Question

1. segun la siguiente ecuacion quimica
H3po4 (ac) + K2CO3 + E→ K3PO4 (ac) + CO2 (g) + H2O (l)
a) clasificar la reaccion segun los tres criterios
b) blancear la ecuacion
c) si se tiene 150 gr de H3PO4 del 85% de purez con 230 gr de K2CO3 del 90% de pureza, se producen 78 gr de CO2. Determinar reactivo limite y gramos que sobran del reactivo en exceso
d) calcular gramos de K2CO3 y moles de CO2 y H2O
e) rendimiento de la reaccion

Answer 1

La reacción se clasifica según la naturaleza como una reacción inorgánica, según la utilidad es una reacción de síntesis, según el mecanismo es una reacción ácido-base

La ecuación balanceada será:

$2H_3PO_4 + 3K_2CO_3$ → $2K_3PO_4 + 3CO_2 + 3H_2O$

El reactivo límite será el K₂CO₃ y sobran 0,3 moles de H₃PO₄ reactivo en exceso

Los gramos de K₂CO₃ serán 207 g y se producen 1,5 moles de CO₂ y 1,5 moles de H₂O

El rendimiento de la reacción es 118 %.

Explicación paso a paso:

a) La reacción se clasifica:

Según la naturaleza como una reacción inorgánica, ya que involucra en los reactivos y productos, compuestos inorgánicos.

Según la utilidad es una reacción de síntesis, cuya finalidad es obtención de una sustancia determinada en este caso K₃PO₄

Según el mecanismo es una reacción ácido-base, ya que reaccionan un ácido y una base

b) Para balancear la ecuación se escribe la misma

$H_3PO_4 + K_2CO_3$ → $K_3PO_4 + CO_2 + H_2O$

Balanceamos las K, del lado de los productos se tienen 3 y del lado de los reactivos 2, para el balance se colocan 2 en el lado de los productos y 3 en el lado de los reactivos de la siguiente manera:

$H_3PO_4 + 3K_2CO_3$ → $2K_3PO_4 + CO_2 + H_2O$

Balanceamos los H, del lado de los productos se tienen 2 y del lado de los reactivos 3, para el balance se colocan 3 en el lado de los productos y 2 en el lado de los reactivos de la siguiente manera:

$2H_3PO_4 + 3K_2CO_3$ → $2K_3PO_4 + CO_2 + 3H_2O$

Balanceamos los C, del lado de los productos se tiene 1 y del lado de los reactivos 3, para el balance se colocan 3 en el lado de los reactivos de la siguiente manera:

$2H_3PO_4 + 3K_2CO_3$ → $2K_3PO_4 + 3CO_2 + 3H_2O$

Por último se balancean los O, del lado de los reactivos se tienen 17, del lado de los productos se tienen también 17, se encuentran balanceados.

La ecuación balanceada será:

$2H_3PO_4 + 3K_2CO_3$ → $2K_3PO_4 + 3CO_2 + 3H_2O$

c) Primero se deben calcular las cantidades reales de los reactivos. Se sabe que la pureza de un compuesto es:

$Pureza = \frac{g_{puros}}{g_{totales}}$

Se deben conocer los g puros ya que son los que van a reaccionar, por lo cual

$g_{puros} = Pureza*g_{totales}$

Aplicando la ecuación al H₃PO₄ y el K₂CO₃, queda:

$g_{H_3PO_4} = Pureza*g_{totales H_3PO_4}$

Sustituyendo

$g_{H_3PO_4} = 85%*150g H_3PO_4$

gH₃PO₄ = 127,5 g

De igual forma para el K₂CO₃, quedando

$g_{K_2CO_3} = 90%*230g K_2CO_3$

gK₂CO₃ = 207 g

Para conocer el reactivo límite se deben conocer los moles de cada compuesto, esto debido a que utiliza la estequiometría de la reacción y la misma se lleva a cabo en moles, para conseguir los moles se hace uso del peso molecular de los compuestos

PMH₃PO₄ = 97,994 g/mol

PMK₂CO₃ = 138,205 g/mol

PMCO₂ = 44 g/mol

Conociendo el peso molecular, se calculan los moles

$moles  = \frac{g}{PM}$

Sustituyendo

$moles_{H_3PO_4}  = \frac{127,5 g}{97,994g/mol}$

moles H₃PO₄ = 1,3 moles

$moles_{K_2CO_3}  = \frac{207 g}{138,205g/mol}$

moles K₂CO₃ = 1,5 moles

$moles_{CO_2}  = \frac{78 g}{44g/mol}$

moles CO₂ = 1,8 moles

Se calculan las cantidades teóricas para definir el reactivo limitante

$1,3 molH_3PO_4 * \frac{3molK_2CO_3}{2molH_3PO_4} = 1,95 mol K_2CO_3$

Esto quiere decir que se necesitan 1,95 moles de K₂CO₃ para consumir totalmente el H₃PO₄, por lo cual el reactivo límite será el  K₂CO₃.

Se calcula la cantidad que se consumirá de H₃PO₄ con los 1,5 moles de K₂CO₃

$1,5 molK_2CO_3 * \frac{2molH_3PO_4}{3molK_2CO_3} = 1 mol H_3PO_4$

Si se consume 1 mol de H₃PO₄, pero se tienen 1,3 moles:

1,3 moles - 1 mol = 0,3 moles

Por lo cual sobran 0,3 moles de H₃PO₄ reactivo en exceso

d) Para calcular los gramos de K₂CO₃ y moles de CO₂ y H₂O, se realiza a partir del reactivo límite.

En este caso los gramos de K₂CO₃ serán 207 g, ya que por ser el reactivo límite se consume completo.

Los moles de CO₂ serán:

$1,5 molK_2CO_3 * \frac{3 molCO_2}{3molK_2CO_3} = 1,5 mol CO_2$

Los moles de H₂O serán:

$1,5 molK_2CO_3 * \frac{3 molH_2O}{3molK_2CO_3} = 1,5 mol H_2O$

Se producen 1,5 moles de CO₂ y 1,5 moles de H₂O

e) Rendimiento de la reacción

$Rendimiento = \frac{masa_{real}}{masa_{teorica}} *100$

La masa real representa la masa de CO₂ que se produce, es decir, 78 g CO₂, entre la masa que teóricamente se debería producir considerando la cantidad de reactivo.

Se sabe por la parte d) que teóricamente se producen 1,5 moles de CO₂, se llevan los moles a gramos.

gCO₂ = moles * PM = 1,5 moles * 44 g/mol = 66 g

Sustituyendo en la ecuación de rendimiento

$Rendimiento = \frac{78g}{66g} *100$

% R = 118 %

El rendimiento de la reacción es 118 %.