad. Estos cocientes se multiplican entre si,
hasta obtener la unidad adecuada.

Reactivo limitante: Cuando los reactivos no se mezclan en la
relación estequiométrica uno se consumirá completamente
(limitante). Los demás quedan en exceso. Los cálculos
estequiométricos deben realizarse tomando como referencia el
reactivo limitante.

Reacciones consecutivas: en ocasiones es necesaria más de una
reacción para obtener un producto a partir de determinados
reactivos; en este caso la cantidad de producto obtenido (o
deseado) de cada reacción se toma como referencia para la
siguiente reacción.
3. Pureza de un reactivo

Se llama pureza al porcentaje en masa de reactivo puro en la
masa total.
Pureza (%) =

masa reactivo puro
 100
masa reactivo total (puro+impurezas)
La mayoría de los reactivos no son puros, ya que:
Contienen otras sustancias (impurezas) que no participan en la
reacción
Contienen humedad (agua contenida en los reactivos) La materia
seca es la fracción pura y el agua la fracción impura.
Son disoluciones acuosas. La concentración g(soluto)/100g
(disolución) o
g(soluto)/100 mL (disolución) es una forma de expresar la pureza o
riqueza. El soluto es la fracción pura y el disolvente la impura.
4. Rendimiento


Las transformaciones químicas no siempre se producen
completas. Debido a ello, en las reacciones químicas se obtiene
una cantidad de producto inferior a la calculada en teoría.
Se define rendimiento de la reacción al cociente entre la
cantidad real de producto obtenido y la cantidad calculada o
teórica (cantidad que deberíamos obtener considerando la estequiometría de la
reacción).
Rendimiento(%) =
Cantidad real de producto
100
Cantidad teórica de producto
multiplicar por R (en tanto por uno)
reactivos
dividir por R (en tanto por uno)
Para calcular la cantidad de reactivo
necesaria para producir una cantidad
predeterminada de producto de
reacción: dividir por R (en tanto por
uno)
productos
Para calcular la cantidad de
producto obtenido:
multiplicar por R (en tanto
por uno)
5. Ejemplo 1
Sabiendo que el bicarbonato sódico descompone según la reacción:
NaHCO3  Na2CO3 + CO2 + H2O
Calcule:
a) Los gramos de carbonato sódico que se obtienen a partir de 100,00 g de bicarbonato sódico
b) El volumen de CO2 en condiciones normales que se desprende.
Datos: masas atómicas (g/mol): C = 12,01; O = 16,00; H = 1,08; Na = 22,99.
Mm(NaHCO3) = 84,08 g/mol; Mm (Na2CO3) = 105,90 g/mol; Mm (CO2) = 44,01 g/mol
Ajuste de la reacción por tanteo: 2 NaHCO3  Na2CO3 + CO2 + H2O
Como no se indica la pureza del reactivo de partida, ni el rendimiento de la reacción,
consideramos ambos del 100 %.
a) Masa de carbonato sódico:
b) Volumen del dióxido de carbono:
1 mol NaHCO3
1 mol Na2CO3 105,90 g Na2CO3
Masa Na2CO3 = 100, 00 g NaHCO3 ×
×
×
= 62,98 g Na2CO3
84, 08 g NaHCO3 2 mol NaHCO3
1 mol Na2CO3
nº moles CO2 = 100, 00 g NaHCO3 ×
P ×V = n × R × T
1 mol NaHCO3
1 mol CO2
×
= 0,59 mol CO2
84, 08 g NaHCO3 2 mol NaHCO3
n × R × T 0,59 mol × 273 K × 0, 082 atm L mol-1 K -1
V=
=
= 13,21 L de CO2
P
1 atm
5. Ejemplo 2 (I)
El ácido clorhídrico se obtiene en el laboratorio haciendo reaccionar cloruro sódico con
ácido sulfúrico; en el proceso se forma además sulfato sódico.
a) Calcule la masa de ácido clorhídrico que se obtendrá a partir de 20,00 g de cloruro
sódico del 80,00% de riqueza en masa con 12,00 mL de ácido sulfúrico del 96,00% de
riqueza en masa y densidad 1,84 g/mL. Considere que el rendimiento de la reacción es del
95,00%
Masas moleculares (g/mol): Mm (NaCl) = 58,45; Mm (H 2SO4) = 98,09; Mm (HCl) = 36,46
Reacción ajustada: 2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl
Calculo el número de moles de NaCl y de H2SO4, con el fin de conocer cuál es el reactivo
limitante
Pureza del NaCl
nº moles NaCl = 20,00 g NaClimp. ×
nº moles H2SO4 = 12 mL dis. H2SO4 ×
80 g NaClpuro
100 g NaClimp.
×
1 mol NaCl
= 0,27 mol NaCl
58,45 g NaCl
1,84 mL dis. H2SO4 96,00 g H2SO4
1 mol H2SO4
×
×
= 0,21 mol H2SO4
1 g H2SO4
100 g dis. H2SO4 98,09 g H2SO4
Pureza del H2SO4
Como 2 moles de NaCl reaccionan con 1 mol de H2SO4, 0,27 moles de NaCl reaccionarán con
0,14 moles de H2SO4 (disponemos de 0,21 moles). El reactivo limitante es el NaCl.
5. Ejemplo 2 (II)
Calculamos la masa de ácido clorhídrico a partir de la cantidad de cloruro sódico:
masa de HCl = 0,27 mol NaCl ×
2 mol HCl 36,46 g HCl 95 greales HCl
×
×
=9,36 g de HCl
2 mol NaCl 1 mol HCl 100 gteóricos HCl
rendimiento
b) Calcule la masa mínima de cloruro sódico del 80,00% de riqueza en masa que
será necesario para obtener 100,00 g de ácido clorhídrico. Considere que el
rendimiento de la reacción es del 95,00%
Reacción ajustada: 2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl
masa de NaCl = 100,00 g HCl ×
1 mol HCl
2mol NaCl 58,44 g NaCl 100,00 g NaClimp.
×
×
×
×
36,46 g HCl 2 mol HCl
1 mol NaCl
80,00 g NaClpuro
Pureza del NaCl
x
100,00 g NaClteóricos
= 210,90 g de NaCl (del 80%)
95,00 g NaClreales
rendimiento
Compare la aplicación del concepto de rendimiento en los dos casos señalados
Compare la aplicación del concepto de pureza en los tres casos señalados