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3.2 Cálculos basados en ecuaciones químicas Ya estamos listos para usar las ecuaciones químicas en el cálculo de las cantidades relativas de las sustancias que intervienen en reacciones químicas, por lo que consideraremos de nuevo la combustión del metano en presencia de oxígeno. La ecuación química balanceada de esta reacción es CH4 1 2O2 h CO2 1 2H2O En términos cuantitativos, a nivel molecular, la ecuación indica 1
CH4 1 molécula de metano
h
2O2 2 moléculas de oxígeno
1
CO2
1 molécula de dioxido de carbono
2H2O 2 moléculas de agua RAZONAMIENTO MOLECULAR
Ejemplo 3.2 Número de moléculas
Con base en la ecuación precedente, ¿cuántas moléculas de O2 reaccionan con 47 moléculas de CH4? Estrategia ▶ Una ecuación química
balanceada puede interpretarse utilizando una base molecular.
A
NALICE
La ecuación balanceada muestra dos moléculas de O2 y sólo una molécula de CH4, por lo que es razonable que el número de moléculas de O2 que reacciona es el doble del número de moléculas de CH4 que reaccionan.
▶ Por lo general no podemos
trabajar con moléculas individuales; una mol de sustancia es la cantidad que podríamos usar en un experimento de laboratorio. ▶ Una ecuación química
balanceada puede interpretarse en términos de moles de reactivos y de productos.
La ecuación balanceada nos indica que una molécula de CH4 reacciona con dos moléculas de O2. A partir de este hecho, podemos formular dos factores unitarios de conversión: 1 molécula de CH4 2 moléculas de O2
2 moléculas de O2
y
1 molécula de CH 4
Estas expresiones son factores unitarios de esta reacción porque el numerador y el denominador son equivalentes en términos químicos; en otras palabras, el numerador y el denominador representan la misma cantidad de reacción. Para convertir moléculas de CH4 a moléculas de O2 multiplicamos por el segundo factor. Respuesta proporción a partir de la ecuación balanceada
? molécula de O2 5 47 moléculas de CH 4 3
2 moléculas de O2 1 molécula de CH 4
Ahora debe resolver el ejercicio 12.
Una ecuación química también indica las cantidades relativas de reactivos y productos que intervienen en una reacción química. Con anterioridad demostramos que las fórmulas pueden representar los moles de sustancias. En lugar de una sola molécula de CH4, considere que el número de Avogadro de moléculas de CH4 está experimentando esta reacción; entonces la ecuación se puede escribir CH 4 6.02 3 1023 moléculas
1
h
2O2 2 (6.02 3 1023 moléculas)
5 1 mol
CO2 6.02 3 1023 moléculas
5 2 mol
5 1 mol
factores unitarios de las reacciones químicas; en su lugar, aprenda el método general para formularlos a partir de ecuaciones químicas balanceadas.
1
2H2O
2(6.02 3 1023 moléculas) 5 2 mol
Esta interpretación nos indica que una mol de metano reacciona con dos moles de oxígeno para dar una mol de dióxido de carbono y dos moles de agua. RAZONAMIENTO MOLECULAR
Ejemplo 3.3 .PMFT RVF TF GPSNBO
▶ No trate de memorizar los
5 94 moléculas de O2
¿Cuántas moles de agua pueden producirse si reaccionan 3.5 moles de metano con un exceso de oxígeno (esto es, más de la cantidad de oxígeno que se necesita)? Estrategia La ecuación de la combustión de metano
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CH4 1 2O2 h CO2 1 2H2O 1 mol
2 mol
1 mol
2 mol