Guía Reactivo limitante y rendimiento de una reacción.pdf

 MA  I N  NT    A  T  E      R     R    G   M   

   O     R      P

 E       D     

  I         O      

   S     C   I   A  C  I  A S  B Á  S  I 

 C     I     E    N  

Guía Reactivo limitante y rendimiento de una reacción

 A continua continuación, ción, se presentan presentan los siguientes ejercicios, de los cuales cuales sugerimos responde responderr el máximo posible y luego, junto a tu profesor(a), revisar detalladamente las preguntas más representativas, correspondientes a cada grado de dicultad estimada. Solicita a tu profesor(a) que resuelva aquellos ejercicios que te hayan resultado más complejos.

Ejercicios PSU

Para la solución de algunos de los ejercicios propuestos, se adjunta una parte del sistema periódico hasta el elemento Nº 20.

He

Masa atómica

1,0

3

2

Número atómico

1

H 4

5

6

7

4,0

8

9

10

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

6,9

9,0

10,8

12,0

14,0

16,0

19,0

20,2

Na

11

Mg

12

13

14

15

16

17

18

23,0

24,3

27,0

28,1

31,0

32,0

35,5

39,9

19

20

K

Ca

39,1

40,0

Al

Si

P

S

Cl

Ar 

        1         V         7         1         A             3         3         B         C         3         5         0         S         E         C         I         U         G

Cpech

1

Ciencias Básicas QUÍMICA 1.

El reactivo limitante es A) B) C) D) E)

2.

la sustancia que reacciona más lentamente. el reactivo que se consume antes que otros. el producto que reacciona y se transforma en reactivo. el reactivo que queda una vez que se completa la reacción. el estado de máxima energía que deben alcanzar los reactantes antes de transformarse en productos.

Cuando se trata el cobre (Cu) con ácido nítrico (HNO 3), se produce una reacción según la siguiente ecuación no balanceada: HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO + H2O ¿Cuántos mol de NO se pueden obtener si reaccionan 3 mol de cobre con 4 de ácido nítrico? A) B) C) D) E)

3.

1 mol 2 mol 3 mol 4 mol 5 mol

Para la siguiente ecuación química: 2 CO (g) + O 2 (g) → 2 CO 2 (g) ¿Cuántos litros de CO 2 se producirán si reaccionan 22,4 L de CO con 11,2 L de O 2 , en condiciones normales de presión y temperatura? A) B) C) D) E)

2

Cpech

11,2 L 22,4 L 33,6 L 44,8 L 67,2 L

GUÍA 4.

Dada la siguiente ecuación química: 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O () ¿Cuál de las siguientes combinaciones de reactivos permite obtener 72 g de H 2O ?

5.

Mol de O2

Mol de H2

A)

1

4

B)

1

6

C)

2

5

D)

3

3

E)

4

2

La siguiente ecuación muestra la síntesis del amoniaco (NH 3) a partir de nitrógeno e hidrógeno. N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH 3 (g) Si se dispone de 4 mol de N 2 y 6 mol de H 2, ¿cuántos mol de NH 3 se pueden formar? A) B) C) D) E)

6.

2 mol 4 mol 6 mol 8 mol 10 mol

Cuando reacciona cobre con ácido sulfúrico, se produce sulfato de cobre, agua y se libera dióxido de azufre, como se muestra en la siguiente ecuación no balanceada. Cu + H2SO4 → CuSO4 + H2O + SO2 ¿Qué cantidad de SO 2 se liberará si 2 mol de Cu reaccionan con 2 de H 2SO4? A) B) C) D) E)

22,4L 1,0 mol 128 g 48,0 g 2,0 mol

Cpech

3

Ciencias Básicas QUÍMICA

7.

Dada la siguiente ecuación: N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH 3 (g) ¿ Cuál de la siguientes combinaciones de nitrógeno (N 2) e hidrógeno (H 2), medidos en condiciones normales de presión y temperatura, producirá 3,4 kg de amoniaco (NH 3) ?

8.

N2 (L)

H2 (L)

A)

1500

11200

B)

2000

8960

C)

2500

6720

D)

3000

4480

E)

3500

2240

Dentro de un airbag existe una mezcla de NaN 3, KNO3 y SiO2. El primero se descompone a altas temperaturas, produciendo gas nitrógeno (N 2), de acuerdo a la siguiente reacción: 2 NaN3 → 2 Na + 3 N 2 Dos reacciones más son utilizadas para estabilizar algunos productos peligrosos que se generan, produciéndose además cantidades adicionales de gas nitrógeno: 10 Na + 2 KNO 3 → K2O + 5 Na2O + N2 K2O + Na2O + 2 SiO2 → K2O3Si + Na2O3Si Cuando un vehículo colisiona, se detona la descomposición de NaN 3, iniciándose esta serie de reacciones y llenándose el airbag con N 2. Los productos finales son silicatos altamente estables e inocuos. Si un airbag contiene 130 g de NaN 3 y cantidades suficientes de KNO 3 y SiO2, ¿qué volumen de gas nitrógeno se producirá en total al activarse esta serie de reacciones debido a una colisión? A) B) C) D) E)

4

Cpech

4,5 L 22,4 L 67,2 L 71,7 L 89,6 L

GUÍA

9.

La siguiente ecuación no balanceada representa la formación del ácido nítrico: N2O5 (s) + H2O () → HNO3 (ac) A partir de 108 g de N 2O5 y 36 g de H 2O, la cantidad de HNO 3 formado es A) B) C) D) E)

10.

0,5 mol 1,0 mol 1,5 mol 2,0 mol 3,0 mol

Un ingeniero quiere determinar la proporción más adecuada de dos reactivos que se usan en un proceso industrial, con el objetivo de minimizar las pérdidas. Para ello, pone 100 g de la sustancia 1 en 10 matraces y determina la masa de cada matraz con reactivo. A continuación, vierte distintas masas de la sustancia 2 en cada matraz, lo que produce una reacción con liberación de un gas. Una vez que se completa la reacción en cada matraz, vuelve a masarlos y determina por diferencia cuánto gas se desprendió. De acuerdo al experimento descrito, ¿cuál podría ser una conclusión apropiada? A) B) C) D) E)

11.

Los reactivos deben combinarse en una proporción 1:4 en masa. La masa de los productos debe ser igual a la masa de los reactantes. Para obtener mayor masa de producto se debe utilizar mayor masa de reactantes. Al aumentar la masa de la sustancia 2, aumentará el gas producido, hasta cierto límite. Las pérdidas de reactivos pueden minimizarse mediante una manipulación cuidadosa de los mismos.

El oxígeno (O 2) y el nitrógeno (N2) reaccionan según la siguiente ecuación no balanceada: O2 + N2 → N2O5 Si se dispone de volúmenes iguales de ambos gases, es correcto afirmar que I) II) III)

O2 es el reactivo en exceso. N2 es el reactivo limitante. O2 determina la cantidad de producto formado.

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III

Cpech

5

Ciencias Básicas QUÍMICA

12.

Un investigador prepara una disolución de ácido clorhídrico (HCl) 1 M y pone 100 mL de ella en tres vasos de precipitado. Mide la masa de cada vaso con ácido, la registra y a continuaci ón masa tres muestras de aproximadamente 5 g de bicarbonato de sodio (NaHCO 3). Luego deposita una muestra de bicarbonato en cada vaso y permite que se lleve a cabo la siguiente reacción hasta que deje de producirse gas: NaHCO3 (s) + HCl (ac) → NaCl (ac) + H2O () + CO2 (g) Finalmente vuelve a masar los vasos y determina la masa de CO 2 liberada por diferencia, como se muestra en la siguiente tabla: Masa vaso

Masa

Masa vaso

Masa después de

Masa de

Masa teórica de

Rendimiento

+ HCl (g)

NaHCO3 (g)

+ HCl + NaHCO3 (g)

la reacción (g)

CO2 (g)

CO2 (g)

(%)

254,210

5,002

259,212

257,430

1,782

2,620

68

248,534

4,995

253,529

251,776

1,753

2,616

67

251,823

5,106

256,929

255,057

1,872

2,674

70

Con respecto al enunciado, se puede afirmar que contiene A) B) C) D) E)

13.

una serie de observaciones y la pregunta científica derivada de ellas. el objetivo de una investigación y sus conclusiones. los antecedentes de un problema científico y la hipótesis para explicarlo. un procedimiento experimental y sus resultados. las conclusiones obtenidas de un procedimiento experimental.

El ácido bromhídrico (HBr) y el ácido sulfúrico (H 2SO4) reaccionan según la siguiente ecuación: H2SO4 + 2 HBr → SO2 + Br 2 + 2 H2O Considerando que la reacción tiene un rendimiento del 90%, ¿cuántos mol de Br 2 se obtendrán a partir de 6 mol de HBr? A) B) C) D) E)

6

Cpech

2,7 mol 3,0 mol 5,4 mol 6,0 mol 10,8 mol

GUÍA

14.

En el laboratorio se puede preparar amoniaco (NH 3) tratando cloruro de amonio (NH 4Cl) con hidróxido de sodio (NaOH), de acuerdo a la siguiente ecuación balanceada. NH4Cl (ac) + NaOH (ac) → NaCl (ac) + H 2O () + NH3 (g) Al respecto, ¿cuál de las siguientes combinaciones de NH 4Cl y NaOH produce 510 g de NH 3?

15.

NH4Cl (g)

NaOH (g)

 A)

3500

800

B)

2800

1200

C)

1600

1400

D)

1000

2800

E)

800

3000

La siguiente ecuación no balanceada representa la obtención de hipoclorito de sodio (NaCIO) a partir de cloro gaseoso (CI 2). Cl2 (g) + NaOH (ac) → NaCl (ac) + NaClO (ac) + H 2O () Si la reacción tiene un rendimiento de 80% y se requiere obtener 4 mol de NaClO, ¿cuántos mol de Cl2 y NaOH se necesitan? Cl2

NaOH

 A)

3,2 mol

6,4 mol

B)

4,0 mol

4,0 mol

C)

4,0 mol

8,0 mol

D)

5,0 mol

5,0 mol

E)

5,0 mol

10,0 mol

Cpech

7

Ciencias Básicas QUÍMICA 16.

El amoniaco (NH 3), utilizado principalmente como base para fertilizantes, se forma a partir de nitrógeno (N2) e hidrógeno (H 2) mediante la siguiente ecuación. N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH 3 (g) Si se dispone de 44,8 L de N 2 y 33,6 L de H 2, a 1 atm y 0 ºC, ¿qué volumen de NH 3 se obtendrá? A) B) C) D) E)

17.

11,2 L 22,4 L 33,6 L 44,8 L 67,2 L

La siguiente imagen muestra algunas de las principales reacciones involucradas en el proceso de lluvia ácida. 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)

SO2

SO3 SO3(g) + H2O(I) → H2SO4(ac)

CO2

H2SO4 SO2

H2CO3 CO2(g) + H2O(I) →H2CO3(ac)

Figura Nº 1: archivo Cpech

Al respecto, ¿cuántos mol de ácido sulfúrico (H 2SO4) se formarán a partir de 192 g de dióxido de azufre (SO2)? A) B) C) D) E)

8

Cpech

1,5 mol 2,0 mol 3,0 mol 5,0 mol 6,0 mol

GUÍA 18.

La siguiente figura representa la formación de ácido clorhídrico a partir de cloro e hidrógeno gaseosos.

Cl

Cl

+

H

Cl

H

Cl

H H

Figura Nº 2: archivo Cpech

Se puede afirmar que para producir 1 mol de HCl, a 0 ºC y 1 atm, se necesitan I) II) III)

1 mol de Cl 2 y 1 mol de H 2 11,2 L de Cl 2 y 11,2 L de H 2 71 g de Cl 2 y 2 g de H 2

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

19.

solo I. solo II. solo III. solo I y II. I, II y III.

La siguiente figura representa una reacción no balanceada de formación del amoniaco (NH 3):

N

N

+ N

N

H H

H H

H H

H N H

H H N H

H

Figura Nº 3: archivo Cpech

Con relación a la figura, es correcto afirmar que A) B) C) D) E)

se cumple la ley de conservación de la masa. H2 es el reactivo en exceso. H2 es el reactivo limitante. N2 se consume completamente. H2 no se consume completamente.

Cpech

9

Ciencias Básicas QUÍMICA 20.

Para la reacción N2 + 3 H2

→

2 NH3

Si se dispone de 3 mol de gas nitrógeno (N 2) y 10 mol de gas hidrógeno (H 2), ¿cuántos gramos de amoniaco (NH 3) se formarán? A) B) C) D) E)

21.

6,0 g 18,0 g 56,7 g 102,0 g 113,4 g

Dada la reacción SiO2  + C → SiC + CO Si se tienen 3 gramos de dióxido de silicio (SiO 2) y 4,5 gramos de carbono (C), ¿cuál es el reactivo limitante? A) B) C) D) E)

10

Cpech

Dióxido de silicio (SiO2) Carbono (C) Carburo de silicio (SiC) Monóxido de carbono (CO) No existe reactivo limitante

GUÍA 22.

Se dispone de los reactantes representados en la siguiente figura:

O

H

O

H

C

H

H

+ H H

O

O

C

H

H

O O

Figura Nº 4: archivo Cpech

Considerando que en presencia de suficiente oxígeno (O 2) se produce la combustión completa del metano (CH 4), liberándose dióxido de carbono (CO 2) y agua (H 2O), a partir de la figura es correcto afirmar que  A) B) C) D) E)

23.

CH4 es el reactivo limitante. hay un exceso de O 2. O2 limita la reacción. se producirán 2 moléculas de CO 2. los reactivos están en cantidades estequiométricas.

La siguiente ecuación representa la combustión del metano (CH 4): CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O () Al respecto, ¿cuál de las siguientes combinaciones de reactantes produce una mayor liberación de CO2? CH4(g)

O2 (g)

 A)

64

16

B)

60

32

C)

48

48

D)

32

60

E)

16

64

Cpech

11

Ciencias Básicas QUÍMICA

24.

Para la siguiente ecuación química balanceada 4 HCl + O 2 → 2 Cl2 + 2 H2O Partiendo de 29,2 g de HCl y con suficiente O 2, ¿cuál es la masa de Cl 2 que se obtendrá si el rendimiento de la reacción es del 36%? A) B) C) D) E)

25.

La glucosa de la uva (C 6H12O6) fermenta por la acción de una levadura y se transforma en alcohol (etanol, C2H6O) y en dióxido de carbono (CO 2), transformando el mosto en vino. Si la reacción que se produce tiene un rendimiento del 75%, ¿cuál es la masa de alcohol que se obtiene a partir de 1,440 kg de glucosa? A) B) C) D) E)

12

Cpech

0,8 g 2,0 g 10,2 g 28,4 g 142,0 g

46 g 92 g 552 g 736 g 55200 g

GUÍA

Tabla de corrección

Ítem

Alternativa

Habilidad

Difcultad estimada

1

Reconocimiento

Fácil

2

Aplicación

Media

3

Comprensión

Fácil

4

 ASE

Media

5

 ASE

Media

6

Aplicación

Media

7

 ASE

Media

8

Aplicación

Difícil

9

Aplicación

Media

10

 ASE

Difícil

11

Aplicación

Media

12

Comprensión

Media

13

Aplicación

Media

14

 ASE

Media

15

Aplicación

Difícil

16

 ASE

Media

17

Aplicación

Difícil

18

Aplicación

Media

19

 ASE

Media

20

 ASE

Media

21

 ASE

Media

22

 ASE

Media

23

 ASE

Media

24

Aplicación

Media

25

Aplicación

Media

Cpech

13

Ciencias Básicas QUÍMICA

Resumen de contenidos

Reactivos limitante y en exceso El reactivo limitante es aquel que limita la reacción, es decir, una vez que este reactivo se acaba, termina la reacción. Los reactivos que sobran se llaman reactivos en exceso (excedentes). Por lo tanto, la cantidad de producto que se forme depende de la cantidad de reactivo limitante. Por ejemplo, en la siguiente reacción ficticia, A es el reactivo limitante que determina la cantidad del producto AB que puede formarse, mientras que B es el reactivo en exceso.

+

+ 3A

5B

3 AB

2B

Figura Nº 5: archivo Cpech Rendimiento de una reacción

En general, cuando se produce una reacción química se obtienen menores cantidades de producto de las que cabría esperar teóricamente por la estequiometría de la reacción. Los motivos son diversos y entre ellos se pueden mencionar: • • •

La reacción se produce en condiciones inadecuadas. Se pierde algo de la sustancia al manipularla. Existen reacciones alternativas o secundarias que dan lugar a productos no deseados.

 Además, hay muchos casos en los que la conversión de reactivos en productos no es total por razones energéticas, independientemente de que se den las circunstancias anteriores. Los rendimientos cercanos al 100% son denominados cuantitativos; los rendimientos sobre el 90% se designan excelentes; los rendimientos sobre el 80%, muy buenos, sobre el 70% son buenos; alrededor del 50% son regulares; y debajo del 40% son pobres. Rendimiento de la reacción

14

Cpech

=

Rendimiento real Rendimiento teórico

x 100%

GUÍA

Estrategia de s íntesis Identifica el reactivo limitante y en exceso en las siguientes situaciones: 1.

Para realizar una figura de cheerleader   se necesitan 2 hombres para levantar a 1 mujer. El grupo de cheerleaders se compone de 20 hombres y 20 mujeres.

Reactivo limitante: ____________________________________________________  Reactivo en exceso: __________________________________________________ 

2.

Para la comida de una persona en un asado se considera un plato que contenga 250 g de lomo vetado, 1 longaniza, 1 truto de pollo y 2 papas. Se compran 5 kg de lomo, una bolsa de 20 longanizas, 20 trutos de pollo y una malla que contiene 30 papas.

Reactivo limitante: ____________________________________________________  Reactivo en exceso: __________________________________________________ 

Cpech

15

_____________________________________________________ Han colaborado en esta edición:  Directora Académica Paulina Núñez Lagos  Directora de Desarrollo Académico e Innovación Institucional  Katherine González Terceros  Equipo Editorial  Patricia Cortez Gallardo Claudia Tapia Silva  Equipo de Corrección Idiomática Paula Santander Aguirre  Equipo Gráfco y Diagramación Vania Muñoz Díaz Tania Muñoz Romero Elizabeth Rojas Alarcón  Imágenes Banco Archivo Cpech

El grupo Editorial Cpech ha puesto su esfuerzo en obtener los permisos correspondientes para utilizar las distintas obras con copyright   que aparecen en esta publicación. En caso de presentarse alguna omisión o error, será enmendado en las siguientes ediciones a través de las inclusiones o correcciones necesarias.

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