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Estequiometría: composición porcentual, fórmulas empíricas y balanceo de ecuaciones

QuímicaActualizado el 5,78 KB

Resumen

Este documento recoge los cálculos básicos de estequiometría: la composición porcentual de varios compuestos (H₂SO₄, CO₂ y KClO₃), la determinación de fórmulas empíricas a partir de porcentajes en masa y el balanceo de ecuaciones químicas por tanteo y por el método algebraico. Son ejercicios resueltos paso a paso que sirven para practicar estos procedimientos.

Puntos clave

  • La composición porcentual de un elemento en un compuesto se calcula como (masa del elemento en la fórmula / masa molar del compuesto) × 100.
  • La masa molar de H₂SO₄ es 98.08 g/mol, y el porcentaje de azufre en este compuesto es aproximadamente 32.68%.
  • Para hallar una fórmula empírica se dividen los porcentajes entre las masas atómicas, se obtienen los moles relativos y se simplifican dividiendo entre el menor valor.
  • Ejemplo: un compuesto con 11.19% H y 88.79% O tiene fórmula empírica H₂O.
  • En el balanceo por tanteo se ajustan coeficientes hasta que el número de átomos de cada elemento sea igual en reactivos y productos.
  • En el método algebraico se asignan coeficientes x₁, x₂… a cada especie, se plantean ecuaciones por elemento y se resuelve asignando un valor a una de las incógnitas.

Ponte a prueba

Cálculos Químicos Fundamentales

1. Determinación de la Composición Porcentual

1. Composición Porcentual del Ácido Sulfúrico (H₂SO₄)

Masa molar H₂SO₄ = (2 × 1.008) + 32.06 + (4 × 16) = 98.08 g/mol

  • % H = (2.016 / 98.08) × 100 ≈ 2.05%
  • % S = (32.06 / 98.08) × 100 ≈ 32.68%
  • % O = (64 / 98.08) × 100 ≈ 65.27%

2. Composición Porcentual del Dióxido de Carbono (CO₂)

Masa molar CO₂ = 12.01 + (2 × 16) = 44.01 g/mol

  • % C = (12.01 / 44.01) × 100 ≈ 27.30%
  • % O = (32 / 44.01) × 100 ≈ 72.70%

3. Composición Porcentual del Clorato de Potasio (KClO₃)

Masa molar KClO₃ = 39.10 + 35.45 + (3 × 16) = 122.55 g/mol

  • % K = (39.10 / 122.55) × 100 ≈ 31.91%
  • % Cl = (35.45 / 122.55) × 100 ≈ 28.94%
  • % O = (48 / 122.55) × 100 ≈ 39.15%

2. Determinación de Fórmulas Empíricas

4. Fórmula Empírica con 11.19% H y 88.79% O

Paso 1: Moles relativos (Dividir entre masas molares)

  • H: 11.19 / 1.008 ≈ 11.10
  • O: 88.79 / 16 ≈ 5.55

Paso 2: Simplificación (Dividir entre el menor valor, 5.55)

  • H: 11.10 / 5.55 = 2
  • O: 5.55 / 5.55 = 1

Fórmula empírica: H₂O

5. Fórmula Empírica con 56.58% K, 8.68% C, 34.73% O

Paso 1: Moles relativos

  • K: 56.58 / 39.10 ≈ 1.45
  • C: 8.68 / 12.01 ≈ 0.72
  • O: 34.73 / 16 ≈ 2.17

Paso 2: Simplificación (Dividir entre el menor valor, 0.72)

  • K: 1.45 / 0.72 ≈ 2
  • C: 0.72 / 0.72 = 1
  • O: 2.17 / 0.72 ≈ 3

Fórmula empírica: K₂CO₃

Balanceo de Ecuaciones Químicas

Método de Balanceo por Tanteo

  1. KNO₃ → KNO₂ + O₂

    Ecuación Balanceada: 2 KNO₃ → 2 KNO₂ + O₂

  2. CO₂ + KOH → K₂CO₃ + H₂O

    Ecuación Balanceada: CO₂ + 2 KOH → K₂CO₃ + H₂O

  3. Al + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + H₂

    Ecuación Balanceada: 2 Al + 3 H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3 H₂

  4. Al + CuO → Cu + Al₂O₃

    Ecuación Balanceada: 2 Al + 3 CuO → 3 Cu + Al₂O₃

  5. K + H₂O → H₂ + KOH

    Ecuación Balanceada: 2 K + 2 H₂O → H₂ + 2 KOH

Método de Balanceo Algebraico (Paso a Paso)

Ejemplo A: Al + Cr₂O₃ → Al₂O₃ + Cr

1. Asignar coeficientes algebraicos:

x₁ Al + x₂ Cr₂O₃ → x₃ Al₂O₃ + x₄ Cr

2. Ecuaciones según los elementos:

  • Al: x₁ = 2x₃
  • Cr: 2x₂ = x₄
  • O: 3x₂ = 3x₃ → x₂ = x₃

3. Solución (Asignamos x₃ = 1):

  • x₁ = 2
  • x₂ = 1
  • x₄ = 2

Ecuación balanceada: 2 Al + Cr₂O₃ → Al₂O₃ + 2 Cr

Ejemplo B: Descomposición del Dicromato de Amonio

(NH₄)₂Cr₂O₇ → N₂ + H₂O + Cr₂O₃

1. Coeficientes:

x₁ (NH₄)₂Cr₂O₇ → x₂ N₂ + x₃ H₂O + x₄ Cr₂O₃

2. Ecuaciones:

  • N: 2x₁ = 2x₂ → x₁ = x₂
  • H: 8x₁ = 2x₃ → x₃ = 4x₁
  • Cr: 2x₁ = 2x₄ → x₁ = x₄
  • O: 7x₁ = x₃ + 3x₄

3. Solución (Asignamos x₁ = 1):

  • x₂ = 1
  • x₃ = 4
  • x₄ = 1

Ecuación balanceada: (NH₄)₂Cr₂O₇ → N₂ + 4 H₂O + Cr₂O₃

Ejemplo C: Reacción de Hidróxido de Bario con Óxido de Fósforo

Ba(OH)₂ + P₄O₁₀ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O

1. Coeficientes:

x₁ Ba(OH)₂ + x₂ P₄O₁₀ → x₃ Ba₃(PO₄)₂ + x₄ H₂O

2. Ecuaciones:

  • Ba: x₁ = 3x₃
  • P: 4x₂ = 2x₃ → x₂ = 0.5x₃
  • O: 2x₁ + 10x₂ = 8x₃ + x₄
  • H: 2x₁ = 2x₄ → x₁ = x₄

3. Solución (Asignamos x₃ = 2 para obtener números enteros):

  • x₁ = 6
  • x₂ = 1
  • x₄ = 6

Ecuación balanceada: 6 Ba(OH)₂ + P₄O₁₀ → 2 Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O

Ejemplo D: Reacción de Hidróxido de Rubidio

RbOH + SO₂ → Rb₂SO₃ + H₂O

1. Coeficientes:

x₁ RbOH + x₂ SO₂ → x₃ Rb₂SO₃ + x₄ H₂O

2. Ecuaciones:

  • Rb: x₁ = 2x₃
  • S: x₂ = x₃
  • O: x₁ + 2x₂ = 3x₃ + x₄
  • H: x₁ = 2x₄

3. Solución (Asignamos x₃ = 1):

  • x₁ = 2
  • x₂ = 1
  • x₄ = 1

Ecuación balanceada: 2 RbOH + SO₂ → Rb₂SO₃ + H₂O

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Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la fórmula empírica de un compuesto?

Se dividen los porcentajes en masa de cada elemento entre su masa atómica para obtener los moles relativos. Después se divide cada valor entre el menor de ellos y se obtienen los subíndices enteros.

¿Qué es el método algebraico para balancear ecuaciones?

Consiste en asignar coeficientes algebraicos a cada especie, plantear una ecuación por cada elemento que iguale sus átomos a ambos lados y resolver el sistema, asignando un valor a una incógnita para obtener números enteros.

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Test

1. ¿Cuál es la masa molar del H₂SO₄ según el documento?
2. ¿Cuál es el porcentaje de oxígeno en el CO₂ según el texto?
3. ¿Cuál es la fórmula empírica de un compuesto con 11.19% H y 88.79% O?
4. En el método de tanteo, ¿qué debe cumplirse al balancear una ecuación?
5. En la ecuación balanceada 2 Al + 3 CuO → 3 Cu + Al₂O₃, ¿cuál es el coeficiente del cobre metálico?
6. En el ejemplo algebraico Al + Cr₂O₃ → Al₂O₃ + Cr, ¿qué coeficiente resulta para el aluminio?

Preguntas generadas con IA a partir del documento: comprueba las respuestas con el texto.