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• Danny Guaman

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CAPiTULO

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B.

e • A.

Antome Laurent Lavolsler (1743 . 1794), científico francés, es considerado como el padre de la química moderna y uno de Jos mas grandes científicos de la historia. Entre sus contribuciones a la química figuran la explicación de la combustión de las sustancias, demostración clara de Que el aire es una mezcla, descubrimiento de la ley de conservación de la masa, el uso riguroso de la balanza en análisis cuantitativo, etc. con Jo que puso Jos cimientos de los métodos empleados en la química moderna

B.

Una balanza hipotética, demuestra esquemáticamente la ley de conservación de masa en la síntesis del H20. Esta leyes imprescindible en todos los cálculos basados en ecuaciones químicas porque en toda reacción química los átomos permanecen indivisibles. ,

c.

Una planta industrial de amoniaco (NH3), donde se lleva a cabo la siguiente reacción:

~

3H2(g) + N2 (g)

45OOC" 2NH3 (g)+ ,SOOatm

caJor

El ingeniero químico, encargado del control de procesos, tiene muy en cuenta la ley de conservación de masa (balance de masa) y de la energía (balance de energía), principalmente.

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, OBJETIVOS' . f• • Realizar un análisis de las leyes de la cornbínacíón químic-a para elementos para luego hacerlo J extensivo a los compuestos en base a los coeficientes de la ecuación química balanceada. • Entender el grado de pureza de una muestra química y cómo evaluar el reactivo limitante y el ~ , "

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'reactivoen.exceso.

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Ser

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capaz de realizar cálculos en cuanto a cantidades

de sustancias (moles, masas y volúmenes) , Entender el rendimiento real y el rendimiento teórico y con ello, la eficiencia o porcentaje de t rendimiento para obtener un determinado producto. : ;

,

lNTltODUCClON El término estequiometria proviene de las voces griegas STOICHElON (Elemento) y METRON (Medida): por lo lanlO sig!jfica realizar cálculos o medida de cantidades de ~ ~ ..a formaclón de compuestos. Esta a;-:.rnac: ...

cantidades pueden ser no sólo de e.erne ~;:~::-~.• sustancias compuestas.

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Un aspecto fundamental de la estequiometría es que C~á:;C ::-= conoce la cantidad de una sustancia que toma parte eil una ~1

reacción química y se tiene la ecuación química balanceada, se puede establecer las cantidades de los otros reactivos y de Jos productos.

Debido a ello, la estequiometría se utiliza de manera rutinaria en los cálculos básicos dentro del análisis químico cuantitativo y durante la producción de todas las sustancias químicas Que se Una ploma tndustrial de ácido sulfúrico. en (oda transformacum quimica se tiene en utilizan la industria o que empleamos de manera cotidiana. cuema la ley de conservacion (le masa )' tos cálculos estequioméuicos.

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DEflNIOÓN _

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La estequiometrfa es aquella parte de la Químlcaque nos enseña a realizar cálculos de las cantidades de las sustancias químicas puras (simples o compuestas) que participan en las reacciones químlcas, I

t e? base~~~leye~~~ri~en~es

queB??ie~~, ~~s,t~.


,

= 30 L

Porque deben estar en la relación estequíornétrica (1/3), según dato sólo reacciona el 20 % del vol. de N2(g)

según Gay - Lussac es:

V~2 V02 VN02

..

-\4L

90 L

lOL 901..

x

100 = 1) ,2 % VT = 24 L + 8 L + 4 L = 36 L

Prablllla 15 En un reactor de contacto donde se produce amoniaco gaseoso, se introducen N2(g) y Hz(g)en proporción estequíométríca, utilizando como catalizador hierro metálico. Se sabe que en un

cierto momento se consume sólo el 20 % del volumen de N2 inicial. ¿Cuál es el porcentaje en volumen de NH3 formado respecto a Jos gases finales? Todas las medidas se han realizado a la misma PyT.

% V NH = 3

4L

36 L

x

100

=

11,) 1 %

•

1& Si un fumador utiliza un encendedor que consume metano (CH4) a 5 Umin medido a

775 mmHg y 27°C, según la reacción: CH4(g) + O2(8) -t CO2(g) + H20(f) ¿Qué volumen de oxígeno debe suministrarse por minuto a 730 mmHg y 30°C?

Capítulo XVI

Estequiometria

Resolución: De acuerdo a la pregunta los cálculos se realizan para el tiempo de un minuto. A condiciones iniciales (1): TI = 27°C = 300K. Pl= 775 mmHg.

Calculemos el volumen de O.,a estas condiciones (VI) según la ley de los volúmenes de

combinación: 1 CH4{s) + 2 I vol. -S L --

2 vol. Vo 2

TI

......V2 =

~

T2

El volurne n total de oxígeno consumido combustión de gas de chimenea será

VO,(Totdl)

::: 50

•

300

=--303

I 10,7 . mIn

El gas de chimenea de una cámara de combustión poseen la siguiente composición molar: CO2 == 60 %, CO = 20 % Y H2 = 10 (lb; el resto N2. Si se somete a combustíón completa 500 L de gas de chimenea ¿Qué volumen de aire con 21 % en volumen de O2 se debe utilizar?

Resolución: Se debe saber que los únicos gases combustibles de la mezcla que nos dan son CO(g) e H2(g)' Además que % n= % V, en una mezcla gaseosa. Evaluemos el volumen de gases combustibles: 20 Veo = x 500 L = 100 L 100

=

2

100

V

::; 21

100

0::

Aire

Aire

V02 = 50 L

Vo..

-

7;) L = 357 L

x

21

Resolución: 5

a) 1 C2H2(g) +

~ Vaí1e

Vo = 25 L

-+ 2 CO2(g)

"202(g)

+ H20(~)

2.5 vol. V'

-

°2

238 cm"

;;

b) El volumen de N2(g) y Ar(g) en el aire es: V (~

+ Ar)

79 x238 cm 100

=

- 2

3

Por relación volumétrica, producido es: 1Vol. (C2H2) 20cm3(C2H2)

Calcularemos final:

-

=

188 cm

3

el volumen

2 Vol. (C02) V

-

CO2

de CO2 3

Veo =40 cm '

ahora el volumen total de la mezcla ~

Vtotal(sases (jnal~~) =

VN,

-

"1"

+

VAl

y

188 cm '

Veo

2

I

=

228cm3

40cm3

La composición del CO2 en la mezcla final será: V OL V CO2 rO co ::: X 100 2

1 vol.

= 100

Hallar el volumen de aire necesario para quemar 20cm3 de Acetileno (C2H2) y el porcentaje en volumen de CO2 formado en la mezcla final a las mismas condiciones de presión y temperatura. I..a cornposición volumétrica del aire: O2 = 21 %, N2 = 78 %, Ar = 1 %.

x 500 L :;:50 L

2 H2(g) + 1 02{¡) _. 2 H20(g) 50 L

V _ ~ V

x

'-

2CO{g) + 2 vol. IOOL

2 vol.

L ...25 L :::75 L

1 vol.

Problema 17

VH

la

Por dato:

20cm3

10

eTI

Problema 1.

02(g)

A condiciones finales (2): T2 = 30°C=303 K. P 2= 730 rnrnHg, calculemos el volumen de O2 (V2) aplicando la ecuación general de gases. P1Vt P2V2 775 x 10 730 xV2

--=

•. ,,-......",

VT

Reemplazando valores tenemos: 40cm3 % V co :; x 100 :; 17,54 % 2

228cm

3

2

733

___________________________________________________ ~u[lnlca 11

En un tubo graduado

(eudiórnetro) se tiene 100 cm" de una mezcla de hidrógeno y oxígeno a determinada presión y temperatura. Se hace estallar la mezcla y luego de volver los gases a las

condiciones

lniciales queda

un volumen

10 crrr' de oxígeno. Hallar la composición mezcla gaseosa analizada,

hacerlo pasar a través de una disolución de KOH se reduce a 16 cm" (que corresponde a oxígeno). Hallar la composición de esta mezcla gaseosa.

Resolución: :¡:

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