balance materia y energía, en una reacción química

Profesor Ramón Monreal Vera Romero

Química I

2013

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOCOLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES

PLANTEL “ORIENTE”

Química I

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

PROBLEMA• ¿Cuántos gramos de KOH se requieren para

hacer reaccionar 65 gramos de H₂SO₄?

• ¿Cuántos gramos de K₂SO₄ y de H₂O, se obtendrán?

• ¿Cuánta energía se libera en la reacción

Química?

• Tomando como base la siguiente reacción:

• H₂SO₄ +KOH K₂SO₄ + H₂O

Química I

BALANCE DE MATERIA

BALANCEO DE LA REACCIÓN QUÍMICA

Paso 1

REACCIÓN QUÍMICA


• Primero Balancear la Reacción Química.

REACCIÓN QUÍMICA


• Regla se empieza a balancear los elementos que menos se repiten.:

• K dos compuestos

• S dos compuestos

• H tres compuestos

• O cuatro compuestos

REACCIÓN QUÍMICA


• Comencemos con el potasio, existen dios átomos de potasio en productos y solo uno en reactivos.

• Coloquemos un coeficiente de dos en los reactivos

• H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ + H₂O

REACCIÓN QUÍMICA


• Quedando balanceada con dos átomos de potasio en reactivos y dos en productos.

• El azufre esta correcto porque existe un átomo de azufre en reactivos y uno en productos

REACCIÓN QUÍMICA


• Seguiría el hidrógeno se tiene:

• Dos átomos en el primer compuesto y dos en el segundo, en total cuatro en reactivos.

• Solamente existen dos átomos de hidrógeno en productos

REACCIÓN QUÍMICA

• H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O

• Coloquemos un dos de coeficiente del agua para que nos de cuatroátomos de hidrógeno

REACCIÓN QUÍMICA

• H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O• Finalmente los oxígenos quedan balanceados:

• Cuatro átomos en el primer compuesto y dos en el segundo, dan por resultado un total de 6 átomos de oxígeno en los reactivos.

• Cuatro átomos en el primer compuesto y dos en el segundo, dan por resultado un total de 6 átomos de oxígeno en los productos.

TABLA DE RESULTADOS

Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O

Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol

Masa Moleculares

Masa Molar

Masa

Número de Moles


CÁLCULO DE PESOS MOLECULARES

Paso 2

PESOS MOLECULARES

• Obtengamos los pesos moleculares

de los cuatro compuestos:

Reactivos Productos

H₂SO₄ K₂SO₄

KOH H₂O

PESOS MOLECULARES

H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O

H₂SO₄

H 1 x 2 = 2 uma

S 32 x 1 = 32 uma

O 16 x 4 = 64 uma

98 uma

PESOS MOLECULARES


98 uma

K₂OH

K 39 x 1 = 39 uma

O 16 x 1 = 16 uma

H 1 x 1 = 1 uma

56 uma

PESOS MOLECULARES


98 uma 56 uma

K₂SO₄

K 39 x 2 = 78 uma

S 32 X 1 = 32 uma

O 16 x 4 = 64 uma

174 uma

PESOS MOLECULARES


98 uma 56 uma 174 uma

H₂O

H 1 x 2 = 2 uma

O 16 X 1 = 16 uma

18 uma

PESOS MOLECULARES


98 uma 56 uma 174 uma 18 uma


H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O

En la parte superior se colocan los

pesos moleculares de cada compuesto

TABLA DE

RESULTADOS



Masa Moleculares 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma

Masa Molar

Masa

Número de Moles



PESOS MOLECULARES



En la parte inferior se colocan los pesos

totales, multiplicando el peso molecular

de cada compuesto por su coeficiente.

Recuerda que si no aparece el

coeficiente su valor es la unidad (1).

PESOS MOLECULARES



• H₂SO₄ 98 uma x 1 = 98 uma• KOH 56 uma x 2 = 112 uma• H₂SO₄ 174 uma x 1 = 174 uma• H₂O 18 uma x 2 = 36 uma

PESOS MOLECULARES




• La comprobación del procedimien-to es el establecer la conservación de la materia.

• Suma de masa de reactivos es igual a la suma de masa de productos

PESOS MOLECULARES




• Reactivos:98 uma + 112 uma = 210 uma.

• Productos:174 uma + 36 uma = 210 uma.

• Masa de Reactivos =Masa Productos

¡CORRECTO!

CÁLCULO DE LAS MASAS MOLARES

• Se obtienen las Masas Molares, en base a la definición de mol:

• “1 mol es la masa molecular expresado en gramos”

• H₂SO₄ Masa molecular = 98 uma

• 1mol de H₂SO₄ = 98 gramos

• Por lo tanto su masa molar es:

• 𝑀𝑀 = 98𝑔

𝑚𝑜𝑙𝑃𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑜𝑛 98 𝑔

TABLA DE

RESULTADOS




Masa Molar 𝟗𝟖𝒈

𝒎𝒐𝒍56

𝒈

𝒎𝒐𝒍 𝟏𝟕𝟒𝒈

𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

Masa

Número de Moles



CÁLCULO DE LAS MASAS

Paso 3

PESOS MOLECULARES


H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O? mol ? mol ? mol ? mol

𝟗𝟖𝒈

𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

Problema:

¿Cuántos gramos de KOH se requieren

para hacer reaccionar 65 gramos de

H₂SO₄?

PESOS MOLECULARES

Calcular el número de moles:

Dato: M = 65 gr H₂SO₄, MM =98g/mol

𝑛 =𝑀

𝑀𝑀=

65 𝑔H₂SO₄

98𝑔𝑚𝑜𝑙

H₂SO₄= 0.66 𝑚𝑜𝑙


H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O0.66 mol ? mol ? mol ? mol

𝟗𝟖𝒈

𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

PESOS MOLECULARES

Con la relación molar obtener el

número de moles de los demás

compuestos


H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O0.66 mol ? mol ? mol ? mol

𝟗𝟖𝒈

𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

TABLA DE

RESULTADOS





𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

Masa 65 g

Número de Moles 0.66 mol



NÚMERO DE MOLES

Moles de KOH

0.66 𝑚𝑜𝑙 de H₂SO₄2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 KOH

1 mol de H₂SO₄= 1.32 𝑚𝑜𝑙 𝐾𝑂𝐻



Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol

NÚMERO DE MOLES

Moles de K₂SO₄

0.66 𝑚𝑜𝑙 de H₂SO₄1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 K₂SO₄

1 mol de H₂SO₄= 0.66 𝑚𝑜𝑙 K₂SO₄



Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol

NÚMERO DE MOLES

Moles de H₂O

0.66 𝑚𝑜𝑙 de H₂SO₄2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 H₂O

1 mol de H₂SO₄= 1.32 𝑚𝑜𝑙 H₂O



Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol

TABLA DE

RESULTADOS





𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

Masa 65 g




CALCULO DE MASAS

• Con el número de moles y la masa molar

calcular los gramos:

• Masa = (Masa molar)(número de moles)

• M = (MM )(n)



0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol

𝟗𝟖𝒈

𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

CALCULO DE MASAS

• Gramos de KOH

• M = (MM )(n)

• M = (56𝒈

𝒎𝒐𝒍)(1.32 mol) = 73.92 g


0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol

𝟗𝟖𝒈

𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

65 g 73.92 g

CALCULO DE MASAS

• Gramos de K₂SO₄

• M = (MM )(n)

• M = (174𝒈

𝒎𝒐𝒍)(0.66 mol) = 114.84g


0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol

𝟗𝟖𝒈

𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

65 g 73.92 g 114.84 g

CALCULO DE MASAS

• Gramos de H₂O

• M = (MM )(n)

• M = (18𝒈

𝒎𝒐𝒍)(1.32 mol) = 23.76 g


0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol

𝟗𝟖𝒈

𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

65 g 73.92 g 114.84 g 23.76 g

TABLA DE RESULTADOS





𝒎𝒐𝒍56

𝒈


𝒎𝒐𝒍1𝟖

𝒈

𝒎𝒐𝒍

Masa 65 g 73.92 g 114.84 g 23.76 g




PESOS MOLECULARES

Comprobación (La diferencia es por los decimales):Reactivos:

65.00 g + 73.92 g = 138.92 gProductos:

114.84 g + 23.76 g = 138.60 gMasa de reactivos = Masa de productos



65 g 73.92 g 114.84 g 23.76 g

REACCIÓN QUÍMICA

• Problema:

• ¿Cuántos gramos de KOH se requieren para hacer reaccionar 65 gramos de H₂SO₄?

• Se requieren: 74.28 gramos de KOH


• H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ + 2H₂O

REACCIÓN QUÍMICA

• Problema:

• ¿Cuántos gramos de K₂SO₄ y de H₂O, se obtendrán?

•K₂SO₄ = 114.48 g

•H₂O = 23.76 g



Química I

BALANCE DE ENERGÍA

BALANCEO DE LA REACCIÓN QUÍMICA

Paso 1

REACCIÓN QUÍMICA


• Ya está balanceada la reacción química

OBTENCIÓN DE ENTALPÍAS DE

FORMACIÓN

Paso 2

ENTALPIA DE FORMACIÓN DE COMPUESTOS

Sustancia ΔH°f Unidades

Ácido sulfúrico -811.32 Kj/mol

Sulfato de Potasio 336.48 Kj/mol

Hidróxido de Potasio 482.832 Kj/mol

Agua -285.83 Kj/mol

TABLA DE RESULTADOS


Entalpia de Formación -811.32 Kj / mol -336.48 Kj / mol -482.83 Kj / mol -285.83 Kj /mol


Entalpía


TABLA DE RESULTADOS




Entalpía

Entalpía Reactivos Productos

Entalpía Reacción Química


CALCULO DE ENTALPÍA

• La entalpía de formación esta por cada mol, por lo tanto la entalpía de la reacción es:

• Δ𝐻°𝑐𝑜𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 = Δ𝐻°𝑓 𝑛𝑆𝑢𝑠𝑡.


• La entalpía de H₂SO₄:

Δ𝐻°H₂SO₄ = Δ𝐻°𝑓H₂SO₄𝑛H₂SO₄

Δ𝐻°H₂SO₄ = −811.32𝐾𝑗

𝑚𝑜𝑙0.66 𝑚𝑜𝑙H₂SO₄

Δ𝐻°H₂SO₄ = −540.34 𝐾𝑗


• La entalpía de KOH:

Δ𝐻°KOH = Δ𝐻°𝑓KOH 𝑛KOH

Δ𝐻°KOH = −336.48𝐾𝑗

𝑚𝑜𝑙1.32 𝑚𝑜𝑙 KOH

Δ𝐻°KOH = −444.15 𝐾𝑗


• La entalpía de K₂SO₄:

Δ𝐻°K₂SO₄ = Δ𝐻°𝑓K₂SO₄ 𝑛K₂SO₄

Δ𝐻°K₂SO₄ = −482.83𝐾𝑗

𝑚𝑜𝑙0.66 𝑚𝑜𝑙 K₂SO₄

Δ𝐻°K₂SO₄ = −318.67 𝐾𝑗


• La entalpía de H₂O:

Δ𝐻°H₂O = Δ𝐻°𝑓H₂O 𝑛H₂O

Δ𝐻°H₂O = −285.83𝐾𝑗

𝑚𝑜𝑙1.32 𝑚𝑜𝑙 H₂O

Δ𝐻°H₂O = −377.30𝐾𝑗

TABLA DE RESULTADOS




Entalpía −540.34 𝐾𝑗 −444.15 𝐾𝑗 −318.67 𝐾𝑗 −377.30𝐾𝑗




CALCULO DE ENTALPIAS DE

REACTIVOS Y PRODUCTOS

Paso 3

CALCULO DE ENTALPÍA DE REACTIVOS Y

PRODUCTOS

• Se obtiene la suma de entalpía de:

reactivos y productos:

• Δ𝐻𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 = Δ𝐻°H₂SO₄ +

Δ𝐻°KOH

•

Δ𝐻𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 = Δ𝐻°K₂SO₄ +

Δ𝐻°H O

CALCULO DE ENTALPÍA DE REACTIVOS Y

PRODUCTOS

• Se obtiene la suma de entalpía de:


• Δ𝐻𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 = −540.34 𝐾𝑗

+ −444.15 𝐾𝑗

• Δ𝐻𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 = −984.49 𝐾𝑗

• Δ𝐻𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 = Δ𝐻°K₂SO₄ +

Δ𝐻°H₂O

• Δ𝐻 −695.97 Kj

TABLA DE RESULTADOS






-984.49 Kj -695.97 Kj



OBTENCIÓN DE ENTALPÍAS DE LA

REACCIÓN QUÍMICA

Paso 4

CALCULO DE ENTALPÍA DE REACCIÓN

• Se obtiene el cambio de entalpia entre


• Δ𝐻𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = Δ𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − Δ𝐻𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠

• Δ𝐻𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = −984.49 𝐾𝑗 − −695.97 𝐾𝑗

• Δ𝐻𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = −984.49 𝐾𝑗 + 695.97𝐾𝑗

• Δ𝐻𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = −288.52𝐾𝑗

TABLA DE RESULTADOS






-984.49 Kj -695.97 Kj


-288.52 Kj


REACCIÓN QUÍMICA

• Problema:

• ¿Cuántos energía se libera?

• Δ𝐻𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = −288.52𝐾𝑗

• Pierde 288.52 joule y los libera, es una

reacción exotérmica-



RESUMEN FINAL DE RESULTADOS

Paso 2

TABLA DE RESULTADOS

FINAL


Masa 65 g 73.92 g 114.84 g 23.76 g



-984.49 Kj -695.97 Kj


-288.52 KjReacción Química Exotérmica (Libera Energía)


balance materia y energía, en una reacción química

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