Guia Rendimiento de Reacciones [PDF]

Zitiervorschau

INSTITUCION EDUCATIVA ENRIQUE PUPO MARTINEZ AÑO 2020 AREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL DOCENTE: LUZ ANGELA MARTINEZ ARAUJO

GRADO: 10

GUIA:

PERIODO: 4

ASIGNATURA: QUÍMICA SEMANA

DESDE: 11 DE NOVIEMBRE

HASTA: 18 DE NOVIEMBRE ESTANDAR • Analizar los cambios que puede tener la materia a través de las ecuaciones químicas, comprobando las diferencias entre las reacciones químicas y las formas de balancear ecuaciones mediante la resolución de problemas. DBA  Analiza las relaciones cuantitativas de los reactivos y productos en el cumplimiento de la ley de la conservación de la materia y la energía. TEMA •RENDIMIENTO DE REACCIONES METODOLOGIA  Aprendizaje virtual, autónomo y responsable  Enviar la guía desarrollada al correo [email protected]  Cualquier inquietud comuníquese al 3135644649  Debes estar atento y revisando constantemente el siguiente block del área instepumacienciasnaturales.blogspot.com para que descargues las guías semanales RUBRICA DE EVALUACIÓN SABER: La participación de talleres y actividades.(1.0) HACER: Desarrollo académico, la creatividad y los recursos.(2.5) SER: Responsabilidad y compromiso.(1.0) Autoevaluación (0.5) CONCEPTUALIZACION

RENDIMIENTO DE LA REACCIÓN. Hay tres tipos de rendimientos relacionados con el estudio cuantitativo de las reacciones químicas. El rendimiento teórico de una reacción química es la cantidad máxima que puede obtenerse de un producto suponiendo la transformación completa de los reactantes. Cuando por razones cinéticas, termodinámicas, o experimentales uno de los reactivos reacciona parcialmente, el rendimiento resultante es menor al teórico. Este concepto permite comparar la brecha entre las reacciones químicas escritas en papel (ecuaciones químicas) y la realidad. Algunas pueden lucir muy simples, pero experimentalmente complejas y con bajo rendimientos; mientras que otras, pueden llegar a ser extensas pero sencillas y de alto rendimiento al realizarlas.

Todas las reacciones químicas y las cantidades de reactivos tienen consigo un rendimiento teórico. Gracias a esto, se puede establecer un grado de la efectividad de las variables de proceso y los aciertos; a mayor rendimiento (y a un menor tiempo), mejor son las condiciones elegidas para la reacción.

Entonces se puede concluir que el rendimiento teorico de una reacción es la cantidad de

producto que se predice mediante la ecuación balanceada cuando ha reaccionado todo el reactivo limitante. El rendimiento teórico es entonces el rendimiento máximo que se puede obtener. En la práctica, la cantidad de producto que se obtiene, llamado rendimiento real, es casi siempre inferior al rendimiento teórico. Existen varias razones para ello. Por ejemplo, muchas reacciones son reversibles, por lo que no ocurren 100% de izquierda a derecha. Aun cuando la reacción sea 100% completa, es muy difícil recuperar todo el producto del medio de la reacción (por ejemplo, de una solución acuosa). Por lo tanto, los químicos usan a menudo el término. Rendimiento real Como en muchas de las mediciones o predicción, no siempre sucede lo que “debería”. Este rendimiento es lo que verdaderamente obtenemos en la experimentación. Generalmente es menor al rendimiento teórico. Rendimiento porcentual (% de rendimiento), el cual describe la proporción del rendimiento real con respecto al rendimiento teórico. Los rendimientos porcentuales pueden variar desde una fracción de 1% hasta 100%. Una meta importante para un químico que se dedica a la síntesis es la optimización del rendimiento porcentual del producto de una reacción. La temperatura y la presión pueden afectar el rendimiento porcentual de una reacción. ¿Cómo calculamos el rendimiento de una reacción química? Mediante la aplicación de la siguiente formula podemos determinar el % de rendimiento de una reacción química

Para poder determinarla debemos en el ejercicio o practica conocer el rendimiento real y el rendimiento teórico. (se deben dar en el planteamiento del ejercicio a solucionar). A partir de dicha fórmula podemos despejar rendimiento real o rendimiento teórico, según sea necesario. Si partimos de la siguiente igualdad podemos despejar la incógnita que deseamos conocer. % Rend X Rend T = Rend R X 100 Donde:  % Rend = % de rendimiento  Rend T = rendimiento teórico  Rend R = Rendimiento Real RENDIMIENTO PORCENTUAL El rendimiento teórico es la máxima cantidad de producto que podemos esperar obtener de una reacción basándonos en la cantidad de reactivo limitante. En la práctica, sin embargo, es difícil que los químicos obtengan el rendimiento máximo por varias razones. Cuando se realiza una reacción en el laboratorio se puede perder algo del producto durante la purificación o los pasos de aislamiento. Incluso puedes llegar a decidir que vale la pena perder 10% de tu producto en un paso extra de purificación porque sabes que es más importante obtener un producto extremadamente puro en lugar de tener más cantidad de un producto menos puro EJEMPLO DE LA VIDA COTIDIANA Si regresamos a la analogía de la producción de "panes con jamón", ahi veíamos que la fabricación de panes con jamón seguía la "ecuación" siguiente: 1 JAMÓN   +   2 REBANADAS DE PAN   →   1 “PAN CON JAMÓN” Si le entregan a uno de los cocineros 18 jamones y 36 rodajas de pan, el puede preparar los panes con jamón, pero supongamos que se le caen 2 al piso y tiene que botarlos a la basura. Calcula el rendimiento de producción de panes con jamón que tuvo el cocinero. Él debía conseguir una producción de 18 panes de jamón, "rendimiento teórico", pero en realidad solo puede entregar 16 panes de jamón, "rendimiento real".

El rendimiento de la reacción será:

¿EN QUÉ CONSISTE EL RENDIMIENTO TEÓRICO? El rendimiento teórico es la cantidad de producto obtenido de una reacción asumiendo una conversión del 100%; esto es, todo el reactivo limitante debe consumirse. Entonces, toda síntesis idealmente debe dar un rendimiento experimental o real igual a 100%. Aunque esto no ocurre, hay reacciones con altos rendimientos (>90%) Se expresa en porcentajes, y para calcularlo primeramente debe recurrirse a la ecuación química de la reacción. De la estequiometria, se determina para cierta cantidad de reactivo limitante cuánto de producto se origina. Después, hecho esto, se compara la cantidad de producto obtenido (rendimiento real) con el del valor teórico determinado: % de rendimiento= (Rendimiento real/Rendimiento teórico)∙100% Este % de rendimiento permite estimar qué tan eficiente ha sido la reacción en las condiciones seleccionadas. Sus valores oscilan drásticamente dependiendo del tipo de reacción. Por ejemplo, para algunas reacciones un rendimiento de 50% (la mitad del rendimiento teórico) puede considerarse como una reacción exitosa. Pero, ¿cuáles son las unidades de dicho rendimiento? La masa de los reactivos, es decir, su cantidad de gramos o moles. Por lo tanto, para determinar el rendimiento de una reacción debe conocerse los gramos o moles que pueden obtenerse teóricamente. Lo anterior puede esclarecerse con un sencillo ejemplo. Ejemplo Considere la reacción exotérmica y prometedora como fuente de energía: H2 + O2 => H2O Nótese que tal como en el ejemplo anterior, los coeficientes estequiométricos del H2 y O2 son 1. Se tiene 70g de H2 mezclados con 150g de O2, ¿cuál será el rendimiento teórico de la reacción? ¿Cuál es el rendimiento si se obtienen 10 y 90g de H2O? Aquí es incierto cuántos gramos de H2 o O2 reaccionan; por lo tanto, debe determinarse esta vez los moles de cada especie: Moles de H2= (70g)∙(mol H2/2g) 35 moles Moles de O2= (150g)∙(mol O2/32g) 4,69 moles El reactivo limitante es el oxígeno, debido a que 1mol de H2 reacciona con 1mol de O2; y al haber 4,69 moles de O2, entonces reaccionarán 4,69 moles de H2. Asimismo, los moles de H2O formados va a ser igual a 4,69. Por lo tanto, el rendimiento teórico es de 4,69 moles o 84,42g de H2O (multiplicando los moles por la masa molecular del agua). Carencia de oxígeno y exceso de impurezas Si se producen 10g de H2O, el rendimiento será:

% de rendimiento= (10g H2O/84,42g H2O)∙100% 11,84% El cual es bajo debido a que un enorme volumen de hidrógeno se mezcló con muy poco oxígeno. Y si, por otro lado, se producen 90g H2O, el rendimiento ahora será de: % de rendimiento= (90g H2O/ 84,42g H2O)∙100% 106,60% Ningún rendimiento puede ser superior al teórico, por lo que cualquier valor por encima del 100% es una anomalía. Sin embargo, puede deberse a las siguientes causas: -El producto acumuló otros productos originados por reacciones laterales o secundarias. -El producto se contaminó durante o al final de la reacción. Para el caso de la reacción de este ejemplo, la primera causa es improbable, ya que no hay otro producto además del agua. La segunda causa, en caso de obtenerse realmente 90g de agua en tales condiciones, señala que hubo una entrada de otros compuestos gaseosos (como CO2 y N2) que se pesaron erróneamente junto con el agua. DESARROLLO DE COMPETENCIAS Teniendo en cuenta la información del texto, responda las siguientes preguntas. (Estas preguntas las podrá resolver en Word e imprimir o en su cuaderno) 1. ¿cuáles son los tipos de rendimientos que podemos conocer en una reacción química Y en que consiste cada uno? 2. Escribo en el cuaderno de forma creativa las diferentes fórmulas para conocer cada tipo de rendimiento en una ecuación química 3. ¿Cuál es la importancia de hacer cálculos antes de realizar una ecuación química? 4. Elabore un mapa conceptual con todo lo importante de rendimiento de reacciones Ejercicio 1. Describa el paso a paso del ejercicio que realizara. El titanio es un metal fuerte, ligero y resistente a la corrosión, que se utiliza en la construcción de naves espaciales, aviones, motores para aviones y armazones de bicicletas. Se obtiene por la reacción de cloruro de titanio (IV) con magnesio fundido entre 950 y 1150 °C: TiCl4 (g) + 2Mg (l) ==> Ti (s) + 2MgCl2 (l) En cierta operación industrial, se hacen reaccionar 3.54 x 10^7 g de TiCl4 con 1.13 x 10^7 g de Mg. a) Calcule el rendimiento teórico de Ti en gramos. b) Calcule el porcentaje del rendimiento si en realidad se obtienen 7.91 x 10^4 g de Ti. Datos: Pesos fórmula: TiCl4 = 189.7 g/mol Mg = 24.31 g/mol Ti = 47.88 g/mol Ejercicio 2 Describa el paso a paso del ejercicio Se mezclan 1206 gramos de HClO4 y 284 gramos de P4O10 para obtener H3PO4 y Cl2O7 según la siguiente reacción: 12 HClO4 + 1 P4O10  4 H3PO4 + 6 Cl2O7 La pureza del HClO4 es del 87% y la pureza del P4O10 es del 93%. Si experimentalmente se obtienen 643 gramos de Cl2O7. Calcular el rendimiento de la reacción. Ejercicio 3 Describa el paso a paso del ejercicio Se mezclan 100 gramos de Na2CO3 , 50 gramos de C y 50 gramos de N2 para obtener NaCN y CO según la siguiente reacción: 1 Na2CO3 + 4 C + 1 N2  2 NaCN + 3 CO La pureza del Na2CO3 es del 97%, la pureza del C es del 63% y la pureza del N2 es del 93%. Si experimentalmente se obtienen 50 gramos de NaCN. Calcular el rendimiento de la reacción.

ELABORÓ: KAIRINA PINEDA PINTO

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ESTUDIANTE PRACTICANTE

DOCENTE TITULAR

FECHA MÁXIMA DE ENTREGA:

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DOCENTE ASESOR