Estequiometría: cálculo de cantidades relativas en un gas o una solución

Volumen molar

Es la hora de la fiesta en el laboratorio de química y, para celebrar, llenamos globos con diferentes gases. Pero no somos cualquier planificador de fiestas aquí, somos científicos, así que estamos siendo meticulosos con nuestro trabajo. Queremos que todos nuestros globos tengan exactamente el mismo volumen: 22,4 litros.

Antes de inflar nada, nos aseguramos de que la temperatura estuviera helada (0 ° Celsius o 273 Kelvin (K)) y que la presión del aire fuera de 1 atmósfera (atm). Estas condiciones de temperatura y presión se conocen como temperatura y presión estándar o STP. En STP, un mol de cualquier gas llenará el globo a 22,4 litros. Esta cantidad se conoce como volumen molar .

Podemos representar el volumen molar como 1 mol = 22,4 L o como una proporción de 22,4 L / 1 mol . Siempre que llenemos nuestros globos con exactamente un mol de gas, todos tendrán el mismo volumen.

Debido a que el volumen molar es válido para todos los gases en STP, los cálculos estequiométricos que involucran gas son bastante simples. El volumen del gas se puede determinar multiplicando el número de moles de gas por 22,4 L.

Imagina que tienes 2 moles de oxígeno gaseoso en STP y un último globo para inflar. Si infla el globo con los 2 moles de gas, ¿qué tamaño tendrá el globo? Para averiguarlo, multiplique el número de moles de oxígeno, 2, por el volumen molar, 22,4 L / 1 mol.

(2 mol de O 2 x 22,4 L / 1 mol = 44,8 L)

Los lunares se cancelan y te quedas con 44,8 L, ¡la respuesta!

Si tiene un volumen de gas, el número de moles de gas presente se puede determinar utilizando la operación inversa. En otras palabras, multiplique el volumen de nuestro gas por el recíproco del volumen molar, 1 mol / 22,4 L.

¡Vamos a practicar! ¿Cuántos moles de nitrógeno hay en una muestra de 2 L mantenida en STP? Para comenzar, tomamos nuestro volumen, 2 L, y lo multiplicamos por el recíproco del volumen molar, 1 mol / 22,4 L.

(2 L x 1 mol / 22,4 L = 0,089 moles)

Los litros se anulan, dejándonos con 0,089 moles.

Estequiometría de gases

Volvamos a nuestro laboratorio y creemos algunos gases. Estamos haciendo una reacción que descompone el peróxido de hidrógeno en vapor de agua y gas oxígeno. La reacción equilibrada para este proceso es:

2 H 2 O 2 (líquido) -> 2 H 2 O (gas) + O 2 (gas)

Tenemos aproximadamente 68,02 g de peróxido de hidrógeno líquido. ¿Cuántos litros de oxígeno gaseoso se producirán en esta reacción si se lleva a cabo en STP?

Abordaremos la solución de este problema como cualquier problema de estequiometría y seguiremos estos cuatro pasos básicos:

Paso 1: equilibra la ecuación. Esta ecuación ya está equilibrada. ¡Vamos al paso dos!

Paso 2: Encuentra los moles del reactivo. Mi reactivo está en gramos, así que debo convertir gramos a moles. Tomo la masa dada de peróxido de hidrógeno, 68.02 g, y la divido por la masa molar del peróxido de hidrógeno, 34.01 g / 1 mol.

68.02 g H 2 O 2 x 1 mol H 2 O 2 / 34.01 g = 2 moles H 2 O 2

Los gramos se cancelan. Me quedan 2 moles de peróxido de hidrógeno.

Paso 3: Utilice la relación molar entre el reactivo y el producto para encontrar los moles del producto elaborado. Recuerde mirar su ecuación balanceada para encontrar la proporción molar. Para este problema, la relación molar es de 2 moles de H 2 O 2 (el reactivo) por 1 mol de oxígeno gaseoso (el producto). Estoy buscando determinar los moles de oxígeno, así que me aseguro de que parte de la proporción sea el numerador.

2 moles H 2 O 2 x 1 mol O 2 /2 moles H 2 O 2 = 1 mol O 2

Los lunares H 2 O 2 se cancelan. La reacción producirá 1 mol de oxígeno gaseoso.

Paso 4: Convierta los moles de producto a la unidad deseada. Me interesa el volumen de oxígeno, por lo que multiplico la cantidad de moles de oxígeno producidos por el volumen molar.

1 mol de O 2 x 22,4 L / 1 mol = 22,4 LO 2

Los lunares se cancelaron y mi producto final fueron 22,4 litros de gas oxígeno.

Soluciones

Las soluciones son mezclas homogéneas hechas de un soluto y un solvente. Los ejemplos de soluciones incluyen agua salada, jugo de manzana o Gatorade. Una de las propiedades más importantes de una solución es su concentración, o la relación entre soluto y disolvente. La mayoría de las veces, la concentración de una solución se expresa mediante la molaridad, que está representada por una M mayúscula.

La molaridad (M) es la relación entre moles de soluto y litros de solución. La molaridad se calcula dividiendo el número de moles de soluto por los litros de solución.

Molaridad = moles de soluto / litros de solución

Las unidades de molaridad pueden ser de capital M o mol / L .

Digamos que tenemos 0,5 moles de azúcar disueltos en 1 litro de agua. La molaridad de esta solución es 0.5 M. La molaridad se encuentra dividiendo 0.5 moles de azúcar (nuestro soluto) por 1 litro de agua (nuestra solución).

0,5 M = 0,5 moles de azúcar / 1 litro de agua

A veces conocemos la molaridad de una solución y el volumen, pero no conocemos los moles de soluto presentes. Para determinar esto, usamos nuestra ecuación de molaridad (molaridad = moles de soluto / litros de solución), ingresamos la información que conocemos (molaridad y litros de solución) y resolvemos la incógnita (moles de soluto). Al resolver problemas de molaridad, es útil representar las unidades de molaridad como mol / L.

En el laboratorio, tengo 0.10 litros de una solución de cloruro de sodio. Sé que la molaridad de la solución es 2,5, pero no sé cuántos moles de cloruro de sodio hay. Para resolverlo, tomo mi ecuación de molaridad: molaridad = moles de soluto / litros de solución. Enchufo la información que conozco (2.5 molaridad y 0.10 L) y resuelvo lo desconocido (moles de soluto). Al resolver, usaré mol / L para las unidades de molaridad.

2.5 mol / L = moles de soluto / 0.10 L de solución

Para obtener los moles de soluto por sí solo, multiplico cada lado por 0.10 L. ¡Voila! Después de cruzar litros, me quedo con 0,25 moles de soluto.

Estequiometría de soluciones

Las soluciones están en todas partes en los laboratorios de química, no solo como decoraciones geniales de laboratorio, sino como ingredientes esenciales para las reacciones químicas.

Una reacción muy fría ocurre entre los iones de plomo (Pb 2+ ) y los iones de yodo (I – ) cuando están juntos en solución. Reaccionan para formar un sólido de color amarillo brillante llamado yoduro de plomo (II) (PbI 2 ).

Pb 2+ + I – -> PbI 2

En el laboratorio, queremos producir tanto yoduro de plomo (II) como sea posible. Tenemos una cantidad ilimitada de iones de yoduro, pero solo tenemos una pequeña cantidad de iones de plomo, lo que limita la cantidad de yoduro de plomo (II) que podemos producir.

Tenemos 0.250 L de una solución de plomo que es 1.0 M. Usando esto, ¿cuántos gramos de yoduro de plomo (II) podemos posiblemente producir en esta reacción?

Para resolverlo, abordaremos la solución de esto como cualquier problema de estequiometría y seguiremos los cuatro pasos básicos:

Paso 1: equilibra la ecuación. Mi ecuación (Pb 2+ + 2 I – -> PbI 2 ) ya está balanceada, ¡así que vamos al paso 2!

Paso 2: Encuentra los moles del reactivo. Para encontrar el número de moles de iones de plomo presentes, necesito usar mi ecuación de molaridad, molaridad = moles de soluto / litro de solución. Sé que mi molaridad es 1.0 y que tengo 0.250 L de solución. Inserto esta información en mi ecuación y resuelvo los moles de soluto.

1.0 mol / L = moles de soluto / 0.250 L de solución

moles de soluto = 0.250 moles

Paso 3: Utilice la relación molar entre el reactivo y el producto para encontrar los moles del producto elaborado. Recuerde mirar la ecuación balanceada para encontrar la proporción molar. La relación molar para este problema es 1 mol de iones de plomo por 1 mol de yoduro de plomo (II). Multiplico mis moles de iones de plomo (0,250 moles) por mi relación molar (1 mol de yoduro de plomo (II) / 1 mol de iones de plomo) para determinar la cantidad de moles de yoduro de plomo (II) que se producirán.

0,250 moles Pb 2+ x 1 mol PBI 2 /1 mol de Pb 2+ = 0,250 moles PBI 2

Los moles de iones de plomo se cancelarán y me quedarán 0,250 moles de PbI 2 .

Paso 4: Convierta los moles de producto a la unidad deseada. Quiero saber cuántos gramos de yoduro de plomo (II) estoy produciendo, de modo que multiplico mis moles de yoduro de plomo (II) (0,250 moles) por la masa molar de yoduro de plomo (II) (461,00 g / mol). Esta reacción debería producir 115,25 gramos de yoduro de plomo (II).

0,250 moles PbI 2 x 461,00 g / mol = 115,25 g PbI 2

Resumen de la lección

El volumen molar en STP significa que un mol de cualquier gas ocupará 22,4 litros de espacio.

Al realizar estequiometría que implica gas, recordar que en STP, 1 mol de gas = 22,4 L , o que hay 1 mol de gas / 22,4 L .

La molaridad se usa para describir la concentración de una solución. La molaridad es la relación entre moles de soluto y litros de solución. Las unidades de molaridad son M o mol / L. Al realizar estequiometría con soluciones, recuerde que molaridad = moles de soluto / litros de solución .

Aborde los problemas de estequiometría para gases o soluciones con los mismos cuatro pasos:

• Paso 1: equilibra la ecuación.
• Paso 2: Encuentra los moles del reactivo.
• Paso 3: Utilice la relación molar entre el reactivo y el producto para encontrar los moles del producto elaborado.
• Paso 4: Convierta los moles de producto a la unidad deseada.

Los resultados del aprendizaje

Debería tener la capacidad de hacer lo siguiente después de ver esta lección en video:

• Explica lo que significa STP
• Definir molaridad
• Identificar los cuatro pasos para resolver problemas de estequiometría.