Estequeometría de Reacciones de Combustión

1. El municipio se ha propuesto implementar la modernización del transporte público y ha optado
por evaluar diferentes tipos de combustibles que pudieran reducir la emisión de CO 2 a la
atmosfera. A continuación, se presentan los diferentes compuestos que se evaluaran.
a) Escriba y balancee la reacción química correspondiente de cada combustible.
Combustible
C10H20
Diesel
C12H24
Biodiésel
C8H18
Gasolina
C2H6O
Bioetanol
Reacción de Combustión Completa
C10H20 + 15O2 + calor → 10CO2 + 10H2O
C12H24 + 18O2 + calor → 12CO2 + 12H2O
2C8H18 + 25O2 + calor→ 16CO2 + 18H2O
C2H6O + 3O2 + calor → 2CO2 + 3H2O
b) Determine el rendimiento teórico de producción de CO2 con cada uno de los combustibles.
Considerando el uso de 1 L de combustible por reacción, y al considerar que para la realización de los
cálculos estequiométricos se necesitan gramos, se consultaron las densidades de cada hidrocarburo para el
cálculo de su masa en gramos utilizando el despeje de la fórmula para calcular la masa en gramos.
Combustible
Diésel (C10H20)
Biodiésel (C12H24)
Gasolina (C8H18)
Bioetanol (C2H6O)
Densidad
0.850 g/mL
0.900 g7mL
0.680 g/mL
0.780 g/mL
Cálculo de masa
m= (0.850 g/mL)(1000 mL)
m= (0.900 g/mL)(1000 mL)
m= (0.680 g/mL)(1000 mL)
m= (0.780 g/mL)(1000 mL)
Masa en gramos
850 g
900 g
680 g
780 g
Cálculo de la Masa molecular (Mm) de cada compuesto.
Compuesto
C10H20
C12H24
C8H18
C2H6O
CO2
H2O
Hidrógeno
1.0079 g/mol
Átomos
Mm
20
20.1588
24
24.1906
18
18.1429
6
6.0476
2
2.0158
Carbono
12.0107 g/mol
Átomos
Mm
10
120.107
12
144.1284
8
96.0856
2
24.0214
1
12.0107
-
Oxígeno
15.9994 g/mol
Átomos
Mm
1
15.9994
2
31.9988
1
15.9994
Mm del
compuesto
140.266 g/mol
168.319 g/mol
114.2285 g/mol
46.068 g/mol
44.0095 g/mol
18.0152 g/mol
Cálculos Estequiométricos
Reacción del Diésel: C10H20 + 15O2 + calor → 10CO2 + 10H2O
Rendimiento Teórico = 850 g de C H
x
1 mol C H
140.266 g de C H
x
10 mol CO
1 mol de C H
x
44.0095 g CO
1 mol de CO
12 mol CO
1 mol de C H
x
44.0095 g CO
1 mol de CO
= 2666.93 g de CO
Reacción del Biodiésel: C12H24 + 18O2 + calor → 12CO2 + 12H2O.
Rendimiento Teórico = 900 g de C H
x
1 mol C H
168.319 g de C H
x
= 2823.82 g de CO
Reacción del Octano (Gasolina): 2C8H18 + 25O2 + calor→ 16CO2 + 18H2O
Rendimiento Teórico = 680 g de C H
x
1 mol C H
114.2285 g de C H
x
16 mol CO
2 mol de C H
x
44.0095 g CO
1 mol de CO
= 2095.90 g de CO
Reacción del Bioetanol: C2H6O + 3O2 + calor → 2CO2 + 3H2O
Rendimiento Teórico = 780 g de C H O x
1 mol C H O
2 mol CO
44.0095 g CO
x
x
46.068 g de C H O
1 mol de C H O
1 mol de CO
= 1493.18 g de CO
Hidrocarburo
Diésel
Biodiésel
Gasolina
Bioetanol
Producción de CO2 g/L
2666.93 g
2823.82 g
2095.90 g
1493.18 g
c) ¿Cuál es el reactivo limitante en una reacción de combustión?
Dependerá de las condiciones en las que se presente la reacción, pero teniendo una fuente fija de
combustible y de calor, el reactivo limitante es el compuesto comburente, o mejor dicho el Oxígeno molecular
(O2).
d) Se determina de manera experimental que la emisión de CO 2 por litro de gasolina es 2.4Kg, de diésel de
2.6Kg, de bioetanol de 1.56 Kg y de biodiesel de 2.76Kg. ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento de cada
combustible?
Cálculo de Porcentaje de Rendimiento
% de Rendimiento =
Rendimiento Real
x 100
Rendimiento Teórico
% de Rendimiento =
2600 g
x 100 = 97.49%
2666.93 g
% de rendimiento del Diésel:
% de rendimiento del Biodiésel:
% de Rendimiento =
2760 g
x 100 = 97.73%
2823.82 g
% de rendimiento del Octano (Gasolina):
% de Rendimiento =
2400 g
x 100 = 114.50%
2095.90 g
% de rendimiento del Bioetanol:
% de Rendimiento =
Hidrocarburo
Diésel
Biodiésel
Gasolina
Bioetanol
1560 g
x 100 = 104.47%
1493.18 g
% de Rendimiento
97.49 %
97.73 %
114.50 %
104.47 %
e) De acuerdo con sus resultados, ¿Qué combustible sería más ecológico? ¿Por qué?
Sería el Bioetanol, debido a que tiene una producción de CO2 menor por litro de hidrocarburo.
2. Al quemar una muestra de un hidrocarburo se producen 12.28 g de CO2 y 5.86 g de agua.
a) ¿Cuántos gramos de muestra se quemaron? RESPUESTA: 4 GRAMOS DE CH2
Cálculo de gramos de CH2
g de C = 12.28 g de CO
12.0107 g de C
44.0095 g de CO
g de H = 5.86 g de H O
2.0158 g de H
= 0.65 g de H
18.0152 g de H O
= 3.35 g de C
Cálculo de la masa de CH2
g de CH =
g de C + g de H
g de CH = 3.35 g + 0.65 g
g de CH = 4 g
b) ¿Cuál es la fórmula empírica del compuesto orgánico? RESPUESTA: CH2
CxHy + O2 → CO2 + H2O
Cálculo de los gramos de Carbono y de Hidrógeno:
Si en 44.0095 g de CO2 hay 12.0107 g de C, ¿cuántos gramos de C hay en 12.28 g de CO 2?
𝑥 gramos de C =
(12.28 g de CO ) x (12.0107 g de C)
= 3.35 g de C
44.0095 g de CO
Si en 18.0152 g de H2O hay 2.0158 g de H, ¿cuántos gramos de H hay en 5.86 de H2O?
𝑦 gramos de H =
(5.86 g de H O) x (2.0158 g de H)
= 0.65 g de H
18.0152 g de H O
Cálculo de moles de Carbono y de Hidrógeno:
Moles de Carbono = 3.35 g de H
1 mol de H
= 0.27 mol
12.0157 g de H
Moles de Hidrógeno = 0.65 g de H
1 mol de H
= 0.64 mol
1.0079 g de H
Dividir cada elemento entre el menor de los resultados:
Carbono =
Hidrógeno =
0.27 mol
=1
0.27 mol
0.65 mol
= 2.4 (𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒𝑎 𝑎 2)
0.27 mol
Expresar en subíndices el resultado de cada división: CH2