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Resolución del Ejercicio FQ1BE2007 de Cálculos Estequiométricos en Reacciones Químicas (apartado E con Reactivo Limitante y en Disolución) para Física y Química de Bachillerato

EJERCICIO RESUELTO DE CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS EN REACCIONES QUÍMICAS PARA FÍSICA Y QUÍMICA DE BACHILLERATO, APARTADO "E" CON REACTIVO EN DISOLUCIÓN Y NECESARIO EL PLANTEAMIENTO DE REACTIVO LIMITANTE Y EN EXCESO:

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EJERCICIO FQ1BE2007, RESOLUCIÓN DEL APARTADO "E", DE CANTIDAD DE NITRATO QUE SE OBTIENE CON 50 GRAMOS DE COBRE Y 200 ml 1,5 MOLAR DE ÁCIDO:

El nitrato cúprico se usa como colorante en cerámica y catalizador de reacciones orgánicas. Se obtiene haciendo reaccionar ácido nítrico con cobre metálico. En la reacción además se obtiene agua y dióxido de nitrógeno gaseoso.

a.- Escribir y ajustar la reacción química correspondiente (utilizar el método de determinación de los coeficientes estequiométricos resolviendo el sistema de balance de los elementos que intervienen en la reacción -MÉTODO ALGEBRAICO-).

b.- Suponiendo que tenemos todo el cobre que queramos, ¿qué cantidad de nitrato cúprico se obtiene partiendo de 300 gramos de ácido nítrico puro?

c.- Con la cantidad de ácido nítrico del apartado anterior (300 g de ácido nítrico), ¿cuánto cobre fue necesario?

d.- ¿Qué cantidad de dióxido de nitrógeno se desprende cuando disponemos de 25 gramos de ácido nítrico y la misma cantidad de cobre (25 g)?

e.- Con 50 gramos de cobre y 200 ml de una disolución de ácido nítrico 1,5 M, ¿qué cantidad de nitrato cúprico se obtiene?

f.- Si la reacción transcurre a 740 mm de Hg y a 120ºC, ¿qué volumen de dióxido de nitrógeno se obtiene con 2 moles de ácido nítrico y 20 gramos de cobre?

g.- ¿Qué volumen de ácido nítrico de densidad 1,12 g/ml y del 50% de riqueza es necesario para obtener el nitrato cúprico contenido en 2 litros de una disolución de nitrato cúprico 1,4 M?. Para este apartado suponemos que tenemos cobre en exceso.

DATOS: Ma(H)=1 u; Ma(N)=14 u; Ma(O)=16 u; Ma(Cu)=63,5 u

RESOLUCIÓN DEL APARTADO E, DE ESTE EJERCICIO DE ESTEQUIOMETRÍA, RELATIVO A LA CANTIDAD DE NITRATO QUE SE OBTIENE CON 50 G DE COBRE Y 200 ML DE DISOLUCIÓN 1,5 MOLAR DE NÍTRICO, NECESARIO EL PLANTEAMIENTO DE REACTIVO LIMITANTE Y EN EXCESO:

Recordemos que la reacción ajustada, obtenida en un apartado anterior:

Notar como nos están dando otra vez datos de los dos reactivos: 50 g de cobre, pero de ácido nítrico nos están dando los datos en forma de disolución. De hecho vamos a tener que utilizar la fórmula de concentración de las disoluciones a través de la MOLARIDAD (200 ml de ácido nítrico de concentración 1,5 M):

Teniendo en cuenta que la Molaridad es igual a la relación entre los moles de soluto y los litros de disolución:

Los moles de soluto (moles de ácido nítrico, que es lo que necesitamos conocer):

Que en nuestro caso:

Con este dato y con los 50 gramos de cobre tenemos que ver qué reactivo es el limitante y cuál está en exceso:

Partiendo de los 50 gramos de cobre, pasándolos a moles con factor de conversión (usando la masa atómica), estableciendo la relación que nos dice la reacción entre los moles de cobre y de ácido nítrico (1 mol de cobre necesita 4 moles de ácido nítrico) podremos razonar el reactivo en exceso o limitante. Veamos:

Es decir que 50 gramos de cobre necesitan 3,15 moles de ácido nítrico. Esto nos indica que el ácido nítrico es el limitante, no tenemos suficiente ácido nítrico. El cobre en consecuencia está en exceso.

En ocasiones resulta más fácil de ver partiendo del limitante, en este caso de la cantidad del ácido nítrico. Vamos a partir del ácido nítrico que tenemos (0,3 moles) y ver la cantidad de cobre que necesitamos:

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