Question

El FeSO4 se obtiene por reaccion de hierro con ácido sulfúrico. Si se hacen reaccionar 15,0 g de hierro con 50,0 ml. de disolución de ácido. sulfúrico del 60% y densidad 1,22 g/ml: a) Escriba la reacción que tiene lugar y ajustela. b) ¿Cuál es el reactivo limitante? ¿Qué masa del reactivo que está en exceso no reacciona? c) ¿Que volumen de hidrógeno medido a 50 °C y 3 atmósferas de presión se obtendrá si el rendimiento del proceso es del 85%? Datos: Masas atómicas Fe=55.8; O=16; S=32; H=1

Answer 1

Datos:
Masa Hierro (mFe)=15.0g
Volumen ácido Sulfúrico H₂SO₄ (Vac)=50mL
%w/w=60%
Densidad (d)=1.22g/mL
Peso Atómico Hierro (PA Fe)=55.8g
Peso Molecular H₂SO₄ (PM H₂SO₄)=98g/mol

a) Reacción balanceada:

Fe + H₂SO₄ ----> FeSO₄ + H₂

b) ¿Cuál es el reactivo limitante? ¿Qué masa del reactivo que está en exceso no reacciona?

Moles de Hierro (nFe):

nFe=mFe/PA Fe
nFe=15.0g/(55.8g/mol)
nFe=0.2688mol

Moles de ácido sulfúrico (nH₂SO₄):

nH₂SO₄=(%w/w*d*Vac/PM H₂SO₄)/100
nH₂SO₄=(60*(1.22g/mL)*50mL/(98g/mol))/100
nH₂SO₄=0.3735mol

De la reacción se entiende que 1mol de Fe reacciona con 1mol de H₂SO₄. Entonces 0.2688mol de Fe reaccionará con una cantidad igual de moles de H₂SO₄, es decir 0.2688mol. Pero en el cálculo de moles de H₂SO₄ podemos observar que hay más moles de H₂SO₄ (0.3735mol).

El reactivo limitante es aquel que en proporción estequiométrica se encuentra en defecto. En este caso es el Hierro (Fe).

Por lo tanto, el exceso de ácido sulfúrico es:

nH₂SO₄ Exceso = nH₂SO₄ Total - nH₂SO₄ Reaccionan
nH₂SO₄ Exceso = 0.3735mol - 0.2688mol
nH₂SO₄ Exceso = 0.1047mol

Expresando en masa;
mH₂SO₄ Exceso = H₂SO₄ Exceso * PM H₂SO₄
mH₂SO₄ Exceso = 0.1047mol * 98g/mol
mH₂SO₄ Exceso = 10.26g H₂SO₄

c) ¿Qué volumen de hidrógeno medido a 50°C y 3 atmósferas de presión se obtendrá si el rendimiento del proceso es del 85%?

Cuando el rendimiento es al 100%:

       Fe + H₂SO₄ ----> FeSO₄ + H₂
     1mol        -----------------       1mol
0.2688mol   -----------------          x

1mol*x=0.2688mol*1mol
x=0.2688mol

Se entiende que 0.2688mol de Fe producen 0.2688mol de H₂.

Debido al rendimiento 85% la cantidad real producida es:

nH₂=0.2688mol*85%
nH₂=0.2285mol

Utilizando la Ecuación de Estado para gases ideales:

P*V=R*T*n  =>  V=R*T*n/P
Donde:
P: Presión absoluta=3atm
V: Volumen=?
T: Temperatura=50°C=50+273=323K
n: Moles=0.2285mol
R: Cte. Universal=0.082atm-L/mol-K

Reemplazando:
V=0.082*323K*0.2688mol/3atm
V=2.37L

Nota:
Todos los cálculos se deben realizar siempre con el reactivo limitante.