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No todos los cálculos estequiométricos se realizan hasta completar el consumo de todo el reactivo limitante, uno de estos casos es el de las reacciones que se interrumpen arbitrariamente. Este tipo de análisis se realiza en descomposiciones térmicas o calcinaciones, en las cualse se genera una ceniza que es una mezcla de productos y reactivos, más uno o más gases liberados.
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53. |
CaCO3(s) → |
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54. |
K2CO3(s) → K2O(s) + CO2(g)
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55. |
2NaNO3(s) → 2NaNO2(s) + O2(g) |
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56. |
2Cu(NO3)2(s) → 4NO2(g) + O2(g) + 2CuO(s) |
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57. |
2NaClO(s) → 2NaCl (s)+ O2(g) |
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58. |
2Fe2O3(s) → 4Fe(s)+
3O2(g) |
El enunciado típico ofrece la masa inicial del único
reactivo (md) y la masa
del residuo que queda (mr)
pero, teniendo en cuenta que el residuo es una mezcla indeterminada de
productos sólidos y reactivo que no se consumió completamente. Las preguntas
estequiométricas irán ligadas a la masa consumida del reactivo y a la masa de
los productos generados.
En las ecuaciones químicas de descomposición térmica más
empleadas podemos generalizar dos grandes grupos, las que generan un sólido y
un gas, y las que generan un sólido y dos gases. Esto es importante ya que
dependiendo de la cantidad de gases podemos optar por una ruta estequiométrica
u otra.
Las reacciones que cumplen la estructura:
Son las más sencillas de resolver dado que podemos aplicar
la ley de la conservación de la masa, recuerde que la información suministrada
es la masa del reactivo original y la masa de la ceniza sólida. La masa del
reactivo original representa la masa total del sistema inicial y final, pues la
masa total del sistema se conserva.
Demostración
Mientras que la masa del residuo
es la masa final del reactivo que no se con sumió y la masa del producto sólido
generado.
Sin embargo, la diferencia entre
la masa del reactivo inicial y la masa del residuo es igual a la masa del único
gas generado.
Por lo que se puede emplear la
masa del gas generado para aplicar una relación estequiométrica y determinar la
masa del reactivo consumido:
Con lo cual se resuelve la
primera pregunta, y con la masa del reactivo consumido se puede aplicar
nuevamente la estequiometría masa a masa para calcular la masa del producto
generado.
60.
Sin embargo, podemos ignorar el gas y analizar únicamente la
ceniza, esta estrategia es más general dado que podemos resolver problemas en
los que además de una mezcla de sólidos, tengamos una mezcla de gases.
Demostración
Iniciamos planteando una
relación mol a mol entre el reactivo y el producto:
Después planteamos la relación de
masa de reactivo inicial como igual a la suma entre la que se encuentra al final y la que
se consumió.
Y la masa del residuo igual a la
masa del producto generado más la masa del reactivo que no reaccionó.
Despejamos la masa del reactivo
que no reaccionó
Y la combinamos con
Para generar
Reemplazamos las masas finales de
A y B por el producto cantidad de sustancia por masa molar.
Empleando
Expresamos la cantidad de
sustancia del A en términos de B.
Y despejamos la cantidad de
sustancia de B.
Al reemplazar por el cociente masa dividido la masa molar
Obtenemos una expresión para
calcular la masa del producto generado al interior de la ceniza sin requerir la
información del gas.
Con la masa del producto se puede calcular la masa del
reactivo generado con una relación masa a masa.
Ejemplo 25. Se inició la calcinación de 2,28 g de Ca(NO3)2
y cuando queda un residuo de 2,0 g se suspende. (a) Cuantos gramos de nitrato
de calcio se descompusieron? (b) Cuantos gramos de CaO se formaron?
Exprese la ecuación química
pertinente
Ca(NO3)2(s) →
En este caso no nos interesa el
balance de masa total, solo el balance con respecto al calcio. Y aplicamos la
ecuación
Cancelando el radio
estequiométrico, la masa molar de Ca(NO3)2 es 164.1 g/mol
y la masa molar de CaO es 56.08 g/mol
Si se formaron 0.145 g de CaO,
podemos emplear esa masa para calcular la masa requerida de Ca(NO3)2
con una relación estequiométrica masa a masa.
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