En este conjunto de ejercicios, aprenderás a identificar el reactivo limitante en una reacción química cuando se te proporcionan cantidades específicas de dos reactivos. Estos ejercicios son fundamentales para entender cómo se determina la cantidad máxima de producto que se puede formar en una reacción química.
Ejercicios resueltos
Ejercicio 1
Enunciado: Determina el reactivo limitante cuando 10 g de hidrógeno reaccionan con 80 g de oxígeno para formar agua.
Datos:
- Masa de H₂ = 10 g
- Masa de O₂ = 80 g
- Reacción: 2H₂ + O₂ → 2H₂O
Resolución paso a paso:
- Calcula los moles de H₂: Moles de H₂ = (10 g)/(2 g/mol) = 5 moles
- Calcula los moles de O₂: Moles de O₂ = (80 g)/(32 g/mol) = 2,5 moles
- Compara la proporción de moles con la ecuación balanceada:
- Se necesitan 2 moles de H₂ por cada mol de O₂.
- Para 2,5 moles de O₂, se necesitarían 5 moles de H₂.
- Ambos reactivos están en la proporción exacta, por lo que no hay reactivo limitante.
Solución: No hay reactivo limitante; ambos reactivos se consumen completamente.
Ejercicio 2
Enunciado: Se mezclan 50 g de sodio con 100 g de cloro para formar cloruro de sodio. ¿Cuál es el reactivo limitante?
Datos:
- Masa de Na = 50 g
- Masa de Cl₂ = 100 g
- Reacción: 2Na + Cl₂ → 2NaCl
Resolución paso a paso:
- Calcula los moles de Na: Moles de Na = (50 g)/(23 g/mol) ≈ 2,17 moles
- Calcula los moles de Cl₂: Moles de Cl₂ = (100 g)/(71 g/mol) ≈ 1,41 moles
- Compara la proporción de moles con la ecuación balanceada:
- Se necesitan 2 moles de Na por cada mol de Cl₂.
- Para 1,41 moles de Cl₂, se necesitarían 2,82 moles de Na.
- Hay menos moles de Na disponibles (2,17 moles), por lo que el sodio es el reactivo limitante.
Solución: El reactivo limitante es el sodio (Na).
Ejercicio 3
Enunciado: ¿Cuál es el reactivo limitante cuando 40 g de magnesio reaccionan con 60 g de oxígeno para formar óxido de magnesio?
Datos:
- Masa de Mg = 40 g
- Masa de O₂ = 60 g
- Reacción: 2Mg + O₂ → 2MgO
Resolución paso a paso:
- Calcula los moles de Mg: Moles de Mg = (40 g)/(24 g/mol) ≈ 1,67 moles
- Calcula los moles de O₂: Moles de O₂ = (60 g)/(32 g/mol) = 1,875 moles
- Compara la proporción de moles con la ecuación balanceada:
- Se necesitan 2 moles de Mg por cada mol de O₂.
- Para 1,875 moles de O₂, se necesitarían 3,75 moles de Mg.
- Hay menos moles de Mg disponibles (1,67 moles), por lo que el magnesio es el reactivo limitante.
Solución: El reactivo limitante es el magnesio (Mg).
Ejercicio 4
Enunciado: Si 30 g de hierro reaccionan con 40 g de cloro para formar cloruro de hierro(III), ¿cuál es el reactivo limitante?
Datos:
- Masa de Fe = 30 g
- Masa de Cl₂ = 40 g
- Reacción: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃
Resolución paso a paso:
- Calcula los moles de Fe: Moles de Fe = (30 g)/(56 g/mol) ≈ 0,54 moles
- Calcula los moles de Cl₂: Moles de Cl₂ = (40 g)/(71 g/mol) ≈ 0,56 moles
- Compara la proporción de moles con la ecuación balanceada:
- Se necesitan 3 moles de Cl₂ por cada 2 moles de Fe.
- Para 0,54 moles de Fe, se necesitarían 0,81 moles de Cl₂.
- Hay menos moles de Cl₂ disponibles (0,56 moles), por lo que el cloro es el reactivo limitante.
Solución: El reactivo limitante es el cloro (Cl₂).
Ejercicio 5
Enunciado: Determina el reactivo limitante cuando 25 g de nitrógeno reaccionan con 50 g de hidrógeno para formar amoníaco.
Datos:
- Masa de N₂ = 25 g
- Masa de H₂ = 50 g
- Reacción: N₂ + 3H₂ → 2NH₃
Resolución paso a paso:
- Calcula los moles de N₂: Moles de N₂ = (25 g)/(28 g/mol) ≈ 0,89 moles
- Calcula los moles de H₂: Moles de H₂ = (50 g)/(2 g/mol) = 25 moles
- Compara la proporción de moles con la ecuación balanceada:
- Se necesitan 3 moles de H₂ por cada mol de N₂.
- Para 0,89 moles de N₂, se necesitarían 2,67 moles de H₂.
- Hay más moles de H₂ disponibles (25 moles), por lo que el nitrógeno es el reactivo limitante.
Solución: El reactivo limitante es el nitrógeno (N₂).
Ejercicio 6
Enunciado: ¿Cuál es el reactivo limitante cuando 12 g de carbono reaccionan con 32 g de oxígeno para formar dióxido de carbono?
Datos:
- Masa de C = 12 g
- Masa de O₂ = 32 g
- Reacción: C + O₂ → CO₂
Resolución paso a paso:
- Calcula los moles de C: Moles de C = (12 g)/(12 g/mol) = 1 mol
- Calcula los moles de O₂: Moles de O₂ = (32 g)/(32 g/mol) = 1 mol
- Compara la proporción de moles con la ecuación balanceada:
- Se necesita 1 mol de O₂ por cada mol de C.
- Ambos reactivos están en la proporción exacta.
Solución: No hay reactivo limitante; ambos reactivos se consumen completamente.
Ejercicio 7
Enunciado: Se mezclan 20 g de aluminio con 70 g de cloro para formar cloruro de aluminio. ¿Cuál es el reactivo limitante?
Datos:
- Masa de Al = 20 g
- Masa de Cl₂ = 70 g
- Reacción: 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃
Resolución paso a paso:
- Calcula los moles de Al: Moles de Al = (20 g)/(27 g/mol) ≈ 0,74 moles
- Calcula los moles de Cl₂: Moles de Cl₂ = (70 g)/(71 g/mol) ≈ 0,99 moles
- Compara la proporción de moles con la ecuación balanceada:
- Se necesitan 3 moles de Cl₂ por cada 2 moles de Al.
- Para 0,74 moles de Al, se necesitarían 1,11 moles de Cl₂.
- Hay menos moles de Cl₂ disponibles (0,99 moles), por lo que el cloro es el reactivo limitante.
Solución: El reactivo limitante es el cloro (Cl₂).
Ejercicio 8
Enunciado: Si 15 g de calcio reaccionan con 20 g de oxígeno para formar óxido de calcio, ¿cuál es el reactivo limitante?
Datos:
- Masa de Ca = 15 g
- Masa de O₂ = 20 g
- Reacción: 2Ca + O₂ → 2CaO
Resolución paso a paso:
- Calcula los moles de Ca: Moles de Ca = (15 g)/(40 g/mol) = 0,375 moles
- Calcula los moles de O₂: Moles de O₂ = (20 g)/(32 g/mol) = 0,625 moles
- Compara la proporción de moles con la ecuación balanceada:
- Se necesitan 2 moles de Ca por cada mol de O₂.
- Para 0,625 moles de O₂, se necesitarían 1,25 moles de Ca.
- Hay menos moles de Ca disponibles (0,375 moles), por lo que el calcio es el reactivo limitante.
Solución: El reactivo limitante es el calcio (Ca).
Errores frecuentes
- No convertir correctamente las masas a moles: Asegúrate de usar la masa molar correcta para cada elemento o compuesto.
- Confundir la proporción de reactivos: Revisa siempre la ecuación química balanceada para entender la proporción en la que los reactivos deben combinarse.
- Olvidar comparar los moles calculados con los coeficientes estequiométricos: Este paso es crucial para identificar correctamente el reactivo limitante.