Estequiometría Masa – Volumen

En el contexto de la estequiometría masa-volumen, se trata de calcular la cantidad de sustancia en términos de masa o volumen, dependiendo de si estamos trabajando con sólidos, líquidos o gases. Esta rama es crucial para realizar cálculos precisos sobre las cantidades de reactivos y productos en una reacción, especialmente cuando tratamos con reacciones que involucran gases.

Objetivo de aprendizaje

Comprender y aplicar los conceptos de la estequiometría masa-volumen para realizar cálculos en reacciones químicas.

1. Estequiometría masa-volumen

A veces, los reactivos o productos gaseosos se miden en volumen en lugar de en masa.

Temperatura y presión estándar (en inglés, STP; en español, CNTP):

• Temperatura: 0 °C o 273,15 Kelvin (K)
• Presión: 1 atmósfera (atm)

En CNTP, este factor de conversión es válido para los gases:

• 1 mol de cualquier gas = 22,4 L (L = litro)

El volumen molar de un gas en CNTP es igual a 22,4 L para 1 mol de cualquier gas ideal a una temperatura de 273,15 K y una presión de 1,00 atm. Un gas ideal es un gas teórico que cumple consistentemente con las leyes de los gases.

Para resolver problemas de estequiometría masa – volumen:

1. Escribe una ecuación química balanceada para la reacción.
   
2. Convierte la cantidad de reactivo a número de moles.
   
3. Usa la relación molar de la ecuación balanceada para convertir la cantidad (en moles) del producto formado.
   
4. Convierte los moles del producto a litros del producto usando el factor de conversión CNTP para gases.

Ejemplo 1: El magnesio reacciona con el ácido clorhídrico, produciendo gas y cloruro de magnesio. ¿Cuál es el volumen de gas a CNTP producido en esta reacción cuando se tienen 54,6 g de HCl y Mg en abundancia?

Escribe la ecuación balanceada:

Ecuación inicial: Mg(s) + HCl → MgCl₂ + H₂(g)

Ecuación balanceada: Mg(s) + 2HCl → MgCl₂​ + H₂​(g)

Masa molar del HCl:

HCl = 1(1,008 g)H + 1(35,45 g)Cl = 36,46 g

Volumen de H₂ generado:

Ejemplo 2: Conversión de volumen a masa

12,3 L de H₂​ gaseoso se crean cuando se añade el zinc al ácido sulfúrico. ¿Cuánto zinc, en masa, se necesita para esta reacción cuando ocurre en CNTP?

Solución:

Datos conocidos:

• 12,3 L de H₂​ gas
• Masa molar de ácido sulfúrico (H₂SO₄) = 98,08 g/mol
• Masa molar de zinc (Zn) = 65,38 g/mol
• Masa molar de H₂​ = 2,01 g/mol
• 1 mol de gas a CNTP = 22,4 L/mol

Ecuación balanceada:

Zn(s) + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂(g)

Conversion:

L de H₂ → mol H₂ → relación molar de H₂ a Zn → g Zn

Ejercicio de práctica

1. En la siguiente reacción de combustión completa del metano (CH₄​):

Si tenemos 4.00 moles de metano y un exceso de oxígeno, ¿cuántos litros de dióxido de carbono se producirán a CNTP?

Video de repaso