12.6: Estequiometría Masa-Volumen
- Page ID
- 70327
¿Cuánta azida se necesita para llenar una bolsa de aire?
Los autos y muchos otros vehículos tienen bolsas de aire en ellos. En caso de colisión, se desencadena una reacción para que la rápida descomposición de la azida sódica produzca gas nitrógeno, llenando la bolsa de aire. Si se usa muy poca azida sódica, la bolsa de aire no se llenará completamente y no protegerá a la persona en el vehículo. Demasiada azida sódica podría causar la formación de más gas que la bolsa puede manejar de manera segura. Si la bolsa se rompe por el exceso de presión de gas, se pierde toda la protección.
Problemas de masa a volumen y volumen a masa
Las reacciones químicas frecuentemente involucran tanto sustancias sólidas cuyas masas pueden medirse, como gases, para los cuales las mediciones de volumen son más adecuadas. Los problemas estequiométricos de este tipo se denominan problemas de masa, volumen o volumen-masa.
\[\text{mass of given} \rightarrow \text{moles of given} \rightarrow \text{moles of unknown} \rightarrow \text{volume of unknown}\nonumber \]
\[\text{volume of given} \rightarrow \text{moles of given} \rightarrow \text{moles of unknown} \rightarrow \text{mass of unknown}\nonumber \]
Debido a que ambos tipos de problemas implican una conversión de moles de gas a volumen o viceversa, podemos usar el volumen molar de\(22.4 \: \text{L/mol}\), siempre que las condiciones para la reacción estén en STP.
Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Mass-Volume Stoichiometry
El aluminio metálico reacciona rápidamente con ácido sulfúrico acuoso para producir sulfato de aluminio acuoso y gas hidrógeno:
\[2 \: \text{Al} \left( s \right) + 3 \ce{H_2SO_4} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Al_2(SO_4)_3} \left( aq \right) + 3 \ce{H_2} \left( g \right)\nonumber \]
Determinar el volumen de gas hidrógeno producido en STP cuando una\(2.00 \: \text{g}\) pieza de aluminio reacciona completamente.
Solución:
Paso 1: Enumere las cantidades conocidas y planifique el problema.
Conocido
- Dado:\(2.00 \: \text{g} \: \ce{Al}\)
- Masa molar\(\ce{Al} = 26.98 \: \text{g/mol}\)
- \(2 \: \text{mol} \: \ce{Al} = 3 \: \text{mol} \: \ce{H_2}\)
Desconocido
- volumen H 2 =?
Los gramos de aluminio primero se convertirán en moles. Entonces se aplicará la relación molar para convertir en moles de gas hidrógeno. Finalmente, se utilizará el volumen molar de un gas para convertir a litros de hidrógeno.
\[\text{g} \: \ce{Al} \rightarrow \text{mol} \: \ce{Al} \rightarrow \text{mol} \: \ce{H_2} \rightarrow \text{L} \: \ce{H_2}\nonumber \]
Paso 2: Resolver.
\[2.00 \: \text{g} \: \ce{Al} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{Al}}{26.98 \: \text{g} \: \ce{Al}} \times \frac{3 \: \text{mol} \: \ce{H_2}}{2 \: \text{mol} \: \ce{Al}} \times \frac{22.4 \: \text{L} \: \ce{H_2}}{1 \: \text{mol} \: \ce{H_2}} = 2.49 \: \text{L} \: \ce{H_2}\nonumber \]
Paso 3: Piensa en tu resultado.
El resultado de volumen es en litros. Para cantidades mucho más pequeñas, puede ser conveniente convertir a mililitros. La respuesta aquí tiene tres cifras significativas. Debido a que el volumen molar es una cantidad medida de\(22.4 \: \text{L/mol}\), tres es el número máximo de cifras significativas para este tipo de problemas.
Ejemplo\(\PageIndex{2}\): Volume-Mass Stoichiometry
El óxido de calcio se utiliza para eliminar el dióxido de azufre generado en las centrales eléctricas que queman carbón, de acuerdo con la siguiente reacción.
\[2 \ce{CaO} \left( s \right) + 2 \ce{SO_2} \left( g \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{CaSO_4} \left( s \right)\nonumber \]
¿Con qué masa de óxido de calcio se requiere para reaccionar completamente con\(1.4 \times 10^3 \: \text{L}\) el dióxido de azufre?
Solución:
Paso 1: Enumere las cantidades conocidas y planifique el problema.
Conocido
- Dado:\(1.4 \times 10^3 \: \text{L} = \ce{SO_2}\)
- \(2 \: \text{mol} \: \ce{SO_2} = 2 \: \text{mol} \ce{CaO}\)
- Masa molar\(\ce{CaO} = 56.08 \: \text{g/mol}\)
Desconocido
- masa CaO =? g
El volumen de se\(\ce{SO_2}\) convertirá en moles, seguido de la relación molar, y finalmente una conversión de moles de\(\ce{CaO}\) a gramos.
\[\text{L} \: \ce{SO_2} \rightarrow \text{mol} \: \ce{SO_2} \rightarrow \text{mol} \: \ce{CaO} \rightarrow \text{g} \: \ce{CaO}\nonumber \]
Paso 2: Resolver.
\[1.4 \times 10^3 \: \text{L} \: \ce{SO_2} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}}{22.4 \: \text{L} \: \ce{SO_2}} \times \frac{2 \: \text{mol} \: \ce{CaO}}{2 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}} \times \frac{56.08 \: \text{g} \: \ce{CaO}}{1 \: \text{mol} \: \ce{CaO}} = 3.5 \times 10^3 \: \text{g} \: \ce{CaO}\nonumber \]
Paso 3: Piensa en tu resultado.
La masa resultante se pudo reportar como\(3.5 \: \text{kg}\), con dos cifras significativas. Aunque la relación molar 2:2 no afecta matemáticamente el problema, sigue siendo necesaria para la conversión de unidades.
Resumen
- Se describen cálculos para determinar la cantidad de gas formado en una reacción.
- Se describen cálculos para determinar las cantidades de un material necesario para reaccionar con un gas.
Revisar
- ¿Cuáles son las condiciones para todos los gases en estos cálculos?
- ¿Cómo se puede saber si todos los ratios se configuraron correctamente?
- ¿Por qué se incluyeron 2 mol CaO/2mol SO 2 en el segundo ejemplo si no afectó el número final?