Cálculos estequiométricos

La glucosa que usan tus músculos al hacer deporte tiene fórmula $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$. Calcula su masa molar y explica con una frase qué significa ese valor (masas atómicas: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Un vaso contiene $36\ \text{g}$ de agua. Sabiendo que la masa molar del agua es $18\ \text{g/mol}$, calcula cuántos moles de agua hay en el vaso.

En un matraz hay $0.5\ \text{mol}$ de dióxido de carbono. Sabiendo que la masa molar del $\text{CO}_2$ es $44\ \text{g/mol}$, calcula la masa de gas que contiene el matraz.

La ecuación balanceada de la combustión del metano, $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$, también se puede leer en moles.

1. a) ¿Cuántos moles de oxígeno se necesitan para quemar $3\ \text{mol}$ de metano?
2. b) ¿Cuántos moles de dióxido de carbono y cuántos de agua se forman entonces?

En la síntesis del amoniaco, $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$, se hacen reaccionar $6\ \text{mol}$ de hidrógeno con el nitrógeno suficiente.

1. a) ¿Cuántos moles de nitrógeno se consumen?
2. b) ¿Cuántos moles de amoniaco se obtienen?

Un cohete de aficionado quema $4\ \text{g}$ de hidrógeno según la ecuación $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$. Calcula, pasando por los moles, la masa de vapor de agua que se forma (masas molares: $\text{H}_2 = 2\ \text{g/mol}$; $\text{H}_2\text{O} = 18\ \text{g/mol}$).

La ecuación de la formación del agua es $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$. Si se queman completamente $4\ \text{mol}$ de hidrógeno:

1. a) ¿Cuántos moles de oxígeno se consumen?
2. b) ¿Cuántos moles de agua se forman?

En una barbacoa se queman $12\ \text{g}$ de carbono según la ecuación $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$. Calcula, pasando por los moles, qué masa de dióxido de carbono se forma (masas atómicas: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

La caldera de una casa quema $16\ \text{g}$ de metano según la ecuación $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$. Calcula, pasando por los moles:

1. a) La masa de oxígeno que consume.
2. b) La masa de dióxido de carbono que emite.

(masas molares: $\text{CH}_4 = 16\ \text{g/mol}$; $\text{O}_2 = 32\ \text{g/mol}$; $\text{CO}_2 = 44\ \text{g/mol}$).

Se quieren obtener $90\ \text{g}$ de agua haciendo reaccionar hidrógeno con oxígeno según la ecuación $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$. Calcula, pasando por los moles, qué masa de oxígeno hace falta (masas molares: $\text{O}_2 = 32\ \text{g/mol}$; $\text{H}_2\text{O} = 18\ \text{g/mol}$).

Una planta química hace reaccionar $28\ \text{g}$ de nitrógeno con hidrógeno en exceso según la ecuación $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$. Calcula, pasando por los moles, la masa de amoniaco que se obtiene (masas molares: $\text{N}_2 = 28\ \text{g/mol}$; $\text{NH}_3 = 17\ \text{g/mol}$).

Una bengala quema $12\ \text{g}$ de magnesio según la ecuación $2\ \text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{MgO}$. Calcula, pasando por los moles, la masa de óxido de magnesio que se forma (masas molares: $\text{Mg} = 24\ \text{g/mol}$; $\text{MgO} = 40\ \text{g/mol}$).

Una pieza de acero de $56\ \text{g}$ de hierro se oxida por completo según la ecuación $4\ \text{Fe} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Fe}_2\text{O}_3$. Calcula, pasando por los moles, la masa de óxido de hierro(III) que se forma (masas molares: $\text{Fe} = 56\ \text{g/mol}$; $\text{Fe}_2\text{O}_3 = 160\ \text{g/mol}$).

Un reactor quiere producir $34\ \text{g}$ de amoniaco según la ecuación $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$. Calcula, pasando por los moles, qué masa de hidrógeno debe alimentar como mínimo (masas molares: $\text{H}_2 = 2\ \text{g/mol}$; $\text{NH}_3 = 17\ \text{g/mol}$).

Un aparato de electrólisis descompone $90\ \text{g}$ de agua según la ecuación $2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\ \text{H}_2 + \text{O}_2$. Calcula, pasando por los moles:

1. a) La masa de hidrógeno obtenida.
2. b) La masa de oxígeno desprendido.

(masas molares: $\text{H}_2\text{O} = 18\ \text{g/mol}$; $\text{H}_2 = 2\ \text{g/mol}$; $\text{O}_2 = 32\ \text{g/mol}$).

Compara el oxígeno que necesitan dos combustibles gaseosos. Por un lado, la combustión del metano: $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$; por otro, la del propano: $\text{C}_3\text{H}_8 + 5\ \text{O}_2 \rightarrow 3\ \text{CO}_2 + 4\ \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Calcula la masa de oxígeno necesaria para quemar $16\ \text{g}$ de metano.
2. b) Calcula la masa de oxígeno necesaria para quemar $44\ \text{g}$ de propano.
3. c) Expresa ambos resultados en gramos de oxígeno por gramo de combustible y razona, mirando las fórmulas de los dos gases, por qué el que tiene mayor proporción de hidrógeno en su molécula consume más oxígeno por gramo.

(masas molares: $\text{CH}_4 = 16\ \text{g/mol}$; $\text{C}_3\text{H}_8 = 44\ \text{g/mol}$; $\text{O}_2 = 32\ \text{g/mol}$).

En un horno de cal se descomponen $100\ \text{g}$ de carbonato de calcio según la ecuación $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$. Calcula, pasando por los moles, la masa de cal viva ($\text{CaO}$) que se obtiene (masas molares: $\text{CaCO}_3 = 100\ \text{g/mol}$; $\text{CaO} = 56\ \text{g/mol}$).

Una cantera suministra a una fábrica de cal una piedra caliza que contiene un $80\ \%$ de carbonato de calcio (el resto son impurezas que no reaccionan). Se cargan en el horno $250\ \text{g}$ de esa piedra: $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$. La barra muestra la composición de la piedra:

1. a) ¿Qué masa de carbonato de calcio entra realmente en el horno?
2. b) Calcula, pasando por los moles, la masa de cal viva ($\text{CaO}$) que se obtiene.

(masas molares: $\text{CaCO}_3 = 100\ \text{g/mol}$; $\text{CaO} = 56\ \text{g/mol}$).

Una acería recibe un mineral de hierro con un $80\ \%$ de óxido de hierro(III) (el resto es ganga inerte). En el alto horno, el óxido reacciona según $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\ \text{CO} \rightarrow 2\ \text{Fe} + 3\ \text{CO}_2$. Se cargan $200\ \text{g}$ de mineral:

1. a) ¿Qué masa de $\text{Fe}_2\text{O}_3$ contiene esa carga?
2. b) Calcula, pasando por los moles, la masa de hierro que se obtiene.

(masas molares: $\text{Fe}_2\text{O}_3 = 160\ \text{g/mol}$; $\text{Fe} = 56\ \text{g/mol}$).

En un recipiente se mezclan $10\ \text{g}$ de hidrógeno con $64\ \text{g}$ de oxígeno y se hace saltar la chispa: $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$. El esquema resume los datos del experimento:

1. a) Calcula los moles de cada reactivo y deduce cuál está en exceso.
2. b) ¿Qué masa de agua se forma?
3. c) ¿Qué masa del reactivo en exceso queda sin reaccionar?

(masas molares: $\text{H}_2 = 2\ \text{g/mol}$; $\text{O}_2 = 32\ \text{g/mol}$; $\text{H}_2\text{O} = 18\ \text{g/mol}$).

Se introducen en un reactor $14\ \text{g}$ de nitrógeno y $6\ \text{g}$ de hidrógeno para producir amoniaco: $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$.

1. a) Calcula los moles de cada reactivo y deduce cuál se agota primero.
2. b) ¿Qué masa de amoniaco se obtiene?
3. c) ¿Qué masa del otro reactivo sobra?

(masas molares: $\text{N}_2 = 28\ \text{g/mol}$; $\text{H}_2 = 2\ \text{g/mol}$; $\text{NH}_3 = 17\ \text{g/mol}$).

En un horno se queman $32\ \text{g}$ de metano con $96\ \text{g}$ de oxígeno: $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Calcula los moles de cada reactivo y deduce cuál es el limitante.
2. b) ¿Qué masa de dióxido de carbono se emite?
3. c) ¿Qué masa de oxígeno sobra?

(masas molares: $\text{CH}_4 = 16\ \text{g/mol}$; $\text{O}_2 = 32\ \text{g/mol}$; $\text{CO}_2 = 44\ \text{g/mol}$).

Al calcinar $100\ \text{g}$ de carbonato de calcio puro, $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$, la teoría dice que deberían obtenerse $56\ \text{g}$ de cal viva. Sin embargo, un horno real solo ha producido $42\ \text{g}$, como comparan las barras de la figura.

1. a) Calcula el rendimiento del horno, en porcentaje.
2. b) Propón una razón que explique por qué el horno no alcanza el $100\ \%$.

Según la ecuación $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$, $28\ \text{g}$ de nitrógeno deberían dar $34\ \text{g}$ de amoniaco. En un reactor real solo se han recogido $20.4\ \text{g}$.

1. a) Calcula el rendimiento de la reacción, en porcentaje.
2. b) Explica dos razones por las que una fábrica puede no alcanzar el rendimiento teórico del $100\ \%$.