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11.1 Reacciones químicas: ajuste y estequiometría
Una reacción química es un proceso en el que unas sustancias (reactivos) se transforman en otras (productos).
Ajuste de reacciones
La ley de conservación de la masa (Lavoisier) exige que una reacción esté ajustada: el número de átomos de cada elemento debe ser igual en reactivos y productos.
Método de tanteo: Probar coeficientes hasta equilibrar.
Método algebraico: Asignar variables y resolver el sistema.
Estequiometría
Concepto de mol: 1 mol = 6.022 × 1023 partículas (número de Avogadro).
Masa molar (M): Masa de un mol de sustancia (g/mol).
Volumen molar: 1 mol de gas ideal en condiciones normales (0 °C, 1 atm) ocupa 22.4 L.
Relaciones estequiométricas:
Los coeficientes de la ecuación ajustada indican la proporción molar.
Cálculos estequiométricos
Pasos:
1) Ajustar la ecuación.
2) Convertir datos a moles.
3) Usar relación molar (coeficientes).
4) Convertir moles al dato pedido (gramos, litros, partículas).
Ejemplo resuelto
¿Cuántos gramos de H2O se producen al quemar 4 g de H2?
Ecuación ajustada: 2H2 + O2 -> 2H2O
Paso 1: Moles de H2: n = m/M = 4/2 = 2 mol
Paso 2: Relación molar: 2 mol H2 -> 2 mol H2O
Por tanto: n(H2O) = 2 mol
Paso 3: Masa de H2O: m = n × M = 2 × 18 = 36 g de H2O
Ejemplo resuelto
Se hacen reaccionar 50 g de CaCO3 con exceso de HCl:
CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2O + CO2
M(CaCO3) = 40 + 12 + 3(16) = 100 g/mol
n(CaCO3) = 50/100 = 0.5 mol
Relación: 1 mol CaCO3 -> 1 mol CO2
n(CO2) = 0.5 mol
Volumen en CN: V = 0.5 × 22.4 = 11.2 L de CO2
Masa de CaCl2: 0.5 × (40+71) = 0.5 × 111 = 55.5 g
Reactivo limitante y rendimiento
Conceptos adicionales
Reactivo limitante: El que se consume primero y limita la cantidad de producto.
Reactivo en exceso: El que sobra al finalizar la reacción.
Rendimiento: R = (cantidad real / cantidad teórica) × 100%
Ejercicios
1) Ajusta: Fe + O2 -> Fe2O3. ¿Cuántos gramos de Fe2O3 se forman con 56 g de Fe?
2) Se hacen reaccionar 10 g de Na con 10 g de Cl2: 2Na + Cl2 -> 2NaCl. ¿Cuál es el reactivo limitante?
3) La combustión de metano: CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O. ¿Qué volumen de CO2 (CN) se produce al quemar 32 g de CH4?
4) Si una reacción tiene un rendimiento del 80% y teóricamente debería producir 100 g, ¿cuánto se obtiene realmente?
5) ¿Cuántos moles de O2 se necesitan para quemar completamente 3 moles de C3H8?
Test de autoevaluación
1) El número de Avogadro es:
a) 6.022 × 1023 b) 22.4 c) 1.008 d) 3 × 108
2) 1 mol de O2 en condiciones normales ocupa:
a) 22.4 mL b) 22.4 L c) 11.2 L d) 44.8 L
3) En 2H2 + O2 -> 2H2O, los coeficientes indican:
a) Gramos b) Proporción molar c) Litros d) Átomos individuales