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Química General · Atoms, moles and stoichiometry

Estequiometría y rendimiento de reacción

Una lección resuelta gratis y 40 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.

¿Atascado con estequiometría y rendimiento de reacción? Escanea el problema.

Toma una foto de la reacción de tu tarea o de tu libro y dibuja su mecanismo con cada flecha revisada. 1 escaneo gratis ya, sin registrarte; 1 más con una cuenta gratuita.

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Lo que aprenderás

  • Balance chemical equations, including combustion reactions, by changing coefficients only.
  • Use the mole ratios of a balanced equation to convert between moles and masses of reactants and products.
  • Identify the limiting reactant and calculate the theoretical yield and the amount of excess reactant left over.
  • Calculate theoretical, actual and percent yields, and the overall yield of a multistep process.

Lección gratis

El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.

Leer la lección gratis (6 partes)

Ajuste de ecuaciones

Una ecuación ajustada tiene el mismo número de átomos de cada elemento en ambos lados, porque los átomos no se crean ni se destruyen; por lo tanto, la masa total se conserva, pero el número de moléculas no tiene por qué conservarse. Ajusta cambiando los coeficientes, nunca los subíndices: cambiar H₂O por H₂O₂ da una sustancia distinta. En una reacción de combustión, ajusta primero el carbono (un CO₂ por cada C), después el hidrógeno (un H₂O por cada dos H) y por último el oxígeno, porque el O₂ es la única especie que no contiene más que oxígeno. El propano (dibujado): C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O da 3CO₂ y 4H₂O, que contienen 3 × 2 + 4 = 10 átomos de O, así que 5O₂: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. Si el oxígeno sale impar, como en el C₂H₆ (2CO₂ + 3H₂O necesitan 7 átomos de O, 3½O₂), duplica todo: 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O. Si el combustible ya contiene oxígeno, resta sus átomos de O antes de elegir el coeficiente del O₂: el C₂H₅OH da 2CO₂ + 3H₂O (7 O), el etanol aporta 1, así que 6 O provienen de 3O₂. Trata un ion poliatómico que se conserva sin cambios (SO₄²⁻, PO₄³⁻) como una sola unidad. En una ecuación redox, iguala primero los electrones perdidos con los ganados y luego ajusta los demás átomos: si cada Mn pasa de +7 a +2 (gana 5 e⁻) y cada Cl₂ se forma a partir de dos Cl⁻ (pierde 2 e⁻), entonces 2 Mn se combinan con 5 Cl₂.

Relaciones molares y conversiones masa a masa

Los coeficientes dan relaciones molares, no relaciones de masa. En C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O, un mol de propano consume cinco moles de O₂ y forma tres moles de CO₂. Para pasar de la masa de una sustancia a la masa de otra, pasa siempre por los moles: gramos de A ÷ masa molar de A → moles de A; × (coeficiente de B ÷ coeficiente de A) → moles de B; × masa molar de B → gramos de B. Ejemplo: al quemar 5.00 g de metano (16.04 g/mol, dibujado), CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, se obtiene 5.00 ÷ 16.04 = 0.3117 mol de CH₄ → 0.3117 mol de CO₂ → 0.3117 × 44.01 = 13.7 g de CO₂. La masa de producto es mayor que la masa de combustible porque se añade el oxígeno del aire.

Reactivos limitante y en exceso

Cuando los reactivos no están en la proporción exacta de la ecuación, uno se agota primero: el reactivo limitante. Este fija cuánto producto puede formarse; el otro está en exceso y queda parte sin reaccionar. Convierte cada reactivo a moles y divide entre su coeficiente; el resultado más pequeño marca el reactivo limitante, sea cual sea su masa. Ejemplo: 5.00 g de Na (22.99 g/mol) y 7.09 g de Cl₂ (70.90 g/mol) reaccionan según 2Na + Cl₂ → 2NaCl. Na: 0.2175 mol ÷ 2 = 0.1087; Cl₂: 0.1000 mol ÷ 1 = 0.1000, así que el Cl₂ es el limitante. NaCl formado = 2 × 0.1000 = 0.2000 mol × 58.44 g/mol = 11.69 g. Na consumido = 0.2000 mol × 22.99 = 4.60 g, así que quedan 5.00 − 4.60 = 0.40 g de Na. La masa se conserva: 5.00 + 7.09 = 12.09 g = 11.69 g de NaCl + 0.40 g de Na.

Rendimiento teórico, real y porcentual

El rendimiento teórico es la cantidad de producto calculada a partir del reactivo limitante, suponiendo reacción completa y sin pérdidas. El rendimiento real es el que se mide. Rendimiento porcentual = real ÷ teórico × 100. Si la reacción del cloruro de sodio anterior diera 10.5 g de NaCl, el rendimiento porcentual sería 10.5 ÷ 11.69 × 100 = 89.8%. Los rendimientos reales son menores porque las reacciones pueden no completarse, las reacciones secundarias forman otros productos y se pierde material durante la transferencia, la filtración y la purificación. Solo aumentar el reactivo limitante eleva el rendimiento teórico; añadir más del reactivo en exceso no lo hace. Para trabajar al revés a partir de una masa de producto objetivo, divide primero esa masa entre el rendimiento fraccionario para obtener la cantidad teórica que debes prever (30.0 g al 75.0% significa prever 30.0 ÷ 0.750 = 40.0 g) y luego conviértela a moles de reactivo.

Reacciones de varias etapas

Cuando el producto de una reacción es el reactivo de la siguiente, encadena las relaciones molares: multiplica la relación de cada etapa desde el material de partida hasta el producto final y no supongas que cada etapa es 1 : 1. En cuanto a los rendimientos, la fracción que sobrevive es el producto de los rendimientos de las etapas, no su promedio ni el más bajo. Ejemplo: 0.500 mol de un material de partida sometidos a dos etapas 1 : 1 con rendimientos del 80.0% y el 90.0% dan 0.500 × 0.800 × 0.900 = 0.360 mol de producto final, un rendimiento global del 72.0%. Una secuencia larga de buenas etapas puede terminar por debajo de una secuencia corta que contenga una etapa mala, o por encima, así que compara los rendimientos globales multiplicándolos.

Lo que conviene recordar

Ajusta con coeficientes y trabaja siempre en moles: convierte las masas a moles, usa la relación de coeficientes y vuelve a convertir. Divide los moles de cada reactivo entre su coeficiente para hallar el reactivo limitante; solo él determina el rendimiento teórico, y el exceso que queda es lo que había menos lo que reaccionó. El rendimiento porcentual es real ÷ teórico × 100, y el rendimiento global de una secuencia es el producto de los rendimientos de sus etapas.

Problemas de práctica (40)

Practicar es gratis con una cuenta.

Predice el producto 4

Ajuste de ecuaciones

  • Obtener ácido fosfórico a partir de roca fosfáticaAjusta una ecuación con iones poliatómicos tratando como unidades los iones que no cambian.
  • Coeficientes para reducir el óxido de hierro(III)Halla los coeficientes enteros más pequeños para la reducción del óxido de hierro(III) con monóxido de carbono en el alto horno.

Rendimiento porcentual y reacciones de varios pasos

  • ¿Qué aumenta el rendimiento teórico?Predice qué cambio altera el rendimiento teórico, a diferencia del rendimiento real o de la velocidad.

Reactivos limitante y en exceso

  • ¿Qué hay en el recipiente después?Predice las cantidades de cada sustancia presente después de que una reacción con un reactivo limitante se complete.

Clasificar 2

Ajuste de ecuaciones

  • ¿Qué ecuación del óxido de aluminio está ajustada?Reconoce la ecuación correctamente ajustada del aluminio con el oxígeno entre ecuaciones con coeficientes o fórmulas incorrectos.

Reactivos limitante y en exceso

  • ¿Qué reactivo se agota: el zinc o el HCl?Identifica el reactivo limitante a partir de las cantidades en moles cuando los coeficientes son distintos.

Comparar 4

Relaciones molares y estequiometría de masas

  • Dióxido de carbono por gramo de combustibleOrdena combustibles según la masa de CO₂ liberada por gramo quemado, combinando relaciones molares con masas molares.
  • Demanda de oxígeno de cuatro combustiblesOrdena los combustibles según los moles de oxígeno que necesita un mol de cada uno para combustionar por completo, ajustando cada ecuación.

Rendimiento porcentual y reacciones de varios pasos

  • ¿Tres pasos buenos o dos desiguales?Compara los rendimientos globales de dos rutas de varios pasos multiplicando los rendimientos de cada paso.

Reactivos limitante y en exceso

  • Una mezcla en la que no sobra nadaCompara mezclas de reactivos para encontrar la que está en la relación molar estequiométrica exacta.

Calcular 19

Rendimiento porcentual y reacciones de varios pasos

  • Masa esperada con un rendimiento porcentual conocidoCalcula el rendimiento real esperado a partir de un rendimiento teórico y un rendimiento porcentual.
  • Rendimiento porcentual cuando un reactivo está en excesoIdentifica el reactivo limitante a partir de dos masas y úsalo para calcular un rendimiento porcentual.
  • Rendimiento porcentual de la cal vivaCalcula un rendimiento porcentual partiendo de la masa de reactivo en lugar de un rendimiento teórico dado.
  • Ácido nítrico a partir de amoníaco en tres pasosEncadena las relaciones molares de tres reacciones sucesivas para hallar la masa máxima del producto final.
  • Rendimiento porcentual del óxido de magnesioCalcula un rendimiento porcentual a partir de un rendimiento teórico dado y un rendimiento real medido.
  • Ácido sulfúrico en tres pasosCombina un rendimiento teórico con los rendimientos de las etapas de una secuencia de tres pasos para hallar la masa de producto final obtenida.

Reactivos limitante y en exceso

  • Cloruro de aluminio a partir de aluminio y cloroCalcula un rendimiento teórico cuando el reactivo con mayor número de moles es el limitante.
  • Rendimiento teórico de amoníacoHalla el reactivo limitante a partir de dos masas y calcula el rendimiento teórico de producto en gramos.
  • Oxígeno que queda tras quemar hidrógenoCalcula los moles de reactivo en exceso que quedan cuando se agota el reactivo limitante.
  • Hierro a partir de un suministro limitado de monóxido de carbonoHalla el reactivo limitante cuando un reactivo tiene el mayor número de moles pero también el mayor coeficiente, y calcula la masa de producto.
  • Fósforo blanco restante tras la cloraciónCalcula la masa de reactivo en exceso que queda cuando el reactivo limitante tiene un coeficiente grande.

Relaciones molares y estequiometría de masas

  • Moles de amoníaco a partir del hidrógenoConvierte moles de un reactivo a moles de producto con la relación molar de la ecuación ajustada.
  • Oxígeno necesario para quemar butanoAjusta una ecuación de combustión y úsala para hallar los moles de oxígeno que consume una cantidad dada de combustible.
  • Dióxido de carbono de la combustión de propanoRealiza un cálculo masa a masa para una reacción de combustión cuyo coeficiente de producto es mayor que uno.
  • Aluminio para una carga termitaCalcula la masa de un reactivo necesaria para consumir una masa dada del otro.
  • Masa de agua a partir del hidrógenoConvierte la masa de un reactivo en la masa de un producto a través de los moles, para una reacción con relación molar 1 a 1.

Ajuste de ecuaciones

  • Ajuste de la combustión del octanoAjusta una ecuación de combustión que primero da un coeficiente fraccionario de O₂ y elimínalo hasta obtener números enteros.
  • Cloro a partir de permanganato y HClAjusta una ecuación redox en la que el ácido clorhídrico actúa a la vez como reductor y como fuente de iones cloruro.
  • Oxígeno necesario para quemar propanoAjusta la combustión completa del propano y lee el coeficiente del oxígeno.

Encuentra el error 2

Reactivos limitante y en exceso

  • Elegir el reactivo limitante por la masaDiagnostica el error de elegir un reactivo limitante comparando masas en lugar de moles.

Ajuste de ecuaciones

  • Ajustar cambiando una fórmulaDiagnostica por qué cambiar un subíndice no es una forma válida de ajustar una ecuación.

Interpreta la evidencia 2

Relaciones molares y estequiometría de masas

  • Contenido de carbonato de calcio a partir de la pérdida de masaInterpreta la masa perdida al calentar una mezcla como un único producto gaseoso y úsala para hallar el porcentaje en masa del componente que reacciona.

Mole ratios and mass stoichiometry

  • Reading a mole ratioRead the mole ratio between a reactant and a product from the coefficients of a balanced equation.

Trabaja hacia atrás 4

Rendimiento porcentual y reacciones de varios pasos

  • Mineral necesario para un kilogramo de cobreTrabaja hacia atrás desde la masa objetivo de producto, pasando por un rendimiento porcentual, una relación molar y la pureza del mineral, hasta la masa de mineral necesaria.

Ajuste de ecuaciones

  • Identifica un hidrocarburo a partir de su combustiónTrabaja hacia atrás desde las cantidades balanceadas de combustión hasta la fórmula molecular de un hidrocarburo.

Relaciones molares y estequiometría de masas

  • Clorato de potasio para una masa objetivo de oxígenoAjusta una descomposición y trabaja hacia atrás desde la masa de producto requerida hasta la masa de reactivo.

Reactivos limitante y en exceso

  • ¿Cuánto oxígeno había al principio?Trabaja hacia atrás desde el contenido final de un recipiente hasta la cantidad inicial del reactivo en exceso.

Planea una síntesis 1

  • Orden para balancear la combustión de la glucosaPlanifica el orden en que conviene balancear los elementos de una ecuación de combustión para un compuesto que contiene oxígeno.

Explica por qué 2

Ajuste de ecuaciones

  • Qué conserva una ecuación ajustadaExplica que una ecuación ajustada conserva los átomos de cada elemento y, por tanto, la masa, pero no el número de moléculas.

Rendimiento porcentual y reacciones de varios pasos

  • Por qué el rendimiento real queda por debajoExplica una causa real de que el rendimiento real sea menor que el rendimiento teórico.

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