Estequiometría de reacciones consecutivas

Por Daniel (Ingeniería Química) · Actualizada el 27 de octubre de 2026 · 3 min de lectura

Casi ningún producto industrial se fabrica en una sola reacción. El ácido sulfúrico, el químico que más se produce en el mundo, sale de tres reacciones encadenadas; el ácido nítrico, de otras tres. En estos problemas el producto de una etapa es el reactivo de la siguiente, y el cálculo consiste en encadenar las relaciones molares de todas las etapas.

Ejemplo: ácido sulfúrico a partir de azufre

El proceso de contacto tiene tres etapas:

1. S + O₂ → SO₂
2. 2SO₂ + O₂ → 2SO₃
3. SO₃ + H₂O → H₂SO₄

¿Cuántos kilogramos de H₂SO₄ se pueden obtener a partir de 100 kg de azufre?

Método 1: etapa por etapa

1. Moles de S: 100 kg ÷ 32.06 kg/kmol = 3.119 kmol
2. Etapa 1, relación 1 : 1: 3.119 kmol de SO₂
3. Etapa 2, relación 2 : 2: 3.119 kmol de SO₃
4. Etapa 3, relación 1 : 1: 3.119 kmol de H₂SO₄
5. Masa: 3.119 kmol × 98.072 kg/kmol = 305.9 kg de H₂SO₄

Nota que se trabajó en kilomoles: si la masa está en kilogramos y la masa molar en kg/kmol, los números son los mismos que con gramos y moles, sin convertir nada.

Método 2: la relación global

Multiplicando las relaciones molares de cada etapa se obtiene una sola relación entre el material inicial y el producto final:

(1 mol SO₂ / 1 mol S) × (2 mol SO₃ / 2 mol SO₂) × (1 mol H₂SO₄ / 1 mol SO₃) = 1 mol H₂SO₄ / 1 mol S

Tiene sentido: cada átomo de azufre termina en una molécula de ácido sulfúrico. Ese razonamiento de «seguir al átomo» es un atajo poderoso: si un elemento pasa íntegro de la materia prima al producto, la relación molar global se obtiene contando cuántos átomos de ese elemento tiene cada uno.

También se pueden sumar las ecuaciones

Si las etapas se suman con los coeficientes adecuados para que los intermedios se cancelen, se obtiene la ecuación global. Multiplicando la etapa 1 y la 3 por 2:

2S + 3O₂ + 2H₂O → 2H₂SO₄

El SO₂ y el SO₃ desaparecen porque se forman y se consumen. Con esta ecuación también se ve cuánto oxígeno y cuánta agua hacen falta en total.

Con rendimiento en cada etapa

En la realidad ninguna etapa llega al 100 %. Si los rendimientos son 95 %, 98 % y 99 %, el rendimiento global es el producto:

0.95 × 0.98 × 0.99 = 0.922, esto es, 92.2 %

Se obtendrían 305.9 kg × 0.922 = 282 kg de H₂SO₄. Un detalle importante: los rendimientos se multiplican, no se promedian. Un proceso de diez etapas con 90 % cada una solo rinde 0.9¹⁰ = 35 %. Por eso en la síntesis de fármacos, que puede tener veinte pasos, se lucha por cada punto porcentual.

Cuando un intermedio se recicla

En el proceso Ostwald para el ácido nítrico, la última etapa es 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO. Una tercera parte del nitrógeno sale como NO, que se devuelve al reactor y se vuelve a oxidar. Si el problema no menciona el reciclaje, de cada 3 mol de NO₂ salen 2 de HNO₃; si se recicla todo el NO, en el límite cada nitrógeno del amoniaco termina en el ácido y la relación global es 1 mol de HNO₃ por mol de NH₃. Lee con cuidado qué supone el enunciado.

Precauciones con varias etapas

• Usar la relación molar de una etapa con la sustancia de otra.
• Olvidar que en la etapa 2 los coeficientes son 2 : 2, aunque se simplifiquen a 1 : 1.
• Promediar los rendimientos en lugar de multiplicarlos.
• Redondear en cada etapa: arrastra el número completo y redondea al final.