ESTEQUIOMETRIA
1.- Un determinado cohete utiliza butano, C4H10, como combustible. ¿Cuántos Kg de oxígeno líquido, O2, deben llevarse para la combustión completa de 1 Kg de butano? ¿Cuántos litros de CO2, en C.N., se generan?
C4H10 + O2 --- CO2 + H2O M.= C4H10 = 58 O2 = 32
R= 3,59Kg-1544,8 l 2.- Entre los métodos comerciales para producción de hidrógeno se encuentran: a) Reacción de hidrocarburos con vapor de agua, usando níquel como catalizador. Ej.:
CH4 + H2O --- CO + H2 b) Reacción de carbón caliente con vapor de agua:
C + H2O --- CO + H2
Si se necesita producir 300 l de H2 medidos en condiciones normales: a) Qué cantidad en gramos de cada uno de los reactivos se requerirán en cada método? b) Cuántas moléculas de CO se producen en cada caso?
M.: CH4 = 16 C= 12 H2O= 18 R:a) 71,4 g CH4 80,4 g C 160,7 g C 241,1 g H2O b) 26,9 x 102 3 80,6x102 3
3.- En una nave espacial tripulada es necesario remover el CO2 exhalado por la tripulación. A continuación se dan tres reacciones químicas que cumplan este propósito:
Na2O2 + CO2 --- Na2CO3 + O2 Mg(OH)2 + CO2 --- MgCO3 + H2O LiOH + CO2 --- Li2CO3 + H2O
Cuál de los tres reactivos será el más conveniente para la eliminación del CO2 producido por dos astronautas en un viaje espacial de 30 días, sabiendo que cada astronauta exhala 1 Kg de CO2 por día. Use como criterio el peso mínimo de reactivo.
M.= Na2O2= 78 Mg(OH)2= 58 LiOH= 24 CO2= 44
R: LiOH (65,45 Kg) 4.- El SO2 es un contaminante atmosférico que se genera cuando se queman combustibles que contienen azufre. Suponga que una planta termoeléctrica utiliza fuel-oíl como combustible en sus calderas. La emisión de SO2 fue de 44x103 Kg/día. a) Cuántos Kg. de azufre fueron quemados durante el proceso? b) Si el fuel-oíl tiene un contenido de 0,7% en masa de azufre, qué cantidad en Kg. de combustible fue utilizado?
S + O2 --- SO2
R: a) 22x103 Kg b) 31,4x105 Kg 5.- Entre los métodos de laboratorio para la obtención de oxígeno se encuentran: a) Descomposición de peróxido de hidrógeno, usando MnO2 como catalizador:
b) Reacción de peróxido de sodio con agua:
Na2O2 + H2O --- NaOH + O2
Si se dispone de 100 g de agua oxigenada con un contenido de H2O2 de 3% en masa y de 100 g de Na2O2, Cuál de los dos métodos generaría mayor cantidad de litros de O2 medidos en condiciones normales? M.: H2O2= 34 Na2O2=78
R: Na2O2 (14,4 l) 6.- El amoníaco (NH3 M: 58) puede obtenerse mediante la reacción de nitruro de magnesio (Mg3N2 M:100) y agua (M:18), de acuerdo a la siguiente reacción:
Mg3N2 + H2O --- Mg(OH)2 + NH3
Determinar, en cada uno de los siguientes casos: reactivo limitante, cantidades en gramos, del exceso, gramos de Mg(OH)2 producidos y litros de NH3 medidos en condiciones normales.
a) se mezclan 0,2 moles de Mg3N2 y 21,6 g de agua b) se mezclan 10 g de Mg3N2 y 60 g de agua
c) se mezclan 10 g de Mg3N2 y 3x1023 moléculas de agua
d) se mezclan 10 g de una muestra que contiene 70% en peso de Mg3N2 y 8 g de agua.
R:a) sin exceso- 34,8g- 8,16 l b) 49,2 ex.agua- 17,4g- 4,48 l c) 1,69 ex.Mg3N2-14,45g-3,72 l d) 0,44 ex.agua- 12,18g- 3,14 l 7.- La combustión de la gasolina se puede representar mediante la ecuación:
C8H18 + O2 --- CO2 + H2O
Determine las cantidades en gramos de cada uno de los productos que se generan a partir de 10 g de octano y 30 l de oxígeno medidos en condiciones normales.
M: C8H18= 114 CO2= 44 H2O= 18
R: 30,88 g CO2- 14,21 g H2O 8.- Un proceso industrial utiliza gas propano, C3H8, como combustible, haciéndolo reaccionar con aire caliente ( considere que el aire contiene 21% en masa de O2):
C3H8 + O2 --- CO2 + H2O
Si se disponen de 200 l de propano medidos en condiciones normales y 10 Kg de aire, determine: a) Producción de CO2, en litros medidos en C.N.. b) Producción de H2O, en moléculas.
M: H2O = 18
R: 600 l - 5215x1023 9.- El hierro se puede obtener mediante la reacción del mineral hematita, Fe2O3 , con coque o carbón. Siendo usted el superintendente de un alto horno se le informa que hay en existencia 20,5x103 Kg de Fe2O3 y 2,84x103 Kg de C. a) Cuál pedido ordenará usted primero: uno de mineral o uno de coque? b) Cuántos Kg de hierro se pueden preparar con los materiales disponibles?
Fe2O3 + C --- CO2 + Fe M: Fe2O3= 160 C= 12 Fe= 56
R: a) Fe2O3 - b) 14,35x103 Kg 10.- La reducción de Cr2O3 procede según la siguiente reacción:
Si se dispone de 40 g de una muestra constituida por Cr2O3, Al y materias inertes, la cual contiene 38% en masa de Cr2O3 y 28% en masa de materias inertes, determine el peso de Cr que se puede formar.
M: Cr2O3= 152 Al= 27 Cr= 52
R: 10,4 g 11.- El ácido acetil salicílico (aspirina) se puede preparar mediante la reacción:
C7H6O3 + C4H6O3 --- C9H8O4 + H2O
Qué cantidad en gramos de los reactivos deberán emplearse a fin de producir 27 g de aspirina, si se sabe que el anhídrido acético ( C4H6O3 M: 102 ) se usará con 50% en exceso?
M: C7H6O3= 138 C9H8O4 (aspirina)= 180
R: 20,7 g -- 11,48 g 12.- Se desea determinar el contenido de plata en una moneda que pesa 5,82 g. Se disuelve apropiadamente la moneda y se agrega cloruro de sodio a fin de precipitar la plata como cloruro de plata:
Ag+ + NaCl --- AgCl + Na+
El cloruro de plata formado pesó 7,2 g. Cuál era el % en masa de plata de la moneda?
M: AgCl= 144 Ag= 108
R: 92,78% 13.- A temperaturas elevadas el óxido de plata (Ag2O) se descompone en plata metálica y oxígeno gaseoso. Una muestra impura de óxido de plata con una masa de 1,6 g produce 72,1 ml de O2 medidos en condiciones normales. Con esta información calcule el % de Pureza del Ag2O en la muestra.
M: Ag2O= 232
R: 93% 14.- El Vanadio se utiliza en la fabricación de aceros especiales debido a que aumenta la ductilidad y resistencia a la tracción del acero. La reacción para la producción del metal a partir del mineral de vanadio es la siguiente:
V2O5 + C --- V + CO2
Suponga que Ud. dirige el departamento de metalurgia del Vanadio en una industria metalúrgica. Se dispone de un lote de 5 Kg de una muestra de V2O5 al 85% de pureza y un lote de 5 Kg de coque con un 48% en peso de C. Si su industria recibe un pedido de 2 Kg de Vanadio. Está su empresa en capacidad de cumplir con ese pedido con la materia prima existente? (suponga que no ocurren pérdidas del producto)
M: V2O5=182 V= 51 C= 12
R:Sí, puede producir hasta 2,38 Kg 15.- Cuando se mezclan N2 y H2, ambos gaseosos, a temperaturas y presiones elevadas, se genera amoníaco (NH3 M: 17). Suponga que 100 g de Nitrógeno y 25 g de hidrógeno produjeron 65 g del producto. ¿Cuál fué el % de rendimiento de la reacción?
M.: N2= 28 H2= 2
R: 53,5% 16.- El gas metano (CH4 M: 16), componente principal del gas natural que se desprende en las refinerías petrolíferas, es un valioso combustible utilizado ampliamente como fuente de energía doméstica. También se utiliza como materia
prima para la fabricación de numerosos productos químicos. En el laboratorio, el metano se obtiene tratando carburo de aluminio con agua:
Al4C3 + H2O --- CH4 + Al(OH)3
Suponga que una industria química dispone de un lote de 750 g de carburo de aluminio al 75% de pureza. Se estima que en el proceso de recolección del gas metano se origina una pérdida de 15% del gas. La industria recibe un pedido de 170 Kg de metano. Con la materia prima existente, está su empresa en capacidad de producir esa cantidad?
M.: Al4C3= 144
R: No, solo 159 Kg 17.- A un estudiante se le asigna una muestra de masa desconocido que contiene oro (Au M.: 197), la cual fué seleccionada entre un grupo de tres alternativas de masas diferentes. Se sabe que la muestra tiene 62,5% de pureza en oro y que existe suficiente cantidad de HCl y HNO3 para efectuar:
Au + HNO3 + HCl --- AuCl4H + H2O + NO2
Si la reacción ocurre con un 90% de rendimiento y se recogen 30,7 l de gas NO2 medidos en C.N. , determine cuál de las siguientes cantidades le fué asignada al estudiante:
muestra A: 210 g; muestra B: 190 g; muestra C: 160 g
R: muestra C 18.- Para la fabricación de blindajes, proyectiles y cajas de seguridad se utilizan aceros especiales que presentan gran dureza, tenacidad y resistencia. Este tipo de aceros contiene cromo, metal caracterizado por su gran dureza. El cromo se prepara reduciendo el óxido correspondiente con aluminio:
Cr2O3 + Al --- Cr + Al2O3
Se necesitan 200 g de cromo para ser utilizado en la fabricación de acero especial. Cuántos gramos de Cr2O3 y cuántos gramos de aluminio deben ser utilizados, tomando en cuenta que la reacción procede con un 90% de rendimiento y que debe quedar un exceso de 16% de Al ? .
M.: Cr2O3= 152 Al= 27 Cr= 52 Al2O3= 102
R: 324,8 g - 133,8 g Al 19.- La glicerina (C3H8O3 M.: 92) es un líquido viscoso con variadas aplicaciones. En farmacia se utiliza en la composición de diferentes medicamentos; en perfumería, para la fabricación de cosméticos debido a sus propiedades suavizantes. Su principal aplicación, sin embargo, es en la preparación de materias explosivas a base de nitroglicerina C3H5(NO3)3 M.: 227), sustancia que explota muy fácilmente y que por ser muy difícil de manejar se hace necesario mezclarla con materiales inertes para atenuar su potencia (dinamita). Se requieren 500 g de nitroglicerina a fin de producir la dinamita necesaria para la voladura de un puente. Cuántos gramos de glicerina y cuántos gramos de ácido nítrico se requieren, sabiendo que el ácido se usará en un 35% en exceso y que la reacción tiene un rendimiento de 90% ?
C3H8O3 + HNO3 --- C3H5(NO3)3 + H2O M.: HNO3= 63
R: 225,2 g Gli.- 624,5 g Ac. 20.- Para la fabricación de los tipos de las imprentas se utilizan aleaciones que contienen antimonio (Sb M.: 122) , debido a que este metal tiene la particularidad de dilatarse cuando se solidifica, permitiendo así una clara impresión de los tipos. El origen principal del antimonio es el sulfuro ( Sb2S3 M.: 340), mineral negro
denominado estibina. Para la obtención del metal, el mineral se somete primeramente a un proceso de tostación:
Sb2S3 + O2 --- Sb2O4 + SO2 El óxido metálico resultante se reduce en presencia de carbón:
Sb2O4 + C --- Sb + CO
Un lote de 55 Kg de mineral estibina impura se somete al tratamiento antes señalado, obteniéndose 21,5 Kg de antimonio metálico . ¿ Cual era el % de pureza de la estibina? suponga que no hubo pérdidas de productos en ninguna fase del proceso.
M.: Sb2O4 = 308 Sb = 122
R:54,5% 21.- La blenda (ZnS M.: 97) es uno de los minerales de cinc más comunes en la naturaleza. En la metalurgia del cinc, el mineral se somete primeramente a un proceso de tostación:
ZnS + O2 --- ZnO + SO2
El óxido de cinc así producido se reduce posteriormente en presencia de carbón: ZnO + C --- Zn + CO
¿Cuantos gramos de cinc se podrán obtener con 11 Kg de ZnS y 9 Kg. de coque al 70% en masa de C, sabiendo que el rendimiento de la primera reacción es del 85% y el de la segunda es 93%?
M.: O2= 32 ZnO= 81 C= 12 Zn= 65
R: 5,70 g 22.- El bismuto metálico se puede preparar calcinando primero el mineral sulfuro ( Bi2S3 M.: 514) hasta óxido ( Bi2O3 M.: 466), y luego tratando el óxido con carbón:
Bi2S3 + O2 --- Bi2O3 + SO2
Bi2O3 + C --- Bi + CO
a) Suponiendo un exceso de oxígeno y de carbón, calcule la masa de bismuto y de monóxido de carbono que se origina a partir de 1 Kg de Bi2S3 .
R: 813 g - 163 g b) Suponiendo un exceso de oxígeno, pero sólo 60 g de carbón, determine la masa de bismuto que se origina a partir de 1 Kg de Bi2S3
R: 697 g Bi c) Suponiendo un exceso de oxígeno, 60 g de carbón, y un % de rendimiento para la primera reacción de 75%, determine la masa del bismuto que se origina a partir de 1 Kg de Bi2S3.
M.: Bi= 209 CO= 28 C= 12
R: 609,9 g Bi 23.- Una mezcla de sulfuro de cinc ( ZnS M.: 97,5) y sulfuro de magnesio ( MgS M.: 53,4) al quemarse completamente en atmósfera de oxígeno, produce ZnO , MgO y SO2 gaseoso. La mezcla inicial tenía una masa de 10 g y el SO2 total obtenido fué de 3,72 l medidos en condiciones normales. Cuál era la cantidad en gramos de ZnS en la mezcla original?
R: 2,53 g 24.- Una mezcla de fosfuro de calcio (Ca3P2 M.: 182) y carburo de aluminio (Al4C3 M.: 144) con una masa de 5 g, al tratarse con agua produce una mezcla de
hidróxido de calcio (Ca(OH)2), hidróxido de aluminio Al(OH)3) y los gases fosfina ( PH3 ) y metano( CH4 ).
La fosfina y el metano ocuparon un volumen de 1,89 l medidos conjuntamente en condiciones normales. Determine el % en masa de carburo de aluminio en la mezcla original.
R: 58,2% 25.- Una mezcla de 1 g de óxido cuproso ( Cu2O M.: 143 ) y óxido cúprico ( CuO M.: 79,5 ) fué cuantitativamente reducida a 0,84 g de cobre metálico ( Cu M.: 63,5 ). Determine el % en peso de CuO en la mezcla original.
R: 56% 26.- El magnesio ( Mg M.: 24 ), uno de los metales de más baja densidad, se utiliza en muchas aleaciones especiales. Por ejemplo, el material denominado magnalio es una aleación de magnesio, cobre y aluminio, caracterizado por ser más liviano, duro, resistente y fácil de trabajar que el aluminio puro, de allí que se emplee frecuentemente en la fabricación de aeroplanos. En la naturaleza el magnesio no se presenta en forma libre sino formando parte de diversos minerales como la Giobertita ( MgCO3 M.: 84 ). Para la obtención de Mg a partir de este mineral se utiliza el siguiente proceso:
MgCO3 --- MgO + CO2 MgO + CaC2 --- Mg + CaO + CO
Para la fabricación de piezas para aeroplanos se desea preparar magnalio con un contenido de Mg del 12% en masa. Se dispone de 1000 Kg de giobertita impura al 80% de pureza y de 1000
Kg de carburo de calcio (CaC2 M.: 64) impuro al 60% de pureza. Suponga que la primera reacción presenta una pérdida del producto del 14% en peso y que la segunda reacción ocurre con un 79% de rendimiento. Qué cantidad, en Kg. de magnalio, se puede preparar?
M.: MgO= 40
R: 1294 kg 27.- Una mezcla de NaCl y NaBr se disuelve en agua y se trata con AgNO3 para dar un precipitado de AgCl y AgBr.
NaCl (ac) + AgNO3 (ac) --- AgCl (s) + NaNO3 (ac) NaBr (ac) + AgNO3 (ac) ---AgBr (s) + NaNO3 (ac)
La masa de la mezcla sólida de AgCl y AgBr fué de 10 g. Esta mezcla se calienta en corriente de cloro (Cl2), originándose la siguiente reacción:
AgBr + Cl2 --- AgCl + Br2
Después de efectuada esta reacción se encontró qué la masa del sólido fué de 8 g (AgCl total). ¿Cuál era la masa de NaBr en la mezcla original?
M.: AgCl= 143 AgBr= 188 NaCl=58,5 NaBr= 103
