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Hola a todos,

Veréis, en clase estamos haciendo un repaso del año pasado de ejercicios de estequiometría, y hay un par que me resultan un tanto extraños, a ver si alguien me puede echar una mano:

1. El propano y butano pueden reaccionar con oxígeno y se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. Inicialmente, se tiene una mezcla de 5L de propano, 3L de butano y 60L de oxígeno. Calcula el volumen de la mezcla, cuando los gases hayan reaccionado, si todos ellos se han medido en las mismas condiciones de presión y temperatura (supondremos el agua en estado gaseoso).

Y por otra parte:

2. Cacula la masa de ácido clorhídrico concentrado, de un 25,4% de HCl, que se necesitará para neutralizar una solución que contiene 1,2g de hidróxido de calcio y 41,8g de hidróxido de potasio.

Luego:

3. Se dispone de un ácido sulfúrico de densidad = 1805 kg/m³. Un volumen de 10cm³ de la solución concentrada se diluye en agua hasta obtener 1000cm³ de solución. 10cm³ de esta última necesitan 16,3cm³ de solución NaOH 0,2M (mol/L) para su neutralización. Encuentra la composición del ácido sulfúrico concentrado, expresada en:
a) Molaridad
b) Molalidad

Saludos y gracias de antemano, espero que como siempre me podáis echar una mano.

Hola, Fenx:


Mi solución:

En la mezcla se dan dos reacciones de combustión que hay que separar.
Combustión del propano:
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

Combustión del butano:
 C₄H₁₀ + 13/2  O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

Hay disponibles 60 L de oxígeno y cada reacción consumirá la parte que le corresponda: se reparten los 60 L proporcionalmente a los moles (litros) de O₂ necesarios en cada reacción.

Para un mol (o litro) de propano y otro de butano hay que disponer 5 y 6,5 moles de O₂ respectivamente; entonces repartimos 60 proporcionalmente a 5 y a 6,5:
                60
C₃H₈ :  -------- 5 = 26,09 L de O₂ disponibles para el propano.
              5+6,5

                60
C₄H₁₀ :  -------- 6,5 = 33,91 L de O₂ para el butano.     
              5+6,5

(comprobamos que 26,09+33,91=60)

Vamos  con C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O
La relación de coeficientes estequiométricos 1:5→3:4 lo es en moles o en litros (gases).
Para ella hay 5 L de C₃H₈ y 26,09 L de O₂, uno de ellos puede estar limitando la reacción:

Dividimos cada volumen entre el teórico; el menor valor delata al limitante:
propano: 5/1=5  → reactivo limitante; se consume entero.
oxígeno: 26,09/5=5,22  ; sobrará O₂

Tenemos que reacciona todo el propano ,5 L, luego al tener la relación 1:5→3:4, participan los demás gases en 5 veces su coeficiente:
5 L de C₃H₈ se consumen sin sobrar.
5*5 = 25 L de O2 reaccionan, luego 26,09-25= 1,09 L de O₂ sobran y no reaccionan.
5*3 = 15 L de CO₂ se obtienen
5*4 = 20 L de H₂O se obtienen.

Debido a la combustión del propano, se recogen 1,09+15+20 = 36,09 L de gas.
(Ley de Amagat: La suma de volúmenes produce el volumen total, todos a la misma P y T.)

Repetimos el proceso para la combustión del butano:

C₄H₁₀ + 13/2  O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

Se produce habiendo 3 L de butano y 33,91 L de oxígeno; veamos el limitante:
3/1= 3 → reactivo limitante; se consume entero.
33,91/6,5= 5,22 ; sobrará O₂

En esta reacción se tiene 1 : 6,5 → 4 : 5, así que:
Se consumen los 3 L de C₄H₁₀ por completo.
Se consumen 3*6,5=19,5 L de oxígeno, luego 33,91-19,5= 14,41 L de O₂ quedan sin reaccionar.
Se obtienen 3*4 = 12 L de CO₂
Se obtienen 3*5= 15 L de H₂O

Debido a la combustión del butano, se recogen 14,41+12+15 = 41,41 L de gas.
Así que en total la mezcla de gases, a igualdad de condiciones de P, T,  ocupa 36,09 + 41,41 = 77,5 L de mezcla de gases

1. Lo que tienes que tener en cuenta aqui y que es la causa de muchos errores es que las reacciones del propano y del butano con oxigeno son dos reacciones distintas e independientes que no estan relacionadas una con otra. Segun esto:

C3H8 + 5 O2 -------> 3CO2 + 4H2O
C4H10 + 13/2 O2 -------> 4CO2 + 5H2O

Ahora, aplicando la ley de los gases ideales y suponiendo que estamos p. ej. en condiciones normales resolveriamos las ecuaciones, sumariamos los gases producidos etc etc.. Pero si nos damos cuenta de que en los gases ideales la relacion entre moles es exactamente la misma que entre volumenes (es decir, si 3 moles de A reaccionan con 5 moles de B, podemos decir que 3 litros de A reaccionana con 5 litros de B) podemos decir que :

5L de propano produciran 5*3 = 15 L de CO2, 5*4=20 L de H2O y consumiran 5*5=25 L de O2
3 L de butano produciran 3*4 = 12L de CO2, 3*5=15 L de H2O y consumiran 3*(13/2) = 19.5 L de O2

Por lo tanto:
Desaparecera todo el C3H8
desaparecera todo el C4H10
Se formaran 15+12 = 27L de CO2
se formaran 20+15 = 37L de H2O
Quedaran 60 (iniciales) -25 -19.5= 15.5 L de O2 sin reaccionar

Total: 27(CO2)+37(H2O) +15.5(O2) = 69.5 L en total

Nota: En el ejercicio anterior, revisando los cálculos, Baloo también obtiene 77,5 L, y de manera más directa.



Considerando las dos reacciones de neutralización por separado:
ácido + base → sal + agua

I)  2 HCl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2 H₂O
II)  HCl + KOH → KCl + H₂O

Masas atómicas: H:1; Cl:35,5; K:39 ; Ca:40; O:16 Por estequiometría convencional:
En I tenemos en moles 2:1→1:2, luego en gramos:

m (HCl)= n*M = 2*(1+35,5)*2= 73 g HCl
m (Ca(OH)₂) = 40+(16+1)*2= 74 g Ca (OH)₂

Por 73 g de ácido reaccionan 74 g de base, luego:

73         x
---- = ------ => x = 1,18 g de HCl puro se necesitan. Como deben provenir de un clorhídrico comercial, corregimos al 25,4%:
74       1,2

100 g comerc.             x
-------------- = --------------- => x = 4,65 g de HCl comercial para neutralizar el Ca(OH)₂
 25,4 g puros       1,18 g puros



De la reacción de neutralización II:    HCl + KOH → KCl + H₂O
m (HCl) = n * M = 1*36,5=36,5 g HCl
m (KOH) = 1*(39+16+1) = 56 g KOH

36,5        x
------ = ----- => x = 27,24 g de HCL puro.
 56        41,8

Cantidad de HCL comercial: 27,24 * 100/25,4 = 107,26 g HCl comercial para neutralizar el KOH.

Luego en total: 4,65 + 107,26 = 111,91 g de HCL comercial para neutralizar las dos bases.