Datos :
Masa Hierro (mFe) = 15.
0g
Volumen ácido SulfúricoH₂SO₄ (Vac) = 50mL
%w / w = 60%
Densidad (d) = 1.
22g / mL
Peso Atómico Hierro (PA Fe) = 55.
8g
Peso Molecular H₂SO₄ (PM H₂SO₄) = 98g / mol
a) Reacción balanceada :
Fe + H₂SO₄ - - - - > FeSO₄ + H₂
b)¿Cuál es el reactivo limitante?
¿Qué masa del reactivo que está en exceso no reacciona?
Moles de Hierro (nFe) :
nFe = mFe / PA Fe
nFe = 15.
0g / (55.
8g / mol)
nFe = 0.
2688mol
Moles de ácido sulfúrico (nH₂SO₄) :
nH₂SO₄ = (%w / w * d * Vac / PMH₂SO₄) / 100
nH₂SO₄ = (60 * (1.
22g / mL) * 50mL / (98g / mol)) / 100
nH₂SO₄ = 0.
3735mol
De la reacción se entiende que 1mol de Fe reacciona con 1mol deH₂SO₄.
Entonces0.
2688mol de Fe reaccionará con una cantidad igual de moles deH₂SO₄, es decir0.
2688mol.
Pero enel cálculo de moles deH₂SO₄ podemos observar que hay más moles deH₂SO₄ (0.
3735mol).
El reactivo limitante es aquel que en proporción estequiométrica se encuentra en defecto.
En este caso es el Hierro (Fe).
Por lo tanto, el exceso de ácido sulfúrico es :
nH₂SO₄ Exceso = nH₂SO₄ Total - nH₂SO₄ Reaccionan
nH₂SO₄ Exceso = 0.
3735mol - 0.
2688mol
nH₂SO₄Exceso = 0.
1047mol
Expresando en masa ;
mH₂SO₄Exceso = H₂SO₄Exceso * PMH₂SO₄
mH₂SO₄Exceso = 0.
1047mol * 98g / mol
mH₂SO₄Exceso = 10.
26gH₂SO₄
c)¿Qué volumen de hidrógeno medido a 50°C y 3 atmósferas de presión se obtendrá si el rendimiento del proceso es del 85%?
Cuando el rendimiento es al 100% : Fe + H₂SO₄ - - - - >FeSO₄ + H₂ 1mol - - - - - - - - - - - - - - - - - 1mol
0.
2688mol - - - - - - - - - - - - - - - - - x
1mol * x = 0.
2688mol * 1mol
x = 0.
2688mol
Se entiende que 0.
2688mol de Fe producen 0.
2688mol deH₂.
Debido al rendimiento 85% la cantidad real producida es :
nH₂ = 0.
2688mol * 85%
nH₂ = 0.
2285mol
Utilizando la Ecuación de Estado para gases ideales :
P * V = R * T * n = > V = R * T * n / P
Donde :
P : Presión absoluta = 3atm
V : Volumen = ?
T : Temperatura = 50°C = 50 + 273 = 323K
n : Moles = 0.
2285mol
R : Cte.
Universal = 0.
082atm - L / mol - K
Reemplazando :
V = 0.
082 * 323K * 0.
2688mol / 3atm
V = 2.
37L
Nota :
Todos los cálculos se deben realizar siempre con el reactivo limitante.