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Balance Materia y Energía, en una reacción química
Este documento resume os passos para balancear uma reação química e calcular as massas dos produtos e reagentes envolvidos. Primeiro, a reação entre H2SO4 e KOH é balanceada. Em seguida, as massas molares dos compostos são calculadas e usadas para determinar os números de moles de cada um. Por fim, as massas dos produtos K2SO4 e H2O são calculadas a partir dos números de moles.
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- 1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMADE MÉXICO COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL “ORIENTE” Profesor Ramón Monreal Vera Romero Química I 2013
- 2. BALANCE DE MATERIAY ENERGÍA Química I
- 3. PROBLEMA • ¿Cuántosgramos 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
- 4. BALANCE DE MATERIA Química I
- 5. Paso 1 BALANCEODE LA REACCIÓN QUÍMICA
- 6. REACCIÓN QUÍMICA •H₂SO₄ +KOH K₂SO₄ + H₂O • Primero Balancear la Reacción Química.
- 7. REACCIÓN QUÍMICA •H₂SO₄ +KOH K₂SO₄ + H₂O • Regla se empieza a balancear los elementos que menos se repiten.: • K dos compuestos • S dos compuestos • H tres compuestos • O cuatro compuestos
- 8. REACCIÓN QUÍMICA •H₂SO₄ +KOH K₂SO₄ + H₂O • 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
- 9. REACCIÓN QUÍMICA •H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ + H₂O • 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
- 10. REACCIÓN QUÍMICA •H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ + H₂O • 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
- 11. REACCIÓN QUÍMICA •H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O • Coloquemos un dos de coeficiente del agua para que nos de cuatro átomos de hidrógeno
- 12. 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.
- 13. TABLA DE RESULTADOS • H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Masa Moleculares Masa Molar Masa Número de Moles
- 14. Paso 2 CÁLCULODE PESOS MOLECULARES
- 15. PESOS MOLECULARES •Obtengamos los pesos moleculares de los cuatro compuestos: Reactivos Productos H₂SO₄ K₂SO₄ KOH H₂O
- 16. PESOS MOLECULARES H₂SO₄KOH K₂SO₄ H₂O H₂SO₄ H 1 x 2 = 2 uma S 32 x 1 = 32 uma O 16 x 4 = 64 uma 98 uma
- 17. PESOS MOLECULARES H₂SO₄KOH K₂SO₄ H₂O 98 uma K₂OH K 39 x 1 = 39 uma O 16 x 1 = 16 uma H 1 x 1 = 1 uma 56 uma
- 18. PESOS MOLECULARES H₂SO₄KOH K₂SO₄ H₂O 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
- 19. PESOS MOLECULARES H₂SO₄KOH K₂SO₄ H₂O 98 uma 56 uma 174 uma H₂O H 1 x 2 = 2 uma O 16 X 1 = 16 uma 18 uma
- 20. PESOS MOLECULARES H₂SO₄KOH K₂SO₄ H₂O 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O En la parte superior se colocan los pesos moleculares de cada compuesto
- 21. TABLA DE RESULTADOS 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Masa Moleculares 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma Masa Molar Masa Número de Moles
- 22. PESOS MOLECULARES 98uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 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).
- 23. PESOS MOLECULARES 98uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O • 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
- 24. PESOS MOLECULARES 98uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 98 uma 112 uma 174 uma 36 uma • 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
- 25. PESOS MOLECULARES 98uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 98 uma 112 uma 174 uma 36 uma • Reactivos: 98 uma + 112 uma = 210 uma. • Productos: 174 uma + 36 uma = 210 uma. • Masa de Reactivos =Masa Productos ¡CORRECTO!
- 26. CÁLCULO DE LASMASAS 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: • 푀푀 = 98 푔 푚표푙 푃표푟 푐푎푑푎 푚표푙 푠표푛 98 푔
- 27. TABLA DE RESULTADOS 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Masa Moleculares 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma Masa Molar ퟗퟖ 품 풎풐풍 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍 Masa Número de Moles
- 28. Paso 3 CÁLCULODE LAS MASAS
- 29. PESOS MOLECULARES 98uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O ? mol ? mol ? mol ? mol ퟗퟖ 품 풎풐풍 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍 Problema: ¿Cuántos gramos de KOH se requieren para hacer reaccionar 65 gramos de H₂SO₄?
- 30. PESOS MOLECULARES 98uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 0.66 mol ? mol ? mol ? mol 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ Calcular el número de moles: Dato: M = 65 gr H₂SO₄, MM =98g/mol 푛 = 푀 푀푀 = 65 푔H₂SO₄ 98 푔 푚표푙 H₂SO₄ = 0.66 푚표푙 ퟗퟖ 품 풎풐풍 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍
- 31. PESOS MOLECULARES 98uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 0.66 mol ? mol ? mol ? mol ퟗퟖ 품 풎풐풍 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ 56 품 풎풐풍 Con la relación molar obtener el número de moles de los demás compuestos 1ퟖ 품 풎풐풍
- 32. TABLA DE RESULTADOS 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Masa Moleculares 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma Masa Molar ퟗퟖ 품 풎풐풍 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍 Masa 65 g Número de Moles 0.66 mol
- 33. NÚMERO DE MOLES Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol Moles de KOH 0.66 푚표푙 de H₂SO₄ 2 푚표푙 푑푒 KOH 1 mol de H₂SO₄ = 1.32 푚표푙 퐾푂퐻
- 34. NÚMERO DE MOLES Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol Moles de K₂SO₄ 0.66 푚표푙 de H₂SO₄ 1 푚표푙 푑푒 K₂SO₄ 1 mol de H₂SO₄ = 0.66 푚표푙 K₂SO₄
- 35. NÚMERO DE MOLES Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol Moles de H₂O 0.66 푚표푙 de H₂SO₄ 2 푚표푙 푑푒 H₂O 1 mol de H₂SO₄ = 1.32 푚표푙 H₂O
- 36. TABLA DE RESULTADOS 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Masa Moleculares 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma Masa Molar ퟗퟖ 품 풎풐풍 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍 Masa 65 g Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol
- 37. CALCULO DE MASAS 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol ퟗퟖ 품 풎풐풍 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍 • Con el número de moles y la masa molar calcular los gramos: • Masa = (Masa molar)(número de moles) • M = (MM )(n)
- 38. CALCULO DE MASAS H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ • Gramos de KOH • M = (MM )(n) • M = (56 품 풎풐풍 )(1.32 mol) = 73.92 g ퟗퟖ 품 풎풐풍 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍 65 g 73.92 g
- 39. CALCULO DE MASAS H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ • Gramos de K₂SO₄ • M = (MM )(n) • M = (174 품 풎풐풍 )(0.66 mol) = 114.84g ퟗퟖ 품 풎풐풍 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍 65 g 73.92 g 114.84 g
- 40. CALCULO DE MASAS H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ • Gramos de H₂O • M = (MM )(n) • M = (18 품 풎풐풍 )(1.32 mol) = 23.76 g ퟗퟖ 품 풎풐풍 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍 65 g 73.92 g 114.84 g 23.76 g
- 41. TABLA DE RESULTADOS 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Relación Molar 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol Masa Moleculares 98 uma 56 uma 174 uma 18 uma Masa Molar ퟗퟖ 품 풎풐풍 품 풎풐풍 ퟏퟕퟒ 56 품 풎풐풍 1ퟖ 품 풎풐풍 Masa 65 g 73.92 g 114.84 g 23.76 g Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol
- 42. PESOS MOLECULARES 98uma 56 uma 174 uma 18 uma H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O 65 g 73.92 g 114.84 g 23.76 g Comprobación (La diferencia es por los decimales): Reactivos: 65.00 g + 73.92 g = 138.92 g Productos: 114.84 g + 23.76 g = 138.60 g Masa de reactivos = Masa de productos
- 43. REACCIÓN QUÍMICA •Problema: • ¿Cuántos gramos de KOH se requieren para hacer reaccionar 65 gramos de H₂SO₄? • Se requieren: 74.28 gramos de KOH • Tomando como base la siguiente reacción: • H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ + 2H₂O
- 44. REACCIÓN QUÍMICA •Problema: • ¿Cuántos gramos de K₂SO₄ y de H₂O, se obtendrán? •K₂SO₄ = 114.48 g •H₂O = 23.76 g • Tomando como base la siguiente reacción: • H₂SO₄ +KOH K₂SO₄ + H₂O
- 45. BALANCE DE ENERGÍA Química I
- 46. Paso 1 BALANCEODE LA REACCIÓN QUÍMICA
- 47. REACCIÓN QUÍMICA •H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O • Ya está balanceada la reacción química
- 48. Paso 2 OBTENCIÓNDE ENTALPÍAS DE FORMACIÓN
- 49. ENTALPIA DE FORMACIÓNDE 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
- 50. TABLA DE RESULTADOS • H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Entalpia de Formación -811.32 Kj / mol -336.48 Kj / mol -482.83 Kj / mol -285.83 Kj /mol Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol Entalpía
- 51. TABLA DE RESULTADOS • H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Entalpia de Formación -811.32 Kj / mol -336.48 Kj / mol -482.83 Kj / mol -285.83 Kj /mol Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol Entalpía Entalpía Reactivos Productos Entalpía Reacción Química
- 52. CALCULO DE ENTALPÍA • La entalpía de formación esta por cada mol, por lo tanto la entalpía de la reacción es: • Δ퐻°푐표푚푝푢푒푠푡표 = Δ퐻°푓 푛푆푢푠푡.
- 53. CALCULO DE ENTALPÍA • La entalpía de H₂SO₄: Δ퐻°H₂SO₄ = Δ퐻°푓H₂SO₄ 푛H₂SO₄ Δ퐻°H₂SO₄ = −811.32 퐾푗 푚표푙 0.66 푚표푙H₂SO₄ Δ퐻°H₂SO₄ = −540.34 퐾푗
- 54. CALCULO DE ENTALPÍA • La entalpía de KOH: Δ퐻°KOH = Δ퐻°푓KOH 푛KOH Δ퐻°KOH = −336.48 퐾푗 푚표푙 1.32 푚표푙 KOH Δ퐻°KOH = −444.15 퐾푗
- 55. CALCULO DE ENTALPÍA • La entalpía de K₂SO₄: Δ퐻°K₂SO₄ = Δ퐻°푓K₂SO₄ 푛K₂SO₄ Δ퐻°K₂SO₄ = −482.83 퐾푗 푚표푙 0.66 푚표푙 K₂SO₄ Δ퐻°K₂SO₄ = −318.67 퐾푗
- 56. CALCULO DE ENTALPÍA • La entalpía de H₂O: Δ퐻°H₂O = Δ퐻°푓H₂O 푛H₂O Δ퐻°H₂O = −285.83 퐾푗 푚표푙 1.32 푚표푙 H₂O Δ퐻°H₂O = −377.30퐾푗
- 57. TABLA DE RESULTADOS • H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Entalpia de Formación -811.32 Kj / mol -336.48 Kj / mol -482.83 Kj / mol -285.83 Kj /mol Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol Entalpía −540.34 퐾푗 −444.15 퐾푗 −318.67 퐾푗 −377.30퐾푗 Entalpía Reactivos Productos Entalpía Reacción Química
- 58. Paso 3 CALCULODE ENTALPIAS DE REACTIVOS Y PRODUCTOS
- 59. CALCULO DE ENTALPÍADE REACTIVOS Y PRODUCTOS • Se obtiene la suma de entalpía de: reactivos y productos: • Δ퐻푅푒푎푐푡푖푣표푠 = Δ퐻°H₂SO₄ + Δ퐻°KOH • Δ퐻푃푟표푑푢푐푡표푠 = Δ퐻°K₂SO₄ + Δ퐻°H
- 60. CALCULO DE ENTALPÍADE REACTIVOS Y PRODUCTOS • Se obtiene la suma de entalpía de: reactivos y productos: • Δ퐻푅푒푎푐푡푖푣표푠 = −540.34 퐾푗 + −444.15 퐾푗 • Δ퐻푅푒푎푐푡푖푣표푠 = −984.49 퐾푗 • Δ퐻푃푟표푑푢푐푡표푠 = Δ퐻°K₂SO₄ + Δ퐻°H₂O • Δ퐻
- 61. TABLA DE RESULTADOS • H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Entalpia de Formación -811.32 Kj / mol -336.48 Kj / mol -482.83 Kj / mol -285.83 Kj /mol Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol Entalpía −540.34 퐾푗 −444.15 퐾푗 −318.67 퐾푗 −377.30퐾푗 Entalpía Reactivos Productos -984.49 Kj -695.97 Kj Entalpía Reacción Química
- 62. Paso 4 OBTENCIÓNDE ENTALPÍAS DE LA REACCIÓN QUÍMICA
- 63. CALCULO DE ENTALPÍADE REACCIÓN • Se obtiene el cambio de entalpia entre reactivos y productos: • Δ퐻푅푒푎푐푐푖ó푛 = Δ퐻푝푟표푑푢푐푡표푠 − Δ퐻푅푒푎푐푡푖푣표푠 • Δ퐻푅푒푎푐푐푖ó푛 = −984.49 퐾푗 − −695.97 퐾푗 • Δ퐻푅푒푎푐푐푖ó푛 = −984.49 퐾푗 + 695.97퐾푗 • Δ퐻푅푒푎푐푐푖ó푛 = −288.52퐾푗
- 64. TABLA DE RESULTADOS • H₂SO₄ +2KOH K₂SO₄ +2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Entalpia de Formación -811.32 Kj / mol -336.48 Kj / mol -482.83 Kj / mol -285.83 Kj /mol Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol Entalpía −540.34 퐾푗 −444.15 퐾푗 −318.67 퐾푗 −377.30퐾푗 Entalpía Reactivos Productos -984.49 Kj -695.97 Kj Entalpía Reacción Química -288.52 Kj
- 65. REACCIÓN QUÍMICA •Problema: • ¿Cuántos energía se libera? • Δ퐻푅푒푎푐푐푖ó푛 = −288.52퐾푗 • Pierde 288.52 joule y los libera, es una reacción exotérmica- • Tomando como base la siguiente reacción: • H₂SO₄ +KOH K₂SO₄ + H₂O
- 66. Paso 2 RESUMENFINAL DE RESULTADOS
- 67. TABLA DE RESULTADOS FINAL H₂SO₄ + 2KOH K₂SO₄ + 2H₂O Compuestos H₂SO₄ KOH K₂SO₄ H₂O Masa 65 g 73.92 g 114.84 g 23.76 g Número de Moles 0.66 mol 1.32 mol 0.66 mol 1.32 mol Entalpía Reactivos Productos -984.49 Kj -695.97 Kj Entalpía Reacción Química -288.52 Kj Reacción Química Exotérmica (Libera Energía)