OTROS EJERCICIOS Y RECURSOS PARA FÍSICA Y QUÍMICA DE 1º DE BACHILLERATO
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Resolución del Ejercicio FQ1BE1967 de Cálculos Estequiométricos en Reacciones Químicas, para 1º de Bachillerato

RESOLUCIÓN DEL EJERCICIO FQ1BE1967 DE CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS EN REACCIONES QUÍMICAS PARA FÍSICA Y QUÍMICA DE BACHILLERATO:

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EJERCICIO FQ1BE1967:

Se queman 20 g de acetileno (etino) en presencia únicamente de 3,2 litros de oxígeno. La combustión se realiza a la temperatura de 30ºC y a 1,2 atm de presión.

a.- Escribir y ajustar la reacción química del proceso que tiene lugar.

b.- Hallar los moles de oxígeno de los que disponemos inicialmente.

c.- Indicar el reactivo limitante y en exceso, realizando los cálculos que sean necesarios.

d.- Hallar los gramos de dióxido de carbono que se obtienen, sabiendo que el rendimiento de la reacción química ha sido del 80%.

e.- Obtener los litros de agua en condiciones normales de presión y temperatura que se desprenden en esta reacción de combustión.

RESOLUCIÓN DEL EJERCICIO:

APARTADO A, DE LA REACCIÓN DE COMBUSTIÓN AJUSTADA:

El etino (acetileno) es CHΞCH, esto es C2H2. La reacción química correspondiente, ajustada:

APARTADO B, DE LOS MOLES DE OXÍGENO:

3,2 litros de oxígeno gas (O2) a 30º C y 1,2 atm de presión, con la ecuación de los gases ideales y teniendo en cuenta que la temperatura tiene que estar en Kelvin (0ºC son 273 K):

 

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APARTADO C, DEL REACTIVO LIMITANTE:

Teniendo en cuenta que nos dan datos de los dos reactivos que intervienen, partiendo de la estequiometría de la reacción ajustada, tenemos que ver la cantidad de cada uno de los reactivos que reaccionan, para localizar el que se consume completamente (reactivo limitante) o el que va a sobrar (reactivo en exceso). Utilizaremos factores de conversión, teniendo en cuenta que 1 mol de acetileno reacciona con 5/2 moles de oxígeno.

Necesitamos en primer lugar pasar los gramos de etino a moles, que con factores de conversión, teniendo en cuenta que la masa molecular del etino es de 12·2+2·1=26 u:

Entonces, considerando la estequiometría de la reacción respecto de los reactivos, vamos a ver cuántos moles de oxígeno reaccionan con estos 0,769 moles de acetileno, sabiendo que 1 mol de acetileno reacciona con 5/2 moles de oxígeno:

Con el resultado obtenido: 1,9225 moles de oxígeno, se ve claro que el limitante es el oxígeno, ya que no tenemos suficiente. Sólo tenemos 0,155 moles de oxígeno. Por ello, el acetileno estará en exceso, no se ve a consumir todo.

Desde otro punto de vista, partiendo de los moles de oxígeno que tenemos:

Que es lo que se va a consumir de acetileno, sobrando (en exceso) la diferencia:

0,769-0,062=0,707 moles de acetileno que sobran, que no reaccionan.

APARTADO D, DE LOS GRAMOS DE DIÓXIDO DE CARBONO QUE SE OBTIENEN, TENIENDO EN CUENTA UN RENDIMIENTO DE LA REACCIÓN DEL 80%:

Para obtener el dióxido de carbono que se obtiene, tenemos que contar con la estequiometría de la reacción y sobre todo con las cantidades reales que intervienen en la reacción (o tomar la cantidad del reactivo limitante o la del reactivo en exceso que realmente interviene). Tomaremos la cantidad del reactivo limitante: los 0,155 moles de oxígeno. De la reacción sabemos que 5/2 moles de oxígeno producen 2 moles de dióxido de carbono. Posteriormente tendremos en cuenta el rendimiento de la reacción:

Para obtener los gramos (en este primer momento, como si el rendimiento fuera del 100%), sabiendo que la masa molecular del dióxido de carbono es de 12+16·2=44 u.

Como el rendimiento es del 80%, vamos en realidad a obtener menos cantidad de dióxido de carbono, el 80% de esa cantidad:

APARTADO E, DE LOS LITROS DE AGUA EN CONDICIONES NORMALES QUE SE DESPRENDEN:

No podemos olvidar que el rendimiento es del 80%.

De la estequiometría, sabemos que por cada mol de acetileno se obtiene un mol de agua (si el rendimiento fuera del 100%).

Como reaccionan 0,062 moles de acetileno, obtendremos teóricamente 0,062 moles de agua, que teniendo en cuenta que el rendimiento es del 80%:

Que sabiendo que un mol en condiciones normales ocupa un volumen de 22,4 litros:

Si trabajamos en gramos para mayor tranquilidad y teniendo en cuenta que la masa molecular del agua es 18 u., para aquéllos en los que dudan si se puede utilizar el rendimiento con la cantidad en moles, les proponemos la siguiente cadena de factores de conversión:

 

Obteniéndose el mismo resultado, observando que podemos trabajar con el rendimiento la cantidad en moles.

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