3.1 ESTEQUIOMETRIA - agora.xtec. ?· 3.1 ESTEQUIOMETRIA Estequiometria vol dir estudi quantitatiu de…

  • Published on
    29-Jul-2018

  • View
    216

  • Download
    3

Embed Size (px)

Transcript

<ul><li><p>3.1 ESTEQUIOMETRIA Estequiometria vol dir estudi quantitatiu de les reaccions qumiques, o, expressat duna altra forma, clculs numrics aplicats a les reaccions per tal de resoldre qestions com ara la quantitat duna substncia que es combina amb una altra o el rendiment que sobt en un determinat procs. EXEMPLES DE PROBLEMES RESOLTS: </p><p>CLCULS ESTEQUIOMTRICS AMB MASSES. Es fan reaccionar 10 g dhidrogen gas amb la quantitat necessria doxigen molecular </p><p>per tal de sintetitzar aigua. Calculeu estequiomtricament: </p><p>a) la quantitat doxigen necessria, b) la quantitat daigua obtinguda. Dades: M (H) = 1; M (O) = 16 </p><p> 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) </p><p>a) 22</p><p>2</p><p>2</p><p>2</p><p>2</p><p>22 O g 80 O mol 1</p><p>O g 32 </p><p>H mols 2</p><p>O mol 1 </p><p>H g 2</p><p>H mol 1 H g 10 = </p><p>b) OH g 90 OH mol 1</p><p>OH g 18 </p><p>H mols 2</p><p>OH mols 2 </p><p>H g 2</p><p>H mol 1 H g 10 2</p><p>2</p><p>2</p><p>2</p><p>2</p><p>2</p><p>22 = </p><p> EXERCICIS Per obtenir alumini es tracta lxid dalumini contingut en la roca </p><p>anomenada bauxita amb carboni. Juntament amb el metall sobt dixid de carboni. </p><p> a) Escriviu lequaci qumica corresponent. b) Quants grams de metall sobtenen amb 500 g dxid dalumini? </p><p> El gas natural es compon bsicament de met (CH4). Quan crema en presncia doxigen dna dixid de carboni i vapor daigua. Tots els reactius i els productes es troben en forma gasosa. Calculeu la quantitat de CO2 produda en cremar 500 g de combustible. </p><p> Trobeu, sabent que el monxid de nitrogen es pot descompondre en nitrogen i oxigen, quina quantitat de nitrogen i quina quantitat doxigen sobt a partir de 60 g de compost. </p></li><li><p> EXEMPLES DE PROBLEMES RESOLTS: CLCULS ESTEQUIOMTRICS AMB VOLUMS DE GASOS EN CONDICIONS NORMALS. </p><p> Un quilogram de prop es crema en presncia doxigen, en condicions normals de </p><p>pressi i temperatura. Calculeu: </p><p>a) quants grams doxigen atmosfric es necessiten, b) quantes molcules de vapor daigua sobtenen, c) quin volum, en cm3, de dixid de carboni es produeix. Dades: M (H) = 1; M (O) = 16; M (C) = 12, NA = 6,0210</p><p>23 </p><p> C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l) </p><p>22</p><p>2</p><p>83</p><p>2</p><p>83</p><p>83</p><p>83</p><p>8383 O g 3636,36 O mol 1</p><p>O g 32 </p><p>HC mol 1</p><p>O mols 5 </p><p>HC g 44</p><p>HC mol 1 </p><p>HC kg 1</p><p>HC g 1000 HC kg 1 = </p><p>OH molc 5,4710 OH mol 1</p><p>molc6,0210 </p><p>HC mol 1</p><p>OH mols 4 </p><p>HC g 44</p><p>HC mol 1 </p><p>HC kg 1</p><p>HC g 1000 HC kg 1 2</p><p>25</p><p>2</p><p>23</p><p>83</p><p>2</p><p>83</p><p>83</p><p>83</p><p>8383 =</p><p>23</p><p>2</p><p>3</p><p>2</p><p>2</p><p>83</p><p>2</p><p>83</p><p>83</p><p>83</p><p>8383 CO cm 1527272 CO l 1</p><p>cm 1000 </p><p>CO mol 1</p><p>CO l 22,4 </p><p>HC mol 1</p><p>CO mols 3 </p><p>HC g 44</p><p>HC mol 1 </p><p>HC kg 1</p><p>HC g 1000 HC kg 1 =</p><p> EXERCICIS Calculeu la quantitat de cal viva (CaO) que sobtindr a partir duna </p><p>tona de pedra calcria que t una riquesa en carbonat de calci del 72 %. Calculeu, tamb, el volum de dixid de carboni en condicions normals de pressi i temperatura que s abocat a latmosfera. </p><p> Calculeu quin volum doxigen, en condicions normals, es necessita per a cremar 15 cm3 de met. </p><p> Quina quantitat de nitrit damoni caldr descompondre, escalfant, per tal dobtenir 5,0 dm3 de nitrogen, mesurat en condicions normals de pressi i temperatura? </p><p> I si es varien les condicions a 20 C i 750 mmHg de pressi? </p></li><li><p> EXEMPLES DE PROBLEMES RESOLTS: CLCULS ESTEQUIOMTRICS AMB VOLUMS DE GASOS EN ALTRES CONDICIONS. </p><p> Quina quantitat de nitrit damoni caldr descompondre, escalfant, per tal dobtenir 5,0 </p><p>dm3 de nitrogen, mesurat en condicions normals de pressi i temperatura? </p><p>I si es varien les condicions a 20 C i 750 mmHg de pressi? </p><p>Dades: M (H) = 1; M (O) = 16; M (N) = 14, R = 0,082 atmlK-1</p><p>mol-1</p><p> NH4NO2 (s) N2 (g) + 2 H2O (l) </p><p> En condicions normals: </p><p>2424</p><p>24</p><p>2</p><p>24</p><p>2</p><p>2</p><p>23</p><p>22</p><p>3 NONH g 14,29 NONH mol 1</p><p>NONH g 64 </p><p>N mol 1</p><p>NONH mol 1 </p><p>N l 22,4</p><p>N mol 1 </p><p>N dm 1</p><p>N l 1 N dm 5 = </p><p> En altres condicions: </p><p>( )</p><p>2424</p><p>24</p><p>2</p><p>242</p><p>2</p><p>NONH g 13,14 NONH mol 1</p><p>NONH g 64 </p><p>N mol 1</p><p>NONH mol 1 N mols 0,205</p><p>N mols 0,205 n 273 20 0,082 n 5 760</p><p>750 T R n V p</p><p>=</p><p>=+==</p><p> EXERCICIS En moltes drogueries venen salfumant, que s com es coneix una soluci </p><p>dcid clorhdric concentrat. Sobre una planxa de zinc, hi cauen 10 cm3 de salfumant, la riquesa del qual en cid clorhdric s del 33 % i la densitat 1,18 g/cm3. </p><p> Calculeu el volum dhidrogen que sha desprs si les condicions ambientals eren de 22 C i 740 mmHg de pressi atmosfrica. </p><p> El policlorur de vinil, PVC, s lnic plstic de gran consum que cont clor. La seva fabricaci passa per obtenir el clorur de vinil, VC, a partir detil i clor, amb despreniment de clorur dhidrogen, abans de la seva polimeritzaci al PVC. </p><p> Si es vol obtenir 1 tona de clorur de vinil, quants m3 de clor a 25 C i 105 Pa es necessiten? </p></li><li><p>Generalment, les reaccions finalitzen en acabar-se almenys un dels reactius. Exceptuant algunes reaccions (reversibles) que sestudiaran ms endavant. Per exemple, en la reacci de combusti de la gasolina dun cotxe: </p><p>C8H18 (l) + 25/2 O2 (g) 8 CO2 (g) + 9 H2O (l) </p><p>la reacci sacaba quan ja no queda gasolina, ja que loxigen est en abundncia en latmosfera i no limita cap reacci de combusti si es realitza a laire lliure. Aix doncs, quan les reaccions qumiques tenen ms dun reactiu, la substncia reaccionant que sacaba primer s el reactiu limitant perqu determina la fi de la reacci. Laltra o les altres substncies reaccionants, que no sesgoten en el transcurs de la reacci, sn els reactius en excs. El mtode general utilitzat per resoldre els exercicis terics o prctics s igual al que sha fet servir fins ara. nicament caldr tenir en compte, en linici dels clculs estequiomtrics, quina s la substncia que sexhaureix abans reactiu limitant. EXEMPLES DE PROBLEMES RESOLTS: </p><p>REACTIU LIMITANT I REACTIU EN EXCS. Es fan reaccionar 100 g dhidrxid de sodi amb 150 g dcid clorhdric. </p><p>Calculeu la quantitat de clorur de sodi que sobt. </p><p>Dades: M (H) = 1; M (O) = 16; M (Na) = 23; M (Cl) = 35,5 </p><p> HCl + NaOH NaCl + H2O </p><p>NaCl g 146,25 NaCl mol 1</p><p>NaCl g 58,5 </p><p>NaOH mol 1</p><p>NaCl 1mol NaOH mols 2,5</p><p>mol 1 :mol 1 proporci </p><p>exsen reactiu HCl mols 4,1 HCl g 36,5</p><p>HCl mol 1 HCl g 150</p><p>limitantreactiu NaOH mols 2,5 NaOH g 40</p><p>NaOH mol 1 NaOH g 100</p><p>=</p><p>=</p><p>=</p><p> EXERCICIS Es fan reaccionar 100 g de prop, a 2,5 atm i 27 C, amb 5 g dhidrogen. Quin volum de prop sobt en la corresponent reacci dhidrogenaci? </p><p> El prop s un hidrocarbur gass que sempra com a reactiu intermediari en sntesi orgnica i tamb com a combustible espacial. </p><p> A 390 K i 1 atm, es tenen 100 l de prop i 50 l doxigen. Quants litres hi haur en finalitzar la reacci? </p></li><li><p> EXEMPLES DE PROBLEMES RESOLTS: REACTIUS EN DISSOLUCI. </p><p> Es pren una mostra de 20 cm</p><p>3 duna dissoluci aquosa de cromat de potassi i shi </p><p>afegeix la quantitat necessria de nitrat de plom (II), amb la qual cosa sobt el </p><p>precipitat de cromat de plom (II), que s utilitzat en pintures com a pigment de color </p><p>groc. Una vegada sha filtrat i dessecat, el precipitat pesa ja dedut el pes del paper </p><p>de filtre 1,94 g. </p><p>Trobeu la molaritat de la soluci inicial de cromat de potassi. </p><p>Dades: M (Pb) = 207,2; M (O) = 16; M (Cr) =52 </p><p> K2CrO4 + Pb(NO3)2 2 KNO3 + PbCrO4 </p><p>M 0,3 soluci l 1</p><p>cm 1000 </p><p>soluci cm 20</p><p>CrOK mols 0,006</p><p>:calcula es inicial soluci la demolaritat La</p><p>CrOK mols 0,006 PbCrO mol 1</p><p>CrOK mol 1 </p><p>PbCrO g 323,2</p><p>PbCrO 1mol PbCrO g 1,94</p><p>3</p><p>342</p><p>424</p><p>42</p><p>4</p><p>44</p><p>=</p><p>=</p><p> EXERCICIS Per neutralitzar exactament 10 cm3 duna soluci dhidrxid de calci, que </p><p>es coneix com a aigua de cal, shan addicionat gota a gota 6,3 cm3 dcid ntric 1,5 mol/l fins que lindicador ha virat (canviat de color). Calculeu: </p><p> a) La quantitat dxid de calci que contenen els 10 cm3 daigua de cal. b) La molaritat de la soluci dhidrxid de calci. </p><p> Quin volum de dixid de carboni, a 1,2 atm i 20 C, sobt en reaccionar 50 g dhidrogencarbonat de sodi amb cid clorhdric? </p><p> Determineu, tamb, el volum mnim necessari dcid clorhdric concentrat de riquesa del 33 % i densitat 1,45 g/cm3. </p></li><li><p>3.2 LLEI DE CONSERVACI DE LA MASSA O LLEI DE LAVOISIER Al final del segle XVIII el francs Antoine Laurent Lavoisier, fent mesures molt exactes de reaccions que tenien lloc en recipients hermtics, va descobrir i va enunciar la llei de conservaci de la massa o llei de Lavoisier: </p><p>En un canvi qumic, la massa total dels reactius s igual a la massa total dels </p><p>productes, s a dir, la massa es conserva. </p><p> Com a excepcions a la llei de Lavoisier hi ha els processos de fissi (bomba atmica i centrals nuclears) i de fusi (bombes dhidrogen). </p><p> EXEMPLES DE PROBLEMES RESOLTS: </p><p>LLEI DE CONSERVACI DE LA MASSA O LLEI DE LAVOISIER. 50 g de carbonat de calci es descomponen trmicament en xid de calci (slid) i dixid </p><p>de carboni (gas). </p><p>Apliqueu i comproveu la llei de Lavoisier. </p><p>Dades: M (Ca) = 40; M (O) = 16; M (C) =12 </p><p> CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) </p><p>Lavoisier de llei la de comprovaci CO g 22 CaO g 28 :productes de totalMassa</p><p>CaCO g 50 :reactius de totalMassa</p><p>CO g 22 CO mol 1</p><p>CO g 44 </p><p>CaCO mol 1</p><p>CO mol 1 </p><p>CaCO g 100</p><p>CaCO 1mol CaCO g 50</p><p>CaO g 28 CaO mol 1</p><p>CaO g 56 </p><p>CaCO mol 1</p><p>CaO mol 1 </p><p>CaCO g 100</p><p>CaCO 1mol CaCO g 50</p><p>2</p><p>3</p><p>22</p><p>2</p><p>3</p><p>2</p><p>3</p><p>33</p><p>33</p><p>33</p><p>+</p><p>=</p><p>=</p><p> Les LLEIS FONAMENTALS DE LA QUMICA ocupen un espai molt destacat com a inici de la qumica moderna. Sorgeixen per la introducci de la mesura en els plantejaments qumics, s a dir, en el moment que es comencen a quantificar els processos qumics. A ms de la llei de conservaci de la massa o llei de Lavoisier (1785), cal destacar les segents lleis i hiptesis: </p><p> Llei de les proporcions definides o llei de Proust (1801). </p><p> Llei de les proporcions mltiples o llei de Dalton (1803). </p><p> Llei de Gay-Lussac o llei dels volums de combinaci (1808). </p><p> Hiptesi dAvogadro i el nombre dAvogadro. </p></li><li><p> EXERCICIS Es barregen 10 g de la substncia A, amb 8 g de la substncia B, i es </p><p>deixen reaccionar. El compost B reacciona totalment i sobtenen 12 g de la substncia C. </p><p> Quina part del compost A queda per reaccionar? </p><p> Es cremen 150 g det (C2H6) en presncia doxigen i sobt dixid de carboni i vapor daigua. </p><p> a) Escriviu i igualeu la corresponent reacci de combusti. b) Apliqueu i comproveu la llei de conservaci de la massa. </p></li><li><p>3.3 RENDIMENT EN LES REACCIONS QUMIQUES Quan es planeja una experimentaci en un laboratori o en una indstria es realitzen, en primer lloc, uns clculs terics respecte a la quantitat de producte que sespera produir o respecte a la quantitat de reactiu que es preveu necessitar; tot seguit, es passa a lexperimentaci prpiament dita. Difcilment la prctica coincideix amb la teoria i el que succeeix habitualment s que sobt menys producte o es necessita ms reactiu del que shavia previst inicialment en les clculs terics. Aix s degut al fet que no existeix una conversi total dels reactius en els productes desitjats. Els motius ms importants daquesta transformaci parcial sn: </p><p> que es produeixen reaccions secundries per donar altres productes no desitjats, que hi hagi impureses als reactius, que la reacci sigui dequilibri, que es donin prdues en el procs de separaci del producte de la mescla de la </p><p>reacci. Leficincia duna reacci qumica es mesura calculant el seu rendiment, ja sigui mssic o trmic, que es pot definir com: </p><p>100 icacalor ter</p><p>realcalor trmicRendiment 100 </p><p> tericamassa</p><p>real massa mssicRendiment == </p><p> on: la massa real s la que sobt al final de lexperimentaci, la massa terica s la que surt daplicar els clculs estequiomtrics a la reacci, la calor real representa lenergia trmica aprofitable, la calor terica s la que surt daplicar els clculs a la reacci. EXEMPLES DE PROBLEMES RESOLTS: </p><p>RENDIMENT EN LES REACCIONS QUMIQUES. Una estufa de gas but (C4H10) t un rendiment trmic del 60 %. </p><p>Calculeu la quantitat de calor aprofitable que es desprn en cremar el contingut duna </p><p>bombona de 50 l de capacitat, en condicions normals de pressi i temperatura. </p><p>Dada: potncia calorfica del but = 10,97 kcal/g </p><p> C4H10 (g) + 13/2 O2 (g) 4 CO2 (g) + 5 H2O (l) </p><p>esaprofitabl kJ 3561,9 tericskJ 100</p><p>esaprofitabl kJ 60 tericskJ 5936,5</p><p> tericskJ 5936,5 kcal 1</p><p>kJ 4,18 </p><p>HC g 1</p><p>kcal 10,97 </p><p>HC mol 1</p><p>HC g 58 </p><p>HC l 22,4</p><p>HC mol 1 HC l 50</p><p>104104</p><p>104</p><p>104</p><p>104104</p><p>=</p><p>=</p></li><li><p> EXERCICIS El N2O, anomenat gas hilarant, causa histria i inconscincia quan </p><p>sinhala. Sutilitza, en algunes ocasions, per anestsies de curta durada. Aquest gas sobt a partir de la reacci de descomposici: </p><p>NH4NO3 2 H2O + N2O </p><p> Calculeu la massa dxid de dinitrogen produda a partir de 10 g de nitrat damoni si el rendiment mssic de la reacci s del 98 %. </p><p> Laspirina, cid acetilsaliclic, s un medicament que t propietats </p><p>analgsiques, antipirtiques i anticoagulants, entre daltres. Aquestes caracterstiques fan que aquest producte centenari sigui el ms mpliament utilitzat en tot el mn. La seva obtenci es realitza a partir de lcid saliclic, C7H6O3, fins a obtenir cid acetilsaliclic, C9H8O4, en una reacci mol a mol. </p><p> Calculeu el rendiment mssic de la reacci si a partir de 4,14 kg dcid saliclic sobtenen 3,4 kg daspirina. </p><p> La majoria dels reactius comercials no sn purs, s a dir, no sn del 100 % en el compost. Les anomenades impureses, productes barrejats amb la substncia principal, sn presents habitualment en aquests reactius i cal tenir-les en compte a lhora de planificar un exercici o una prctica de laboratori. Normalment la puresa del reactiu queda reflectida en letiqueta del compost en </p><p>forma de tant per cent en pes. Per exemple, carbur de calci 75 %. Un altre cas es troba en les menes, que sn minerals que sutilitzen com a primera matria per tal dextreuren algun metall. Per exemple, la galena s una mena del plom on el mineral que susa s el sulfur de </p><p>plom (II), PbS, duna puresa aproximada del 80 %. Altres exemples sn la pirita (mena del ferro) i la bauxita (mena de lalumini). </p><p> Els problemes en qu els reactius no sn purs no tenen ms complicaci que la de tenir cura de convertir la quantitat inicial impura en pura, perqu lnica part que reacciona s aquesta. Aix es realitza aplicant el tant per cent en pes en el corresponent factor de conversi. </p></li><li><p> EXEMPLES DE PROBLEMES RESOLTS: PURESA DELS REACTIUS. </p><p> Lacetil (et) s un gas que sobt deixant gotejar aigua sobre carbur de calci (CaC2). </p><p>Quin volum dacetil, a 740 mmHg i 30 C, sha obtingut en reaccionar amb aigua mig </p><p>quilo de carbur de calci de puresa del 90 %? </p><p> CaC2 + 2 H2O C2H2 + Ca(OH)2 </p><p>( )22</p><p>222</p><p>22</p><p>2</p><p>22</p><p>HC l 179,4 740/760</p><p>273 30 0,082 7,03 </p><p>p</p><p>T R n V T R n V p</p><p>HC mols 7,03 CaC mol 1</p><p>HC mol 1 </p><p>CaC g 64</p><p>CaC mol 1 </p><p>mostra g 100</p><p>CaC g 90 mostra g 500</p><p>=+</p><p>===</p><p>=</p><p> EXERCICIS Trobeu el volum de dixid de carboni en condicions normals que sobt </p><p>en la combusti d1 kg de carb del 62 % de riquesa en carboni. Quina quantitat mnima daire ser necessria? Laire cont el 20 % en pes doxigen. La pirita s el sulfur ms abundant a lescora terrestre i lEstat Espanyol </p><p>s un dels pasos amb ms reserves daquest mineral. A primera vista, a causa de la seva coloraci grogosa, es pot confondre amb lor, per aix en alguns llocs se lanomena lor dels ximples. Lescalfament de la pirita en presncia daire dna lloc a la segent reacci: </p><p>2 FeS2 (s) + 11/2 O2 (g) Fe2O3 (s) + 4 SO2 (g) </p><p> Lxid de ferro sutilitza per a la producci de ferro i el dixid de sofre per a la fabricaci dcid sulfric. </p><p> Si es...</p></li></ul>