Quimica General II - Estequiometría en reacciones completas

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Presentación correspondiente al primer tema del curso Química General II (plan 2005) de la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México.

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  • Mitchel, no imaginas cuánto esclareces con tus aportes a la comprensión del conocimiento de la química. Te agradezco tu iniciativa y todo cuanto puedas hacer por tu servidor que trabaja en aulas de Preparatoria me lo puedas enviar a: jesusbar2908@gmail.com
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  • Muchas gracias. El documento es completisimo y sirve bastante como referencia a problemas cotidianos. Hasta Luego y gracias de nuevo.
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Quimica General II - Estequiometría en reacciones completas

  1. 1. Facultad de Química Grupo 18 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa Febrero 2009
  2. 2.  Balances de materia en reacciones químicas. Balances en la equivalencia. Balances en la no equivalencia. Reactivo limitante. Rendimiento en los procesos químicos.  Solubilidad y reglas de solubilidad. Disoluciones y diluciones. Caracterización y clasificación. Preparación de los diferentes tipos de disoluciones. Expresiones de la concentración en unidades físicas y químicas (% en masa, molaridad y normalidad). Cálculos para la preparación de disoluciones. Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  3. 3. Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  4. 4. Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  5. 5. Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  6. 6. Estequiometría Es el estudio cuantitativo de las relaciones de proporciones entre reactivos y productos en una reacción química.(1) (1) Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  7. 7. Cálculos Estequiométricos Cant. de Cant. de sustancia sustancia reactivos productos Masa de Cant. de Cant. de sustancia sustancia reactivos reactivos productos Masa de Cant. de Cant. de Masa de sustancia sustancia reactivos reactivos productos producto Esquema tomado de: Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  8. 8. Razón Estequiométrica Es un parámetro constante y universal para cada par de participantes en una reacción química. Se obtiene con el cociente entre dos coeficientes estequiométricos de la ecuación Razón estequiométrica entre el monóxido química balanceada.(1) de carbono y el oxígeno (1) Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  9. 9. Reactivo Limitante Es(son) aquel(los) que se termina(n) durante el transcurso de la reacción química. El reactivo limitante determina la cantidad de producto que se forma.(1) En un sandwich, algún ingrediente puede En un baile, las mujeres puede limitar la limitar el número de éstos que podamos cantidad de parejas que se pueden preparar. formar. (1) Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  10. 10. Rendimiento Teórico de una Reacción La cantidad de producto que debiera formarse si todo el reactivo limitante se consumiera en la reacción. (1) Rendimiento Experimental de una Reacción Es la fracción de la cantidad esperada de producto que se obtiene realmente de la reacción. Siempre es un porcentaje del Rendimiento teórico. Porcentaje de Rendimiento Es la proporción del Rendimiento Experimental con respecto al Rendimiento Teórico. (1) Sitio web: http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html, Profra. Adela Castillejos consultado por última vez el martes 03 de febrero del 2009. Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  11. 11. Solubilidad Es la máxima cantidad de una sustancia que se disuelve en 100g de disolvente a una determinada temperatura. La solubilidad del cloruro de sodio en agua a 25 ºC es 39,12 g. Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  12. 12. Disolución Es una mezcla homogénea en donde una sustancia llamada soluto está dispersa uniformemente en otra que se conoce como disolvente. El soluto es aquella sustancia que se encuentra en menor cantidad.(1) La disolución es transparente, pero puede tener color, como en este caso. (1) Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  13. 13. Concentración Es la relación que existe entre la cantidad de soluto que está contenida en un disolvente. Estos vasos, que contienen un tinte rojo, demuestran cambios cualitativos en la concentración. Las soluciones a la izquierda están más diluidas, comparadas con las soluciones más concentradas de la derecha. Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  14. 14. Expresiones de la Concentración Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  15. 15. Expresiones de la Concentración Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  16. 16. Dilución Diluir es agregar mas disolvente a una disolución. Esto siempre implica reducir la concentración de la disolución. Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  17. 17. RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN Por razones económicas los procesos químicos y la producción de sustancias químicas deben realizarse con el menor desperdicio posible, lo que se conoce como “optimización de procesos”. Cuando se tiene una reacción química, el Químico se interesa en la cantidad de producto que puede formarse a partir de cantidades establecidas de reactivos. Esto también es importante en la mayoría de las aplicaciones de las reacciones, tanto en la investigación como en la industria. En una reacción química siempre se conserva la masa, de ahí que una cantidad específica de reactivos al reaccionar, formará productos cuya masa será igual a la de los reactivos. Al químico le interesa entonces la relación que guardan entre sí las masas de los reactivos y los productos individualmente. En muchos procesos químicos industriales la mayor parte del coste de producción del producto final corresponde al coste de las materias primas. En algunos otros, tales como los que intervienen grandes cantidades de energía eléctrica, los costes de las materias primas pueden que no sean tan importantes, pero generalmente, y en especial en las industrias de síntesis orgánicas e industrias petroquímicas, el coste de las materias primas representan del 60% al 80% del coste del producto final. Fuente:Sitio web http://books.google.com.mx/books?id=CEtlxLXcwPoC&pg=PA302&lpg=PA302&dq=estequiometria+(+r endimiento+en+los+procesos+quimicos)&source=web&ots=tPjdUYrptR&sig=Jg4OIkKhR4pPTpm7cmor Profra. Adela Castillejos DTki_4I&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=4&ct=result#PPA302,M1. Consultado 18 dic 2008 Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  18. 18. RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN En algunos casos, como en la fabricación de monocloro benceno en que una alta conversión conduce a producir derivados di o policlorados, puede utilizarse una baja conversión (por ejemplo del 6%). En otros casos como en la producción de anhídrido ftálico a partir de naftaleno, lo mejor es una conversión del 100%. Menores rendimientos, debido a unas condiciones de reacción más severas o al paso de materias primas o de productos en los efluentes de desecho, incrementarán la cantidad de material de alimentación que debe utilizarse para producir una determinada cantidad de producto. Esto hará que crezca el coste de producción y quizás incremente el tamaño y el costo de la unidad de preparación. Un mayor rendimiento reducirá el cargo de materias primas en el costo de producción, pero incrementará el tamaño, inversión de capital, y costes de funcionamiento del reactor y de los equipos e instalaciones de separación. Fuente:Sitio web http://books.google.com.mx/books?id=CEtlxLXcwPoC&pg=PA302&lpg=PA302&dq=estequiometria+(+r endimiento+en+los+procesos+quimicos)&source=web&ots=tPjdUYrptR&sig=Jg4OIkKhR4pPTpm7cmor Profra. Adela Castillejos DTki_4I&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=4&ct=result#PPA302,M1. Consultado 18 dic 2008 Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  19. 19. CONCENTRACIONES PERMISIBLES DE SUSTANCIAS QUÍMICAS EN EL SER HUMANO En un análisis de sangre o de orina se miden las concentraciones de ciertas sustancias, y los resultados sirven para detectar enfermedades. No es lo mismo que en el plasma sanguíneo haya 90 mg de glucosa por cada 100 cm3, que haya 150 mg. En el segundo caso existe una enfermedad diabética. Fuente: Sitio web http://www.udbquim.frba.utn.edu.ar/material/DISOLUCIONES.htm. Consultado 09 ene 2009 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  20. 20. CONCENTRACIONES PERMISIBLES DE SUSTANCIAS QUÍMICAS EN EL SER HUMANO Las bebidas alcohólicas son disfrutadas ampliamente en todo el mundo, en diferentes lugares y por muchas y variadas personas. Son bien conocidos los patrones irresponsables de consumo, que unidos a ciertas acciones como manejar, pueden tener como resultado un gran número de daños (Grant & Litvak, 1998). Por esto, muchos países han estado de acuerdo en la necesidad de establecer reglamentos que prohiban manejar a conductores ebrios, especialmente si se aplica a manejar automóviles en caminos públicos. La regulación del máximo permitido de niveles CAS (Concentración de Alcohol en Sangre), es un instrumento para reforzar y para prevenir. CAS representa la cantidad de etanol en una cierta cantidad de sangre, y se conoce como quot;peso por volumenquot;. Las medidas más utilizadas generalmente son gramos de etanol por mililitro de sangre (g/ml), utilizado en Estados Unidos, y miligramos de etanol por mililitro de sangre (mg/ml), utilizado en la mayor parte de Europa. Por ejemplo, .005 g/ml=50 mg/ml. Fuente: Sitio web http://www.alcoholinformate.org.mx/saberdelmundo.cfm?articulo=48 Consultado 09 ene 2009 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  21. 21. CONCENTRACIONES PERMISIBLES DE SUSTANCIAS QUÍMICAS EN EL SER HUMANO Fuente: Sitio web http://www.alcoholinformate.org.mx/saberdelmundo.cfm?articulo=48 Consultado 09 ene 2009 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  22. 22. CONCENTRACIONES PERMISIBLES DE SUSTANCIAS QUÍMICAS EN EL SER HUMANO Fuente: Sitio web http://www.alcoholinformate.org.mx/saberdelmundo.cfm?articulo=48 Consultado 09 ene 2009 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  23. 23. RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE EN UN MOTOR El monóxido de carbono (CO) se produce en todas las combustiones incompletas de compuestos de carbono, esto es, aquéllas que no forman dióxido de carbono como producto de la reacción. Es un gas invisible, incoloro e insaboro, por lo que no podemos detectarlo fácilmente. El problema es que el CO es fuertemente tóxico, ya que forma un enlace fuerte con el hierro de la hemoglobina de la sangre. En condiciones normales, el hierro de la hemoglobina se une al oxígeno que respiramos y es la que se encarga de llevarlo a todas las células del cuerpo. Cuando el CO se une al hierro de la hemoglobina forma un enlace más fuerte que el del hierro con el oxígeno, con lo cual impide el acceso del O2 a las células, con lo que sobreviene la muerte por asfixia. El monóxido de carbono convive con nosotros en las grandes ciudades. Su presencia en la atmósfera está relacionada con la circulación de vehículos que utilizan gasolina. En la combustión completa de la gasolina se produce CO2. Este gas es menos tóxico que el monóxido de carbono. Las ecuaciones balanceadas de formación de CO y CO2 a partir de la gasolina (formada por octano, C8H18) son las siguientes: Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  24. 24. RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE EN UN MOTOR De las ecuaciones se sabe que la producción de CO ocurre cuando hay menos oxígeno presente. La combustión de la gasolina en presencia de poco oxígeno favorece la formación de CO. En la figura de abajo se observa la proporción de CO y CO2 que se produce en función de la cantidad de sustancia de O2 que se emplea por mol de gasolina quemada. Es recomendable que el pistón reciba una cantidad de sustancia de alrededor e 15.1 moles de O2 por cada mol de gasolina, para con ello estar por encima de las cantidades estequiométricas necesarias para la formación del dióxido de carbono. Así se produce muy poco CO y no se entorpece el funcionamiento del motor. Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  25. 25. RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE EN UN MOTOR En las reacciones de combustión de la gasolina, el O2 tiene que ser el reactivo en exceso para así evitar la formación del gas más tóxico, el CO. No se puede utilizar oxígeno en demasiado exceso, porque como se observa en la siguiente figura, con mayor cantidad de O2 se comienza a producir menos CO2. Una buena medida para reducir la contaminación, quizás la mejor, es afinar el motor lo más frecuentemente posible. La afinación incluye la limpieza de las partes por las que fluye el aire hacia el interior del motor y la calibración de las válvulas de acceso. Proporción de CO y CO2 que se producen en función de la cantidad de sustancia de O2 que se emplea por mol de gasolina. Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  26. 26. JABONES Y DETERGENTES La industria de jabones y detergentes es por todos conocida, aún cuando no sepamos lo que es un jabón ni la diferencia que existe entre un jabón con los detergentes. En América Latina, la industria de jabones y detergentes produjo 2.7 millones de toneladas en 1984, y en el mundo se fabricaron alrededor de 24 millones de toneladas, es decir, aproximadamente 5 kg por persona al año. En la industria de jabones y detergentes, como casi en cualquier industria, los cálculos estequiométricos son de gran importancia. Supongamos que somos los encargados de comprar las materias primas para producir estearato de sodio. La ecuación química, se puede escribir con las fórmulas moleculares, con lo cual tenemos lo siguiente: Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  27. 27. JABONES Y DETERGENTES Si queremos que la producción de estearato de sodio (C18H35O2Na) sea de 4,000 toneladas al mes, ¿cuánta materia prima necesitamos? Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  28. 28. JABONES Y DETERGENTES Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  29. 29. JABONES Y DETERGENTES Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  30. 30. PRODUCCIÓN DE METIL TERBUTIL ÉTER En los automóviles de combustión interna se acostumbra utilizar gasolina como combustible. La gasolina está formada por octanos (C8H18). Para que una gasolina funcione apropiadamente, no debe empezar a quemarse antes de ser incendiada por la chispa de la bujía. Si lo hace, se dice que el motor “golpetea”. Con el fin de impedir que esto ocurra se utilizan sustancias como antidetonantes, que se mezclan con la gasolina y evitan que ésta se queme antes de tiempo. En el pasado se utilizaba tetraetilo de plomo [Pb(CH2CH3)) como antidetonante de la gasolina. El problema con esta sustancia es su contenido de plomo, ya que durante la combustión de la gasolina éste se emite a la atmósfera. El plomo es muy tóxico debido a que inhibe el funcionamiento de muchas enzimas, y en los niños sobretodo causa daños en el sistema nervioso. Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  31. 31. PRODUCCIÓN DE METIL TERBUTIL ÉTER Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  32. 32. PRODUCCIÓN DE METIL TERBUTIL ÉTER Actualmente se utiliza el metil terbutil éter como antidetonante. Este compuesto se forma cuando el 2 metil-1 propeno reacciona con el alcohol metílico, como se indica a continuación: Cada litro de gasolina oxigenada requiere de 100 mL de metil terbutil éter, por lo que para un automóvil cuyo tanque de gasolina tiene una capacidad de 40 L, se necesitan 4000 mL de metil terbutil éter. Con esta información podemos calcular cuánto 2 metil-1 propeno (C4H8) se requiere para producir esta cantidad de metil terbutil éter (C5H12O). Necesitamos conocer la densidad de este último, que es igual a 0.74 g/mL. Este valor nos permite calcular los gramos que hay en 4000 mL de metil terbutil éter de la forma siguiente: Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  33. 33. PRODUCCIÓN DE METIL TERBUTIL ÉTER Para 40 L de gasolina se requieren 2960 g de metil terbutil éter. Ahora necesitamos calcular la cantidad de sustancia que hay en 2960 g para después utilizar la ecuación química y obtener la cantidad de 2 metil-1 propeno necesaria. La masa molar del metil terbutil éter es 88.15 g/mol. Con esto tenemos: Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
  34. 34. Profra. Adela Castillejos Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa

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