Si los reactivos se consumen por completo en una reacción, entonces se dice que se encuentran en proporciones estequiométricas. Sin embargo esto no suele ser así en la práctica, y siempre hay algún reactivo que se encuentra en menor proporción respecto al resto, que se consume antes que el resto y en consecuencia la reacción se detiene y concluye; este reactivo es el reactivo limitante.
Tutorial. Cómo determinar el reactivo limitante.
Se tienen 10 g de aluminio que se vierten en un recipiente con 100 cm3 de una disolución acuosa 10 M de ácido nítrico y se quiere saber cuál es el reactivo limitante y la cantidad en moles de cada producto que se producirá. La reacción que se produce es la siguiente:
2·Al (s) + 8·HNO3 (aq) → 2·Al(NO3)3 (aq) + 2·NO (g) + 4·H2O (l)
Datos:
Pesos atómicos: Al = 26,982 g/mol, H = 1,008 g/mol, O
= 15,999 g/mol,
N = 14,007 g/mol
m Al = 10 g
vol = 100 cm3, [HNO3] = 10 M,
1º Cálculo de datos intermedios. Masas molares de cada uno de los
reactivos y productos
M HNO3 = 1 x mH + 1 x mN + 3 x mO3 = 1,008 + 14,007 + 3 x 15,999 = 63,012 g/mol
M Al(NO3)3 = mAl + 3 x (1 x m N + 3 x m O3) = 26,982 + 3 x (14,007 + 3 x 15,999) = 213 g/mol
M NO = 1 x m H + 1 x m N + 1 x m O = 14,007 + 15,999 = 30,006 g/mol
M H2O = 2 x mH + 1 x mO = 2 x 1,008 + 15,999 =
18,015 g/mol
PARTE I Determinar el reactivo limitante
1º Cálculo del número de moles presentes de cada reactivo.
- Moles del ácido nítrico: vol = 100 cm3 = 100 cm3 x 1 L / 1000 cm3 = 0,1L; n HNO3 = vol x [HNO3] = 0,1 L x 10 moles / L = 1 mol de HNO3
- Moles de aluminio Al: n Al = m Al / M Al = 10 g / 26,982 g/mol = 0,37 moles de Al
2º Factor estequiométrico de los reactivos.
Fac HNO3/Al = coef. HNO3 / coef Al = 8 / 2 = 4
3º Hallar qué reactivo es el limitante.
Relación molar presente entre los reactivos: Rel HNO3/Al = nHNO3
/ nAl = 1 / 0,37 = 2,7
Rel HNO3/Al = 2,7 < Fac HNO3/Al = 4
Como la relación molar presente es inferior al factor estequiométrico, el reactivo que se encuentra en menor proporción estequiométrica es el ácido nítrico HNO3 y por tanto es el limitante.
PARTE II Determinar la masa de los productos producidos
1º Hallar los factores estequiométricos de los productos respecto
al reactivo limitante.
Fac Al(NO3)3/HNO3 = coef. Al(NO3)3 / coef. HNO3 = 2 /
8 = 1 / 4 = 0,25
Fac NO/HNO3 = coef. NO / coef. HNO3 = 2 / 8 = 1 / 4 = 0,25
Fac H2O/HNO3 = coef. H2O / coef. HNO3 = 4 / 8 = 1 / 2 = 0,5
2º Calcular los moles de productos producidos.
Se debe usar el factor estequiométrico correspondiente a cada producto y los moles totales de reactivo limitante consumidos.
n Al(NO3)3 = Fac Al(NO3)3/HNO3 x nHNO3 = 0,25 x 1 = 0,25 moles de Al(NO3)3
n NO = Fac NO/HNO3 x n HNO3 = 0,25 x 1 = 0,25 moles de NO
n H2O = F H2O/HNO3 x n HNO3 = 0,25 x 1 = 0,5 moles de H2O
3º Determinar la masa de los productos producidos.
Se debe usar el factor estequiométrico correspondiente a cada producto y los moles totales de reactivo limitante consumidos.
m Al(NO3)3 = nAl(NO3)3 x MAl(NO3)3 = 0,25 x 213 = 53,3 g de Al(NO3)3
m NO = nNO x MNO = 0,25 x 30,006 = 7,5 g de NO
mH2O = nH2O x MH2O = 0,5 x 18,015 = 9 g de H2O
