Cálculos estequiométricos con ejercicios

¿Qué es la estequiometría?

Este es un término que viene el griego, su traducción más cercana es la palabra medida. Entonces como un concepto para la palabra estequiometría en cuanto a la química se refiere, se dice que es un cálculo que se hace en las relaciones cuantitativas que existe entre los reactivos. También es aplicable en los producto en todo lo que es el transcurso de la reacción química. 

Las relaciones de este tipo pueden deducirse por medio de una teoría atómica, aunque desde su historia no se conocieron sin nombrar las composiciones de la materia. Esto es así según las diferentes leyes y principios que se puedan aplicar en estos casos. 

Jeremías Benjamín Richter, en el año 1792, es el que dió a conocer el primer enunciado de lo que fue el principio de la estequiometría. En ese enunciado se describió a la estequiometría como una ciencia que puede medir las proporciones cuantitativas o las relaciones que tiene la masa de los elementos químicos. 

Además esta ciencia también sirve para estudiar la proporción de estos distintos elementos en medio de un compuesto químico. También toma en cuenta la composición de las mezclas químicas. 

Ejercicios resueltos de cálculos estequiométricos

Ejercicio 1

Una forma de obtener I2 sólido es a través de la reacción del bromo, Br2, con solución acuosa de KI, según la  reacción: Br2(l)   + KI(ac)     → KBr(ac)   + I2(s)

Si se hacen reaccionar 0,25 moles de Br2(l) con 150 mL de solución acuosa 1,5 M de KI, determina la masa de KBr que se produce.

Solución:

Cuando trabajamos estequiometría, lo primero que debemos hacer es balancear la ecuación dada: Br2(l)   + 2 KI(ac)     → 2 KBr(ac)   + I2(s)

Luego calculamos las moles disponibles de cada reactivo: nBr2 = 0,25 mol Br2 (dato)

Ahora determinaremos quién es el reactivo limitante y quién el reactivo en exceso,  para ello calculamos la cantidad de cada reactivo, que se necesitaría para que reaccione todo el otro reactivo disponible:

nKI = 0,25 moL Br2 x 2 mol KI / 1 mol Br 2 = 0,50 mol KI > 0,225 mol KI disponibles.

KI viene a ser el reactivo limitante

nBr2 = 0,225 moL KI x1 mol Br2 / 2 mol KI = 0,1125 mol Br2 < 0,25 mol Br2 disponibles.

Br2 viene a ser el reactivo en exceso.

Conocido el reactivo limitante, procedemos a determinar la cantidad del producto solicitado, haciendo uso de los factores estequiométricos:  M KBr = 0,225 moL KI x 2 mol KBr / 2 mol KI x 119 g KBr / 1 mol KBr = 26,775 Gramos KBr.

Ejercicio 2

El aceite de cinnamon, obtenido de las ramas y hojas de árboles de canela que crecen en las zonas tropicales, se utiliza en la producción de perfumes y cosméticos. Su constituyente principal es el aldehído cinámico, C9H8O, sin embargo una concentración elevada de éste ocasiona severas irritaciones en la piel, por lo que las concentraciones presentes en los perfumes deben ser bajas.

Con la finalidad de evitar irritaciones en la piel se buscó un derivado del aldehído cinámico, de fórmula C9H10O, con propiedades similares, pero que no causa irritaciones a la piel. Éste se prepara haciendo reaccionar aldehído cinámico, C9H8O, con hidrógeno gaseoso, H2, según la reacción:C9H8O(ac)   + H2(g)     →     C9H10O(ac)

Para obtener el derivado, C9H10O, se hacen reaccionar 15 L de solución de aldehído cinámico 3,5 M con  30,7 moles de hidrógeno gaseoso. Determina lo siguiente:

  • La cantidad en gramos, que se obtendrán del derivado C9H10O, considerando un rendimiento del 95 %.
  • El derivado se utiliza en soluciones acuosas al 3,5 % en peso, ¿cómo prepararías 1 L de esta solución? Indica los pasos y las cantidades requeridas. La densidad de la solución es 1,08 g/mL. 
  • A partir de la solución anterior (al 3,5 % en peso) se quiere preparar 2 L de una solución de 0,1 M del derivado, ¿qué volumen de la solución se requerirá?

Solución

  • Primero, verificamos si la ecuación está balanceada: C9H8O(ac)   + H2(g)     → C9H10O(ac)

Luego determinamos las moles disponibles de cada uno de los reactivos: nH2 = 30,7 mol H2 (dato)

En base a la estequiometría y las cantidades disponibles de los reactantes, determinamos que el reactivo limitante es el hidrógeno, H2. Entonces podemos calcular las moles teóricas del producto que terminará formando: nCbH8O = 15 L x 3,5 mol/L = 52,5 mol C9H10O

Considerando que el rendimiento es del 95 %, determinamos la masa obtenida del producto derivado:

Nreales = 95/100 x 30,7 mol = 29,165 mol C9H10O reales.

  • Primero determinamos la masa del soluto, C9H10O, que se requiere para preparar 1 L de solución acuosa 3,5 % en peso: 3,5% en peso = m soluto / m solución x 100

msoluto = 35/100 x 1,08 solución / mL solución x 103 mL / 1 L x 1Lsolución = 378 gC9H10O.

Conocida la masa del soluto, determinamos la masa del disolvente:Msolvente = (1,08gsolución / mLsolución x 103 mL / 1 L x 1Lsolución ) -378gC9H10O = 702g H2O. 

Como la densidad del agua es 1 g/mL, los 702 g de agua equivalen a 702 mL de H2O.

Finalmente, para preparar 1 L de la solución al 3,5 % en peso se deben pesar 378 g de C9H10O y disolverlos en 702 mL de agua. 

  • Finalmente determinamos qué volumen de solución al 3,5 % en peso necesitamos: Vsolución = 1 mL / 1,08g x 765,7 g = 708,98mLsolución = 709mL

 

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