Cálculo de Reactivo Limitante y Rendimiento en Reacciones Químicas
Actividad 3: Identificación del Reactivo Limitante
Actividad 3: Identifica el reactivo limitante en cada una de las combinaciones de reactivos indicadas en las siguientes reacciones químicas ajustadas. Justifica las respuestas. En la reacción b), indica cuánto sobra del reactivo que no es limitante.
Resolución de Casos
1) Reacción de Óxido de Estaño (IV) con Carbono
La ecuación indica que reacciona 1 mol de SnO₂ con 2 mol de C.
- Para 3 mol de SnO₂ se necesitarán: (3 x 2) = 6 mol de C.
- Como tenemos 7 mol de C, hay más carbono del necesario; por lo tanto, el C está en exceso y el SnO₂ en defecto.
- Conclusión: El SnO₂ es EL REACTIVO LIMITANTE.
Enfoque inverso:
- 2 mol de C necesitan 1 mol de SnO₂, por lo tanto:
- 7 mol de C necesitarán "x" mol de SnO₂ → x = 7 / 2 = 3,5 mol de SnO₂.
- Como solo tenemos 3 mol de SnO₂ → el SnO₂ está en defecto, por lo que es el REACTIVO LIMITANTE.
2) Reacción de Fósforo con Oxígeno
La relación estequiométrica es: 4 mol de P reaccionan con 5 mol de O₂.
- 6 mol de P necesitarán "y" mol de O₂ → y = 7,5 mol de O₂.
- Como hay 8 mol de O₂, "sobra" O₂ (o "falta" P).
- Conclusión: El P es el REACTIVO LIMITANTE.
3) Reacción de Bromo con Hierro
Cambiando el enfoque (tomando como referencia el segundo reactivo):
- 3 mol de Br₂ reaccionan con 2 mol de Fe.
- 5,8 mol de Br₂ necesitarán "z" mol de Fe → z = 3,87 mol de Fe.
- Como hay 4 mol de Fe, "sobra" Fe (o "falta" Br₂).
- Conclusión: El Br₂ es el REACTIVO LIMITANTE.
Actividad 4: Obtención de Hidracina y Rendimiento Porcentual
Actividad 4: La hidracina ($N_2H_4$) se utiliza como combustible en cohetes. Se obtiene, industrialmente, por un proceso representado por la ecuación química siguiente:
NaOCl + 2NH₃ → N₂H₄ + NaCl + H₂O
Si a partir de 620,8 g de NaOCl y amoniaco en exceso, se obtienen 216,2 g de N₂H₄, ¿cuál ha sido el rendimiento porcentual del proceso? (20 puntos)
Cálculo del Rendimiento
Primero calculamos el rendimiento teórico, esto es, la masa de $N_2H_4$ (producto B) que se espera obtener a partir de una masa dada de $NaOCl$ (reactivo A):
Esquema de cálculo:
Gramos A → (Masa molar A) → Moles A → (Coeficientes ecuación) → Moles B → (Masa molar B) → Gramos B
Operación:
620,8 g NaOCl × (1 mol NaOCl / 74,44 g NaOCl) × (1 mol N₂H₄ / 1 mol NaOCl) × (32,052 g N₂H₄ / 1 mol N₂H₄) = 267,3 g N₂H₄
Cálculo del rendimiento porcentual:
Rendimiento porcentual = (Rendimiento real / Rendimiento teórico) × 100
Rendimiento = (216,2 g / 267,3 g) × 100 = 80,88 %
Actividad 5: Síntesis de Oxicloruro de Bismuto
Actividad 5: El “efecto perla” de los pintauñas y pintalabios se debe al oxicloruro de bismuto ($BiOCl$), un polvo cristalino brillante. Este compuesto se obtiene a partir de $BiCl_3$, que reacciona con el agua en un proceso cuya ecuación global es:
BiCl₃ + H₂O → BiOCl + 2HCl
Calcule la cantidad de BiCl₃ necesaria para obtener 12,20 g de BiOCl si el rendimiento porcentual del proceso es del 78%. (20 puntos)
Resolución Estequiométrica
Datos de masas molares y proporciones:
- Masa molar $BiCl_3$ = 315,5 g/mol
- Masa molar $BiOCl$ = 260,5 g/mol
Considerando el rendimiento del 78% sobre la producción teórica de $BiOCl$:
Si el rendimiento fuera del 100%, 315,5 g de $BiCl_3$ producirían 260,5 g de $BiOCl$.
Con un 78% de rendimiento, la cantidad obtenida por cada 315,5 g de reactivo es:
260,5 × 0,78 = 203,19 g de BiOCl
Establecemos la proporción para obtener los 12,20 g deseados:
- 315,5 g $BiCl_3$ → 203,19 g $BiOCl$
- X g $BiCl_3$ → 12,20 g $BiOCl$
Cálculo final:
X = (315,5 × 12,20) / 203,19
X = 18,94 g de BiCl₃