Cálculos estequiométricos y rendimiento químico

La estequiometría es una rama de la química que trata las cantidades relativas de reactivos y productos en una reacción química. Implica cálculos que estiman las cantidades de sustancias consumidas y producidas en una reacción. Una de las partes principales de la estequiometría es comprender cómo se realizan los cálculos estequiométricos y cómo estos se relacionan con el rendimiento químico, que es la cantidad de producto obtenido en una reacción química.

Conceptos básicos de estequiometría

La estequiometría se basa en la conservación de la masa, donde la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos. La clave es sumar los reactivos y productos cuantitativamente usando una ecuación química balanceada. Esto incluye:

• Comprender el concepto de mol y el número de Avogadro.
• Usar la masa molar para convertir entre gramos y moles.
• Usar los coeficientes en ecuaciones balanceadas para determinar las proporciones molares.

Ejemplo 1: Balancear una ecuación química

Considere la reacción de combustión del propano:

C 3 H 8 + O 2 → CO 2 + H 2 O

Primero, balancee la ecuación:

1. Balancear los átomos de carbono:
   C ₃ H ₈ + O ₂ → 3 CO ₂ + H ₂ O
2. Balancear los átomos de hidrógeno:
   C ₃ H ₈ + O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O
3. Balancear los átomos de oxígeno:
   C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

La ecuación balanceada es:

C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O

Cálculos estequiométricos

Los cálculos estequiométricos generalmente implican determinar la masa de una sustancia en una ecuación química dadas la masa de otra sustancia. Así es como se hace:

Pasos básicos muy simples de estequiometría

1. Convertir una masa dada de una sustancia en moles usando su masa molar.
2. Usar los coeficientes estequiométricos (proporciones molares) de la ecuación balanceada para convertir moles de una sustancia a moles de otra.
3. Convertir moles de nuevo a gramos si es necesario.

Ejemplo 2: Cálculo estequiométrico simple

Suponga que quema 11,0 g de propano (C ₃ H ₈ ). Encuentre la masa de dióxido de carbono producido.

1. Calcular los moles de C ₃ H ₈:

Masa molar de C 3 H 8 = 44,1 g/mol
Moles de C 3 H 8 = 11,0 g / 44,1 g/mol = 0,249 moles

2. Use la ecuación balanceada para encontrar los moles de _CO2:

C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O
0,249 mol C 3 H 8 × (3 mol CO 2 / 1 mol C 3 H 8 ) = 0,747 mol CO 2

3. Convertir moles de CO2 a _gramos:

Masa molar de CO2 = 44,0 g/mol
Masa de CO2 = 0,747 mol × 44,0 g/mol = 32,868 g

La masa de _CO2 producido es de aproximadamente 32,87 gramos.

Subproductos químicos

El rendimiento químico es la cantidad de producto obtenida en una reacción química. Se divide en dos tipos:

• Rendimiento teórico: La cantidad de producto predicha por la estequiometría, con base en una ecuación química balanceada donde la reacción procede completamente hasta su finalización.
• Rendimiento real: La cantidad de producto que se obtiene realmente de una reacción.

Luego se calcula el porcentaje de rendimiento para ver qué tan eficiente fue la reacción.

Porcentaje de rendimiento = (rendimiento real / rendimiento teórico) × 100

Ejemplo 3: Calcular el rendimiento químico

Considere una reacción donde el rendimiento teórico de un producto es de 20,0 g, pero solo se obtienen experimentalmente 15,0 g de producto.

Calcular el porcentaje de rendimiento:

Porcentaje de rendimiento = (15,0 g / 20,0 g) × 100 = 75%

El porcentaje de rendimiento es del 75%, lo que muestra la eficiencia del proceso.

Visualización de la estequiometría a través de reacciones

Imaginemos una reacción simple:

El agua se forma por la reacción de hidrógeno y oxígeno:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

Visualizar la ruptura y formación de enlaces:

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