(3) Reactivos Limitantes Y Rendimiento Porcentual (artículo) _ Khan Academy

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CIENCIA · QUÍMICA · REACCIONES QUÍMICAS Y ESTEQUIOMETRÍA · ESTEQUIOMETRÍA DE REACTIVO LIMITANTE

QUÍMICA REACCIONES QUÍMICAS Y ESTEQUIOMETRÍA

Reactivos limitantes y ¡Has terminado un video! Regístrate para guardar tu progreso rendimiento porcentual

Estequiometría de reactivo limitante

Revisamos cómo determinar cuál es el reactivo limitante y usamos esteoquiometría para calcular el rendimiento teórico y porcentual.

Estequiometría: reactivo limitante Reactivo limitante. Problema de ejemplo 1 Práctica: Estequiometría de reactivo limitante Reactivos limitantes y rendimiento porcentual Introducción al análisis gravimétrico: gravimetría por volatilización

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Reactivo limitante y rendimiento teórico Es un acertijo clásico: tenemos cinco salchichas y cuatro panes. ¿Cuántos perritos calientes podemos hacer?

Análisis gravimétrico y gravimetría por precipitación Respuesta libre del examen AP de Química 2015, pregunta 2a (parte 1 de 2) Respuesta libre del examen AP de Química 2015, pregunta 2a (parte 2 de 2) y 2b

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Composición molecular

Suponiendo que las salchichas y los panes se combinan en una tasa de uno a uno, estaremos limitados por el número de panes porque es lo que se nos va a acabar primero. En esta situación poco ideal llamaríamos a los panes el reactivo limitante. En una reacción química, el reactivo limitante es el reactivo que determina cuánto producto se va a obtener. A veces decimos que los otros reactivos están en exceso porque va a sobrar algo cuando el reactivo limitante se haya utilizado por completo. La cantidad máxima de producto que se puede producir se llama el rendimiento teórico. En el caso de las salchichas y los panes, nuestro rendimiento teórico son los cuatro perritos calientes completos, puesto que tenemos cuatro salchichas. ¡Pero ya es suficiente de perritos calientes! En el siguiente ejemplo vamos a identificar el reactivo

limitante y vamos a calcular el rendimiento teórico de una reacción química real. Consejo para resolver el problema: el primer paso y el más importante para hacer cualquier cálculo de estequiometría —como encontrar el reactivo limitante o el rendimiento teórico— es empezar con una ecuación balanceada. Como nuestros cálculos utilizan proporciones basadas en los coeficientes estequiométricos, nuestras respuestas serán incorrectas si los coeficientes no están bien.

Ejemplo 1: encontrar el reactivo limitante En la siguiente reacción, ¿cuál es el reactivo limitante si empezamos con 2.80g de Al y 4.25g de Cl2 ?

2Al(s) + 3Cl2 (g) → 2AlCl3 (s) Primero revisemos si nuestra reacción está balanceada: tenemos dos átomos de Al y seis de Cl a ambos lados de la flecha, ¡así que estamos listos! En este problema conocemos la masa de ambos reactivos y nos gustaría saber cuál va a ser el primero en agotarse. Lo que haremos será convertir todo a moles,

después vamos a utilizar la relación estequiométrica de la reacción balanceada para encontrar el reactivo limitante.

Paso 1: convertir las cantidades a moles. Podemos convertir las masas de Al y Cl2 a moles usando los pesos moleculares:

moles de Al = 2.80 g de Al ×

1 mol de Al = 1.04 × 10−1 m 26.98 g de Al

moles de Cl2 = 4.25 g de Cl2 ×

1 mol de Cl2 = 5.99 × 10− 70.90 g de Cl2

Paso 2: encontrar el reactivo limitante mediante la relación estequiométrica. Ahora que las cantidades que conocemos están en moles, hay varias formas de encontrar el reactivo limitante. Aquí te vamos a enseñar tres métodos. Todos dan la misma respuesta, así que puedes escoger el que más te guste. Los tres métodos usan la relación estequiométrica de formas ligeramente distintas.

MÉTODO 1: el primer método consiste en calcular la relación molar verdadera de los reactivos y compararla con la relación estequiométrica de la ecuación balanceada.

moles de Al 1.04 × 10−1 mol de Al Proporcioˊn real = = = −2 moles de Cl 2 5.99 × 10 mol de Cl2 La proporción real nos dice que tenemos 1.74 moles de Al por cada 1 mol de Cl2 . En comparación, la relación estequiométrica de la reacción balanceada se muestra a continuación:

2 mol de Al 0.67 mol de Al Relacioˊn estequiomˊetrica = = 3 mol de Cl2 1 mol de Cl2 Esto significa que necesitamos, al menos, 0.67 moles de Al por cada mol de Cl2 . Debido a que nuestra proporción real es mayor que nuestra relación estequiométrica, tenemos más Al del que necesitamos para reaccionar con cada mol de Cl2 . Por lo tanto, Cl2 es nuestro reactivo limitante y Al está en exceso. MÉTODO 2: un método más del tipo de prueba y error para averiguar cuál es el reactivo limitante consiste en escoger uno de los reactivos —no importa

cuál— y simular que ese es el reactivo limitante. Así podemos calcular los moles del otro reactivo con base en los moles del que se supone que es nuestro reactivo limitante. Por ejemplo, si simulamos que Al es el reactivo limitante, calcularíamos la cantidad requerida de Cl2 como sigue:

moles de Cl2 = 1.04 × 10−1 mol de Al ×

3 mol de Cl2 = 1.56 2 mol de Al

Con base en estos cálculos, necesitaríamos 1.56 × 10−1 moles de Cl2 si Al fuera el reactivo limitante. Como tenemos 5.99 × 10−2 moles de Cl2 , que es menos que 1.56 × 10−1 moles de Cl2 , nuestros cálculos nos dicen que se nos agotaría el Cl2 antes de que todo el Al reaccionara. Por lo tanto, el Cl2 es nuestro reactivo limitante. MÉTODO 3: en el tercer método se emplea el concepto del mol de reacción. Un mol de reacción se utiliza como unidad cuando reaccionan los moles de los coeficientes de la ecuación balanceada. La definición puede sonar un poco confusa, pero el siguiente ejemplo ayuda a ponerla en contexto. En la reacción que estamos trabajando diríamos que obtenemos 1 mol de reacción cuando 2 moles de Al reaccionan con 3 moles de Cl2 para producir 2 moles de AlCl3 , lo que también podemos escribir como

1 mol de reaccioˊn = 2 mol de Al = 3 mol de Cl2 = 2 mol de A

Podemos usar la igualdad anterior para construir proporciones que nos ayuden a convertir los moles de cada reactivo a los moles de la reacción:

1.04 × 10−1 mol de Al ×

1 mol-reaccioˊn = 5.20 × 10−2 mol-r 2 mol de Al

5.99 × 10−2 mol de Cl2 ×

1 mo de reaccioˊn = 2.00 × 10−2 mo 3 mol de Cl2

Entre más moles de reacción haya, la reacción va a ocurrir más veces. Entonces, el reactivo con el menor número de moles de reacción es el reactivo limitante puesto que la reacción con ese reactivo puede llevarse a cabo menos veces. Podemos notar que este método también verifica que el Cl2 es nuestro reactivo limitante porque produce 2.00 × 10−2 moles de reaccioˊn, que es menos que los 5.20 × 10−2 moles de reaccioˊn del Al.

Ejemplo 2: calcular el rendimiento teórico

Ahora que sabemos cuál es el reactivo limitante, podemos usar esa información para contestar la siguiente pregunta: ¿Cuál es el rendimiento teórico de AlCl3 que puede producir la reacción cuando empezamos con 4.25 g de Cl2 , nuestro reactivo limitante? Podemos usar los moles del reactivo limitante junto con la relación estequiométrica de la reacción balanceada para calcular el rendimiento teórico. Los coeficientes de la reacción balanceada nos dicen que por cada 3 moles de Cl2 deberíamos obtener 2 moles de AlCl3 . Por lo tanto, el rendimiento teórico en moles es

Rendimiento teoˊrico en moles = 5.99 × 10−2 mol de Cl2 ×

2 3

El rendimiento teórico se reporta con unidades de masa, así que podemos convertir los moles de AlCl3 a gramos usando el peso molecular:

rendimiento teoˊrico en gramos = 3.99 × 10−2 mol de AlCl3 ×

Rendimiento porcentual El rendimiento téorico es la máxima cantidad de producto que podemos esperar obtener de una reacción basándonos en la cantidad de reactivo limitante. En la práctica, sin embargo, es difícil que los químicos obtengan el rendimiento máximo por varias razones. Cuando se realiza una reacción en el laboratorio se puede perder algo del producto durante la purificación o los pasos de aislamiento. Incluso puedes llegar a decidir que vale la pena perder 10% de tu producto en un paso extra de purificación porque sabes que es más importante obtener un producto extremadamente puro en lugar de tener más cantidad de un producto menos puro.

¡Oh, no! Un gato ladrón nos robó un pan. Eso significa que el rendimiento real es de tres perritos calientes. Si nuestro rendimiento teórico era cuatro perritos calientes, ¿cuál es nuestro rendimiento porcentual?

Sin importar qué tan ordenada y prolija parezca una reacción balanceada, los reactivos pueden reaccionar de formas inesperadas y no deseadas, incluso haciendo una reacción completamente diferente —a veces llamada reacción secundaria— que forma productos que no queremos. Tu rendimiento real puede cambiar por factores como la estabilidad relativa de los reactivos y de los productos, la pureza de los químicos usados o la humedad que había ese día. En algunos casos puedes quedarte con todos los reactivos y ningún producto al final de tu reacción. ¡Las posibilidades son inagotables! Como los químicos ya saben que el rendimiento real va a ser menor que el rendimiento teórico, se reporta el rendimiento real usando el rendimiento porcentual, que nos dice qué porcentaje del rendimiento teórico vamos a obtener. Esta tasa puede ser muy valiosa para otras personas que quieren probar nuestra reacción. El rendimiento porcentual se determina usando la siguiente ecuación:

rendimiento porcentual =

rendimiento real × 100% rendimiento teoˊrico

Puesto que el rendimiento porcentual es un porcentaje, esperarías tener un rendimiento porcentual entre cero y 100. Si tu rendimiento porcentual es mayor a 100, probablemente calculaste o mediste algo de forma incorrecta.

Ejemplo 3: calcular el rendimiento teórico y porcentual La siguiente reacción se lleva a cabo con 1.56g de BaCl2 , que es el reactivo limitante. Logramos aislar 1.82g del producto deseado, AgCl.

BaCl2 (ac) + 2AgNO3 (ac) → 2AgCl(s) + Ba(NO3 )2 (ac) ¿Cuál es el rendimiento porcentual de esta reacción? Primero tenemos que revisar si la reacción está balanceada. Parece que tenemos el mismo número de átomos en los dos lados, por lo que podemos proceder a calcular el rendimiento teórico.

Paso 1: encontrar los moles del reactivo limitante. Podemos calcular los moles del reactivo limitante BaCl2 usando el peso molecular:

1.56 g de BaCl2 ×

1 mol de BaCl2 = 7.49 × 10−3 mol de  208.23 g de BaCl2

Paso 2: calcular los moles de producto.

Podemos calcular cuántos moles de AgCl esperaríamos tener si usamos la relación estequiométrica de la ecuación balanceada. La ecuación balanceada nos dice que esperamos obtener 2 moles de AgCl por cada 1 mol de BaCl2 :

7.49 × 10−3 mol de BaCl2 ×

2 mol de AgCl = 1.50 × 10−2 m 1 mol de BaCl2

Paso 3: convertir los moles de producto a gramos. Podemos convertir los moles de AgCl a la masa en gramos usando el peso molecular, lo que nos dará el rendimiento teórico en gramos:

1.50 × 10−2 mol de AgCl ×

143.32 g de AgCl = 2.15 g de Ag 1 mol de AgCl

Podemos usar el rendimiento teórico y el rendimiento real para calcular el rendimiento porcentual usando la siguiente ecuación:

rendimiento procentual =

=

rendimiento real × 100% rendimiento teoˊrico 1.82 g de AgCl × 100% 2.15 g de AgCl

= 84.6% de rendimiento

Resumen El reactivo limitante es el reactivo que se agota primero durante una reacción y también determina cuánto producto podrá hacerse. Podemos encontrar el reactivo limitante usando las relaciones estequiométricas de la reacción junto con alguno de los ingeniosos métodos del Ejemplo 1. Una vez que conocemos el reactivo limitante, podemos calcular la máxima cantidad de producto posible, que se conoce como el rendimiento teórico. Debido a que la cantidad real de producto casi siempre es menor al rendimiento teórico, los químicos también calculan el rendimiento porcentual usando la proporción entre el rendimiento experimental y el teórico. [Créditos y referencias.]

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Preguntas Sugerencias y agradecimientos

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¿como se calcula el rendimiento real? 2 votos

• 1 comentario • Marca

hace 7 meses de

painelliderdeakatsuki90

Si es para un problema te lo debe dar como en el Ejemplo 3 que dice: "Logramos aislar 1.82g del producto deseado." Ellos lo obtienen haciendo la reacción química en el laboratorio y pesando el producto obtenido despues de ser purificado. 2 votos

• Comentario • Marca

hace 7 meses de

Alejandro Bonilla A

como esta profe 2 votos

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hace 2 años de

kevin morales guadalupe

La relación estequiometrica del ejemplo #1 metodo #1 en la que resulta 0.67mol de Al/1 mol de Cl no es clara. Por favor, alguien me explica como resultó asi? 2 votos

• Comentario • Marca

hace 3 meses de

fernandocarrazcoc010

Es por comparacion de fracciones, una tecnica de Aritmetica, yo recien empeze a entenderlo al pasarme por Aritmetica en los temas de Khan Academy, aun no lo comprendo del todo, y aunque actualmente curse el final de Bachillerato no es mala idea repasar de vez en cuando la Aritmetica, te recomiendo pasarte a revisar especificamente la seccion de fracciones, son muy utiles para acortar procesos en calculo, fisica y como el ejemplo del metodo 1, en quimica 1 voto

• Comentario • Marca

hace 2 meses de

Ricardo

i don´t get the actual yield yet, thanks 1 voto

• 1 comentario • Marca

hace 2 años de

Camilo José De la cruz Padilla

Cual es la formula para encontrar la relacion entre 2 reactivos. 1 voto

• Comentario • Marca

hace 4 meses de

Luis.Barboza.Perez

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Estequiometría de reactivo limitante Introducción al análisis gravimétrico: gravimetría por volatilización

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