10.7: Conversiones entre moles y volumen de gas

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¿Cómo se puede saber cuánto gas hay en estos contenedores?

Los pequeños tanques de gas se utilizan a menudo para suministrar gases para reacciones químicas. Un medidor de gas dará alguna información sobre cuánto hay en el tanque, pero se necesitan estimaciones cuantitativas para que la reacción pueda proceder a su finalización. Saber calcular los parámetros necesarios para los gases es muy útil para evitar que se agoten antes de lo deseado.

Conversiones entre moles y volumen de gas

El volumen molar en STP se puede utilizar para convertir de moles a volumen de gas y de volumen de gas a moles. La igualdad de\(1 \: \text{mol} = 22.4 \: \text{L}\) es la base del factor de conversión.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Converting Gas Volume to Moles

Muchos metales reaccionan con los ácidos para producir gas hidrógeno. Una cierta reacción produce\(86.5 \: \text{L}\) gas hidrógeno en STP. ¿Cuántos moles de hidrógeno se produjeron?

Solución

Paso 1: Enumere las cantidades conocidas y planifique el problema.

Conocido

\(86.5 \: \text{L} \: \ce{H_2}\)
\(1 \: \text{mol} = 22.4 \: \text{L}\)

Desconocido

moles de H ₂

Aplica un factor de conversión para convertir de litros a moles.

Paso 2: Calcular.

\[86.5 \: \text{L} \: \ce{H_2} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{H_2}}{22.4 \: \text{L} \: \ce{H_2}} = 3.86 \: \text{mol} \: \ce{H_2}\nonumber \]

Paso 3: Piensa en tu resultado.

El volumen de gas producido es casi cuatro veces mayor que el volumen molar. El hecho de que el gas sea hidrógeno no juega ningún papel en el cálculo.

Ejemplo\(\PageIndex{2}\): Convertig Moles to Gas Volume

¿Qué volumen\(\ce{O_2}\) ocupa\(4.96 \: \text{mol}\) de STP?

Solución

Paso 1: Enumere las cantidades conocidas y planifique el problema.

Conocido

\(4.96 \: \text{mol} \: \ce{O_2}\)
\(1 \: \text{mol} = 22.4 \: \text{L}\)

Desconocido

volumen de O ₂

Paso 2: Calcular.

\[4.96 \: \text{mol} \times 22.4 \: \text{L/mol} = 111.1 \: \text{L}\nonumber \]

Paso 3: Piensa en tu resultado.

El volumen parece correcto dado el número de moles.

Ejemplo\(\PageIndex{3}\): Converting Volume to Mass

Si conocemos el volumen de una muestra de gas en STP, podemos determinar cuánta masa está presente. Supongamos que tenemos\(867 \: \text{L}\) de\(\ce{N_2}\) en STP. ¿Cuál es la masa del gas nitrógeno?

Solución

Paso 1: Enumere las cantidades conocidas y planifique el problema.

Conocido

\(867 \: \text{L} \: \ce{N_2}\)
\(1 \: \text{mol} = 22.4 \: \text{L}\)
Masa molar\(\ce{N_2} = 28.02 \: \text{g/mol}\)

Desconocido

masa de N ₂

Paso 2: Calcular.

Comenzamos por determinar el número de moles de gas presentes. Sabemos que 22.4 litros de un gas a STP equivale a un mol, así:

\[867 \: \text{L} \times \frac{1 \: \text{mol}}{22.4 \: \text{L}} = 38.7 \: \text{mol}\nonumber \]

También conocemos el peso molecular de\(\ce{N_2}\)\(\left( 28.0 \: \text{g/mol} \right)\), por lo que luego podemos calcular el peso del gas nitrógeno en 867 litros:

\[38.7 \: \text{mol} \times \frac{28 \: \text{g}}{1 \: \text{mol}} = 1083.6 \: \text{g} \: \ce{N_2}\nonumber \]

Paso 3: Piensa en tu resultado.

En un problema de varios pasos, asegúrese de que las unidades salgan.

Resumen

Se muestran las conversiones entre moles y volumen de un gas.

Revisar

En los problemas anteriores, ¿por qué el gas estaba siempre a temperatura y presión estándar?
Un contenedor contiene 45.2 L de gas N ₂ en STP. ¿Cuántos moles de gas N ₂ hay en el contenedor?
Si el gas en el problema anterior era gas CH ₄ en STP en lugar de gas N ₂, entonces ¿cuántos moles de gas CH ₄ habría?