7MA SEMANA

 

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REACTIVO LÍMITE Y REACTIVO EN EXCESO 

Cuando una ecuación está ajustada, la estequiometría se emplea para saber las moles de un producto obtenidas a partir de un número conocido de moles de un reactivo. La relación de moles (relación molar) entre reactivo y producto se obtiene de la ecuación ajustada. A veces se cree equivocadamente que en las reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos. Sin embargo, en la práctica lo normal suele ser que se use un exceso de uno o más reactivos, para conseguir que reaccione la mayor cantidad posible del reactivo menos abundante.

Reactivo limitante: Cuando una reacción se detiene porque se acaba uno de los reactivos, a ese reactivo se le llama reactivo limitante. Aquel reactivo que se ha consumido por completo en una reacción química se le conoce con este nombre, pues determina o limita la cantidad de producto formado.

Reactivo en exceso: Es aquella sustancia que se encuentra en mayor proporción en una reacción química y por lo tanto queda va a sobrar al finalizar la reacción química.

¿Cómo determinar el reactivo limitante en una reacción química?

Ejercicio 1:

La combustión de monóxido de carbono (CO), produce dióxido de carbono (CO2) de acuerdo a la siguiente reacción. (Mm C=12g/mol, Mm O=16g/mol)

2 CO + O2 → 2CO2 

Si reaccionan 49 gramos de CO y 40 gramos de O2. Indicar quien es el reactivo en exceso y el reactivo limitante; además indicar que cantidad en moles de reactivo en exceso existe.

Como las ecuaciones químicas están en relaciones molares y no en gramos pasamos los gramos de cada sustancia a moles a partir de sus respectivas masas molares.  

49g CO X (1 mol CO / 28g CO) =1,75 mol CO

40g O2 X / 1 mol O2 / 32g O2) = 1,25 mol O2

Ya teniendo las sustancias en moles, el método para determinar el reactivo limite será:

Paso 1. Asumir que una de las sustancias no conocemos el número de moles que hay, a la cual le por lo tanto le asignarnos la variable x. En este caso vamos a asumir que no sabemos la cantidad de moles de   ( X mol O2 )

Paso 2. A partir de las moles conocidas (1,75 mol CO ) calcular las moles de O2 que reaccionarían completamente a partir de la relación molar:

 1,75 mol CO X ( 1mol O2 / 2 mol CO)= 0,875 mol O2

Paso 3. Comparar la cantidad real de moles que hay de y la obtenida en el paso 2. 

Moles que reaccionan por completo < moles reales Reactivo en exceso 

Moles que reaccionan por completo > moles reales Reactivo limite 

El paso 2 nos muestra que 1,75 moles de CO reaccionan con exactamente 0,875 moles de O2, pero en realidad hay 1,25 moles de O2 por lo tanto al ser menor la cantidad que reacciona por completo frente a la real, podemos afirmar que el O2 es el reactivo en exceso y por lo tanto el reactivo limitante será el CO. 

Por último, el ejercicio nos pide la cantidad de reactivo en exceso luego de haber culminado la reacción química. Para esto únicamente realizaremos una resta de los moles reales del reactivo límite con los moles que reaccionaron:

1,25 mol O2 -0,875 mol O2 = 0,375 mol O2

Respuesta: el reactivo limite es el CO y la cantidad que sobra del reactivo limitante que es el es de 0,375 moles.

Ejercicios:

1. La formación de óxido de aluminio se da a partir de la combinación de aluminio metálico y oxigeno gaseosos como lo muestra la siguiente ecuación química:

4 Al + 3O2 -----> 2Al2O3

si hacemos reaccionar 7,5 g de aluminio con 8 g de oxígeno. ¿cuál será la cantidad máxima de óxido de aluminio que se producirá y que cantidad en gramos del reactivo en exceso no reaccionará?

2. Para la reacción:

2H2 + O2 -----> 2H2O

Si colocamos en un recipiente 10 moles de hidrógeno y 10 moles de oxígeno. ¿cuál será la cantidad máxima de agua que se producirá y que cantidad en gramos del reactivo en exceso no reaccionará?

5TA y 6TA SEMANA

  

RELACIONES ESTEQUIOMÉTRICAS Y CÁLCULOS CON ESTEQUIOMETRÍA

La estequiometría establece relaciones entre las moléculas o elementos que conforman los reactivos de una ecuación química con los productos de dicha reacción. Las relaciones que se establecen son relaciones MOLARES entre los compuestos o elementos que conforman la ecuación quimica: siempre en MOLES, NUNCA en gramos.




La estequiometría es el estudio de las relaciones cuantitativas (de cantidades) entre los reactivos y los productos en una ecuación química y se basa en la ecuación balanceada.

Los coeficientes estequiométricos de una reacción química sólo nos indican la proporción en la que reaccionan dichas sustancias. No nos dicen cuánto están reaccionando.


Analicemos la siguiente ecuación química balanceada: C7H8 + 9 O2 → 7 CO2 + 4 H2O

Podemos establecer las siguientes relaciones:
Por 1 mol de C7H8 que reacciona, se necesitan 9 moles de O2. En pocas palabras, estamos estableciendo una regla de tres, la cual también la podemos escribir como un factor de conversión unitario:

También podemos establecer relaciones entre las moles de O2 y las moles de CO2 producidas o la relación entre las moles de H2O producidas y la cantidad de O2 necesarias para producirla, tal y como podemos observar en las siguientes relaciones estequiométricas:

CÁLCULOS CON ESTEQUIOMETRÍA

Una reacción química balanceada, nos informa sobre las relaciones molares entre reactantes y productos.

Cuando se lleva a cabo una reacción química ya sea, en el laboratorio, en una fábrica o en la naturaleza, las cantidades que se emplean pueden ser muy variadas y se conocen como las condiciones de reacción. Las relaciones estequiométricas, nos permitirán conocer la cantidad de producto que esperamos en las reacciones químicas, dicho de otra manera, estas relaciones nos permiten conocer cuánto se producirá o cuánto se necesitará de una sustancia, cuando la reacción ocurre a esas condiones.

Por ejemplo, si nos piden calcular:

¿Cuántos moles de cloruro de magnesio (MgCl2), se producirán, si se hacen reaccionar 2,4 g de Mg con suficiente cantidad de ácido clorhídrico (HCl)? (estas son las condiciones de reacción).

La reacción química es la siguiente:

Mg(s) + HCl(ac) → MgCl2(ac) + H2(g)

El primer paso será balancear la ecuación, esto permite conocer las relaciones estequiométricas existentes entre reactivos y productos.

Mg(s) + 2 HCl(ac) → MgCl2(ac) + H2(g)

El segundo paso, como las relaciones estequiométricas se establecen en moles, debemos conocer a cuántas moles equivale la cantidad en gramos del reactivo. Si la masa molar del Mg es igual a 24 g/mol, tendremos que a las condiciones de la reacción descrita anteriormente, se están haciendo reaccionar 0,1 mol de Mg.

El tercer paso, analizamos las relaciones estequiométricas descritas en la ecuación balanceada. Podemos ver que la relación entre el Mg (reactivo) y el MgCl2 (producto) es 1:1; por lo que podemos concluir que a las condiciones de esa reacción se producirán 0, 1 mol de MgCl2.
Calculen ustedes la cantidad:

De gas H2 que se producirán en está reacción, expresen está cantidad tanto en moles como en gramos.

De ácido clorhídrico (HCl), que serán necesarios para que todo el Mg reaccione.

EJERICIOS

Se hacen reaccionar tolueno (C7H8), con O2, para producir dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). 1. Si en la ecuación química descrita, las condiciones de reacción son hacer reaccionar 10 moles de tolueno, con suficiente cantidad de oxígeno. Determina la cantidad de: Oxígeno que se necesitarán para que todo el tolueno reaccione. 2. Teniendo en cuenta la misma reacción, determine: La cantidad (en gramos) de tolueno que será necesraia para producir 380 g de dióxido de carbono. TALLER