Estequiometría de la reacción

Hacemos reaccionar carbonato de calcio con ácido clorhídrico 3M. En el proceso se obtiene dióxido de carbono, agua y cloruro de calcio. Si se obtienen 1,2 m3 de dióxido de carbono medidos en condiciones normales, calcula:
a) Gramos de carbonato de calcio que han reaccionado.
b) Volumen de disolución 3 M de ácido clorhídrico que ha reaccionado.
Dato: R=0,082atm.L/K.mol, Ca=40,1, C=12, O=16

Solución

  • Escribimos la reacción química

CaCO3 + HCl → CO2 + H2O + CaCl2

  • Ajustamos la reacción

CaCO3 + 2HCl → CO2 + H2O + CaCl2

  • Pasamos a moles

1,2m3 = 1200dm3=1200L
Como se trata de un gas en condiciones normales verifica la ecuación de los gases ideales con P=1atm y T=273K
pV=nRT → n=pV/RT=1.1200/0,082.273=53,60 moles

  • Utilizamos la estequiometría de la reacción

Si se produce 1 mol de CO2 por cada mol de CaCO3 que reacciona
cuando se producen 53,60 moles, será porque han reaccionado 53,60moles de CaCO3
Para pasar de moles a gramos, utilizamos el PM(CaCO3)=100,1g/mol
m=n.PM=53,60.100,1=5365,36g

Solución: m=5365,36g

b) Utilizando la estequiometría de la reacción
Si 1 mol de CaCO3 reacciona con 2 moles de HCl
53,60 moles reaccionarán con x=107,2 moles de HCl
Como se trata de una disolución 3M y M=n/V → V=107,2/3=35,73L

Solución: V=35,73L

pH. Reacciones ácido-base

Se dispone de una disolución 0,15M de hidróxido de sodio y otra 0,25M de ácido sulfúrico. ¿Qué pH se obtendrá si se mezclan 250mL de la primera con 300mL de la segunda?

Solución

pH=-log[H+]

  • Escribimos la reacción ácido base

Ácido + Base → Sal + Agua
H2SO4 → 2H+ + (SO4)-2
NaOH → Na+ + (OH)-
H2SO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O

  • Ajustamos la reacción

H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O

  • Pasamos a moles

n(H2SO4)=M.V=0,25.0,3=0,075moles
n(NaOH)=M.V=0,15.0,25=0,0375moles

  • Vemos cuál es el reactivo limitante y cuál es el reactivo en exceso utilizando la estequiometría de la reacción

Si 1 mol de ácido sulfúrico reacciona con 2 moles de hidróxido de sodio
0,075 moles reaccionarán con x=0,075.2=0,15 moles de NaOH
Puesto que no tengo 0,15moles de NaOH, este será el reactivo limitante y deberé plantear la regla de tres en el sentido contrario:
Si 2 moles de hidróxido de sodio reaccionan con 1 mol de ácido sulfúrico
0,0375 reaccionarán con x=0,0375/2=0,0188 moles

Me va a sobrar ácido sulfúrico: n=0,075-0,0188=0,038 moles
Este ácido sulfúrico estará en un V=Vácido + Vbase=0,25+0,3=0,55L

El ácido súlfurico estará disociado según:
H2SO4 → 2H+ + (SO4)-2
Si por cada mol de ácido sulfúrico obtengo 2 moles de H+
con 0,038 moles obtendré x=0,076 moles
[H+]=n/V=0,076/0,55=0,138M

pH=-log[H+]=-log(0,138)=0,86

Solución: pH=0,86. pH ácido puesto que lo que sobra es ácido sulfúrico

Reacciones químicas

Hacemos reaccionar cierta masa de carbonato de calcio con ácido clorhídrico 3M. En el proceso se obtienen dióxido de carbono, agua y cloruro de calcio. Teniendo en cuenta que se obtienen 1,23 m3 de dióxido de carbono medidos a 27º y 770 mm de Hg, calcula:
a) La masa de carbonato de calcio que ha reaccionado
b) El volumen de disolución 3M de ácido clorhídrico que ha reaccionado
Datos: Ca=40,1; C=12; O=16; H=1; Cl=35,5; R=0,082atm.L/K.mol

Solución

a)

  • Escribimos la reacción química

CaCO3 + HCl → CO2 + H2O + CaCL2

  • Ajustamos la reacción, es decir, garantizamos que existe el mismo número de átomos de cada tipo en ambos lados de la reacción ( siempre dejamos para el final H y O )

CaCO3 + 2HCl → CO2 + H2O + CaCl2

  • Pasamos a moles las cantidades que nos dan, en este caso de rpoductos.

Como CO2 es un gas y nos están dando datos de presión y temperatura, utilizamos la ecuación de los gases ideales:
T=27ºC=300K
P=770mmHg=770/760=1,01atm
V=1,23m3=1230dm3=1230L
pV=nRT → n=pV/RT=1,01.1230/0,082.300=50,50moles

  • Calculamos los moles de carbonato de calcio a partir de los de CO2 utilizando la estequiometría de la reacción.

Si 1mol de CO2 se produce cuando reacciona 1 mol de CaCO3
50,50moles de CO2 se producen cuando reaccionan x=50,50 moles de CaCO3
Como nos piden masa, pasamos los moles a gramos utilizando el peso molecular.
PM(CaCO3)=100g/mol
m=n.PM=50,50.100=5050g

Solución: m(CaCO3)=5050g

b) Por la estequiometría de la reacción sabemos que:
1mol de carbonato de calcio reacciona con 2 moles de ácido clorhídrico
50,50moles reaccionarán con x=101moles de HCl

Como el HCl se saca de una disolución 3M y necesitamos 101,68moles
M=n/V → V=n/M=101/3=33,67L

Solución: V=33,67L de disolución 3M de HCL