CÀLCULS ESTEQUIOMÈTRICS: ETAPES I EXERCICIS RESOLTS - QUIMICA - 2026

Els càlculs estequiomètrics són aquells que es realitzen sobre la base de les relacions de massa dels elements o compostos que intervenen en una reacció química.

El primer pas per realitzar-los és balancejar la reacció química d'interès. Així mateix, s'han de conèixer les fórmules correctes dels compostos que intervenen en el procés químic.

Font: Pixabay

Els càlculs estequiomètrics es basen en l'aplicació d'un conjunt de lleis, entre les quals hi ha les següents: La llei de conservació de la massa; la llei de les proporcions definides o de la Composició constant; i finalment, la llei de les proporcions múltiples.

La llei de la conservació de la massa assenyala que en una reacció química la suma de les masses de les substàncies reaccionants és igual a la suma de les masses dels productes. En una reacció química la massa total roman constant.

La llei de les proporcions definides o de la composició constant assenyala que mostres diferents de qualsevol compost pur tenen els mateixos elements en les mateixes proporcions de massa. Per exemple, l'aigua pura és la mateixa independentment de quina sigui la seva font, o de quin continent (o planeta) provingui.

I la tercera llei, la de les proporcions múltiples, indica que quan dos elements A i B formen més d'un compost, la proporció de la massa de l'element B que es combina amb una massa donada d'l'element A, en cada un dels compostos, pot expressar-se en termes de nombres enters petits. És a dir, que per a A _n B _m nim són nombres enters.

En què consisteixen els càlculs estequiomètrics i les seves etapes?

Són càlculs dissenyats per a resoldre les diferents interrogants que poden sorgir quan s'està estudiant una reacció química. Per això, s'ha de tenir coneixements dels processos químics i de les lleis que els regeixen.

Amb l'ús de el càlcul estequiomètric es pot obtenir, per exemple, a partir de la massa d'una substància reaccionant, la massa desconeguda d'un altre reactiu. També es pot conèixer la composició percentual dels elements químics presents en un compost i des d'ella, obtenir la fórmula empírica d'el compost.

Conseqüentment, el coneixement de la fórmula empírica o mínima d'un compost permet l'establiment de la seva fórmula molecular.

A més, el càlcul estequiomètric permet conèixer en una reacció química quin és el reactiu limitant, o si hi ha un reactiu sobrant, així com la massa d'aquest.

etapes

Les etapes dependran de el tipus de problema plantejat, així com de la seva complexitat.

Dues situacions comunes són:

-Reaccionan dos elements per originar un compost i es coneix només la massa d'un dels elements reaccionants.

-Es vol coneixer la massa desconeguda de l'segon element, així com la massa de l'compost resultant de la reacció.

En general, en la resolució d'aquests exercicis s'ha de seguir el següent ordre d'etapes:

Establir l'equació de la reacció química.

-Balancear l'equació.

-La tercera etapa és, mitjançant l'ús dels pesos atòmics dels elements i els coeficients estequiomètrics, obtenir la proporció de les masses dels elements reaccionants.

-Després, mitjançant l'ús de la llei de les proporcions definides, un cop conegudes la massa d'un element reaccionants i la proporció amb què reacciona amb el segon element, conèixer la massa de l'segon element.

-I la cinquena i última etapa, si es coneix les masses dels elements reactants, la seva suma permet calcular la massa de l'compost produït en la reacció. En aquest cas, s'obté aquesta informació basant-se en la llei de la conservació de la massa.

exercicis resolts

-Exercici 1

Quin és el reactiu sobrant quan es fan reaccionar 15 g de Mg amb 15 g de S per formar MgS? I Quants grams de MgS es produiran en la reacció?

dades:

-Massa de Mg i S = 15 g

-Pes atòmic de l'Mg = 24,3 g / mol.

-Pes atòmic de l'S = 32,06 g / mol.

Pas 1: equació de la reacció

Mg + S => MgS (ja està equilibrada)

Pas 2: establiment de la proporció en què es combinen el Mg i el S per produir el MgS

Per simplificar es pot arrodonir el pes atòmic de l'Mg a 24 g / mol i el pes atòmic de l'S a 32 g / mol. Llavors la proporció en què es combina el S i el Mg serà de 32:24, dividint als 2 termes per 8, la proporció es redueix a 4: 3.

En forma recíproca, la proporció en què es combina el Mg amb l'S és igual a 3: 4 (Mg / S)

Pas 3: discussió i càlcul de l'reactiu sobrant i la seva massa

La massa de Mg i S és de 15 g per a tots dos, però la proporció en què reaccionen el Mg i el S és de 3: 4 i no 1: 1. Després, es pot deduir que el reactiu sobrant és el Mg, ja que es troba en menor proporció pel que fa a la S.

Aquesta conclusió es pot posar a prova mitjançant el càlcul de la massa de Mg que reacciona amb 15 g de S.

g de Mg = 15 g de S x (3 g de Mg) / mol) / (4 g de S / mol)

11,25 g de Mg

Massa de Mg sobrant = 15 g - 11,25 g

3,75 g.

Pas 4: Massa de MgS formada en la reacció d'acord amb la llei de la conservació de la massa

Massa de MgS = massa de Mg + massa de S

11,25 g + 15 g.

26, 25 g

Un exercici amb fins didàctics podria fer-se de la forma següent:

Calcular els grams de S que reaccionen amb 15 g de Mg, utilitzant en aquest cas una proporció de 4: 3.

g de S = 15 g de Mg x (4 g de S / mol) / (3 g de Mg / mol)

20 g

Si la situació fos la presentada en aquest cas, es podria veure que els 15 g de S no arribarien per reaccionar completament amb els 15 g de Mg, faltant-li 5 g. Això confirma que el reactiu sobrant és el Mg i el S és el reactiu limitant en la formació de MgS, quan tots dos elements reactius tenen la mateixa massa.

-Exercici 2

Calculeu la massa de clorur de sodi (NaCl) i d'impureses que hi ha en 52 g de NaCl amb un percentatge de puresa de 97,5%.

dades:

-Massa de la mostra: 52 g de NaCl

-Percentatge de puresa = 97,5%.

Pas 1: càlcul de la massa pura de NaCl

Massa de NaCl = 52 gx 97,5% / 100%

50,7 g

Pas 2: càlcul de la massa d'impureses

% D'impureses = 100% - 97,5%

2,5%

Massa d'impureses = 52 gx 2,5% / 100%

1,3 g

Per tant, dels 52 g de sal, 50,7g són cristalls purs de NaCl, i 1,3g d'impureses (com poden ser altres ions o matèria orgànica).

-Exercici 3

Quina massa d'oxigen (O) hi ha en 40 g d'àcid nítric (HNO ₃), sabent que el seu pes molecular és de 63 g / mol i el pes atòmic de l'O és de 16 g / mol?

dades:

-Massa de HNO ₃ = 40 g

-Pes atòmic de l'O = 16 g / mol.

-Pes molecular de l'HNO ₃

Pas 1: Calcular el nombre de mols de HNO

Moles de HNO ₃ = 40 g de HNO ₃ x 1 mol d'HNO ₃ /63 g de HNO ₃

0,635 mols

Pas 2: calcular el nombre de mols d'O presents

La fórmula de l'HNO ₃ indica que hi ha 3 mols d'O per cada mol de HNO _3.

Moles d'O = 0,635 mols de HNO ₃ X 3 mols d'O / mol de HNO ₃

1,905 mols d'O

Pas 3: càlcul la massa d'O present a 40 g de HNO

g d'O = 1,905 mols d'O x 16 g d'O / mol de O

30,48 g

És a dir, que dels 40g de HNO ₃, 30,48g s'han exclusivament a el pes dels mols d'àtoms d'oxigen. Aquesta gran proporció d'oxigen és típic dels oxoanions o les seves sals terciàries (NaNO ₃, per exemple).

-Exercici 4

Quants grams de clorur de potassi (KCl) es produeixen a l'descompondre 20 g de clorat de potassi (KClO ₃) ?, sabent que el pes molecular de l'KCl és de 74,6 g / mol i el pes molecular de l'KClO ₃ és de 122,6 g / mol

dades:

-Massa de l'KClO ₃ = 20 g

-Pes molecular de l'KCl = 74,6 g / mol

-Pes molecular de l'KClO ₃ = 122,6 g / mol

Pas 1: equació de la reacció

2KClO ₃ => 2KCl + 3O ₂

Pas 2: càlcul de la massa de KClO

g de KClO ₃ = 2 mols x 122,6 g / mol

245,2 g

Pas 3: càlcul de la massa de KCl

g de KCl = 2 mols x 74,6 g / mol

149,2 g

Pas 4: càlcul de la massa de KCl produïda per descomposició

245 g de KClO ₃ es produeixen per descomposició 149, 2 g de KCl. Llavors, es pot usar aquesta proporció (coeficient estequiomètric) per trobar la massa de KCl que es produeix a partir de 20 g de KClO ₃:

g de KCl = 20 g de KClO ₃ x 149 g de KCl / 245,2 g de KClO ₃

12,17 g

Cal notar com és la relació màssica de l'O ₂ dins de l'KClO ₃. Dels 20g de KClO ₃, poc menys de la meitat es deu a l'oxigen que forma part de l'oxoanió clorat.

-Exercici maig

Trobar la composició percentual de les substàncies següents: a) dopa, C ₉ H ₁₁ NO ₄ ib) vainillina, C ₈ H ₈ O ₃.

a) Dopa

Pas 1: trobar el pes molecular de la dopa C

Per a això es multiplica inicialment el pes atòmic dels elements presents en el compost pel nombre de mols representats pels seus subíndexs. Per a trobar el pes molecular, se sumen els grams que aporten els diferents elements.

Carboni (C): 12 g / mol x 9 mol = 108 g

Hidrogen (H): 1 g / mol x 11 mol = 11 g

Nitrogen (N): 14 g / mol x 1 mol = 14 g

Oxigen (O): 16 g / mol x 4 mol = 64 g

Pes molecular de l'dopa = (108 g + 11 g + 14g + 64 g)

197 g

Pas 2: Trobar la composició percentual dels elements presents a la dopa

Per a això es pren el seu pes molecular (197 g) com el 100%.

% De l'C = 108 g / 197g x 100%

54,82%

% De l'H = 11 g / 197g x 100%

5,6%

% De l'N = 14 g / 197 gx 100%

7,10%

% De l'O = 64 g / 197 g

32,48%

b) Vani ina

Part 1: càlcul de l'pes molecular de la vainillina C

Per a això, es multiplica el pes atòmic de cada element pel nombre dels seus mols presents, sumant-se la massa que aporten els diferents elements

C: 12 g / mol x 8 mol = 96 g

H: 1 g / mol x 8 mol = 8 g

O: 16 g / mol x 3 mol = 48 g

Pes molecular = 96 g + 8 g + 48 g

152 g

Part 2: Trobar el% dels diferents elements presents en la vainillina

S'assumeix que el seu pes molecular (152 g / mol) representa el 100%.

% De l'C = 96 g / 152 gx 100%

63,15%

% De l'H = 8 g / 152 gx 100%

5,26%

% De l'O = 48 g / 152 gx 100%

31, el 58%

-Exercici juny

La composició percentual en massa d'un alcohol és la següent: carboni (C) 60%, hidrogen (H) 13% i oxigen (O) 27%. Obtingui la seva fórmula mínima o fórmula empírica.

dades:

Pesos atòmics: C 12 g / mol, H 1 g / mol i oxigen 16 g / mol.

Pas 1: càlcul de l'nombre de mols dels elements presents en l'alcohol

S'assumeix que la massa de l'alcohol és de 100g. En conseqüència, la massa de l'C és de 60 g, la massa de l'H és de 13 gi la massa d'oxigen és de 27 g.

Càlcul de l'nombre de mols:

Nombre de mols = massa de l'element / pes atòmic de l'element

mols de C = 60 g / (12 g / mol)

5 mols

mols de H = 13 g / (1 g / mol)

13 mols

mols d'O = 27 g / (16 g / mol)

1,69 mols

Pas 2: obtenció de la fórmula mínima o empírica

Per a això, es troba la proporció de nombre enters entre els números de mols. Això serveix per obtenir el nombre d'àtoms dels elements en la fórmula mínima. Amb aquesta finalitat els mols dels diferents elements es divideixen entre el nombre de mols de l'element en menor proporció.

C = 5 mols / 1,69 mols

C = 2,96

H = 13 mols / 1,69 mols

H = 7,69

O = 1,69 mols / 1,69 mols

O = 1

Arrodonint aquestes xifres, la fórmula mínima és: C ₃ H ₈ O. Aquesta fórmula es correspon amb la de l'propanol, CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH. No obstant això, aquesta fórmula també és la de l'compost CH ₃ CH ₂ OCH ₃, etil metil èter.

referències

1. Dominguez Arias MJ (sf). Càlculs en les reaccions químiques. Recuperat de: uv.es
2. Calculations with Chemical Formules and Equations.. Pres de: 2.chemistry.msu.edu
3. Sparknotes. (2018). Stoichiometric Calculation. Recuperat de: sparknotes.com
4. ChemPages Netorials. (Sf). Stoichiometry Module: General Stoichiometry. Recuperat de: chem.wisc.edu
5. Flors, J. Química (2002) Editorial Santillana.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8va ed.). Cengage Learning.