ESTEQUIOMETRÍA II

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ESTEQUIOMETRÍA II Unidad Nº 6 de Química - Ciencias Básicas Plan Común TEMAS 1.- Relaciones Estequiométricas 2.- Reactivo Límite 3.- Gases 4.- Leyes de los gases 5.- Ley combinada de los gases 6.- Síntesis de la clase 1. Relaciones Estequiométricas Para la reacción: a AX  +  b BY   ®   c CZ  +  d DW A, B: representan los compuestos reactantes. C, D: representan los compuestos productos. a, b, c, d: representan los coeficientes estequiométricos de cada compuesto. Coeficientes estequiométricos Los coeficientes de una ecuación estequiométrica indican el número de moles o moléculas de los reactantes y de los productos que participan en una reacción. Una reacción estequiométrica continúa conservando su validez si cada uno de los coeficientes se multiplica o simplifica por un mismo número. Permiten predecir la masa, volumen (gas) y moles de un compuesto a partir de otro. Los coeficientes de una ecuación estequiométrica se relacionan directamente con los números relativos de moles de reactantes y moles de productos, permitiendo, de esta manera, efectuar los cálculos respectivos. Los cálculos se realizan mediante la resolución de una regla de tres simple. Por ejemplo, consideremos la ecuación de obtención de amoniaco a partir de nitrógeno e hidrógeno: N2(g) + 3H2(g)          ®          2NH3(g) (M.at. N = 14 g/mol; M.at.H = 1 g/mol) En este caso, los coeficientes estequiométricos son: 1 para nitrógeno (N2), 3 para hidrógeno (H2) y 2 para el amoniaco (NH3).  Esto indica que: 1 mol de N2 reacciona con 3 moles de H2 generando 2 moles de NH3 28 gramos (1 P.M.) de N2 reaccionan con 6 gramos (3 P.M.) de H2 generando 34 g (2 P.M.) de NH3 22,4 L (1 volumen) de N2 reaccionan con 67,2 L (3 volúmenes) de H2 generando 44,8 L (2 volúmenes) de NH3 *(1 mol = 22,4 L C.N.P.T.) |Regresar a Temas| 2. Reactivo Límite Cuando una reacción química no ocurre en forma ideal,  es decir, cuando los reactantes no se consumen totalmente para originar productos es porque uno de ellos tiene la característica de ser un reactivo límite. Luego, el reactivo límite es el reactante que se consume totalmente, dejando al otro (u otros) en exceso. Por esta razón, este tipo de reacciones no se verifican estequiométricamente. En forma práctica, un reactivo límite se puede determinar estableciendo una razón entre los coeficientes estequiométricos de los reactantes. Veamos un ejemplo Determine el reactivo límite si se dispone de 1 Kg de cada reactante en la siguiente reacción:   Fe2O3  +  2 Al           ®          2 Fe  +  Al2O3 1.  Establecemos la relación estequiométrica ideal:      n Fe2O3 / n Al = 1 / 2 2.  Establecemos la relación estequiométrica real:      n Fe2O3 / n Al =  6,26 moles / 37,06 moles =  0,17 Al comparar ambas razones, se observa que la razón real es menor que la ideal. Luego, podemos concluir que el reactivo límite es el óxido de hierro (III). |Regresar a Temas| 3. Gases Un gas (o cuerpo gaseoso) es un estado homogéneo de agregación de la materia en que ésta tiene la forma y el volumen del recipiente que la contiene. Todos los gases, idealmente, se comportan en forma similar ante los cambios de presión y temperatura, pudiéndose expansionar y comprimir entre límites muy amplios, cosa imposible en líquidos y sólidos. Los gases, aunque lentamente, tienden a difundir, lo que los hace miscibles en todas proporciones; por esto, las mezclas gaseosas son totalmente homogéneas. Para describir y caracterizar un gas, es indispensable especificar la temperatura y presión a la cual se mide su volumen. Temperatura Se fija la escala Kelvin como la temperatura universal y se establece el cero absoluto como el cese total del movimiento molecular. Escala Kelvin Su rango de temperatura es: 0º K,………......,  -273,15º C 100º K,…………, -173,15º C Escala Fahrenheit Su rango de temperatura es: 0º F, ………... ... ,  -17,77º C 100º F, ………… , 37,77º C Relación entre la escala Celsius y la escala Kelvin Para hacer la conversión de grados Celsius a grados Kelvin, se utiliza la siguiente relación: º K  =  º C  +  273,15 Relación entre la escala Celsius y la escala Fahrenheit Para hacer la conversión de grados Celsius a grados Fahrenheit, se utiliza la siguiente relación: º F  =  º Cx (9 / 5)   +   32 Ejemplo: Expresar 25º C en grados Kelvin y en grados Fahrenheit. a) º K = 25º C  + 273,15 = 298,15º b) º F = 25 x(9 / 5)  +  32 = 77º   Presión Este parámetro se define como la fuerza ejercida por unidad de área. La unidad más utilizada para expresar la presión es la atmósfera. A continuación, se presentan las equivalencias para esta unidad: 1 atmósfera = 10 metros columna de agua 1 atmósfera = 101320 Pascal 1 atmósfera = 1.013 Bar 1 atmósfera = 760 mm Hg Volumen El volumen es el espacio que ocupa  un cuerpo dentro del universo. La unidad más utilizada para expresar este parámetro es el litro. Las equivalencias para esta unidad son: 1 litro = 1000 cm3 = 1000 ml |Regresar a Temas| 4. Leyes de los Gases Dentro de ciertos límites de baja y alta temperatura, el comportamiento de todos los gases se ajusta a ciertas leyes, las cuales relacionan el volumen de un gas con su temperatura y presión. Los gases que obedecen estas leyes son llamados gases ideales o perfectos. En general, estas leyes hacen referencia a un estado inicial (1) y un estado final (2). Luego, nos permiten describir  un gas en ambas situaciones. Ley de Avogadro El volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de sustancia (n: número de moles), a temperatura y presión constantes o, en condiciones normales de presión y temperatura”. (C.N.P.T.= presión: 1 atm. y  temperatura: 0º C) Ley de Boyle y Mariotte “El volumen de cierta masa de gas es inversamente proporcional a la presión a una temperatura constante”. P1 · V1 = P2 · V2 Ley de Gay- Lussac “La presión de cierta masa de gas es directamente proporcional a la temperatura, a volumen constante”. Ley de Charles “El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura a presión constante”. |Regresar a Temas| 5. Ley combinada de los gases Esta ley se relaciona con el volumen, temperatura y presión. Al relacionarlos, dan origen a una constante: la masa del gas no varía. Ejemplo: Un gas a 30 ºC y 680 mm Hg ocupa un volumen de 50 ml.  ¿Qué volumen ocupará dicho gas en condiciones normales? A) 0,43 ml          B) 4,3 ml          C) 40 ml          D) 40,3 ml            E) 43 ml Solución: 1. Hacemos la conversión de temperatura: 30 + 273 = 303 ºK 2. Reemplazamos los datos en la ecuación: 680 x 50 = 760 x V2                                                               303          273 3. Hacemos los cálculos correspondientes y obtenemos el valor del volumen buscado: V2 =  40,3 ml Ecuación de estado para un gas ideal P · V = n ·  R · T P = Presión, generalmente expresada en atmósferas. V = Volumen, generalmente expresado en litros. n = Número de moles de sustancia ( n = m / PM) R = Constante de los gases.      R = 0,082 [atm l / mol K] T = Temperatura, expresada en grados Kelvin. Veamos un ejemplo ¿Cuántos moles hay contenidos en 1 litro de gas ideal que se encuentra a 1 atm de presión y 27º C? Solución 1.- Hacemos la conversión de temperatura: 27 + 273 = 300 ºK 2.- Sustituimos los datos en la ecuación de los gases ideales:      1 x 1 = n x 0.082 x 300 3.- Hacemos los cálculos correspondientes y obtenemos el valor de la cantidad de      moles contenidos: n = 0,04 moles |Regresar a Temas| 6. Síntesis de la clase |Regresar a Temas|

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Última modificación: Friday, 18 de April de 2008, 17:44

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