CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

Es el cálculo de las relaciones en moles, en masa o en volumen de los reactivos y los productos implicados en una reacción química.

Los coeficientes estequiométricos de una reacción química indican la relación entre el número de moles de los compuestos implicados:

                                2 H2 + O2 ®  2 H2O

   2 mol de H2 reaccionan con 1 mol de O2 para formar 2 mol de H2O

Partiendo de estas relaciones estequiométricas que proporcionan las reacciones ajustadas, podemos determinar relaciones entre cantidades de productos y cantidades de reactivos.

1.- Relación en moles:

• ¿Cuántos moles de H₂O se producirán en una reacción si partimos de  2,5 moles de O₂? 

Vemos en la reacción que 1 mol de O₂  supone la formación de 2 mol de  H2O.
Por tanto, "estequiométricamente", a partir de 2,5 mol de O₂   se obtendrán:    2 x 2,5 = 5 mol de H2O

• ¿Con cuántos moles de H2 reaccionarán?

Por el razonamiento anterior, se necesitarán 2 x 2,5 = 5 mol de H2

2.- Relación en masa:

• ¿Cuántos gramos de H₂O se obtendrán si partimos de 160 g de O₂?

- Primero calculamos la masa molar de los compuestos que queremos relacionar:

M(H₂O) = 2.1 + 16 = 18 g/mol
M(O<sub>2) = 2. 16 = 32 g/mol

- Tenemos en cuenta la relación estequiométrica entre ellos:</sub>

_{1 mol de}  O₂   ®2 mol de H₂O

- Expresamos la relación en masa:

32 g de O₂   ® 2 . 18 = 36 g de H₂O

- Establecemos una proporción: Si a partir de 32 g de oxígeno se obtienen 36 g de agua, con 160 g de oxígeno se obtendrán:

Resolviendo la proporción: x = 180 g de H2O

En contacto con el oxígeno del aire, el cobre se oxida según la reacción:

Cu(s) + O2(g) ® CuO (s)

1. Ajusta la ecuación química

2. Expresa la relación en moles entre el cobre y el óxido de cobre

3. Expresa la relación en masa entre el cobre y el óxido de cobre

4. Si se oxida una pieza de cobre de 200 g, ¿qué masa de óxido de cobre se obtendrá?

 Página 93: ejercicio 2

Página 104: ejercicios 2, 3, 4

3.- Relación en volumen:

• El gas metano arde en presencia de aire de acuerdo con la reacción: 

CH₄(g) + O₂ (g) ®  CO₂ (g) + H₂O (l)

Ajusta esta ecuación y determina el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá y el volumen de oxígeno necesario para la combustión de 50 g de gas metano,  si la reacción transcurre a 20ºC y 1,2  atm de presión

- Ajustamos la ecuación: CH₄(g) + 2 O₂ (g) ®  CO₂ (g) + 2 H₂O (l)

-  Calculamos a cuántos moles corresponden 50 g de metano. Como la masa molar del metano es M(CH4) = 12 + 4.1 = 16 g/mol, 50 g serán:

50 / 16 = 3,125 mol d e CH4

- Para relacionar el CH4 con el CO2 nos fijamos en la relación estequiométrica: 1 mol de CH4 produce 1 mol de CO2. Por tanto, a partir de 3,125 mol de CH4 se desprenderán 3,125 mol de CO2.

- Para calcular a qué volumen de gas corresponden, utilizamos la ecuación de Clapeyron de los gases ideales:

P.V = n . R. T

en la que :

P = presión (atm)

V = volumen (L)

n= número de moles del gas (mol)

R = constante de Rydberg (0,082 atm.L/mol.K)

T = temperatura absoluta (K).  Recuerda que K = ºC + 273

En este caso:  1,2 . V = 3,125 . 0,082 . 293 

Despejando: V = 62,56 L de CO2

- Miramos la relación entre el CH4 y el O2 . Ahora, los moles de oxígeno son el doble que los de metano. Si se queman 3,125 g de metano, se necesitarán:

2 x 3,125 = 6, 25 mol de O2

Aplicamos la ecuación de Clapeyron para calcular a qué volumen de gas oxígeno corresponden:

1,2 . V = 6,25 . 0,082 . 293 

V = 125,13 L de O2

Calcula el volumen de amoniaco que se obtendrá a partir de 100 g de nitrógeno, de acuerdo con la ecuación: N₂(g)+  3 H₂ (g) ® 2 NH₃ (g). Considerar que la reacción transcurre a 25ºC y 0,98 atm de presión. 

Página 104 : ejercicios 5, 6, 7

4. Cálculos con calores de reacción:

Si consideramos una ecuación termoquímica (ecuación en la que se indica el calor que acompaña a la reacción), podemos aplicar los cálculos estequiométricos para determinar el calor intercambiado en un proceso determinado. 

• El etanol arde según la ecuación:  

C₂H₆O(l) + 3 O₂ (g)  ®  2 CO₂ (g) + 3 H₂O (l) + 29,7 kJ/mol

Calcular la cantidad de calor que se desprenderá cuando se queman 250 g de etanol.

- Calculamos a cuántos moles corresponden 250 g de etanol. Como la masa molar de etanol es M = 12.2 + 1.6 + 16 = 46 g/mol, 250 g serán:

250 / 46 = 5,43 mol de etanol

- Vemos en la ecuación que cuando se quema 1 mol de etanol se desprenden 29,7 kJ. Si quemamos 5,43 mol se desprenderán:

5,43 . 29,7 = 161,27 kJ

El benceno C6H6 es un compuesto que pertenece al grupo de los denominados "compuestos aromáticos" por su olor característico. La reacción de formación del benceno, a partir de sus elementos es:  

6 C(s) +3 H₂(g)  + 49 kJ/mol  ® C₆H₆ (l) 

Calcula la cantidad de calor necesaria para formar 312 g de benceno.

Página 104, ejercicio 10