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Estequiometría de la reacción

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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

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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

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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