Otros · Nivel: 1-Bachillerato · Dificultad: media

Combustiones: ejercicios de estequiometría resueltos

Reacciones de combustión de hidrocarburos y cálculos asociados con resolución completa.

La combustión es una reacción química en la que un combustible reacciona con un oxidante, liberando energía en forma de calor y luz. En estos ejercicios, exploraremos las combustiones de compuestos orgánicos como el metano, el butano y el etanol, ajustando ecuaciones y calculando productos y reactivos.

Ejercicios resueltos

Ejercicio 1

Enunciado: Ajusta la ecuación de combustión completa del metano (CH₄) y calcula la cantidad de CO₂ y H₂O producidos al quemar 16 g de metano.

Datos: Peso molecular del metano (CH₄) = 16 g/mol.

Resolución paso a paso:

  1. Ajuste de la ecuación: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
  2. Cálculo de moles de metano: 16 g / 16 g/mol = 1 mol de CH₄.
  3. Relación estequiométrica: 1 mol de CH₄ produce 1 mol de CO₂ y 2 moles de H₂O.
  4. Cálculo de productos:
    • CO₂: 1 mol × 44 g/mol = 44 g de CO₂.
    • H₂O: 2 moles × 18 g/mol = 36 g de H₂O.

Solución: Se producen 44 g de CO₂ y 36 g de H₂O.

Ejercicio 2

Enunciado: Calcula el volumen de O₂ necesario para quemar completamente 58 g de butano (C₄H₁₀) a condiciones normales de presión y temperatura (CNPT).

Datos: Peso molecular del butano (C₄H₁₀) = 58 g/mol. Volumen molar a CNPT = 22,4 L/mol.

Resolución paso a paso:

  1. Ajuste de la ecuación: 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O.
  2. Cálculo de moles de butano: 58 g / 58 g/mol = 1 mol de C₄H₁₀.
  3. Relación estequiométrica: 2 moles de C₄H₁₀ requieren 13 moles de O₂.
  4. Cálculo de moles de O₂: (1 mol C₄H₁₀ × 13 moles O₂) / 2 moles C₄H₁₀ = 6,5 moles de O₂.
  5. Volumen de O₂: 6,5 moles × 22,4 L/mol = 145,6 L de O₂.

Solución: Se necesitan 145,6 L de O₂.

Ejercicio 3

Enunciado: Determina la masa de CO₂ producida al quemar 46 g de etanol (C₂H₅OH).

Datos: Peso molecular del etanol (C₂H₅OH) = 46 g/mol.

Resolución paso a paso:

  1. Ajuste de la ecuación: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O.
  2. Cálculo de moles de etanol: 46 g / 46 g/mol = 1 mol de C₂H₅OH.
  3. Relación estequiométrica: 1 mol de C₂H₅OH produce 2 moles de CO₂.
  4. Cálculo de masa de CO₂: 2 moles × 44 g/mol = 88 g de CO₂.

Solución: Se producen 88 g de CO₂.

Ejercicio 4

Enunciado: ¿Cuántos gramos de agua se producen al quemar 5,8 g de butano?

Datos: Peso molecular del butano (C₄H₁₀) = 58 g/mol.

Resolución paso a paso:

  1. Ajuste de la ecuación: 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O.
  2. Cálculo de moles de butano: 5,8 g / 58 g/mol = 0,1 mol de C₄H₁₀.
  3. Relación estequiométrica: 2 moles de C₄H₁₀ producen 10 moles de H₂O.
  4. Cálculo de moles de H₂O: (0,1 mol C₄H₁₀ × 10 moles H₂O) / 2 moles C₄H₁₀ = 0,5 moles de H₂O.
  5. Cálculo de masa de H₂O: 0,5 moles × 18 g/mol = 9 g de H₂O.

Solución: Se producen 9 g de H₂O.

Ejercicio 5

Enunciado: Ajusta la ecuación de combustión del etanol y calcula el volumen de CO₂ producido al quemar 92 g de etanol a CNPT.

Datos: Peso molecular del etanol (C₂H₅OH) = 46 g/mol. Volumen molar a CNPT = 22,4 L/mol.

Resolución paso a paso:

  1. Ajuste de la ecuación: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O.
  2. Cálculo de moles de etanol: 92 g / 46 g/mol = 2 moles de C₂H₅OH.
  3. Relación estequiométrica: 1 mol de C₂H₅OH produce 2 moles de CO₂.
  4. Cálculo de moles de CO₂: 2 moles C₂H₅OH × 2 moles CO₂ = 4 moles de CO₂.
  5. Volumen de CO₂: 4 moles × 22,4 L/mol = 89,6 L de CO₂.

Solución: Se producen 89,6 L de CO₂.

Ejercicio 6

Enunciado: Calcula la cantidad de oxígeno necesario para quemar 32 g de metano.

Datos: Peso molecular del metano (CH₄) = 16 g/mol.

Resolución paso a paso:

  1. Ajuste de la ecuación: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
  2. Cálculo de moles de metano: 32 g / 16 g/mol = 2 moles de CH₄.
  3. Relación estequiométrica: 1 mol de CH₄ requiere 2 moles de O₂.
  4. Cálculo de moles de O₂: 2 moles CH₄ × 2 moles O₂ = 4 moles de O₂.
  5. Cálculo de masa de O₂: 4 moles × 32 g/mol = 128 g de O₂.

Solución: Se necesitan 128 g de O₂.

Ejercicio 7

Enunciado: ¿Qué volumen de oxígeno se necesita para quemar 29 g de propano (C₃H₈) a CNPT?

Datos: Peso molecular del propano (C₃H₈) = 44 g/mol. Volumen molar a CNPT = 22,4 L/mol.

Resolución paso a paso:

  1. Ajuste de la ecuación: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O.
  2. Cálculo de moles de propano: 29 g / 44 g/mol = 0,659 moles de C₃H₈.
  3. Relación estequiométrica: 1 mol de C₃H₈ requiere 5 moles de O₂.
  4. Cálculo de moles de O₂: 0,659 moles C₃H₈ × 5 moles O₂ = 3,295 moles de O₂.
  5. Volumen de O₂: 3,295 moles × 22,4 L/mol = 73,8 L de O₂.

Solución: Se necesitan 73,8 L de O₂.

Ejercicio 8

Enunciado: Calcula la cantidad de CO₂ producida al quemar 10 g de metano.

Datos: Peso molecular del metano (CH₄) = 16 g/mol.

Resolución paso a paso:

  1. Ajuste de la ecuación: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
  2. Cálculo de moles de metano: 10 g / 16 g/mol = 0,625 moles de CH₄.
  3. Relación estequiométrica: 1 mol de CH₄ produce 1 mol de CO₂.
  4. Cálculo de masa de CO₂: 0,625 moles × 44 g/mol = 27,5 g de CO₂.

Solución: Se producen 27,5 g de CO₂.

Errores frecuentes

  1. No ajustar correctamente las ecuaciones químicas: Es fundamental ajustar las ecuaciones antes de realizar cualquier cálculo estequiométrico.
  2. Confundir moles con gramos: Recuerda que las relaciones estequiométricas se basan en moles, no en gramos.
  3. Olvidar las condiciones de CNPT al calcular volúmenes: Asegúrate de usar el volumen molar correcto (22,4 L/mol) cuando trabajes a CNPT.

Preguntas frecuentes

¿Por qué es importante ajustar las ecuaciones químicas?
Ajustar las ecuaciones químicas es crucial porque asegura que se conserve la masa y el número de átomos en una reacción. Esto es necesario para realizar cálculos estequiométricos precisos.
¿Qué es el volumen molar y cuándo se utiliza?
El volumen molar es el volumen ocupado por un mol de gas a condiciones normales de presión y temperatura (CNPT), que es 22,4 L/mol. Se utiliza para convertir moles de gas a volumen en CNPT.
¿Cómo se calcula la cantidad de producto en una reacción de combustión?
Para calcular la cantidad de producto, primero ajusta la ecuación química, luego determina los moles del reactivo, y usa la relación estequiométrica para encontrar los moles de producto. Finalmente, convierte los moles de producto a gramos o litros según sea necesario.
¿Qué sucede si no se ajusta correctamente una ecuación química?
Si una ecuación no se ajusta correctamente, los cálculos estequiométricos serán incorrectos, lo que llevará a errores en la cantidad de reactivos y productos calculados.

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