15. El burbujeo producido por una tableta de Alka-Seltzer® al disolverse en agua se debe a la reacción entre el bicarbonato de sodio (NaHCO3) y el ácido cítrico (H3C6H5O7): NaHCO3(ac) + H3C6H5O7(ac) → CO2(g) + H2O(l) + Na3C6H5O7(ac) En cierto experimento permitimos la reacción de 1.00 g de bicarbonato de sodio y 1.00 g de ácido cítrico. (a) ¿Cuál es el reactivo limitante? (b) ¿Cuántos gramos de dióxido de carbono se forman? (c) ¿Cuántos gramos del reactivo en exceso quedan una vez que se consume todo el reactivo limitante?
Respuestas
- Primero se debe balancear la ecuación química, para ello existen muchos métodos, lo importante es que debe existir la misma cantidad de átomos de todos los elementos tanto del lado de los reactivos como de los productos, la ecuación química balanceada es:
3 NaHCO₃ + H₈C₆O₇ ⇒ 3 CO₂ + 3 H₂O + Na₃C₆H₅O₇.
- Parte a). Primero se debe convertir a moles los gramos de cada reactivo, para ello se emplea la masa molar, la cual relaciona los gramos que existen en un mol del compuesto:
NaHCO₃: 1 g * (1 mol / 84,007 g) = 0,0119 mol NaHCO₃.
Ácido cítrico: 1 g * (1 mol / 192,124 g) = 0,0052 mol Ácido cítrico.
- Luego, se divide los moles de cada compuesto entre los coeficientes estequiométricos respectivos de la ecuación química balanceada, el valor más bajo indica que se trata del reactivo límite:
NaHCO₃: 0,0119 / 3 = 0,0039 ⇒ Reactivo límite.
Ácido cítrico: 0,0052 / 1 = 0,0052.
- Parte b). Primero, se debe calcular los moles de CO₂ que se producen, para ello se multiplican los moles del bicarbonato (reactivo limite) por la relación estequiométrica de la ecuación química balanceada, en este caso, se tiene que 3 moles de NaHCO₃ producen 3 moles de CO₂, por lo tanto:
0,0119 mol NaHCO₃ * (3 mol CO₂ / 3 mol NaHCO₃) = 0,0119 mol CO₂.
- Luego, se calculan los gramos utilizando la masa molar:
0,0119 mol CO₂ * (44,01 g / 1 mol) = 0,524 g CO₂ producido.
- Parte c). Primero, se calcula la cantidad de moles que reaccionan del ácido cítrico a partir de los moles de bicarbonato de sodio empleando la relación estequiométrica, se tiene que 3 moles de NaHCO₃ reaccionan con 1 mol de ácido cítrico, entonces:
0,0119molNaHCO₃*(1mol Ác. cítrico/3molNaHCO₃) = 0,00397mol Ác. cítrico.
- Luego, se convierten los moles del ácido cítrico a gramos utilizando la masa molar:
0,00397mol ác. cítrico * (192,124g /1mol) = 0,762g ácido cítrico reacciona.
- Finalmente, se restan los gramos iniciales del ácido cítrico menos los gramos que reaccionan: 1g - 0,762g = 0,238g ácido cítrico sin reaccionar.
En base a la ecuación química que representa la reacción entre Bicarbonato de Sodio y Ácido Cítrico, para determinadas cantidades de reactivos, se determina:
a) El reactivo limitante es el Bicarbonato de Sodio.
b) Se forman 0,524 g CO₂
c) Quedan 0,238 g del reactivo en exceso.
Explicación:
Ecuación química balanceada:
3 NaHCO₃(ac) + H₃C₆H₅O₇(ac) → 3 CO₂(g) + 3 H₂O(l) + Na₃C₆H₅O₇(ac)
Masa molar NaHCO₃ = 84 g/mol
Masa molar H₃C₆H₅O₇ = 192 g/mol
Masa molar CO₂ = 44 g/mol
Reactivos disponibles:
1 g NaHCO₃
1 g H₃C₆H₅O₇
De la ecuación química: g NaHCO₃/ g H₃C₆H₅O₇ = 252 / 192 = 1.31
De los reactivos disponibles: g NaHCO₃/ g H₃C₆H₅O₇ = 1 / 1 = 1
Reactivo limitante : Bicarbonato de Sodio (NaHCO₃)
De la ecuación química se tiene que a partir de 252 g de NaHCO₃ se forman 132 g de CO₂.
1 g NaHCO₃ × (132 g CO₂ / 252 g NaHCO₃) = 0,524 g CO₂
Se forman 0,524 g CO₂ a partir de 1 g de NaHCO₃
Calculamos la cantidad de Ácido Cítrico que reacciona con 1 gramo de Bicarbonato de Sodio.
De la ecuación química tenemos que: 252 g de NaHCO₃ reaccionan con 192 g de H₃C₆H₅O₇. Entonces:
1 g NaHCO₃ × (192 g H₃C₆H₅O₇ / 252 g NaHCO₃) = 0,762 g H₃C₆H₅O₇
Reaccionan 0,762 gramos de Ácido Cítrico (reactivo en exceso)
Reactivo en exceso = 1 g - 0,762 g = 0,238 g
Quedan 0,238 g del reactivo en exceso.
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