Química Estequiometria

Taller N4: Estequiometria (RB8002). Documento preparado por Marcela Urrutia Castro. Docente Sede La Serena. Pgina 1 de 10

ASIGNATURA: QUIMICA AGROPECUARIA (RB8002) TALLER N4:

ESTEQUIOMETRIA I. Presentacin de la gua: Competencia: El alumno ser capaz de reconocer y aplicar conceptos de estequiometria en

determinacin de porcentaje elemental, frmula emprica y molecular. Adems

ser capaz de interpretar una reaccin qumica en funcin de la ecuacin qumica

igualada.

Evaluacin: La evaluacin de este taller tiene carcter formativo lo que permitir detectar el

dominio de los objetivos planteados.

Metodologa: El docente organizar grupos de trabajo para desarrollar las actividades propuestas.

Posteriormente el alumno responder a las preguntas del taller que adjuntara en el

portafolio semestral.

II. Antecedentes Tericos

La estequiometria relaciona las cantidades de reactantes y productos en una reaccin qumica.

Para una reaccin hipottica, A + B C + D, surgen preguntas como: Cunto se necesita

de A para que reaccione con x gramos de B? Cunto se producir de C en la reaccin de A con x

gramos de B? etc.

Por lo anterior, ste trmino se puede usar en dos sentidos:

1) Hablar de la estequiometria de composicin, es decir, las proporciones en las cules se

encuentran presentes los diversos elementos en un compuesto.

2) Hablar de la estequiometria de las reacciones, es decir, de las proporciones en las cuales

reaccionan los diferentes elementos o compuestos entre ellos y de la cantidad de productos

que resultan.

Conceptos importantes

Nmero de Avogadro: Es una constante fsica cuyo valor es 6.0221023 partculas/mol

Masa Atmica (Peso Atmico): La masa atmica de un elemento es el promedio de la masa de

los tomos de los distintos istopos de dicho elemento. Esta masa se expresa o se mide en u.m.a.

(unidades de masa atmica). Por ejemplo: La masa atmica del cloro es igual 35.45 uma , en la


prctica esta unidad de masa atmica, se expresa en gramos. Por ello se dice que la masa

atmica del cloro es igual a 35.45 g/mol.

Composicin Centesimal (elemental): La composicin centesimal de un compuesto indica el

porcentaje de cada elemento que forma el compuesto qumico.

Frmula Emprica: La frmula emprica de un compuesto, es la frmula que expresa la razn, en

nmeros enteros sencillos, en que se encuentran los tomos de cada elemento en la molcula de

dicho compuesto. Por ejemplo: Frmula emprica del etano: CH3

Frmula molecular: La frmula molecular de un compuesto, es la representacin simblica de su

molcula. Por ejemplo: Frmula molecular del etano: C2H6

Peso Molecular (Masa Molecular): La masa molecular o Peso molecular de un compuesto, es la

masa de una molcula, expresada en g/mol. Es la suma de las masas atmicas de cada elemento

constituyentes del compuesto. Por ejemplo: peso molecular del agua (H2O) es 18 g/mol.

Volumen Molar normal: El volumen molar normal de un elemento o de un compuesto, es el

volumen que ocupa un mol del elemento (o compuesto). El volumen molar normal de un gas,

medido bajo condiciones normales de presin y temperatura (1atm y 273oK) (760mmHg y 00C)

es igual a 22.4 L.

Calculo de la composicin elemental de un compuesto qumico

Ejemplo N1: Calcular la composicin elemental del sulfato de sodio (Na2SO4).

Desarrollo:

Datos obtenidos de la tabla peridica:

Pesos atmicos (PA):

Na = 23

S = 32

O = 16

Masa molar (M): 142 g/mol

( )% 100

( )

N tomosdel elemento PA elementoElemento

Masamolar compuesto


2 23% 100 32.4

142Na

1 32% 100 22.5

142S

4 16% 100 45.1

142O

Deduccin de frmulas a partir de la composicin elemental de un compuesto

Caso N1: Cuando se conoce la masa molar del compuesto Ejemplo N2: Determine la frmula del compuesto, si la masa molar es 126 g/mol y presenta una

composicin elemental igual a: 25.4 % de S 38.1 % de O 36.5 % de Na

Desarrollo:

Datos obtenidos de la tabla peridica:

Pesos atmicos (PA), g/mol: Na = 23 S = 32 O = 16

% ( )

( ) 100

Elemento Masamolar compuestoN tomosdel elemento

PA elemento

%36.5 126 2

23 100N tomos deNa

%25.4 126 1

32 100N tomos deS

%38.1 126 3

16 100N tomos deO

Por lo tanto la frmula del compuesto qumico es: Na2SO3.

Caso N2: Cuando NO se conoce la masa molar del compuesto

Ejemplo N3: Determine la frmula del compuesto, si presenta una composicin centesimal igual a:

38.67 % de K 13.85 % de N 47.48 % de O

%

( )

ElementoN relativodetomos

PA elemento


Nmero relativo de tomos:

38.67 0.992

39N relativodeK

13.85 0.989

14N relativodeN

47.48 2.967

16N relativodeO

Reduciendo a la unidad, resulta:(nmero relativo de tomos divido en el valor ms bajo obtenido

en nmero relativo de tomos para los elementos en anlisis).

K = 0.992 / 0.989 1

N = 0.989 / 0.989 1

O = 2.967 / 0.989 3

La recomendacin para solucionar este tipo de problemas en construir una tabla de datos con el

siguiente formato:

Elemento % Elemento PA (elemento) Nmero relativo de tomos Relacin unitaria

K 38.67 39 0.992 1

N 13.85 14 0.989 1

O 47.48 16 2.967 3

Por lo tanto la frmula del compuesto es: KNO3

Relacin mol-nmero de Avogadro

Ejemplo N4: Determine el nmero de molculas de NH3 que hay en 0.55 mol de NH3.

Desarrollo:

Frmula: AN= n N

23

3

23

3

N molculas de NH =0.55 mol 6.02 10 molculas/mol

N molculas de NH = 3.3 10


Relacin mol-masa

Ejemplo N5: Determine los moles contenidos en 500 g de CdBr2.

Desarrollo:

- Frmula: m= n M despejando n resulta n =m/ M

- Calculo de M (CdBr2) = 272.2 g/mol

2mol CdBr =500 g / 272.2 g/mol=1.84

Relacin mol-volumen

Esta relacin se desprende de la ley de Avogadro. Esta ley seala que volmenes iguales de

gases a la misma temperatura y presin contienen igual nmero de partculas (molculas o

tomos, segn corresponda). El volumen ocupado por cualquier gas en condiciones normales (CN)

de temperatura y presin es de 22.4 litros. Este volumen se conoce con el nombre de volumen

molar. Si se conoce el volumen de un gas en condiciones normales, podemos saber cuntos

moles, o cuntas molculas o tomos de l existen en dicho volumen. Esta propiedad es nica de

los gases.

1

22.4

mol de gas

Ldel gas

Ejemplo N6: Cuntos moles de N2(g) estarn presentes en un recipiente de 20.0 L con N2(g) en

condiciones normales (CN).

Desarrollo:

- Factor en condiciones normales: 2

2

1

22.4

mol deN

LdeN

22 2

2

120.0 0.89

22.4

mol deNLdeN mol deN

LdeN

Ejemplo N7: Cul ser el volumen en condiciones normales, ocupado por 0.45 mol de CO2(g)

Desarrollo:

- Factor en condiciones normales: 2

2

1

22.4

mol deCO

LdeCO

22 2

2

22.40.45 10

1

LdeCOmol deCO LdeCO

mol deCO


Relacin mol-masa-volumen

Hemos visto que el mol tiene diferentes equivalencias. Una de ellas se refiere a la cantidad (o

nmero) de partculas; otra equivalencia es con la masa y finalmente, la tercera es con el volumen.

En el siguiente mapa conceptual se puede observar que existe una relacin directa entre mol y

cantidad, entre mol y masa, entre mol y volumen; pero tambin se puede observar que es posible

relacionar la masa con el volumen por medio del mol.

Ejemplo N8: Cul es el volumen ocupado por 5.1 g de NH3 en condiciones normales.

Desarrollo:

- Calculo de los mol de NH3; frmula n =m/ M

- Calculo de la M (NH3) = 17 g/mol

3mol de NH =5.1 g /17 g/mol=0.3

33 3

3

22.40.3 6.7

1

LdeNHmol deNH LdeNH

mol deNH

Ejemplo N9: Calcular la masa de 10 L de CO2 en condiciones normales.

Desarrollo:

22 2

2

110.0 0.446

22.4

mol deCOLdeCO mol deCO

LdeCO

- Calculo de M (CO2) = 44 g/mol

- Frmula: m= n M

2 2g CO =0.446 mol CO 44 g/mol=19.6


Reacciones qumicas

Cuando un sistema constituido por uno o varios componentes, definidos stos por un conjunto de

propiedades esenciales (naturaleza qumica, caractersticas) accidentales (temperatura, estado

fsico de agregacin), evoluciona espontnea o artificialmente desde un estado inicial a otro final,

se dice que experimenta una transformacin.

Esta transformacin puede ser fsica si slo se afecta a las propiedades accidentales del sistema,

o qumica si modifica sustancialmente la naturaleza de sus componentes. Las sustancias inciales

se denominan sustancias reaccionantes o reactivos y las nuevas sustancias formadas,

productos de la reaccin.

Ecuaciones qumicas

Las transformaciones qumicas o reacciones qumicas, se representan convencionalmente

mediante una ecuacin, llamada ecuacin qumica, los trminos de la primera parte de la

ecuacin corresponde a los reactivos, y los segundos a los productos de la reaccin. Ejemplo:

2( ) 2( ) 3( )2 3 2g g gN H NH

Obsrvese que en esta ecuacin se utiliza una flecha cuya punta seala el sentido en que

evoluciona el proceso (reversible).

Re

Irreversible

versible

Cuasi reversible

Una Ecuacin qumica, por tanto, constituye una representacin simblica abreviada de una

transformacin qumica.

Conservacin de la masa en las reacciones qumicas. Ajuste de ecuaciones

En todo proceso qumico, se ha de cumplir la Ley de conservacin de la masa, o llamada Ley de

Lavoisier, que en definitiva, demuestra que en las transformaciones qumicas cambia la clase de

materia, pero no su cantidad.

Definicin de la Ley de Conservacin de la masa

La masa total de las sustancias que intervienen en una transformacin qumica permanece

constante y, por tanto, la suma de las masas de los reactivos ha de ser igual a la suma de las

masas de los productos de la reaccin.


Ejemplo:

2 3( ) ( ) 2 3( ) 2 ( )ac ac ac lH CO NaOH Na CO H O

Esta ecuacin indica cualitativamente el proceso qumico, pero est incompleta al no cumplirse la

Ley de Lavosier (no est ajustada).

La ecuacin ajustada sera

2 3( ) ( ) 2 3( ) 2 ( )2 2ac ac ac lH CO NaOH Na CO H O

Interpretacin de ecuaciones qumicas

Una ecuacin qumica formulada y ajustada entrega informacin cualitativa y cuantitativa del

proceso qumico que representa.

1. Puede informar sobre la naturaleza de las sustancias que intervienen en ellos y se indica

sobre su estado fsico: slido (s) , lquido (l) gas (g)

2. Puede indicar el nmero de moles de las sustancias participantes.

3. Puede indicar el nmero de gramos de cada uno de los participantes.

4. Puede indicar el nmero de molculas que participan en la ecuacin.

5. Puede indicar el volumen (expresado en Litros) de los gases participantes.

Ejemplo:

4 FeS(s) + 7 O2(g) 2 Fe2O3(s) + 4 SO2(g)

4 moles + 7 moles 2 moles + 4 moles

351.64 g + 224 g 319.38 g + 256.24

La masa de reactivos debe ser igual a la masa de productos segn el principio de conservacin de

la materia.

III. Ejercicios

1. Qu cantidad de Fe habr en 150 gramos de Fe2O3.

2. Cuntos moles existen en 132 gramos de CO2.

3. Calcular la composicin elemental del Fosfato Di amnico, (NH4)2HPO4.

4. Cuntos gramos de H2SO4 existen en 4 moles de H2SO4.

5. Cuantas molculas de butano C4H10 existen en 348 g de dicho compuesto.


6. Calcular la masa en gramos de una molcula de amonaco (NH3).

7. Calcular la frmula emprica de un compuesto cuyo anlisis entrega la siguiente composicin:

C = 85.63 % H = 14.37 %

8. Teniendo en cuenta la composicin porcentual de un compuesto: K = 26.57%; Cr = 35.36% y

O = 38.07%. Calcular la frmula emprica.

9. Determinar los porcentajes de hierro (Fe) en 1 mol de cada uno de los siguientes compuestos:

FeCO3 Fe2O3 Fe3O4

10. Determinar la composicin porcentual del carbonato de potasio (K2CO3).

11. El anlisis de un hidrato de carbono entrega la siguiente composicin elemental: 40% de C;

6.71% de H y 53.29% de O. Determinar la frmula molecular del compuesto, sabiendo que su

masa molecular (peso molecular) es 180 g/mol.

12. Ajustar las siguientes ecuaciones:

( ) 2 3( ) 3( ) 2 ( )ac s ac lHCl Al O AlCl H O

2 4( ) ( ) 2 4 3( ) 2( )( )ac s ac gH SO Al Al SO H

2 3( ) ( ) 2 3( ) 2 ( )2ac ac ac lH CO NaOH Na CO H O

2( ) 2( ) 3( )g g gN H NH

13. Interpretar la siguiente ecuacin qumica en trminos de molculas, moles y gramos:

4 10( ) 2( ) 2( ) 2 ( )2 13 8 10g g g lC H O CO H O

14. Determine la composicin elemental de superfosfato normal, Ca(H2PO4)2H2O + CaSO42H2O.

IV. Bibliografa

- Raymond Chang, Qumica General. Sptima edicin. 2002

- Brown LeMay, Qumica Ciencia Central. Novena edicin. 2004

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