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ESCUELA PREPARATORIA ESTATAL No. 8 “CARLOS CASTILLO PERAZA” ADA 3 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS DOCENTE: ALUMNO: SALÓN: FECHA DE ENTREGA: Luis Santamaria José Alberto Domínguez Kuna 1º A 2 de marzo del 2021 Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 3 SEMESTRE II BLOQUE I QUÍMICA II Aprendizajes esperados Competencias genéricas Atributos de las competencias genéricas Competencia s disciplinare s Producto Esperado 4) Resuelve problemas estquiométricos de reacciones químicas, a través de escribir las fórmulas químicas con la composición en masa de los compuestos que representan Se expresa y comunica 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representación es lingüísticas, matemáticas o gráficas. 10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos. Ejercicios resueltos en los que analiza y propone soluciones a situaciones problemáticas que involucran cálculos estequiométricos entre masa, mol y moléculas. 5) Identifica la importancia contar partículas y su relación con la masa Se expresa y comunica 4. Escucha, Interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiadas 4.2 Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los objetivos que persigue 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones 6) Relaciona la cantidad de sustancia que se consume y se forma en una reacción química con los coeficientes de la ecuación química correspondiente 3. Elige y practica estilos de vida saludables 3.2 Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 7) Comprende el significado de la cantidad de sustancia y su unidad el mol. 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados 4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o gráficas 10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos. Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” Qué es Estequiometría: La estequiometría es el cálculo para una ecuación química balanceada que determinará las proporciones entre reactivos y productos en una reacción química. El balance en la ecuación química obedece a los principios de conservación y los modelos atómicos de Dalton como, por ejemplo, la Ley de conservación de masa que estipula que: la masa de los reactivos = la masa de los productos En este sentido, la ecuación debe tener igual peso en ambos lados de la ecuación. Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” Cálculos estequiométricos Los cálculos estequiométricos es la manera en que se balancea una ecuación química. Existen 2 maneras: el método por tanteo y el método algebraico. Cálculo estequiométrico por tanteo El método por tanteo para calcular la estequiometría de una ecuación se deben seguir los siguientes pasos: 1. Contar la cantidad de átomos de cada elemento químico en la posición de los reactivos (izquierda de la ecuación) y comparar esas cantidades en los elementos posicionados como productos (derecha de la ecuación). 2. Balancear los elementos metálicos. 3. Balancear los elementos no metálicos. Por ejemplo, el cálculo estequiométrico con el método por tanteo en la siguiente ecuación química: CH4 + 2O2 → CO + 2H2O El carbono está equilibrado porque existe 1 molécula de cada lado de la ecuación. El hidrógeno también presenta las mismas cantidades de cada lado. El oxígeno en cambio, suman 4 del lado izquierdo (reactantes o reactivos) y solo 2, por lo tanto por tanteo se agrega un subíndice 2 para transformar el CO en CO2. De esta forma, la ecuación química balanceada en este ejercicio resulta: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Los números que anteceden el compuesto, en este caso el 2 de O2 y el 2 para H2O se denominan coeficientes estequiométricos. Cálculo estequiométrico por método algebraico Para el cálculo estequiométrico por método algebraico se debe encontrar los coeficientes estequiométricos. Para ello se siguen los pasos: 1. Asignar incógnita 2. Multiplicar la incógnita por la cantidad de átomos de cada elemento 3. Asignar un valor (se aconseja 1 o 2) para despejar el resto de las incógnitas 4. Simplificar Relaciones estequiométricas Las relaciones estequiométricas indican las proporciones relativas de las sustancias químicas que sirven para calcular una ecuación química balanceada entre los reactivos y sus Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” productos de una solución química. Las soluciones químicas presentan concentraciones diferentes entre soluto y solvente. El cálculo de las cantidades obedece a los principios de conservación y los modelos atómicos que afectan los procesos químicos. Principios de conservación Los postulados de los principios de conservación ayudarán posteriormente a definir los modelos atómicos sobre la naturaleza de los átomos de John Dalton. Los modelos constituyen la primera teoría con bases científicas, marcando el comienzo de la química moderna. Ley de conservación de masa: no existe cambios detectables en la masa total durante una reacción química. (1783, Lavoisier) Ley de las proporciones definidas: los compuestos puros siempre presentan los mismos elementos en la misma proporción de masa. (1799, J. L. Proust) Modelo atómicos de Dalton Los modelos atómicos de Dalton constituye la base de la química moderna. En 1803, La teoría atómica básica de John Dalton (1766-1844) postula lo siguiente: 1. Los elementos químicos están formados por átomos idénticos para un elemento y es diferente en cualquier otro elemento. 2. Los compuestos químicos se forman por la combinación de una cantidad definida de cada tipo de átomo que forman una molécula del compuesto. Además, la ley de proporciones múltiples de Dalton define que cuando 2 elementos químicos se combinan para formar 1 compuesto, existe relación de números enteros entre las diversas masas de un elemento que se combinan con una masa constante de otro elemento en el compuesto. Por lo tanto, en la estequiometría las relaciones cruzadas entre reactantes y productos es posible. Lo que no es posible es la mezcla de unidades macroscópicas (moles) con unidades microscópicas (átomos, moléculas). Estequiometría y conversión de unidades La estequiometría usa como factor de conversión desde el mundo microscópico por unidades de moléculas y átomos, por ejemplo, N2 que indica 2 moléculas de N2 y 2 átomos de Nitrógeno hacia el mundo macroscópico por la relación molar entre las cantidades de reactivos y productos expresado en moles. En este sentido, la molécula de N2 a nivel microscópico tiene una relación molar que se expresa como 6.022 * 1023 (un mol) de moléculas de N2. https://www.significados.com/elemento-quimico/ Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” ACTIVIDAD INICIAL Realiza la actividad diagnóstica en el sitio de Educaplay a través del siguiente link https://es.educaplay.com/recursos-educativos/8209983-act_previa_estequiometria.html¿QUÉ TIENEN EN COMÚN LAS GALLETAS Y LA QUÍMICA? ¡Pues resulta que muchas cosas! Una ecuación química balanceada es la receta de una reacción: contiene una lista de todos los reactivos (los ingredientes) y los productos (las galletas), así como sus proporciones relativas. El uso de una ecuación química balanceada para calcular las cantidades de reactivos y productos se llama estequiometría. Esta es una palabra que suena muy técnica, pero sencillamente significa el uso de las proporciones de la reacción balanceada. En este artículo analizaremos cómo usar relaciones molares para calcular la cantidad de reactivos necesaria para una reacción. Reacciones balanceadas y relaciones molares Los coeficientes estequiométricos son los números que utilizamos para asegurar que nuestra ecuación está balanceada. Con los coeficientes estequiométricos podemos calcular razones (también llamadas relaciones), y estas relaciones nos darán información sobre las proporciones relativas de las sustancias químicas en nuestra reacción. Podrías encontrar que a esta proporción se le llama relación molar, factor estequiométrico o relación estequiométrica. La relación molar se puede usar como un factor de conversión entre diferentes cantidades. Consejo para resolver problemas: el primer paso, y el más importante, es el mismo para todos los problemas de estequiometría, sin importar qué estás resolviendo: ¡asegúrate de que tu ecuación esté balanceada! Si no es así, las relaciones molares estarán equivocadas y https://es.educaplay.com/recursos-educativos/8209983-act_previa_estequiometria.html Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” las respuestas no serán correctas. Por ejemplo, los coeficientes estequiométricos para la siguiente reacción balanceada nos dicen que 1 mol de Fe2O3 reaccionará con 2 moles de Al para dar 2 moles de Fe y 1 mol de Al2O3 Fe2O3 (s) + 2 Al (s) Fe (l) + Al2O3 (s) Si tenemos una masa conocida del reactivo Fe2O3, podemos calcular cuántos moles de Al necesitamos para que reaccionen totalmente con Fe2O3 al utilizar la razón de sus coeficientes: Relación molar entre Al y Fe2O3 = 2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐴𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 Fe2O3 Ejemplo: el uso de relaciones molares para calcular la masa de un reactivo Para la siguiente reacción no balanceada, ¿cuántos gramos NaOH serán necesarios para reaccionar totalmente con 3.10 gramos de H2SO4? NaOH (aq) + H2SO4(aq) H2O + Na2SO4(aq) ¡No está balanceada! En esta reacción tenemos 1 Na y 3H del lado de los reactivos, y 2 Na y 2H del lado de los productos. Podemos balancear nuestra ecuación al multiplicar NaOH por dos, de manera que haya 2 Na de cada lado, y multiplicar H2O por dos, para que haya 6 O y 4 H en ambos lados. Esto nos da la siguiente reacción balanceada. 2 NaOH (aq) + H2SO4(aq) 2 H2O + Na2SO4(aq) ¡Balanceada! Una vez que tenemos la reacción balanceada, nos podemos hacer las siguientes preguntas: ¿De qué reactivo o reactivos ya conocemos la cantidad? ¿Qué estamos tratando de calcular? En este ejemplo sabemos que la cantidad de H2SO4 es 3.10 gramos y queremos calcular la masa de NaOH. A partir de la ecuación balanceada podemos usar la siguiente estrategia para abordar este problema de estequiometría: Paso 1: convertir una cantidad conocida de reactivo a moles La cantidad conocida de este problema es la masa H2SO4. Podemos convertir la masa de H2SO4 a moles al usar el peso molecular. Dado que el peso molecular de H2SO4 es de 98.09 Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” g/mol, podemos encontrar los moles de H2SO4 de la siguiente manera: 3.10g H2SO4 x 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 H2SO4 98.09 𝑔 𝑑𝑒 H2SO4 = 3.16 x 10-2 mol de H2SO4 Paso 2: el uso de la relación molar para encontrar los moles de otro reactivo Queremos calcular la cantidad de NaOH, entonces podemos usar la relación molar entre NaOH y H2SO4. Según nuestra ecuación química balanceada, necesitamos 2 moles de NaOH por cada mol de H2SO4, lo que nos da la siguiente relación: Relación molar entre NaOH y H2SO4 = 2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 H2SO4 Podemos utilizar la proporción para convertir moles de H2SO4 del paso uno, en moles de NaOH: 3.16 x 10-2 mol de H2SO4 x 2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 H2SO4 = 6.32 x 10-2 mol de NaOH Observa que podemos escribir la relación molar de dos maneras: 2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 H2SO4 √ o 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐻2𝑆𝑂4 2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 NaOH X ¡Cada relación nos da una respuesta diferente! Sin embargo, solo una relación permitirá que las unidades de H2SO4 se cancelan adecuadamente. El mensaje importante aquí es ¡siempre revisa tus unidades! Consulta el siguiente vídeo que explica cómo podemos tratar las unidades como números para tener una operación más fácil. https://youtu.be/lLJ6S9pLhQw Paso 3: convertir moles a masa Podemos convertir los moles de NaOH del paso 2, a masa en gramos mediante el peso molecular de NaOH: 6.32 x 10-2 mol de NaOH x 40 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 = 2.53 g de NaOH Necesitaremos 2.53 gramos de NaOH para que reaccionen totalmente con 3.10 gramos de H2SO4. https://youtu.be/lLJ6S9pLhQw Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” Atajo: también podríamos combinar los tres pasos en un solo cálculo, con la advertencia de que debemos poner mucha atención en nuestras unidades. Para convertir la masa de H2SO4 en masa de NaOH, podemos resolver la siguiente expresión: 3.10g H2SO4 x 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 H2SO4 98.09 𝑔 𝑑𝑒 H2SO4 x 2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 H2SO4 x 40 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 = 2.53 g de NaOH Si observamos cuidadosamente la expresión, la podemos descomponer en los pasos 1 a 3 como se acaba de ejemplificar. La única diferencia es que, en lugar de hacer cada conversión por separado, las hicimos todas a la vez. Resumen Los coeficientes de la reacción química balanceada nos indican las proporciones de reactivos y productos. Podemos usar la razón, o la relación, de los coeficientes para hacer conversiones entre las cantidades de reactivos y productos en nuestra reacción. Paso 1 Encontrar moles de H2SO4 Paso 2 Usar relación moral Paso 3 Encontrar moles de NaOH Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” DESARROLLO Aplica los conocimientos adquiridos para resolver los siguientes ejercicios 1. 1 taza de harina + ¼ de taza de leche + 1 huevo + una cucharada de mantequilla -> 7 piezas de hot cakes. 1 taza de harina 128 gramos 1 taza de leche 257 gramos 1 cucharada de mantequilla 13 gramos 1 huevo 50 gramos Determina: a) La masa de un hot cake R= ________________ b) Con una taza y media de leche ¿cuántos hot cakes podría preparar? R= ______________ c) Si utilizas 256 gramos de harina ¿cuántas cucharadas de mantequilla necesitarías? R= __________________ d) Si quiero preparar 28 hot cakes ¿cuántos gramos de huevo necesito? R= _________________ 2. A partir de la reacción química de la obtención del cloruro de sodio, contesta las siguientes preguntas: Recuerda balancearlas antes de comenzar. Na(s) + Cl2(g) NaCl(s) a) ¿Cuántos moles de cloruro de sodio se obtienen cuando se queman 4 moles de Na? b) ¿Cuántos gramos de cloruro de sodio se obtienen cuando 1,25 moles de cloro gaseoso reaccionan vigorosamente con el sodio? c) ¿Cuántos gramos de sodio se requieren para obtener 234 gramos de cloruro de sodio? 3. Se tiene la siguiente reacción de oxidorreducción. K2Cr207 + HCl KCl + CrCl3 + H2O + Cl2 Elemento que se oxida:_________ en ______ electrones Elemento que se reduce: ________ en ______ electrones Agente oxidante: Agente reductor: Reacción balanceada: __K2Cr207 + __HCl __ KCl + __CrCl3 + __H2O + __Cl2 Determina: a) ¿Cántos moles de K2Cr207 se necesitan para que reaccionen 15 molesde HCl? 36.5 7 2 200g de huevo 140 moles de cloruro de sodio 146g de cloruro de sodio 250g de sodio Cr +3 Cl -3 Cl Cr 1 14 2 7 32 4 moles Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” b) ¿Cuántos gramos de H2O se producen si como product de la reacción también se obtienen 200 gramos de KCl? 4. De acuerdo con la reacción en la que se obtiene agua y nitrato de aluminio Al(NO3)3 a partir de la reacción química entre el ácido nítrico HNO3 y el hidróxido de aluminio Al(OH)3 A. PLANTEA LA ECUACIÓN QUÍMICA CORRESPONDIENTE: B. ECUACIÓN QUÍMICA BALANCEADA C. REALIZA LOS SIGUIENTES CÁLCULOS: a) Para obtener 10 moles de nitrato de aluminio ¿cuántos moles de ácido nítrico se requieren? R= _________ b) Si se obtienen 3 moles de agua ¿cuántos moles de hidróxido de aluminio reaccionaron? R= _________ c) Para obtener 2 moles de nitrato de aluminio ¿cuántos moles de ácido nítrico se requieren? R= _________ d) Si obtenemos 60 gramos de agua ¿cuántos moles de ácido nítrico se requieren? R=_________ e) Si reaccionan 22 gramos de ácido nítrico ¿cuántos moles de nitrato de aluminio se obtienen? R= _________ f) Si se obtienen 240 gramos de agua ¿cuántos moles de hidróxido de aluminio reaccionaron? R= _________ g) Si se obtienen 4 moles de agua ¿cuántos gramos de ácido nítrico reaccionaron? R=_________ c) ¿Cuántos moles de CrCl3 se obtienen a partir de la reacción de 50 g de HCl? 9 4.20 HNO3 + Al (OH)3 + Al (NO3)3 + H2O 3HNO3 + Al (NO)2 = Al (NO)3 + 3H2O 30 moles 1 mol 6 moles 1.05 mpñes 0.88 moles 3.07 moles 252g Escuela Preparatoria Estatal No 8 “Carlos Castillo Peraza” h) Con 4 moles de ácido nítrico ¿cuántos gramos de nitrato de aluminio se obtienen? R= _________ i) Para obtener 240 gramos de nitrato de aluminio ¿cuántos gramos de hidróxido de aluminio se requieren? R= _________ Referencias bibliográficas: 1. "Chemical Reactions" (Reacciones químicas) de UC Davis ChemWiki, CC-BY-NC-SA 3.0 2. "Stoichiometry and Balancing Reactions" (Estequiometría y balanceo de ecuaciones) de UC Davis ChemWiki, CC-BY-NC-SA 3.0 3. "Amounts of Reactants and Products" (Cantidades de reactivos y productos) de Boundless Chemistry, CC-BY-SA 4.0 El artículo modificado está autorizado bajo una licencia CC-BY-NC-SA 4.0. Otras referencias: Kotz, J. C., Treichel, P. M., Townsend, J. R., and Treichel, D. A. (2015). Stoichiometry: Quantitative Information about Chemical Reactions. (Estequiometría: información cuantitativa sobre reacciones químicas) en Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition (9th ed., pp. 139-149). Stamford, CT: Cengage Learning. 1.1458g 655.37g http://chemwiki.ucdavis.edu/Analytical_Chemistry/Chemical_Reactions/Chemical_Reactions http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ http://chemwiki.ucdavis.edu/Analytical_Chemistry/Chemical_Reactions/Stoichiometry_and_Balancing_Reactions http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ https://www.boundless.com/chemistry/textbooks/boundless-chemistry-textbook/mass-relationships-and-chemical-equations-3/reaction-stoichiometry-44/amount-of-reactants-and-products-228-7526/ https://www.boundless.com/chemistry/textbooks/boundless-chemistry-textbook/ http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
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