Estequiometría: 10 ejercicios resueltos paso a paso

La estequiometría es una parte fundamental de la química que nos permite calcular las cantidades de reactivos y productos en una reacción química. Estos ejercicios están diseñados para ayudar a los estudiantes de 1º de Bachillerato a comprender y aplicar los conceptos de la estequiometría en problemas prácticos.

Ejercicios resueltos

Ejercicio 1

Enunciado: Calcula los gramos de agua producidos al reaccionar 10 gramos de hidrógeno con oxígeno.

Datos:

• Ecuación química: 2H₂ + O₂ → 2H₂O
• Masa molar H₂ = 2 g/mol
• Masa molar H₂O = 18 g/mol

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de H₂: ( \text{moles de H}_2 = \frac{10 \text{ g}}{2 \text{ g/mol}} = 5 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 2 moles de H₂ producen 2 moles de H₂O. Por lo tanto, 5 moles de H₂ producirán 5 moles de H₂O.
3. Calculamos la masa de agua producida: ( \text{masa de H}_2\text{O} = 5 \text{ moles} \times 18 \text{ g/mol} = 90 \text{ g} ).

Solución: Se producen 90 gramos de agua.

Ejercicio 2

Enunciado: ¿Cuántos gramos de dióxido de carbono se producen al quemar 15 gramos de metano?

Datos:

• Ecuación química: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
• Masa molar CH₄ = 16 g/mol
• Masa molar CO₂ = 44 g/mol

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de CH₄: ( \text{moles de CH}_4 = \frac{15 \text{ g}}{16 \text{ g/mol}} = 0.9375 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 1 mol de CH₄ produce 1 mol de CO₂. Por lo tanto, 0.9375 moles de CH₄ producirán 0.9375 moles de CO₂.
3. Calculamos la masa de CO₂ producida: ( \text{masa de CO}_2 = 0.9375 \text{ moles} \times 44 \text{ g/mol} = 41.25 \text{ g} ).

Solución: Se producen 41.25 gramos de dióxido de carbono.

Ejercicio 3

Enunciado: Determina los gramos de cloruro de sodio formados al reaccionar 20 gramos de sodio con cloro.

Datos:

• Ecuación química: 2Na + Cl₂ → 2NaCl
• Masa molar Na = 23 g/mol
• Masa molar NaCl = 58.5 g/mol

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de Na: ( \text{moles de Na} = \frac{20 \text{ g}}{23 \text{ g/mol}} = 0.8696 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 2 moles de Na producen 2 moles de NaCl. Por lo tanto, 0.8696 moles de Na producirán 0.8696 moles de NaCl.
3. Calculamos la masa de NaCl producida: ( \text{masa de NaCl} = 0.8696 \text{ moles} \times 58.5 \text{ g/mol} = 50.86 \text{ g} ).

Solución: Se producen 50.86 gramos de cloruro de sodio.

Ejercicio 4

Enunciado: ¿Qué volumen de oxígeno (en litros) se necesita para quemar completamente 5 gramos de propano a 25 °C y 1 atm?

Datos:

• Ecuación química: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
• Masa molar C₃H₈ = 44 g/mol
• R = 0.0821 atm·L/mol·K
• T = 25 °C = 298 K
• P = 1 atm

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de C₃H₈: ( \text{moles de C}_3\text{H}_8 = \frac{5 \text{ g}}{44 \text{ g/mol}} = 0.1136 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 1 mol de C₃H₈ requiere 5 moles de O₂. Por lo tanto, 0.1136 moles de C₃H₈ requerirán ( 0.1136 \times 5 = 0.568 \text{ moles de O}_2 ).
3. Usamos la ecuación de los gases ideales para calcular el volumen: ( PV = nRT \rightarrow V = \frac{nRT}{P} ).
4. Sustituimos los valores: ( V = \frac{0.568 \times 0.0821 \times 298}{1} = 13.89 \text{ L} ).

Solución: Se necesitan 13.89 litros de oxígeno.

Ejercicio 5

Enunciado: Calcula los gramos de óxido de hierro (III) producidos al reaccionar 50 gramos de hierro con oxígeno.

Datos:

• Ecuación química: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃
• Masa molar Fe = 56 g/mol
• Masa molar Fe₂O₃ = 160 g/mol

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de Fe: ( \text{moles de Fe} = \frac{50 \text{ g}}{56 \text{ g/mol}} = 0.8929 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 4 moles de Fe producen 2 moles de Fe₂O₃. Por lo tanto, ( 0.8929 \times \frac{2}{4} = 0.4464 \text{ moles de Fe}_2\text{O}_3 ).
3. Calculamos la masa de Fe₂O₃ producida: ( \text{masa de Fe}_2\text{O}_3 = 0.4464 \text{ moles} \times 160 \text{ g/mol} = 71.42 \text{ g} ).

Solución: Se producen 71.42 gramos de óxido de hierro (III).

Ejercicio 6

Enunciado: ¿Cuántos gramos de amoníaco se obtienen al reaccionar 30 gramos de nitrógeno con hidrógeno?

Datos:

• Ecuación química: N₂ + 3H₂ → 2NH₃
• Masa molar N₂ = 28 g/mol
• Masa molar NH₃ = 17 g/mol

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de N₂: ( \text{moles de N}_2 = \frac{30 \text{ g}}{28 \text{ g/mol}} = 1.0714 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 1 mol de N₂ produce 2 moles de NH₃. Por lo tanto, 1.0714 moles de N₂ producirán ( 1.0714 \times 2 = 2.1428 \text{ moles de NH}_3 ).
3. Calculamos la masa de NH₃ producida: ( \text{masa de NH}_3 = 2.1428 \text{ moles} \times 17 \text{ g/mol} = 36.43 \text{ g} ).

Solución: Se obtienen 36.43 gramos de amoníaco.

Ejercicio 7

Enunciado: Determina los gramos de ácido sulfúrico necesarios para reaccionar completamente con 25 gramos de hidróxido de sodio.

Datos:

• Ecuación química: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
• Masa molar NaOH = 40 g/mol
• Masa molar H₂SO₄ = 98 g/mol

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de NaOH: ( \text{moles de NaOH} = \frac{25 \text{ g}}{40 \text{ g/mol}} = 0.625 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 2 moles de NaOH reaccionan con 1 mol de H₂SO₄. Por lo tanto, ( 0.625 \times \frac{1}{2} = 0.3125 \text{ moles de H}_2\text{SO}_4 ).
3. Calculamos la masa de H₂SO₄ necesaria: ( \text{masa de H}_2\text{SO}_4 = 0.3125 \text{ moles} \times 98 \text{ g/mol} = 30.63 \text{ g} ).

Solución: Se necesitan 30.63 gramos de ácido sulfúrico.

Ejercicio 8

Enunciado: ¿Qué volumen de hidrógeno (en litros) se produce al reaccionar 10 gramos de zinc con ácido clorhídrico a 20 °C y 1 atm?

Datos:

• Ecuación química: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
• Masa molar Zn = 65 g/mol
• R = 0.0821 atm·L/mol·K
• T = 20 °C = 293 K
• P = 1 atm

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de Zn: ( \text{moles de Zn} = \frac{10 \text{ g}}{65 \text{ g/mol}} = 0.1538 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 1 mol de Zn produce 1 mol de H₂. Por lo tanto, 0.1538 moles de Zn producirán 0.1538 moles de H₂.
3. Usamos la ecuación de los gases ideales para calcular el volumen: ( PV = nRT \rightarrow V = \frac{nRT}{P} ).
4. Sustituimos los valores: ( V = \frac{0.1538 \times 0.0821 \times 293}{1} = 3.70 \text{ L} ).

Solución: Se producen 3.70 litros de hidrógeno.

Ejercicio 9

Enunciado: Calcula los gramos de cloruro de calcio formados al reaccionar 30 gramos de calcio con cloro.

Datos:

• Ecuación química: Ca + Cl₂ → CaCl₂
• Masa molar Ca = 40 g/mol
• Masa molar CaCl₂ = 111 g/mol

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de Ca: ( \text{moles de Ca} = \frac{30 \text{ g}}{40 \text{ g/mol}} = 0.75 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 1 mol de Ca produce 1 mol de CaCl₂. Por lo tanto, 0.75 moles de Ca producirán 0.75 moles de CaCl₂.
3. Calculamos la masa de CaCl₂ producida: ( \text{masa de CaCl}_2 = 0.75 \text{ moles} \times 111 \text{ g/mol} = 83.25 \text{ g} ).

Solución: Se producen 83.25 gramos de cloruro de calcio.

Ejercicio 10

Enunciado: ¿Cuántos gramos de sulfato de sodio se obtienen al reaccionar 40 gramos de ácido sulfúrico con hidróxido de sodio?

Datos:

• Ecuación química: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
• Masa molar H₂SO₄ = 98 g/mol
• Masa molar Na₂SO₄ = 142 g/mol

Resolución paso a paso:

1. Calculamos los moles de H₂SO₄: ( \text{moles de H}_2\text{SO}_4 = \frac{40 \text{ g}}{98 \text{ g/mol}} = 0.4082 \text{ moles} ).
2. Según la ecuación, 1 mol de H₂SO₄ produce 1 mol de Na₂SO₄. Por lo tanto, 0.4082 moles de H₂SO₄ producirán 0.4082 moles de Na₂SO₄.
3. Calculamos la masa de Na₂SO₄ producida: ( \text{masa de Na}_2\text{SO}_4 = 0.4082 \text{ moles} \times 142 \text{ g/mol} = 57.96 \text{ g} ).

Solución: Se obtienen 57.96 gramos de sulfato de sodio.

Errores frecuentes

1. No balancear la ecuación química: Asegúrate siempre de que la ecuación esté balanceada antes de realizar cualquier cálculo estequiométrico.
2. Confundir unidades: Verifica que las unidades sean consistentes, especialmente al usar la ecuación de los gases ideales.
3. Calcular incorrectamente la masa molar: Revisa los cálculos de las masas molares para evitar errores en los resultados finales.