Física y Química 4ºESO PROBLEMAS RESUELTOS DE ESTEQUIOMETRÍA 1. El calor de combustión del pentano (C5H12) es de 841,7 Kcal/mol. Se disponen de 180 g de pentano. Se pide: a) Ecuación química ajustada b) Volumen de oxígeno necesario para que reaccione todo el pentano medido a 1
atm y 25ºC. c) Masa de agua obtenida d) Volumen de dióxido de carbono obtenido medido en condiciones normales.
e) Calor desprendido en el proceso a) C5H12 + 8 O2
→
5 CO2 + 6 H2O
Para ajustar una ecuación de combustión se aconseja seguir el orden siguiente: primero se ajustan los carbonos, después los hidrógenos y por último los oxígenos. b) En primer lugar calculamos los moles iniciales de pentano para ello debemos calcular
antes la masa molar del pentano que sería: 12.5 + 1.12 = 72 g/mol Calculamos ahora los moles con la siguiente expresión: n = m/M molar = 180/72 = 2,5 mol De la ecuación química se deduce deduce que 1 mol de pentano reacciona reacciona con 8 moles de oxígeno, así que: 1 mol C5H12 ------------------- 8 moles O2 2,5 mol
----------
X
X = (2,5.8)/1 = 20 mol de O2 Con la ecuación general de los gases ideales calculamos en volumen de oxígeno: P.V = n.R.T En esta ecuación la presión hay que expresarla en atmósferas, el volumen en litros y la temperatura en ºK, de este modo R = 0.082 atmL/ºKmol Sustituyendo tenemos: V = 20. 0,082. (25+273)/1 = 488.72 L e O2 c) De la ecuación química se deduce que con 1 mol de pentano se obtienen 6 moles de agua, así que:
José Manuel Aranda
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Física y Química 4ºESO 1 mol C5H12 ---------- 6 moles H2O 2,5 mol
----------
X
X = 2,5 . 6 = 15 mol H 2O La masa molar del agua es 16 + 2.1 = 18 g/mol Entonces tenemos que 15 mol x 18 g/mol = 270 g de Agua. d) De la ecuación química se deduce que 1 mol de pentano reacciona para dar 5 moles
de dióxido de carbono, así que: 1 mol C5H12 ---------- 5 moles CO2 2,5 mol
----------
X
X = 2,5 x 5 = 12,5 mol del CO 2 En condiciones normales 1 mol de cualquier gas ocupa 22,4 litros, así que: 12,5 mol X 22,4 L/mol = 280 L de CO 2 e) Del calor de combustión del pentano se deduce que al quemar 1 mol de pentano se desprenden 841,7 Kcal, así que: 2,5 mol x 841,7 Kcal/mol =2104,25 Kcal
2. El amoniaco se forma a partir de nitrógeno e hidrógeno molecular. Se hacen reaccionar 21 litros de cada reactivo a la presión de 1 atm y 25 ºC. Calcular la composición volumétrica al final de la reacción. La ecuación química del proceso es la siguiente: N2 (g) + 3 H 2 (g) →2 NH3 (g) Cuando todos los componentes de la reacción son gases, se pueden hacer todos los cálculos en volúmenes sin tener que recurrir al mol (Ley de los volúmenes de combinación de Gay Lussac: Cuando se produce una reacción entre gases y medimos sus volúmenes en las mismas condiciones de presión y temperatura, éstos guardan entre sí una relación de números enteros sencillos).
La ecuación química se puede leer de la siguiente forma: 1 litro de nitrógeno reacciona con 3 litros de hidrógeno para dar 2 litros de amoniaco.
En primer lugar tenemos que averiguar cuál es el reactivo limitante para ellos
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Física y Química 4ºESO 1 L de N2 --------------- 3 L de H2 21 L
---------------
X
X = 21.3 = 63 L de H 2 De este resultado se deduce que no reaccionara todo el nitrógeno. Hacen falta 63 L de hidrógeno para ello, y solo se dispone de 21 L. Por tanto el reactivo limitante es el hidrógeno y todos los cálculos hay que hacerlos con respecto a él. En primer lugar calcularemos los litros de nitrógeno que reaccionan: 1 L de N2 --------------- 3 L de H2 X
----------------------------
21 L
X = 21/3 = 7 L de N 2. Reaccionan 7 L de N 2, luego sobran 21 – 7 = 14 L de N2 Ahora calcularemos calcularemos los litros de amoniaco que se forman: Según la ecuación química, 3 L de hidrógeno reaccionan para dar 2 litros de amoniaco 3 L de H2 ----------------------------- 2 L de NH3 21 L
---------------
X
X = (2 . 21)/3 = 14 L de NH 3 En resumen: N2
H2
NH3
Litros iniciales
21
21
0
Litros finales
14
0
14
