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Ecuaciones químicas y estequiometría

Stoichiometry

Una ecuación química no solo dice qué sustancias reaccionan y qué se forma, sino también en qué cantidades lo hacen. La proporción entre coeficientes es la proporción en moles, y para gases a la misma temperatura y presión es también la proporción en volumen. Cuando un reactivo se agota antes, la reacción se detiene; ese reactivo limitante fija cuánto producto se forma, y el otro reactivo sobra. Aun así, el número de átomos de cada clase no cambia, así que la masa total se conserva. Al cambiar las cantidades de hidrógeno y oxígeno en los diagramas se comprueban, uno tras otro, la proporción en moles, el reactivo que se agota antes y la conservación de la masa.

Lo que dice una ecuación química

2 mol
💡 Coeficientes = proporción en moles
①La proporción de coeficientes en 2H₂ + O₂ → 2H₂O es 2 : 1 : 2
②Es a la vez la proporción de moléculas y de moles, así que 2 mol de H₂ reaccionan con 1 mol de O₂ y forman 2 mol de H₂O
③Al aumentar el H₂, las tres barras crecen juntas y mantienen siempre 2 : 1 : 2
④En masa, 4 g de H₂ y 32 g de O₂ dan 36 g de H₂O; el total de moles baja de 3 mol a 2 mol, pero la masa total no cambia

El reactivo limitante

4 mol
1,5 mol
Cómo identificar el reactivo limitante
compara mol disponiblescoeficiente: el menor es el limitante
La reacción se detiene cuando se agota el reactivo limitante, y es él quien fija la cantidad de producto
🔍 Comprobación con los valores iniciales
①Para que reaccionen los 4 mol de H₂ harían falta 4 ÷ 2 = 2 mol de O₂, pero solo se añadieron 1,5 mol
②Por eso el O₂ se agota antes y es el reactivo limitante: 1,5 mol de O₂ reaccionan con 3 mol de H₂ y forman 3 mol de H₂O
③El mol de H₂ que no puede reaccionar sobra; un reactivo que sobra así es el reactivo en exceso
④Si el O₂ sube a 2 mol, los dos reactivos se consumen por completo, y si se añade más, el limitante pasa a ser el H₂

Conservación de la masa

Conservación de la masa
masa total de reactivos = masa total de productos
Una reacción solo reordena los átomos; no los crea ni los destruye
Moles → masa
m = n · M
n: cantidad en moles, M: masa molar (g/mol)
💡 Pasos para los problemas de cantidades
①Ajusta la ecuación para que cada elemento tenga el mismo número de átomos antes y después
②Pasa a moles la cantidad dada (masa, volumen de gas o número de partículas)
③Con la proporción de coeficientes, halla los moles de la sustancia buscada
④Pasa esos moles a la unidad que pide el problema (masa, volumen, etc.)

Practícalo

Ejemplo 1
En 2H₂ + O₂ → 2H₂O, ¿cuántos moles de H₂O se forman cuando reaccionan por completo 4 mol de H₂?
1
La proporción de coeficientes es la proporción en moles, así que escribe la de H₂ y H₂O.
H₂ : H₂O = 2 : 2 = 1 : 1
2
Con una proporción 1 : 1, los moles de H₂ que reaccionan son los mismos que los de H₂O que se forman.
4 mol H₂ → 4 mol H₂O
▸ 4 mol
Si en el primer diagrama el H₂ se pone en 4 mol, la barra de H₂O también llega a 4 mol; el O₂ necesario es 2 mol.
Ejemplo 2
En C + O₂ → CO₂, ¿qué masa de CO₂ se forma al quemar por completo 6 g de carbono (C)? (C = 12, O = 16)
1
Pasa a moles la masa de carbono.
n(C) = 6 g ÷ 12 g/mol = 0,5 mol
2
Con la proporción C : CO₂ = 1 : 1 halla los moles de CO₂ y multiplica por la masa molar M(CO₂) = 12 + 2 × 16 = 44 g/mol.
0,5 mol × 44 g/mol = 22 g
▸ 22 g
Se sigue el camino de siempre: masa → moles → proporción de coeficientes → moles → masa. Los 6 g de carbono más 16 g de oxígeno dan 22 g de CO₂, así que la masa también se conserva.

Resumen

La clave de la estequiometría
proporción de coeficientes = de moles = de moléculas = de volúmenes (gases a igual temperatura y presión)
Todas las relaciones cuantitativas parten de los coeficientes de la ecuación química
Tipo de simulacro KICE 2022 Química I, adaptado
En N₂ + 3H₂ → 2NH₃ se hacen reaccionar 2 mol de N₂ y 3 mol de H₂. ¿Cuántos moles de NH₃ se pueden formar como máximo? (Uno de los reactivos no alcanza.)
①1 mol
②2 mol
③3 mol
④4 mol
⑤6 mol
▸ ② 2 mol
1
Para usar los 2 mol de N₂ harían falta 2 × 3 = 6 mol de H₂, pero solo hay 3 mol, así que el H₂ es el reactivo limitante.
2
Aplica la proporción NH₃ : H₂ = 2 : 3 a los 3 mol de H₂ limitante.
3 mol H₂ × 23 = 2 mol NH₃
🎯 Puntos clave
①La proporción de coeficientes es la proporción en moles y, para gases a igual temperatura y presión, también en volumen
②El reactivo limitante es el que da el menor valor de moles ÷ coeficiente
③La masa total no cambia en una reacción, pero el número total de moles sí puede cambiar
④Moles → masa: m = n M; moles de un gas a 0 °C y 1 atm → volumen: V = 22,4 L × n
⑤Ajustar: igualar el número de átomos de cada elemento a ambos lados
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