3.- (7 puntos) Ud. Posee un vaso de una solución alcohólica, el cual contiene 200 g de masa. 20g de los 200g corresponden a etanol (CH3CH2OH, 46 g/mol). Ud. logra separar el alcohol y someterlo a una reacción de combustión con 30 g oxígeno (O2) como lo indica la siguiente reacción:
CH3CH2OH + 3 O2 ---------- 2 CO2 + 3 H2O
a) ¿Qué cantidad de moléculas de etanol se encuentran en los 20 g iniciales? (1 punto)
b) el número total de átomos de hidrógeno presentes en 20 g iniciales (1 punto)
c) ¿Cuántos moles de O2 reaccionaron? (1 punto)
d) ¿Cuánto es la cantidad del reactivo en exceso en moles que no reacciona? (1 punto)
e) ¿Cuántos moles de H2O (18g/mol) se producen? (1 punto)
f) ¿Cuántos moles de CO2 (44 g/mol) se producen? (1 punto)
Respuestas
Para la reacción de combustión del etanol, con cantidades de reactivo determinadas, se calcula:
a) la cantidad de moléculas de etanol en 20 g es 2,62 × 10²³ moléculas.
b) átomos de hidrógeno en 20 g de etanol : 13 × 10²³ átomos.
c) moles de oxigeno que reaccionaron: 1,3 moles
d) moles de reactivo en exceso que no reaccionan: 0,1175 mol
e) moles de agua que se producen: 0,9375 mol
f)moles de CO₂ que se producen: 0,625 mol
Reactivos:
20 g etanol ( CH₃CH₂OH )
30 g Oxigeno ( O₂ )
Ecuación química:
CH₃CH₂OH + 3 O₂ → 2CO₂ + 3 H₂O
a) Tenemos: 20 g de etanol × ( 1 mol / 46 g ) = 0,43 mol de etanol
Sabemos que 1 mol de etanol contiene el número de Avogadro de moléculas, entonces calculamos cuántas moléculas tenemos en 0,43 mol (20 g):
( 6,022 × 10²³ moléculas / mol ) × 0,43 mol = 2,62 × 10²³ moléculas.
b) En los 20 g iniciales de etanol, tenemos 0,43 mol etanol. Cada molécula de etanol tiene 5 átomos de hidrógeno y en 0,43 mol de etanol sabemos que tenemos 2,62 × 10²³ moléculas de etanol, entonces:
2,62 × 10²³ moléculas de etanol × (5 átomos de H / molécula de etanol ) = 13 × 10²³ átomos de H.
c) De la ecuación química tenemos que 1 mol de etanol (46 g ) reacciona con 3 moles de oxigeno (96 g ). Entonces:
46 g etanol ........ 96 g oxigeno
20 g etanol ........ X
X = ( 20 × 96 ) / 46 = 41,7 g oxigeno × (1 mol / 32 g ) = 1,3 mol
Se requieren 41,7 g de oxigeno y tenemos inicialmente solo 30 g, entonces todo el oxigeno reacciona.
d) El reactivo en exceso es el etanol (ver parte c). Calculamos cuántos moles no reaccionan:
1 mol etanol .......... 3 moles Oxigeno
X .......... (30 / 32 ) mol oxigeno
X = 0,3125 mol de etanol (moles que reaccionan)
moles de etanol que no reaccionan = 0,43 - 0,3125 = 0,1175 mol
e) De la ecuación química tenemos que 1 mol de etanol produce 3 moles de agua, entonces calculamos cuántos moles de agua se producen a partir de 0,3125 mol de etanol:
( 3 moles agua / 1 mol etanol ) × 0,3125 mol etanol = 0,9375 mol de agua
e) De la ecuación química tenemos que 1 mol de etanol produce 2 moles de CO₂, entonces calculamos cuántos moles de CO₂ se producen a partir de 0,3125 mol de etanol:
( 2 moles CO₂ / 1 mol etanol ) × 0,3125 mol etanol = 0,625 mol de CO₂