Question

Echamos un trozo de 5 g de cobre en 400 mL de una disolución 0.2 M de ácido clorhídrico.
a) ¿Habrá ácido suficiente par a que desaparezca todo el cobre en esa reacción?
b) Calcula el volumen de hidrógeno, medido en condiciones normales (0ºC, 1 atm), que se producirá en esa reacción supuesto un rendimiento del 70 %.
Las soluciones que aparecen en la página no coinciden con mis resultados. Estos son los míos: a) No, sobran 0,04 mol Cu. b) 0,6272 L H2

Answer 1

Debemos tener en cuenta la hipotética reacción química:

Cu (s) + 2 HCl (ac) → CuCl₂ (ac) + H₂ (g)

63.5 g      73 g           134.5 g        2 g       cantidades estequiométricas

 5 g       400 mL, 0.2 M                             datos del ejercicio

Recordemos que una concentración 0.2 M del ácido implica que hay 0.2 moles del mismo en 1000 mL de disolución, por lo tanto en los 400 mL habrá:

1000 mL disolución ----- 0.2 moles HCl

400 mL disolución ---- x = 0.08 moles HCl

A su vez, 1 mol de cobre pesa 63.5 gramos, por lo que los 5 gramos de cobre equivalen a:

63.5 g ---- 1 mol Cu

5 g ---- x = 0.0787 moles Cu

a) De acuerdo a la estequiometría de la reacción, por cada mol de cobre se necesitan 2 moles de ácido clorhídrico, por lo tanto:

1 mol Cu ---- 2 moles HCl

0.0787 moles Cu ---- x = 0.157 moles HCl

Como se necesitan 0.157 moles de HCl pero se tienen 0.08 moles del mismo, no habrá ácido suficiente para que desaparezca todo el cobre en esa reacción. El ácido clorhídrico es el reactivo limitante y el cobre es el reactivo en exceso.

Para conocer la cantidad de cobre en exceso:

2 moles HCl ---- 1 mol Cu

0.08 moles HCl --- x = 0.04 moles Cu

Los moles de Cu que tenemos inicialmente menos los que reaccionan son los que quedaron en exceso, por lo que:

0.0787 moles iniciales - 0.04 moles que reaccionan = 0.0387 moles de Cu en exceso

b) Considerando que el ácido clorhídrico es el reactivo limitante, calculemos primero los moles de hidrógeno que se producirían a partir de los 0.08 moles del mismo:

2 moles HCl ---- 1 mol H₂

0.08 moles HCl ---- x = 0.04 moles H₂ → para un rendimiento del 100%

Como el rendimiento de la reacción es del 70%, la cantidad de hidrógeno producida será menor:

100% ---- 0.04 moles H₂

70% ---- x = 0.028 moles H₂

Finalmente, un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura ocupa un volumen de 22.4 L, por lo que los moles de hidrógeno producidos ocuparán:

1 mol gas ---- 22.4 L

0.028 moles gas ---- x = 0.627 L

El volumen de hidrógeno medido en CNPT es de 0.627 L.

Llegamos al mismo resultado. Es muy probable que la respuesta del libro esté mal, aunque coincido con quien comentó que esta reacción en realidad no es posible. En la práctica, el cobre no reacciona con ácido clorhídrico para dar lugar al hidrógeno. La reacción entre el magnesio y el ácido clorhídrico, en cambio, es un clásico ejemplo que suele usarse para la formación de hidrógeno gaseoso.