Actividad 15: Estequeometría

1) ¿Qué masa de ácido sulfúrico se podrá obtener a partir de 250 g de azufre 98 % de pureza?.
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2) ¿Qué masa de óxido resulta necesaria para obtener 3150 g de ácido nítrico?, ¿cuántos moles de agua reaccionan?.
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3) Se hacen reaccionar 5,5 litros de oxígeno medidos en CNPT con cantidad suficiente de nitrógeno, calcular:
a) Los moles de nitrógeno que reaccionan. b) Volumen de nitrógeno necesario. c) Número de moléculas del compuesto formado, sabiendo que se obtiene anhídrido nítrico.
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4) Se quieren preparar 3000 kg de amoníaco a partir de la reacción:
N2 + 3.H2 ® 2.NH3
Calcular:
a) Volumen de nitrógeno medido en CNPT necesarios. b) Masa de hidrógeno necesaria.
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5) Se quieren obtener 15 litros de dióxido de carbono (CNPT) según la reacción:
Na2CO3 + 2.HCl ® CO2 + H2O + 2.NaCl
Calcular:
a) Volumen de solución de HCl 38 % p/p (δ = 1,19 g/cm ³) necesario. b) Masa de Na2CO3 necesaria. c) Masa de NaCl que se forma.
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6) El cobre reacciona con el ácido sulfúrico según la ecuación:
2.H2SO4 + Cu ® SO2 + CuSO4 + 2.H2O
Si se tienen 30 g de cobre y 200 g de H2SO4, calcular:
a) ¿Qué reactivo está en exceso y en qué cantidad?. b) Número de moles de SO2 que se desprenden. c) Masa de CuSO4 que se forma.
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7) El ácido bromhídrico y el ácido sulfúrico reaccionan según la ecuación:
H2SO4 + 2.HBr ® SO2 + Br2 + 2.H2O
Si reaccionan 3 moles de H2SO4, calcular:
a) Masa de HBr necesaria. b) Número de moles de Br2 formados, sabiendo que la reacción tiene un rendimiento del 90 %. c) Volumen de SO2 que se desprende simultáneamente (medidos en CNPT).
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8) Cuando se trata el cobre con ácido nítrico se produce una reacción según la ecuación:
8.HNO3 + 3.Cu ® 3.Cu(NO3)2 + 2.NO + 4.H2O
Calcular:
a) ¿Cuántos gramos de ácido nítrico reaccionarán con 200 g de cobre. b) ¿Qué peso de sal cúprica se obtendrá?.
Desarrollo:
En todos los ejercicios de estequeometría proceder de la siguiente forma:
Primero escribir la ecuación de formación y equilibrarla (balanceo).
Luego calcular los pesos de cada sustancia según los moles que intervienen, la suma de los pesos a la izquierda de la flecha debe ser igual a la suma de los pesos a la derecha de la flecha.
Resultados:
1) La ecuación de formación del trióxido de azufre es la siguiente:
2.S
+
3.O2
®
2.SO3
2.32,064 g
64,128 g
+
+
3.(2.15,9994 g)
95,9964 g

=
2.(32,064 g + 3.15,9994 g)
160,1244 g
Mediante regla de tres simple calculamos que masa de azufre puro interviene:
Para:
100 %
®
250 g de S
Luego:
98 %
=
m azufre = (98 %).(250 g de S):(100 %)
m azufre = 245 g de azufre puro.
Con éste resultado y mediante regla de tres simple calculamos la masa de trióxido de azufre obtenido:
Para:
64,128 g de S
®
160,1244 g de SO3
Luego:
245 g de S
®
m trióxido de azufre = (245 g de S).(160,1244 g de SO3):(64,128 g de S)
m trióxido de azufre = 611,7527 g de SO3 puro.
Luego la ecuación de formación del ácido sulfúrico es la siguiente:
SO3
+
H2O
®
H2SO4
32,064 g + 3.15,9994 g
80,0622 g
+
+
2.1,00797 g + 15,9994 g
18,01534 g
=
=
2.1,00797 g + 32,064 g + 4.15,9994 g
98,07754 g
Con el valor de m trióxido de azufre y mediante regla de tres simple calculamos la masa de ácido sulfúrico obtenido:
Para:
80,0622 g de SO3
®
98,07754 g de H2SO4
Luego:
611,7527 g de SO3
®
m ácido sulfúrico = (611,7527 g de SO3).(98,07754 g de H2SO4):(80,0622 g de SO3)
m ácido sulfúrico = 749,4074 g de H2SO4 puro.
2) La ecuación de formación del ácido nítrico es la siguiente:
N2O5
+
H2O
®
2.HNO3
2.14,0067 g + 5.15,9994 g
108,0104 g
+
+
2.1,00797 g + 15,9994 g
18,01534 g
=
=
2.(1,00797 g +14,0067 g + 3.15,9994 g)
126,0257 g
Mediante regla de tres simple calculamos que masa de óxido nítrico necesaria:
Para:
126,0257 g de HNO3
®
108,0104 g de N2O5
Luego:
3150 g de HNO3
®
M óxido nítrico = (3150 g de HNO3).(108,0104 g de N2O5):(126,0257 g de HNO3)
m óxido nítrico = 2699,7085 g de N2O5
Para calcular los moles lo hacemos de igual manera:
Para:
126,0257 g de HNO3
®
1 mol de H2O
Luego:
3150 g de HNO3
®
mol agua = (3150 g de HNO3).(1 mol de H2O):(126,0257 g de HNO3)
mol agua = 25 moles de agua.
3) La ecuación de formación del anhídrido nítrico es la siguiente:
5.O2
+
2.N2
®
2.N2O5
5.2.15,9994 g
159,994 g
+
+
2.2.14,0067 g
56,0268 g
=
=
2.(2.14,0067 g + 5.15,9994 g)
216,0208 g
Recordemos que en CNPT el volumen que ocupa un mol de gas es 22,4 litros, por lo tanto:
5.O2
+
2.N2
®
2.N2O5
5.22,4 litros
112 litros
+
+
2.22,4 litros
44,8 litros
=
=
2.22,4 litros
44,8 litros
a) Para calcular los moles nitrógeno:
Para:
112 litros de O2
®
2 moles de N2
Luego:
5,5 litros de O2
®
mol nitrógeno = (5,5 litros de O2).(2 moles de N2):(112 litros de O2)
mol nitrógeno = 0,01 mol de N2
b) Para calcular el volumen nitrógeno:
Para:
112 litros de O2
®
44,8 litros de N2
Luego:
5,5 litros de O2
®
V nitrógeno = (5,5 litros de O2).(44,8 litros de N2):(112 litros de O2)
V nitrógeno = 2,2 litros de N2
c) Recordemos que en un mol hay 6,02.1023 moléculas, luego:
Para:
112 litros de O2
®
2.6,02.1023 moléculas de N2O5
Luego:
5,5 litros de O2
®
moléculas óxido nítrico = (5,5 litros de O2).(2.6,02.1023 moléculas de N2O5):(112 litros de O2)
moléculas óxido nítrico = 2,96 moléculas de N2O5
4) La ecuación de formación del anhídrido nítrico es la siguiente:
N2
+
3.H2
®
2.NH3
2.14,0067 g
28,0134 g
+
+
3.2.1,00797 g
6,04782 g
=
=
2.(14,0067 g + 3.1,00797 g)
34,06122 g
Recordemos que en CNPT el volumen que ocupa un mol de gas es 22,4 litros, por lo tanto:
N2
+
3.H2
®
2.NH3
22,4 litros
22,4 litros
+
+
3.22,4 litros
67,2 litros
=
=
2.22,4 litros
44,8 litros
a) Si 3.000 kg de amoníaco = 3.000.000 g, para calcular el volumen nitrógeno medido en CNPT:
Para:
34,06122 g de NH3
®
22,4 litros de N2
Luego:
3.000.000 g de NH3
®
V nitrógeno = (3.000.000 g de NH3).(22,4 litros de N2):(34,06122 g de NH3)
V nitrógeno = 1.972.918,17 litros de N2
b) Para calcular la masa hidrógeno:
Para:
34,06122 g de NH3
®
6,04782 g de H2
Luego:
3.000.000 g de NH3
®
m hidrógeno = (3.000.000 g de NH3).(6,04782 g de H2):(34,06122 g de NH3)
m hidrógeno = 532.672,053 g de H2 = 532,67 kg de H2
5) La ecuación estequeométrica es la siguiente:
Na2CO3
+
2.HCl
®
CO2
+
H2O
+
2.NaCl
2.23 g + 12 g + 3.16 g
106 g
+
+
2.(1 g + 35,5 g)
73 g
=
=
12 g + 2.16 g
44 g
+
+
2.1 g + 16 g
18 g
+
+
2.(23 g + 35,5 g)
117 g
a) Para calcular el ácido clorhídrico:
Para:
22,4 litros de CO2
®
73 g de HCl
Luego:
15 litros de CO2
®
M HCl = (15 litros de CO2).(73 g de HCl):(22,4 litros de CO2)
m HCl = 48,88 g de HCl puro.
Para calcular el volumen de solución de HCl 38 % p/p:
Para:
38 %
®
48,88 g
Luego:
100 %
®
m solución = (100 %).(48,88 g):(38 %)
m solución = 128,63 g
Si δ = m/V Þ V = m/ δ
V = (128,63 g)/(1,19 g/cm ³)
V = 108,1 cm ³
b) Para calcular la masa de Na2CO3:
Para:
22,4 litros de CO2
®
106 g de Na2CO3
Luego:
15 litros de CO2
®
m carbonato de sodio = (15 litros de CO2).(106 g de Na2CO3):(22,4 litros de CO2)
m carbonato de sodio = 71 g de Na2CO3
c) Para calcular la masa de NaCl:
Para:
22,4 litros de CO2
®
117 g de NaCl
Luego:
15 litros de CO2
®
M cloruro de sodio = (15 litros de CO2).(117 g de NaCl):(22,4 litros de CO2)
m cloruro de sodio = 78,35 g de NaCl
6) La ecuación estequeométrica es la siguiente:
2.H2SO4
+
Cu
®
SO2
+
CuSO4
+
2.H2O
2.(2.1 g + 32 g + 4.16 g)
196 g
+
+
63,5 g
63,5 g
=
=
32 g + 2.16 g
64 g
+
+
63,5 g + 32 + g 4.16 g
159,5 g
+
+
2.(2.1 g + 16 g)
36 g
a) Para calcular el reactivo que está en exceso comenzamos por cualquiera de los involucrados:
Para:
63,5 g de Cu
®
196 g de H2SO4
Luego:
30 g de Cu
®
m ácido sulfúrico = (30 g de Cu).(196 g de H2SO4):(63,5 g de Cu)
m ácido sulfúrico = 92,6 g de H2SO4
El ácido sulfúrico está en exceso y en la cantidad de:
200 g de H2SO4 - 92,6 g de H2SO4 = 107,4 g de H2SO4
A partir de acá tomamos como dato los 30 g de Cu.
b) El número de moles de SO2 que se desprenden será:
Para:
63,5 g de Cu
®
1 mol de SO2
Luego:
30 g de Cu
®
m dióxido de azufre = (30 g de Cu).(1 mol de SO2):(63,5 g de Cu)
m dióxido de azufre = 0,47 mol de SO2
c) La masa de CuSO4 será:
Para:
63,5 g de Cu
®
159,5 g de CuSO4
Luego:
30 g de Cu
®
m sulfato cúprico = (30 g de Cu).(159,5 g de CuSO4):(63,5 g de Cu)
m sulfato cúprico = 75,35 g de CuSO4
7) La ecuación estequeométrica es la siguiente:
H2SO4
+
2.HBr
®
SO2
+
Br2
+
2.H2O
2.1 g + 32 g + 4.16 g
98 g
+
+
2.(1 g + 80 g)
162 g
=
=
32 g + 2.16 g
64 g
+
+
2.80 g
160 g
+
+
2.(2.1 g + 16 g)
36 g
a) La masa de HBr será:
Para:
1 mol de H2SO4
®
162 g de HBr

Luego:
3 mol de H2SO4
®
m ácido bromhídrico = (3 mol de H2SO4).(162 g de HBr):(1 mol de H2SO4)
m ácido bromhídrico = 486 g de HBr
b) El número de moles de Br2 formados al 100 %:
Para:
1 mol de H2SO4
®
1 mol de Br2
Luego:
3 mol de H2SO4
®
mol bromo = (3 mol de H2SO4).(1 mol de Br2):(1 mol de H2SO4)
mol bromo = 3 mol de Br2 al 100 % de rendimiento.
mol bromo 90 % = mol bromo .0,90 = 0,9.3 mol de Br2 = 2,7 mol de Br2
c) El volumen de dióxido de azufre es:
Para:
1 mol de H2SO4
®
64 g de SO2 = 22,4 litros de SO2
Luego:
3 mol de H2SO4
®
V dióxido de azufre = (3 mol de H2SO4).(22,4 litros de SO2):(1 mol de H2SO4)
V dióxido de azufre = 67,2 litros de SO2
8) La ecuación estequeométrica es la siguiente:
8.HNO3
+
3.Cu
®
3.Cu(NO3)2
+
2.NO
+
4.H2O
8.(1 g + 14 g + 3.16 g)
504 g
+
+
3.63,5 g
190,5 g
=
=
3.(63,5 g + 2.(14 g + 3.16 g))
562,5 g
+
+
2.(14 g + 16 g)
60 g
+
+
4.(2.1 g + 16 g)
72 g
a) La masa de ácido nítrico será:
Para:
190,5 g de Cu
®
504 g de HNO3
Luego:
200 g de Cu
®
m ácido nítrico = (200 g de Cu).(504 g de HNO3):(190,5 g de Cu)
m ácido nítrico = 529,13 g de HNO3
b) La masa de nitrato cúprico será:
Para:
190,5 g de Cu
®
562,5 g de Cu(NO3)2
Luego:
200 g de Cu
®
m nitrato cúprico = (200 g de Cu).(562,5 g de Cu(NO3)2):(190,5 g de Cu)
m nitrato cúprico = 590,55 g de Cu(NO3)2
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9) El tejido óseo de una persona adulta pesa aproximadamente 11 kg y contiene 50 % de Ca3(PO4)2. Determinar los kilogramos de fósforo que hay en el tejido óseo de una persona adulta.
Respuesta: 11,8 g
10) ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio son necesarios para neutralizar 364 g de HCl?.
Respuesta: 400 g
11) ¿Cuántos gramos de hidróxido de calcio son necesarios para neutralizar 490 g de ácido sulfúrico?.
Respuesta: 370 g
12) ¿Cuántos gramos de ácido nítrico se necesitan para neutralizar 370 g hidróxido de calcio?.
Respuesta: 630 g
13) Calcular las masas de ácido clorhídrico y de hidróxido de sodio que se necesitan para preparar 292 g de cloruro de sodio.
Respuesta: 182 g HCl y 200 g NaOH
14) Calcular la masa de sulfato ácido de sodio que se obtiene tratando 2,92 kg de cloruro de sodio con ácido sulfúrico en cantidad suficiente. ¿Cuántos kilogramos de ácido clorhídrico gaseoso se obtienen?. ¿Qué volumen ocupa ese gas?.
Respuesta: 6000 g NaHSO4
1,82 kg HCl
1117 dm3 HCl
15) Calcular la cantidad en peso y en volumen de CO2 (en CNPT) que se obtienen al tratar 380 g de carbonato de calcio con la cantidad estequeométrica de ácido clorhídrico. Calcular además, la cantidad de cloruro de calcio formado.
CaCO3 + 2.HCl ® CaCl2 + H2O + CO2
Respuesta: 167,09 g
85,04 l
421,37 g
16) Calcular cuantos kilogramos y cuantos litros (en CNPT) de aire hacen falta para la combustión completa de 100 kg de pentano (C5H12). El contenido de oxígeno en el aire es del 21 % en volumen ó 23 % en peso.
Respuesta: 1542,6 kg
3809524 l
17) Una aleación tiene 20 % de cobre y 80 % de plata. Calcular la masa de sulfato cúprico y sulfato de plata que se podrán obtener con 5 g de dicha aleación.
Respuesta: 1,63 g
2,08 g
18) Se necesitan 20 litros de oxígeno en CNPT. Calcular qué cantidad de clorato de potasio de 95 % de pureza deben descomponerse para obtener ese volumen.
KClO3 ® KCl + 3/2.O2
Respuesta: 76,79 g
19) Reaccionan 10 g de aluminio con 10 g de oxígeno, ¿cuál de los reactivos está en exceso?, ¿cuántos gramos de óxido de aluminio se forman?.
Respuesta: Oxígeno
18,89 g
20) Para escribir la ecuación que representa una reacción química es necesario:
a) Conocer los reactivos que intervienen y de los productos de la reacción.
b) Conocer la fórmula de cada reactivo y los de los productos de la reacción.
c) Observar la ley de conservación de los átomos.
d) Conocer los indicados en todos los puntos anteriores.
21) Una ecuación química nos permite calcular:
a) Los pesos de las sustancias producidas.
b) Los pesos de las sustancias consumidas.
c) El número de moléculas de cualquier sustancia interviniente en la reacción.
d) Todos los datos expuestos en los puntos a), b) y c).
22) Una ecuación que represente la reacción química entre gases, nos permite conocer:
a) Las masas de los gases reaccionantes y de los gases obtenidos.
b) Los volúmenes de los gases reaccionantes y de los gases obtenidos.
c) El número de moléculas de los gases reaccionantes y de los gases obtenidos.
d) Todos los datos indicados en los puntos a), b) y c).
23) Los cálculos basados en una ecuación química se fundamentan en:
a) Las leyes gravimétricas de la química.
b) Las leyes volumétricas de la química.
c) Ninguna de las expuestas en los puntos a) y b).
d) En todas las leyes expuestas en los puntos a) y b).
24) Una reacción química se dice que es de síntesis, cuando:
a) Las sustancias reaccionantes son sustancias simples.
b) Cuando los productos obtenidos son sustancias simples.
c) Cuando se produce una modificación de valencias en las sustancias reaccionantes.
d) Ninguna respuesta es correcta.
25) En una reacción química de síntesis:
a) No existe cambio de valencia en los elementos participantes.
b) Se produce una verdadera reacción de óxido reducción
c) Existen cambios de valencia en los elementos participantes.
d) Se produce una sustancia compuesta a partir de sustancias simples.
26) Una reacción de descomposición se caracteriza porque:
a) A partir de una sustancia compuesta se obtienen dos o más sustancias compuestas.
b) A partir de una sustancia compuesta se obtienen dos o más sustancias simples.
c) Se producen cambios de valencias en los elementos.
d) No se producen cambios de valencia en los elementos.