EJERCICIOS RESUELTOS DE ESTEQUIOMETRIA

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(1)

EJERCICIOS RESUELTOS DE ESTEQUIOMETRIA

1. Iguale las siguientes ecuaciones por el método algebraico: a) C3H5N6O9  CO2 + N2 + H2O + O2

Solución

a C3H5N6O9  b CO2 + c N2 + d H2O + e O2 Para el C: 3a = b

Para el H: 5a = 2d Para el N: 6a = 2c

Para el O: 9a = 2b + d + 2e Resolviendo el sistema de ecuaciones:

a = 4, b = 12, c =12, d = 10 y e = 1

4 C3H5N6O9 12 CO2 + 12 N2 + 10 H2O + O2

b) Ca5(PO4)3F + C + SiO2  CaSiO3 + P4 + CaF2 + CO

Solución

a Ca5(PO4)3F +b C + c SiO2  d CaSiO3 + e P4 + f CaF2 + g CO Para el Ca: 5a = d + f

Para el P: 3a = 4e

Para el O: 12a + 2c = 3d + g Para el F: a = 2 f

Para el C: b = g Para el Si: c = d

Resolviendo el sistema de ecuaciones:

a = 4, b = 30, c = 18, d = 18, e =3, f =2, g =30 4 Ca5(PO4)3F +30 C + 18 SiO2 18 CaSiO3 + 3 P4 + 2 CaF2 + 30 CO

2. ¿Cuántas moléculas de oxígeno se necesitan para oxidar completamente 2 moléculas de etano (C2H6) a CO2 y H2O?

C2H6 + O2 CO2 + H2O Solución

(2)

2 C2H6 + 7 O2  4 CO2 + 6 H2O Se necesitan 7 moléculas de oxígeno

3. Dada la siguiente ecuación química, no igualada: Al + HCl  AlCl3 + H2

La cantidad de H2 obtenido al hacer reaccionar 3,0 mol de Al con 4,0 mol de HCl es:

Solución

Al igualar la ecuación:

2 Al + 6 HCl  2 AlCl3 + 3 H2

Se observa que los reactivos no están en la proporción estequiométrica, por lo tanto debe haber un reactivo limitante y uno en exceso:

2 mol de Al 6 mol de HCl=

x mol de Al 4,0 mol de HCl

x = 1,33 mol de Al

Por lo tanto, el HCl es el reactivo limitante (se gasta completamente) y el Al tiene un exceso de (3,0 - 1,33) mol. Los cálculos siguientes deben basarse en el reactivo limitante:

6 mol de HCl 3 mol de H2

= 4,0 mol de HCl x

x = 2,0 mol de H2

4. Determine el número de moléculas de CO2 que se obtiene cuando 2 mol de propano se queman en presencia de oxígeno, de acuerdo a la siguiente ecuación no igualada:

C3H8 + O2 CO2 + H2O

Solución

Al igualar la ecuación:

C3H8 + 5 O2 3 CO2 +4 H2O

1 mol de C3H8

3 mol de CO2 · 6,02 · 1023 moléculasmol

= 2 mol de C3H8 x moléculas de CO2

(3)

5. El zinc metálico reemplaza al cobre(II) en solución de acuerdo a la siguiente ecuación: Znº + CuSO4  Cuº + ZnSO4

¿Qué cantidad de Zn se necesita para preparar 250 g de sulfato de zinc?

Solución:

La ecuación está igualada

1 mol de Zn

1 mol de ZnSO4 . 161,4 mol g =

x mol de Zn 250 g de ZnSO4

x = 1,55 mol de ZnSO4

6. ¿Cuántas moléculas de O2 pueden obtenerse por la descomposición de 300 g de KClO3 de acuerdo a la siguiente ecuación no igualada?

KClO3 KCl + O2

Solución

Al igualar la ecuación:

2 KClO3 2 KCl + 3 O2

2 mol de KClO3 · 122,6 molg

3 mol de O2 · 6,02 · 1023 moléculas

mol

= 300 g de KClO3 x moléculas de O2

X = 2,21 · 1024 moléculas de O2

7. Calcule el número total de moléculas gaseosa producidas por la combustión de 2,5 mol de sulfuro de carbono, de acuerdo a la siguiente ecuación:

CS2 (l) + O2 (g)  CO2 (g) + SO2 (g)

Solución

Al igualar la ecuación

CS2 (l) + 3 O2 (g)  CO2 (g) + 2 SO2 (g)

1 mol de CS2

3 mol de gases · 6,02 · 1023 moléculas

mol

= 2,5 mol de CS2 x moléculas de gases

(4)

8. Si se hacen reaccionar 28,0 g de nitrógeno con 9,02 g de hidrógeno, la masa de amoníaco formada será:

Solución

De acuerdo a la ecuación:

N2 + 3 H2 2 NH3

1 mol de N2 · 28,0 molg

3 mol de H2 · 2,02 molg =

28,0 g de N2 x g de H2

x = 6,06 g de H2

Por lo tanto el nitrógeno es el reactivo limitante y el cálculo debe basarse en él:

1 mol de N2 · 28,0 molg

2 mol de NH3 · 17,1

g mol

= 28,0 g de N2 x g de NH3

x = 34,2 g de NH3

9. El metanol (CH3OH) puede ser oxidado a ácido fórmico (HCOOH) por oxígeno, de acuerdo a:

CH3OH + O2  HCOOH + H2O

Si 2,5 mol de metanol se hacen reaccionar con 1,2 · 1024 moléculas de oxígeno, la masa de HCOOH formada será:

Solución

La ecuación está igualada.

1 mol de CH3OH

1 mol de O2 · 6,02 · 1023 moléculasmol

= 2,5 mol deCH3OH x moléculas de O2

X = 1,5·1024 moléculas de O2

El reactivo limitante es el O2. Los cálculos deben basarse en el O2

1 mol de O2 · 6,02 · 1023 moléculasmol

1 mol de HCOOH · 46 molg =

1,2 · 1024 moléculas de O2

(5)

X = 91,7 g de HCOOH

10. Una de las preparaciones comerciales del oxígeno es la descomposición térmica, a 700ºC, del peróxido de bario de acuerdo a la siguiente ecuación química no igualada:

BaO2  BaO + O2

El volumen de oxígeno, en L, obtenido a 25ºC y 1 atm a partir de la descomposición de 500 kg de peróxido de bario es:

Solución

Al igualar la ecuación:

2 BaO2 2 BaO + O2

2 mol de BaO2 · 169,3 g mol

1 mol de O2 =

5 · 105 g de BaO2

x mol de O2

x = 1477 mol de O2

𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 𝑃

V = 1477 mol · 0,082

L · atm

mol · K · 298 K

1 atm = 36092 L de O2

11. Dada la siguiente reacción química:

Ca(OH)2 + 2 SO2  Ca(HSO3)2

Determine la masa, en g, de sulfito ácido de calcio obtenida al hacer reaccionar 64,8 g de hidróxido de calcio con 52,4 g de dióxido de azufre.

Solución

La ecuación está igualada.

1 mol de Ca(OH)2 · 74,1 molg

2 mol de SO2 · 64,0 molg

= 64,8 g Ca(OH)2 x g SO2

(6)

2 mol de SO2 · 64,0 molg

1 mol de Ca(HSO3)2 · 202,1 molg =

52,4 g de SO2

x g de Ca(HSO3)2

x = 82,7 g de Ca(HSO3)2

12. Considerando que todos los volúmenes están medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura determine el volumen de amoníaco producido al hacer reaccionar 3 L de hidrógeno con 2 L de nitrógeno.

3 H2(g) + N2(g)  2 NH3(g)

Solución

Según la ecuación, 3 mol de H2 reaccionan con 1 mol de N2 para producir 2 mol de NH3. De acuerdo a la Hipótesis de Avogadro esto implica que 3 volúmenes de H2 reaccionan con 1 volumen de N2 para producir 2 volúmenes de NH3, por lo tanto se puede decir que 3 L de H2 reaccionan con 1 L de N2 para producir 2 L de NH3 y queda 1 L de N2 sin reaccionar

13. La soda cáustica: NaOH, se prepara comercialmente mediante la reacción del carbonato de sodio con cal apagada, Ca(OH)2. Determine la masa de soda cáustica que se puede obtener al hacer reaccionar 50,0 kg de carbonato de sodio de 95,8 % de pureza con exceso de cal apagada.

Na2CO3 + Ca(OH)2 NaOH + CaCO3

Solución

Al igualar la ecuación:

Na2CO3 + Ca(OH)2 2 NaOH + CaCO3

1 mol de Na2CO3 · 106 g mol 2 mol de NaOH · 40,0 molg =

5 · 104 g de Na2CO3 impuro · 100 g de Na95,8 g de Na2CO3 puro 2CO3 impuro

x g de NaOH

x = 36150 g de NaOH = 36,2 kg de NaOH

14. Al calentar sulfuro de hierro (II) en presencia de oxígeno gaseoso se produce óxido de hierro (III) y dióxido de azufre. Determine la masa de óxido de hierro (III) producido al hacer reaccionar 240 g de sulfuro de hierro (II) de 87,2 % de pureza en exceso de oxígeno.

(7)

Solución

Al igualar la ecuación:

4 FeS + 7 O2  2 Fe2O3 + 4 SO2

4 mol de FeS · 87,9 molg

2 mol de Fe2O3 · 159,8 molg =

240 g FeS impuro · 100 g de FeS impuro87,2 g de FeS puro

x g de Fe2O3

x = 190 g de Fe2O3

15. El tetracloruro de titanio se oxida en presencia de oxígeno dando como productos dióxido de titanio y cloro:

TiCl4 + O2 TiO2 + 2 Cl2

Determine la pureza del tetracloruro de titanio empleado si al hacer reaccionar 4,00 toneladas de TiCl4 en exceso de oxígeno se obtuvo 1,40 ton de dióxido de titanio. (Suponga 100 % de rendimiento).

Solución

La ecuación está igualada.

1 mol de TiCl4 · 189,9 molg

1 mol de TiO2 · 79,9 molg

= x ton de TiCl4 · 10

6 g

ton 1,40 ton de TiO2 · 106 tong

x = 3,33 ton TiCl4 puro

3,33 ton TiCl4 puro 4,00 ton TiCl4 impuro

= x ton TiCl4 puro 100 ton TiCl4 impuro

x = 83,3 % de pureza

16. Al hacer reaccionar sulfuro de hidrógeno gaseoso con 2,10 Kg de una muestra que contiene plomo se obtienen 20 L de hidrógeno a 25ºC y 1 atm de presión, de acuerdo a la siguiente ecuación:

H2S + Pb  PbS + H2

Considerando 100 % de rendimiento determine el porcentaje de plomo en la muestra.

Solución

(8)

Primero determinamos la cantidad de hidrógeno que se obtiene:

n = P · V R · T

n = 1,00 atm · 20,0 L

0,082 mol · K · 298 KL · atm

= 0,82 mol de H2

1 mol de Pb · 207 molg

1 mol de H2

= x g de Pb

0,82 mol de H2

x = 170 g de Pb

170 g de Pb puro 2100 g de Pb impuro =

x g de Pb puro 100 g de Pb impuro

x = 8,10 % de pureza

17. Al calentar sulfuro de cinc en presencia de oxígeno se obtiene óxido de cinc y dióxido de azufre de acuerdo a la siguiente ecuación:

ZnS + O2  ZnO + SO2

Si al hacer reaccionar 400 g de ZnS en exceso de oxígeno se obtiene 200 g de ZnO, el rendimiento de la reacción es:

Solución

Al igualar la ecuación:

2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2

2 mol de ZnS · 97,4 g mol 2 mol de ZnO · 81,4 molg =

400 g de ZnS x g de ZnO

x = 334 g de ZnO

334 g de ZnO

100% rendimiento =

200 g de ZnO x

(9)

18. Al calentar el clorato de potasio se descompone en cloruro de potasio y oxígeno. Si al calentar 234 toneladas de clorato de potasio se obtuvo 120 toneladas de cloruro de potasio, determine el rendimiento de la reacción.

Solución

Se plantea e iguala la ecuación:

2 KClO3  2 KCl + 3 O2

2 mol de KClO3 · 122,6 molg

2 mol de KCl · 74,6 molg =

234 ton KClO3 x

X = 142 ton de KCl

142 ton KCl

100% rendimiento =

120 ton de KCl x

X = 84,5 % de rendimiento

19. El hidrógeno se puede obtener en el laboratorio haciendo reaccionar el hidruro de calcio con agua. Se obtiene, además, hidróxido de calcio.

Determine el volumen de hidrógeno obtenido, a 1,20 atm y 25,0ºC, al hacer reaccionar 250 g de hidruro de calcio con exceso de agua, si el rendimiento de la reacción es de 85,0 %.

Solución

Se plantea e iguala la ecuación:

CaH2 + 2 H2O  2 H2 + Ca(OH)2

1 mol de CaH2 · 42,1 molg

2 mol de H2

= 250 g de CaH2 x

x = 11,9 mol de H2

11,9 mol de H2

100% rendimiento=

x

85,0 % de rendimiento

x = 10,1 mol de H2

(10)

V = 10,1 mol · 0,082

L·atm

mol· K · 298 K

1,20 atm = 206 L de H2

20. Al hacer reaccionar óxido nítrico con oxígeno se obtiene dióxido de nitrógeno, de acuerdo a la siguiente ecuación no igualada:

NO + O2 NO2

Determine el volumen de dióxido de nitrógeno obtenido al hacer reaccionar 20 L de NO con 15 L de O2, si el rendimiento de la reacción es de 75 %. Considere que todos los gases están medidos en CNPT.

Solución

Al igualar la ecuación:

2 NO + O2  2 NO2

Si todos los gases están a las mismas condiciones de P y T, según Avogadro:

2 mol NO

1 mol O2

2 L NO 1 L O2 =

20 L NO x

x = 10 L de O2

Esto implica que NO es el reactivo limitante y los cálculos deben basarse en él.

2 L NO 2 L NO2=

20 L NO x

x = 20 L de NO2

20 L de NO2

100% rendimiento =

x

75% rendimiento

x = 15 L de NO2

21. El hidróxido de calcio es neutralizado por ácido nítrico para formar nitrato de calcio y agua: Ca(OH)2 + HNO3 Ca(NO3)2 + H2O

Si el rendimiento de la reacción es de 75 %. ¿Qué masa de hidróxido debe tratarse en exceso de ácido nítrico para obtener 1,5 ton de nitrato de calcio?

Solución

Al igualar la ecuación:

(11)

1,5 ton Ca(NO3)2

75% rendimiento =

x

100% rendimiento

x = 2,0 ton de Ca(NO3)2

1 mol de Ca(OH)2 · 74,1 molg

1 mol de Ca(NO3)2 · 164,1 molg =

x

2,0 ton de Ca(NO3)2

x = 0,90 ton de Ca(OH)2

22. El hidróxido de sodio se puede preparar mediante la reacción de carbonato de sodio con hidróxido de bario, obteniéndose, además, carbonato de bario.

Determine qué masa de carbonato de sodio debe tratar en exceso de hidróxido de bario para obtener 400 g de hidróxido de sodio, si el rendimiento de la reacción es de 92,3 %.

Solución

Se plantea e iguala la ecuación:

Na2CO3 + Ba(OH)2  2 NaOH + BaCO3

400 g de NaOH

92,3 % rendimiento=

x

100% rendimiento

x = 433 g de NaOH

1 mol de Na2CO3 · 106 molg

2 mol de NaOH · 40 molg =

x

433 g de NaOH

x = 574 g de Na2CO3

23. El cloro gaseoso se puede obtener mediante la acción del ácido clorhídrico sobre el dióxido de manganeso, obteniéndose, además, cloruro de manganeso (II) y agua.

Determine la cantidad mínima de MnO2 y de HCl que deberá hacer reaccionar para obtener 44,8 L de cloro medidos en CNPT si el rendimiento de la reacción es de 87,4 %.

Solución

Se plantea e iguala la ecuación:

(12)

44,8 L de Cl2

87,4 % rendimiento=

x

100% rendimiento

x = 51,3 L de Cl2

1 mol MnO2

1 mol Cl2 · 22,4 molL

= x

51,3 L de Cl2

x = 2,29 mol de MnO2

4 mol HCl

1 mol Cl2 · 22,4 molL

= x

51,3 L de Cl2

X = 9,16 mol de HCl

24. La obtención de níquel a partir de sulfuro de níquel se realiza en un proceso en dos etapas de acuerdo a las siguientes ecuaciones:

2 NiS(s) + 3 O2 (g) + calor  2 NiO(s) + 2 SO2 (g)

NiO(s) + C(s) + calor  Ni (s) + CO (g)

Si la primera reacción tiene un rendimiento de 65 %, la segunda tiene un rendimiento de 90 % y los reactivos son 100 % puros, determine la masa de níquel obtenida al hacer reaccionar 4,00 toneladas de sulfuro de níquel con exceso de oxígeno y de carbono.

Solución

Las ecuaciones están igualadas:

2 mol de NiS · 90,7 molg

2 mol de NiO · 74,7 molg =

4,00 ton NiS x

x = 3,29 ton NiO

3,29 ton NiO

100% rendimiento=

x

65% rendimiento

X = 2,14 ton NiO

1 mol de NiO · 74,7 molg

1 mol Ni · 58,7 molg =

(13)

x = 1,68 ton Ni

1,68 ton Ni

100% rendimiento =

x

90% rendimiento

x = 1,51 ton Ni

25. Al calentar 5,00 g de carbonato de amonio a 120ºC en un recipiente cerrado de 3,50 L se descompone completamente en amoníaco, dióxido de carbono y agua, de acuerdo a la siguiente ecuación:

(NH4)2CO3 (s)  2 NH3 (g) + CO2 (g) + H2O(g)

Considerando que la pureza del reactivo empleado es de 75,0 % y que el rendimiento de la reacción es de 85,6 % determine la presión parcial de cada uno de los productos formados.

Solución

La ecuación está igualada

1 mol de (NH4)2CO3 · 96,1 molg

4 moles de gases =

5,00 g de (NH4)2CO3 · 100 g de(NH75,0 g de(NH4)2CO3 puro 4)2CO3 impuro

x

x = 0,156 moles de gases

0,156 moles de gases

100% rendimiento =

x

85,6 % rendimiento

x = 0,134 moles de gases

P = n · R · T V

Ptotal=

0,134 mol · 0,082 L · atmmol ·K · 393 K

3,50 L = 1,23 atm

Pgas= Ptotal . gas

PNH3=1,23 atm ·

2 mol NH3

(14)

PCO2=1,23 atm ·

1 mol CO2

4 mol gases = 0,31 atm

PH2O=1,23 atm ·

1 mol H2O

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