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Ficha de Trabajo de Ejercicios de Formulación de Química Orgánica para Física y Química de 1º de Bachillerato
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Resolución del Ejercicio FQ1BE2007 de Cálculos Estequiométricos en Reacciones Químicas (apartado D donde es necesario el planteamiento de Reactivo Limitante) para Física y Química de Bachillerato

EJERCICIO RESUELTO DE CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS EN REACCIONES QUÍMICAS PARA FÍSICA Y QUÍMICA DE BACHILLERATO, APARTADO «D» DE PLANTEAMIENTO DE REACTIVO LIMITANTE Y EN EXCESO:

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EJERCICIO FQ1BE2007, RESOLUCIÓN DEL APARTADO «D», DE CANTIDAD DE DIÓXIDO DE NITRÓGENO QUE SE DESPRENDE CON 25 GRAMOS DE ÁCIDO Y 25 G DE COBRE:

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 D, DE ESTE EJERCICIO DE ESTEQUIOMETRÍA, RELATIVO A LA CANTIDAD DE DIÓXIDO DE NITRÓGENO QUE SE OBTIENE CON 25 GRAMOS DE ÁCIDO NÍTRICO Y 25 GRAMOS DE COBRE, NECESARIO EL PLANTEAMIENTO DE REACTIVO LIMITANTE Y EN EXCESO:

La reacción química ajustada correspondiente al ejercicio, obtenida en un apartado anterior.

En este caso es NECESARIO EL PLANTEAMIENTO DE REACTIVO LIMITANTE Y EN EXCESO, PORQUE ES MÁS QUE PROBABLE QUE ALGUNO ESTÉ EN EXCESO (NO SE GASTE COMPLETAMENTE)

La reacción química ajustada, correspondiente al ejercicio, obtenida en un apartado anterior:

Empezaremos por calcular la cantidad de cobre que reaccionaría con 25 gramos de ácido nítrico para poder plantearnos el reactivo limitante y el que está en exceso.

Utilizaremos factores de conversión encadenados, de tal modo que pasaremos los gramos de ácido a moles (con la masa molecular) con un primer factor; posteriormente relacionaremos los moles de ácido con los de cobre (según la estequiometría de la reacción) con el segundo factor de conversión; y con un tercer factor pasaremos los moles de cobre a gramos (utilizando la masa atómica del cobre):

 

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Ahora es cuando hay que pensar para saber quién es el limitante y quién es el que está en exceso de los dos reactivos: ácido y cobre.

Suelen ayudar las frases:

“El limitante es el que se consume completamente”

“El que está en exceso es el que sobra, el que no se gasta del todo”

Si tenemos 25 gramos de cobre y resulta que con los 25 gramos de ácido se consumen 6,3 gramos de cobre, nos va a sobrar cobre. El cobre por lo tanto está en exceso.

Como es el cobre el que está en exceso, el limitante es el ácido nítrico. Para los cálculos posteriores TENEMOS QUE UTILIZAR o los 25 gramos del ácido (ya que es el limitante-se gasta todo-) o solamente los 6,3 g de cobre, ya que al estar en exceso sólo podemos usar lo que realmente reacciona.

Partiendo de los 25 gramos de ácido, la cantidad de dióxido de nitrógeno que se obtiene, utilizando factores de conversión:

Hemos tenido en cuenta que la masa molecular del dióxido de nitrógeno es 46 uma.

Donde hemos pasado los g de ácido a moles; posteriormente hemos relacionado estos moles de ácido con los de NO2, utilizando la estequiometría de la reacción; y por último hemos pasado los moles de dióxido de nitrógeno a gramos.