Relaciones de Masa y Reacciones Quimicas

 

Relaciones de Masa y Reacciones Qu ímicas Químicas

Universidad de Puerto Rico Recinto de Mayagüez Curso Química General I Dra. Jessica Torres

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Temas: • Peso Peso fórm fórmula ula,, peso peso molecu molecular  lar   – Calculo de peso formula y peso molecular   – Por ciento de Composición Composición

• C teo dede átAvogadro omos  –on Numero  – Calculo de masa ßà # moles ßà # partículas

• Cálcul Cálculo o de formul formula a emp empíri írica ca y m mole olecul cular  ar  • Reacci Reaccione ones s y ecuac ecuacion iones es q qu uímicas ímicas  –  –  –  –

Ecuación química coeficientes estequiométricos Balanceo de ecuaciones Tipos de reacciones reacciones

• Este Estequ quio iome metr tría ía  – Cantidades de reactivos o productos que participan en una reacción  – Reactivo limitante limitante  – Por ciento de Rendimiento Rendimiento 2

 

Peso Fórmula • El Peso Fórmula de una sustancia es la suma de los pesos de los los átomos en su fo formula rmula química. química. Ejemplo: Calcula el peso formula (PF) de C 2 H 6 . PF = 2(peso atómico C) + 6(peso atómico H) = 2(12.0 2(12.01 1 uma) uma) + 6(1.0 6(1.01 1 uma) uma) = 30.0 30.08 8 uma uma Ejemplo: Calcula Calcula el peso formula formula (PF) de Mg(NO3 )2 . PF = 1(pes 1(peso o at. Mg) + 2(1) 2(1)(pe (peso so at. N) N) + 2(3)(p 2(3)(peso eso at. O) O) = 1(24.3 1(24.30 0 uma) uma) + 2(14.01 2(14.01 uma) uma) + 6(16.00 6(16.00 uma) uma) = 148. 148.32 32 uma

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Peso Fórmula y Peso Molecular • El p peso eso ffórmu órmula la s se e usa comúnm comúnment ente e al h habla ablar  r  de compuestos iónicos. • Gen Genera eralm lmen ente te se se us usa a el térm términ ino o Peso Molecular al hablar del peso fórmula de una molécula.  – La distinción en nombres se hace porque la formula química de una molécula representa la molécula completa.  – Sin embargo, p para ara compuestos iónicos iónicos la formula química representa la proporción de catión y anión en la red cristalina. El peso formula realmente expresa el peso de la unidad fórmula. fórmula. 4

 

Por ciento de Composición El por ciento de composición representa el porcentaje en masa de cierto elemento en una sustancia. Num. átomos Num. átomos del elemento

% elemento =

Peso áto Peso átomic mico o del elemento

Peso Fórmula del Compuesto

´

100

Ejemplo: Calcula el por ciento de cada elemento en CO2 . Peso molecular CO2  es 44.01 44.01 uma uma..

%C =

%O =

(1)(12.01uma) 44.01uma

(2)(16.00uma ) 44.01uma

´

´

100 = 27.29%

100 = 72.71% 5

Conteo de Átomos • Los proce proceso sos sq quím uímic icos os que observamos requieren mucho muc ho más que un áto átomo mo o una molécula. • Se ut util iliz iza a lla ac cant antid idad ad de mol para indicar un grupo grande gran de de átomos átomos o de moléculas, específicamente, el número de Av Avoga ogadro: dro:

1 mol = 6.022

1023 partículas

6

 

Conteo de Átomos 1023 partículas

1 mol = 6.022

Podemos utilizar Podemos utilizar la relaci relación ón entre entre mol y números números de partículas como un factor de conversión. Ejemplo: Calcul Ejemplo: Calcula a cuantos cuantos átomos átomos de Au hay en 0.500 0.500 moles moles de Au. =

0.500mol ´

6.022 ´10

23

átomos

1mol 

=  3.01´1023 átomos de Au

7

Conteo de Átomos 1 mol = 6.022

1023 partículas

Podemos Pode mos utilizar utilizar la relaci relación ón entre entre mol y números números de partículas como un factor de conversión. Ejemplo: Calcula cuantos moles componen 3.00 10 25  áto átomos mos de de Au. =

3.00 ´ 10

25

átomos ´

1mol  6.022 ´ 10

23

átomos

=  50.0 moles de Au

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Masa molar La masa masa de un so solo lo átom átomo oo mo molé lécu cula la e en n um uma aigual es a la numéricamente masa ma sa en gra gramo mos sd de e 1 mo moll del mismo. (Unidades g/mol) Elemento/ Molécula

Masa de 1 Átomo/Molécula

Masa de 1 mol de Átomos/Moléculas

H

1.01 1.01 uma uma

1.01 gramos

O

16.0 16 .00 0 uma uma

16.00 gramos

H2O

18.0 18 .02 2 uma uma

18.02 gramos

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Relación de Masa, Mol y Nú Núm mero de Partículas Ejemplo: Calcula la masa de 3.25 moles de amoniaco (NH 3 ). Estrategia: 1.

Calc Calcul ula a la la mas masa a mol molar ar de NH 3. Masa molar = 14.01 14.01 g/mol + 3(1.01) g/mol g/mol Masa molar = 17.04 g/mol

2.

Uti Utiliz liza a la masa masa molar molar como como facto factorr de conver conversi sión. ón. 3.25molesNH 3 ´

17.03 gNH 3     1molNH 3

=

55.35 gNH 3 10

 

Relación de Masa, Mol y Nú Número de Partículas Ejemplo: Calcula los moles de CO 2  11.2 g del gas. Estrategia: 1.

Calc Calcul ula a la la mas masa a mol molar ar de CO2 . Masa molar = 12.01 12.01 g/mol + 2(16.00) g/mol g/mol Masa molar = 44.01 g/mol

2.

Uti Utiliz liza a la masa masa molar molar como como facto factorr de conver conversi sión. ón. 11.2 gCO2 ´

1molCO2     44.01 gCO2

=

0.255molCO2

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Relación de Masa, Mol y Nú Número de Partículas Ejemplo: Calcula cuantas moléculas de N 2  hay en 30.0 g  del gas. Estrategia: 1.

Calc Calcul ula a la la mas masa a mol molar ar de N 2 . Masa molar = 2(14.01)g/mol Masa molar = 28.02 g/mol

2.

Ut Util iliz iza a la la masa masa mol molar ar y el núm númer ero o de Avog Avogad adro ro como factores de conversión.

6.022 ´ 10 23 moléculasN 2 ´ 15.0 gN 2 ´    28.01 gN 2 1molN 2 1molN 2

=

3.22 ´10 23 moléculasN 2 12

 

Cálc Cá lcul ulo o de Fór Fórmu mula las s Empír Empíric icas as Las fórmulas empíricas presentan las proporciones mas pequeñas entre los elementos de un compuesto. Ejemplo: Determina la fórmula empírica de un compues com puesto to qu que e con contie tiene ne 0. 0.455 455 g de Sn y 1. 1.95  95  g de I. Estrategia: 1. Calcula los moles de cada elemento. 2. Calcula la proporción proporción de de moles de un elemento elemento a otro. 3. Utiliza los valores valores de proporciones como sub subíndices índices en la fórmula.

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Ejemplo: Determina la fórmula empírica de un compues com puesto to qu que e con contie tiene ne 0. 0.455 455 g d de e Sn y 1. 1.95 95 g  de I. 1.

Calc Calcul ula a llos os mo mole les s de de c cad ada a ele eleme ment nto. o.

0.455 gSn ´

1.95 gI  ´

1molSn

 

118.71 gSn

1molI 

 

126.90 gI 

=

=

3.83 ´10

-

3

molSn

1.54 ´10 2 molI  -

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Ejemplo: Determina la fórmula empírica de un compues com puesto to qu que e con contie tiene ne 0. 0.455 455 g de de Sn y 1. 1.95  95  g de I. 2.

Calcul Calcula a la prop proporc orció ión n de mole moles s de u un n eleme elemento nto a otro. otro.

molI  molSn

1.54 ´10 2 molI  -

=

3.83 ´ 10 3 molSn -

»

4molI  1molSn

Por cada cada 4 moles moles de I hay 1mol 1mol de Sn en la la fórm fórmul ula. a. Para calcular la proporción de moles en fórmulas con más elementos, divide la cantidad de moles de cada elemento por el valor más pequeño de moles.

3. Utiliza los valores de proporciones como subíndices en la fórmula.

SnI4

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Cálcul Cál culo o de Fórm Fórmula ulas s Mol Molecu ecular lares es Se necesita conocer la masa molar del compuesto para poder conocer el múltiplo que convierte la fórmula empírica en fórmula molecular.

Múltiplo =

Masa molecular  Masa de fórmula empírica

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Cálcul Cál culo o de Fór Fórmul mulas as Mol Molecu ecular lares es Ejemplo: Calcula la fórmula empírica y la fórmula molecular de benceno. Este compuesto contiene 92.24% C, 7.76% H y masa molecular 78.12 g/mol.

Estrategia: 1.Calcula los moles de cada elemento. Dadas las composiciones porcentuales, asumimos que se tienen 100 g de compuesto. Entonces, 92.24% de 100 g es 92.24 g y 7.76% de 100 g es 7.76g. 92.24 gC ´

1molC  = 7.68molC    12.01 gC  1molH 

7.76 gH  1.01 gH    ´

=

7.68molH 

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Ejemplo: Calcula la fórmula empírica y la fórmula molecular de benceno. Este compuesto contiene 92.24% C y 7.76% H y masa molecular 78.12 g/mol. 2. Calcula la proporción de moles de un elemento a otro. 7.68molC  7.68molH 

=

1molC  1molH 

3. Utiliza los valores de proporciones como subíndices en la fórmula empí  empí rica. rica.

CH 4. Calcula el múltiplo que convierte la fórmula empíricas en molecular.

 Múltiplo =

78.12 g  / mol  13.02 g  / mol 

=

6 18

 

Ejemplo: Calcula la fórmula empírica y la fórmula molecular de benceno. Este compuesto contiene 92.24% C y 7.76% H y masa molecular 78.12 g/mol. 5. Multiplica el múltiplo calculado por todos los subíndices en la fórmula empí  empí rica. rica.

6´(CH)

Fórmula molecular: C 6H6

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Reacciones y Ecuaciones Químicas Durante los cambios químicos las moléculas se transforman en átomos o en moléculas diferentes.

• Las ecuaciones químicas son representaciones representaciones simbólicas de lo que ocurre durante cambios químicos o reacciones químicas, en términos de fórmulas. • Ejemplo:

2CO + O2

2CO2

Reactivos

Productos 20

 

Ejemplos de Reacciones Químicas • Reacciones de combinación  – Dos reactivos se unen para formar formar un producto. producto.  – Ejemplo: N2 + 3 H2 à 2 NH3

• Reacciones de descomposición  – Un solo reactivo reactivo se rompe en dos o m más ás sustancias. sustancias. • Ejem empl plo: o: 2 Na NaN N3 à 2 Na + 3 N2

• Reacciones de combustión  – Reacciones que que producen flama. flama. Envuelven O2.  – Ejemplo: 2 C2H6 + 7 O2

à

4 CO2 + 6 H2O

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Ecuaciones Químicas Coeficientes Estequiométricos

2CO + O2 Reactivos

Dirección de la reacción

2CO2 Productos

Los coeficie coeficiente ntes s est estequi equiométr ométrico icos s indi indican can las cantidades de cada compuesto que participan en la reacción.

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Balanceo de Ecuaciones Químicas • Los elementos elementos deben deben encont encontrars rarse e en cantidade cantidades s iguales en reactivos reactivos y productos, para as asíí evidenciar  que la materia materia no se se creó ni se destruy destruyó ó durante durante la la reacción (Ley (Ley de Conservación de Masa). Masa). • Ejemplo:

P4 + N 2 O

à

P4O6 + N2

Reactivos

Productos

4P

4P

2N

2N

1O

6O

Da la impresión que durante la reacción se creó oxígeno.

• Para corregir corregir este error y “balance “balancear ar la ecuación” ecuación” debes colocar coeficientes estequiométricos estequiométricos frente a las especies.

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Balanceo de Ecuaciones Químicas • Para corre corregir gir la ecuac ecuación ión anter anterior ior,, añade un un 6 frente frente la especie donde se encuentra el oxígeno. P4

+ 6 N2O

à

P4O6 +

Reactivos

Productos

4P

4P

12 2N

2N

6 1O

6O

N2

• Esta Esta cor corre recc cció ión n repa reparó ró el desb desbal alan ance ce en oxí oxíge geno no,, pero per o creó creó un desbal desbalanc ance e en nitró nitrógen geno. o.

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Balanceo de Ecuaciones Químicas • Añade un coefi coeficient ciente e en la especie especie que contiene contiene nitrógeno en los productos. P4 + 6 N2O à

P4O6 + 3 N2

Reactivos

Productos

4P

4P

12 2N

12 2N

6 1O

6O

• Ahora, Ahora, todos todos los los element elementos os est están en en iguales iguales cantidades en reactivos y productos, por lo tanto la ecuación ecuac ión está balancead balanceada. a. 25

Ecuaciones Químicas

2CO + O2

2CO2

2 moléculas CO

+

1 molécula O2

à

2 moléculas CO2

2 moles CO

+

1 mol O2

à

2 moles CO2 26

 

Estequiometría • La Estequiometría es el estudio de las cantidades de reactivos que se consumen y productos que se forman durante una reacción. • Usa los coef coefici icient entes es estequ estequiom iométr étrico icos s para para estab establec lecer  er  las relaciones entre especies. Ejemplo: Calcula Calcula cuántos cuántos moles de CO2  se forman al utilizar 1.79 moles de O2  en la siguiente reacción. 2 C2H6 + 7 O2

1.79molO2 ´

à

4 CO2 + 6 H2O

4molCO2     7molO2

=

1.02molCO2

Relaciones entre especies según la ecuación balanceada

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Estequiometria A

 

B

masa molar B

masa molar A

coeficiente estequiométrico

• Puedes Puedes reso resolve lverr los probl problema emas s de estequ estequiom iometr etría ía usando análisis dimensional. • Usa las masa masa molare molares s y los los coefi coeficie ciente ntes s estequiométricos estequiométric os como factores d de e conversión conversión dependiendo de lo que deseas calcular. 28

 

Estequiometria Ejemplo: Determina los gramos de CO que se necesitan para que reaccionen 2 moles de Fe2 O3, según la reacción: Fe2O3 + 3 CO 0.107molFe2O3 ´

à

3molCO 1molFe2 O3

2 Fe + 3 CO2  ´

28.01 gCO 1molCO

=

8.99 gCO

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Este Es tequ quio iome metr tria ia y Rea React ctiv ivo o Limitante • No si siemp empre re las reac reaccio ciones nes c comi omienza enzan n con llas as cantidades la ecuación exactas química.de reactivos que prescribe • Es c común omún que d duran urante te el el pr progre ogreso so d de e una reacción, uno de los reactivos se acabe antes que el otro. Ante esta estas s circuns circunstancia tancias, s, ¿cómo calculamos la cantidad de producto que realmente se va a formar? • La c cant antidad idad de p produ roducto cto que se fforma orma depende del reactivo que se consuma primero, conocido como el reactivo limitante. 30

 

Este Es tequ quio iome metr tria ia y Re Reac acti tivo vo Limitante Ejem Ejempl plo: o: Dete Determ rmin ina a la cant cantid idad ad (en (en moles moles)) de agua agua que que se forma forma cuando cuando comien comienzas zas con 5.6 5.6 moles moles de de H 22   y 5.6  moles de O2 . 2 H 2  + O2 

2 H 2 O

Estrategia: 1.Identifica el reactivo limitante. Usa uno de los reactivos para determinar cuanto del otro reactivo necesita para reaccionar completo. 2molH 2 5.6molesO2 ´   = 11.2molH    2 1molO2 Para que 5.6 moles de O2 reaccionen por completo se necesitan 11.2 moles de H 2. Solo hay 5.6 moles de H2 disponibles. Por lo tanto H 2  es el reactivo limitante. limitante.

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Ejem Ejempl plo: o: Dete Determ rmin ina a la ca cant ntid idad ad (en (en moles moles)) de agua agua que que se forma forma cuando cuando comien comienzas zas con 5.6 5.6 moles moles de de H 2  y 5.6  moles de O2 . 2 H 2  + O 2  2 H 2 O 

2. Calcula de producto que se forma a partir del  reactivo la limitante.

5.6molH 2 ´

1molO2   2molH 2

=

2.8molH 2O

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