011.Química 10. Rendimiento de producción de reactivos y productos.

PORCENTAJE DE PRODUCCIÓN EN UNA REACCIÓN QUÍMICA

Las ecuaciones químicas presentan situaciones de rendimiento que no son reales: un resultado es el teórico y otro es el que se obtiene experimentalmente. Un rendimiento teórico se obtiene de los datos expresados en la ecuación y corresponden al 100% de eficiencia de una reacción.

El rendimiento real está dado por la cantidad de producto obtenido experimentalmente, el cual es inferior al 100%.

Expresado en forma de proporción tendríamos:

Porcentaje de rendimiento = cantidad experimental / cantidad teórica  * 100

EJEMPLO

Si hacemos reaccionar 40 g de NaOH y producen 50 g de NaCl. Calcular el porcentaje de rendimiento de la siguiente ecuación:

NaOH  + HCl  -------------> NaCl  + H₂O

Primero calculamos el peso de 1 mol de NaOH y de 1 mol de NaCl ya que la ecuación nos dice que 1 mol de NaOH produce 1 mol de NaCl.

Entonces:

1 mol de NaOH pesa 40 g

1 mol de NaCl pesa 58.45 g

De acuerdo con la ecuación, 40 g de NaOH producen 58.45 g de NaCl

Teóricamente deberían producirse 58.45 g pero solo se producen 50 g. entonces el porcentaje de rendimiento de esta reacción se puede calcular así:

Porcentaje de rendimiento = cantidad experimental / cantidad teórica * 100

Porcentaje de rendimiento de NaCl = 50 g experimental de NaCl / 58.45 g teórico * 100 = 85.5%

EJERCICIO GUÍA

En una caldera se quemaron 200 g de caliza (carbonato de calcio) y se produjo gas carbónico y óxido de calcio. El residuo sólido de óxido pesó 80 g. ¿Cuál fue el porcentaje de rendimiento de la reacción?

Solución

Escribimos la ecuación y la balanceamos:

CaCO₃  --------------> CaO_(s) + CO_2(g)

En la ecuación se puede deducir que 1 mol de CaCO₃  produce 1 mol de CaO.

Teniendo en cuenta el peso de 1 mol de CaCO₃ y el de 1 mol de CaO deducimos que:

200 g de CaCO₃ producen 112 g de CaO. Por tanto para calcular el porcentaje de rendimiento de la reacción tenemos:

Porcentaje de rendimiento =   experimental de CaO / cantidad teórica de CaO * 100

Reemplazando por los valores obtenidos tenemos:

Porcentaje de rendimiento = 80 g de CaO / 112 g de CaO * 100 = 71.43%

EJERCICIOS PROPUESTOS PARA EL EQUIPO DE TRABAJO

1.    Se hacen reaccionar 100 g de NaOH con 80 g de HCl y se producen 90 g de NaCl. Calcular el porcentaje de rendimiento de la reacción e identificar el reactante límite.

2.    Se obtienen 12 g de precipitado de AgCl a partir de 200 g de nitrato de plata ¿Cuál será el porcentaje de rendimiento de la reacción?

3.    El silicio se puede obtener a partir de arena común por reducción con carbón en un horno.

SiO₂  +  C    ------------>  Si  + CO2

a.    ¿Qué cantidad de silicio se produce al calentar 500 g de arena con 500 g de carbón?

b.    ¿Cuál será el porcentaje de rendimiento si se producen 150 de silicio?

4.    ¿Qué cantidad de SO₂ se producirá a partir de 80 g de azufre si el rendimiento de la reacción es el 70%?

S  +  O₂   -----------> SO₂

5.    La etapa final en la obtención de la aspirina, es la reacción del ácido salicílico con el anhídrido acético de acuerdo con la siguiente ecuación:

C₇H₆O₃   +   C₄H₆O₃    ---------------> C₉H₈O₄  +  C₂H₄O₂

Ácido salicílico + anhídrido acético  ----------> ácido acetil salicílico  +  ácido acético

Para ensayar un nuevo método de separación se realizó a escala la reacción de laboratorio con 25,0 g de ácido salicílico y un exceso de anhídrido acético (más de 30,0 g) se obtuvo 24,3 g de aspirina ¿Cuál es el rendimiento en porcentaje de la reacción?

EN UNA REACCIÓN QUÍMICA, ¿QUÉ IMPORTANCIA TIENE LA PUEREZA DE UN COMPUESTO PRODUCIDO?

Las sustancias con las cuales se trabaja en química, o que se producen en una reacción, no son 100% puras. Es necesario tener en cuenta las impurezas de estas sustancias con el fin de obtener valores exactos en los cálculos realizados.

EJEMPLO

Si en una reacción se obtienen 50 g de NaCl del 90% de pureza, ¿Cuántos gramos puros de NaCl se obtienen?

Solución

Si el NaCl tiene un 90% de pureza significa que 90% es realmente sal y el 10% son impurezas. Entonces los gramos de NaCl puros se disminuyen en un 10%; esto podemos plantearlo de la siguiente manera:

50 g de NaCl corresponden a 100%; debemos hallar cuántos gramos corresponden al 90%

50 g de NaCl / 100% * 90% = 45 g de NaCl puros.

EJERCICIO GUÍA

¿Qué peso de óxido de calcio se obtiene de la calcificación  de 200 g de CaCO₃ del 95% de pureza?

Solución

Escribimos la ecuación:

CaCO₃   ------------>  CaO + CO₂

El CaCO₃ no es el del 100% puro ya que el 5% corresponde a impurezas; entonces calculamos la cantidad de CaCO₃ puro que hay en 200 g así:

200 g de CaCO₃ / 100% * 95% = 190 g de CaCO₃

Ahora si podemos calcular el peso de óxido de calcio obtenido así:

56 g CaCO₃ * 190 g de CaCO₃ / 100 g de CaCO₃ = 106.4 g de CaO

EJERCICIOS PROPUESTOS PARA EL EQUIPO DE TRABAJO

6.    ¿Qué peso de NaCl se obtiene a partir  de 50 g de NaOH del 80% de pureza?

7.    Explique el significado de la siguiente afirmación:

El H₂SO₄ del laboratorio tiene aproximadamente un 78% de pureza

8.    ¿Cuánto ácido nítrico del 90% de pureza se podrá obtener  a partir de 130 g de amoniaco puro? La ecuación es:

4NH₃  + 7O₂   ----------->  4H₂O  + 2HNO₂ + 2HNO₃

9.    ¿Cuántos  gramos de óxido de magnesio se obtienen cuando se hacen reaccionar 150 g de Magnesio del 80% de pureza en presencia de oxígeno?

2Mg  + O₂   ---------->  2MgO