Reactivo limitante, porcentaje de rendimiento y pureza

1. OBJETIVOS
1. Conocer la formulación y ecuaciones para hallar
reactivo limitante o porcentaje de rendimiento y pureza
2. Identificar cada uno de los conceptos de
estequiometría y relacionarlos
MARCO TEÓRICO
Estequiometria
Es el cálculo de las cantidades de reactivos y
productos de una reacción química.
Relaciones estequiométricas y la ley de la
conservación de la masa

2. Existen tres tipos de relaciones estequiométricas en las
que se aplica directamente la ley de la conservación de
la masa:
- Relaciones mol-mol
Proporcionan los moles que se obtienen de una
sustancia a partir de los moles de otra según la ecuación
química balanceada
Ejemplo:
-Sulfato de sodio Na2SO4
–Compuesto que se utiliza en algunas etapas del
proceso de fabricación del papel
–Sirve para obtener compuestos resistentes al fuego

3. -Se pude producir por la reacción entre el ácido sulfúrico
(H2SO4) y el hidróxido de sodio (NaOH)
Problemática:
Si se suministra a la reacción 4 moles de NaOH,
¿Cuántos moles de Na2SO4 se obtendrán?
Solución:
-La ecuación química debe cumplir con la ley de la
conservación de la masa, es decir, debe estar
balanceada, por lo cual se colocan los coeficientes
necesarios:
Los coeficientes de una ecuación balanceada
representan los moles de cada una de las sustancias
participantes
En este ejemplo se tiene que:
-1 mol de H2SO4 reacciona con 2 moles de NaOH para
producir 1 mol de Na2SO4 y 2 moles de H2O

4. De acuerdo con esto, la relación de moles de NaOH y
Na2SO4 se puede expresar de la siguiente manera:
-1 mol de Na2SO4 se obtiene a partir de 2 moles de
NaOH
Para resolver este problema conviene expresar la
relación anterior de la siguiente manera:
Al utilizar el dato del problema, la solución se escribe
así:
Relaciones masa-masa.
-A partir de la masa de una sustancia se calcula la masa
de un reactivo o de un producto
Ejemplo:
-Hipoclorito de sodio NaCIO
–Ingrediente activo de muchos blanqueadores
comerciales

5. -Puede obtenerse mediante la reacción controlada entre
el hidróxido de sodio y el cloro elemental:
Problemática:
-De acuerdo con la reacción, ¿Cuántos gramos de
NaOH son necesarios para obtener 500 g de NaCIO?
Solución:
-Se aplica la siguiente estrategia:
a) Convertir los gramos de NaCIO a moles utilizando su
masa polar
b) Establecer la relación de moles a partir de la ecuación
balanceada y calcular los moles de NaOH

6. c) Por último, cambiar los moles de NaOH a gramos
utilizando su masa molecular, con lo cual se obtiene el
resultado
Es importante observar que el proceso requiere
convertir gramos a moles, establecer la relación
molecular y cambiar de moles a gramos
El resultado se obtiene multiplicando todas las
cantidades que se encuentran en los numeradores y
dividiendo posteriormente este resultado entre el
producto de todos los denominadores
Relaciones volumen-volumen

7. -A partir del volumen de una sustancia se determina el
volumen de otra
-Se toman en cuenta las condiciones de presión y
temperatura en las que se desarrolla la reacción
Ejemplo:
-La reacción entre el monóxido de nitrógeno (NO) y el
oxígeno (O) da como resultado la formación de dióxido
de nitrógeno (NO2), sustancia que participa para la
producción del fotoquimico
Problemática:
-Si la relación se desarrolla en condiciones estándar de
temperatura y presión, ¿Cuántos litros de oxigeno se
necesitan para reaccionar con 150 L de monóxido de
nitrógeno?
Solución:
-En las condiciones estándar de temperatura y presión
(T= 0°C y 1 atm), un mol de cualquier gas ocupa un
volumen de 22.4 L
-Al tomar como punto de partida esta información, se
procede con la siguiente estrategia:
a) Convertir los litros de NO a moles

8. b) Establecer la relación molar que proporciona la
ecuación balanceada
c) Transformar moles de O2 a litros
Reactivo limitante
El reactivo limitante es el reactivo que en una reacción
química determinada, da a conocer o limita, la cantidad
de producto formado, y provoca una concentración
específica o limitante.
Cuando una ecuación está balanceada, la
estequiometría se emplea para saber los moles de un
producto obtenido a partir de un número conocido de
moles de un reactivo. La relación de moles entre el
reactivo y producto se obtiene de la ecuación
balanceada.
Generalmente cuando se efectúa una reacción química
los reactivos no se encuentran en cantidades
estequiométricamente exactas, es decir, en las
proporciones que indica su ecuación balanceada. En
consecuencia, algunos reactivos se consumen
totalmente, mientras que otros son recuperados al
finalizar la reacción. El reactivo que se consume en
primer lugar es llamado reactivo limitante, ya que la
cantidad de éste determina la cantidad total del

9. producto formado. Cuando este reactivo se consume, la
reacción se detiene. El o los reactivos que se consumen
parcialmente son los reactivos en exceso.
La cantidad de producto que se obtiene cuando
reacciona todo el reactivo limitante se denomina
rendimiento teórico de la reacción. El concepto de
reactivo limitante, permite a los químicos asegurarse de
que un reactivo, el más costoso, sea completamente
consumido en el transcurso de una reacción,
aprovechándose así al máximo.
Método 1
Este método se basa en la comparación de la
proporción de las cantidades de reactivo con la
relación estequiometrica. Así, dada la ecuación
general:
Siendo X y Y reactivos, Z productos y a, b y c, sus
respectivos coeficientes estequiométricos.
Si
entonces X es el reactivo limitante.

10. Ejemplo:
La ecuación balanceada para la oxidación del
monóxido de carbono a dióxido de carbono es la
siguiente:
Si se tienen 4 moles de monóxido de carbono y 3
moles de oxígeno, ¿cuál es el reactivo limitante?
Aplicando el procedimiento anterior tenemos que
Por lo tanto, CO es el reactivo limitante. En efecto,
cuatro moles de CO sólo necesitan dos moles de
O2 para reaccionar, por lo que un mol de O2 quedará
como exceso una vez finalizada la reacción.
Este procedimiento puede hacerse extensivo a
reacciones químicas con más de dos reactivos
aplicando la fórmula:
para todos los reactivos. El reactivo con el cociente
más bajo es el reactivo limitante.

11. Método 2
Sólo es recomendable en el caso de que el
rendimiento de la reacción sea del 100%. En otro caso
es conceptualmente más correcto usar el Método 1.
Este método consiste en el cálculo de la cantidad
esperada de producto en función de cada reactivo.
Se permite que reaccionen 3g de dióxido de silicio y
4,5g de carbono a altas temperaturas, para dar lugar a
la formación de carburo de silicio según la ecuación:
Para encontrar el reactivo limitante debemos comparar
la cantidad de producto que se obtiene con la cantidad
dada de reactivo por separado. El reactivo que
produzca la menor cantidad de producto es el reactivo
limitante.

12. El reactivo limitante es, en este caso, el dióxido de
silicio.
Porcentaje de rendimiento
Dentro del ámbito de la química, el rendimiento
teórico es la cantidad máxima de producto que puede
crear una reacción química. En realidad, la mayoría de
las reacciones no tienen una eficacia perfecta. Al
realizar el experimento, obtendrás una cantidad menor,
lo que se denomina rendimiento real. Si quieres
expresar la eficacia de una reacción, puedes calcular
el rendimiento porcentual mediante la siguiente
fórmula: % de rendimiento = (rendimiento
real/rendimiento teórico) x 100. Un rendimiento
porcentual del 90 % significa que la reacción tuvo un
90 % de eficacia, mientras que un 10 % de los
materiales se desperdiciaron (no lograron una reacción
o no se recuperó su producto).
Porcentaje de pureza
Las sustancias y reactivos químicos producidos por la
industria química pueden contener una cierta cantidad
de impurezas, tales como
metales pesados, inertes y otros. Cuando se realizan
cálculos estequiométricos es necesario tener en
cuenta el porcentaje de pureza de estos reactivos.
Se denomina pureza al porcentaje efectivo de reactivo
puro en la masa total. Por ejemplo: 60.0 g de cobre

13. con pureza del 80% significa que 48 g de cobre
corresponden a cobre puro, siendo el resto impurezas
inertes.
Ej.
Una piedra caliza tiene una pureza en CaCO3 del
92%. ¿Cuántos gramos de cal viva (CaO) se
obtendrán por descomposición térmica de 200 g
de la misma?
CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2(g)
1 mol 1 mol 1 mol
Significa que en los 200 g de caliza hay
exactamente 184 g de CaCO3 puro. Con este
dato se realizan los cálculos estequiométricos.

14. Actividad