PROBLEMA TIPO DE ESTEQUIOMETRÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

El aluminio metálico reacciona con el ácido sulfúrico de una disolución del ácido para dar sulfato de aluminio e hidrógeno gaseoso.
Masas atómicas: Hidrógeno = 1; Aluminio = 27; Azufre = 32; Oxígeno = 16

  1. Escribir y ajustar la reacción correspondiente (recuerda que es imprescindible dominar la formulación):

    2. 2 Al (s) + 3 H2SO4 (sol) è Al2(SO4)3 (sol) + 3 H2 (g)

  2. Si disponemos de 0,5 litros de una disolución 0,8 M en ácido sulfúrico. ¿Qué cantidad de aluminio se necesita para consumir todo el ácido?
    3.

    Moles de ácido disponibles = 0,5 · 0,8 = 0,4 moles de H2SO4
    Como según la estequiometría de la reacción se consumen 3 moles de ácido por cada 2 átomos gramo de aluminio:
    0,4 · 2/3 = 0,27 átomos gramo de aluminio;
    Es decir: 0,27 · 27 = 7,29 gramos de aluminio

  3. Si añadimos 5,4 gramos de aluminio a 300 ml de disolución 1,5 M. ¿Cuál será la molaridad en ácido sulfúrico de la disolución resultante?
    4.

    Átomos gramos de aluminio añadidos = 5,4/27 = 0,2 átomos gramo
    Moles disponibles de ácido sulfúrico = 0,3 · 1,5 = 0,45 moles de H2SO4
    Moles que se consumen de ácido = 0,2 · 3/2 = 0,3 moles de H2SO4
    Moles que quedan de ácido en la disolución = 0,45 - 0,3 = 0,15 moles de H2SO4
    La molaridad M = 0,15/0,3 = 0,5 M

  4. Si añadimos 5,4 gramos de aluminio a 300 ml de ácido 1,5 M de ácido ¿Cuántos moles y gramos de sulfato de aluminio se obtendrán y cuál será la molaridad en Al2(SO4)3?
    5.

    En la disolución disponemos de 0,2 átomos gramo de aluminio y de 0,45 moles de ácido, por lo que, teniendo en cuenta la relación estequiométrica, el reactivo limitante es el alumnio, es decir:
    Moles de sulfato de aluminio = 0,2 · 1/2 = 0,1 moles de Al2(SO4)3
    Masa molecular del Al2(SO4)3 = 342 g/mol
    Gramos de Al2(SO4)3 = 0,1 · 342 = 34,2 gramos
    Molaridad en Al2(SO4)3 M = 0,1/0,3 =0,33 M

  5. Calcular la mínima masa de aluminio y el mínimo volumen de disolución 0,6 M de ácido sulfúrico que se necesita para obtener un volumen de 10 litros de hidrógeno medido a 27ºC y 740 mm, suponiendo que el rendimiento para la obtención de hidrógeno es del 80%
    6.

Cálculo de los moles de H2: PV =nRT è 740/760 · 10 = n · 0,082 (273 + 27) è n = 0,396 moles de H2
Según la estequiometría por cada 2 átomos gramo de aluminio se obtienen 3 moles de hidrógeno, pero como el rendimiento es del 80 % sólo se obtendrán 3 · 0,8 = 2,4 moles de H2; es decir:
Átomos gramos de aluminio que se necesitan = 0,396 · 2/2,4 = 0,33 at.g Al
Gramos de Al = 0,33 · 27 = 8,91g Al
Según la estequiometría de la reacción por cada 3 moles de H2SO4 se obtienen 3 moles de H2, pero con el rendimiento del 80 % sólo se obtendrán 2,4, es decir:
Moles necesarios de H2SO4 = 0,396 · 3/2,4 = 0,495 moles H2SO4
Volumen disolución 0,6 M de H2SO4 necesario = 0,495/0,6 = 0,825 litros = 825 ml

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