INSTITUCIÓN EDUCATIVA JORGE ROBLEDO

GUIA DE APRENDIZAJE

"Educando en la responsabilidad, educamos para la libertad”

ÁREA(S): ciencias naturalesGUÍA No. 6GRADO: 11EDUCADOR: Karina Alcira López CórdobaESTUDIANTE:DESCRIPCIÓN DE LA COMPETENCIA:Uso comprensivo del conocimiento explicación de fenómenos

Explicación de fenómenos

Indagación

INDICADOR (ES) DE DESEMPEÑO:

Realización de cálculos cuantitativos en cambios químicos.

Identificación de las propiedades físicas y químicas de las sustancias inorgánicas

Reconocimiento de la relación entre presión y temperatura en los cambios químicos y sus aplicaciones

PROPÓSITO U OBJETIVO DE LA CLASE:

Reconocer la importancia de las reacciones químicas de nuestro cuerpo y en nuestra cotidianidad

INSTRUCCIONES:Esta guía está elaborada esperando que al avanzar en su lectura, los ejercicios y análisis propuestos,puedas ir profundizando en los conceptos y competencias que aquí se abarcan, por lo mismo teproponemos la lectura ordenada desde el inicio hasta el final, sin saltarte ninguna parte y realizando cadauna de las actividades. Tómate el tiempo necesario en cada momento y sigue las instrucciones que se tebrindan, y si te surgen dudas, la retroalimentación la puedes hacer en cualquier momento, escribiéndonos alos correos electrónico: karinalopez@iejorgerobledo.edu.co, te recuerdo además que tomes nota en elcuaderno de Ciencias Naturales o en un block de notas, de las ideas que consideres más importantes y delas preguntas que te surjan en el desarrollo de la guía. Para consignar las respuestas en el cuaderno o deforma virtual, indica el número de la actividad.

FECHA DE INICIO: 23 agosto 2021FECHA DE TERMINACIÓN: 17 septiembre 2021DATOS DE CONTACTO:Correo electrónico: karinalopez@iejorgerobledo.edu.coClassroom: https://classroom.google.com/c/MjY4OTQzNjgxNTM4?cjc=kaforde

MOMENTO DE CONCEPTUALIZACIÓNReacciones químicas y cálculos estequiométricos

Como vimos en la guía pasada las reacciones químicas ocurren en nuestra vida cotidiana y en procesosque desarrolla nuestro medio ambiente de manera espontánea.

Las distintas operaciones matemáticas que permiten calcular la cantidad de una sustancia que reacciona ose produce en una determinada reacción química reciben el nombre de cálculos estequiométricos.

Una reacción se produce en condiciones estequiométricas cuando lascantidades de reactivos están en las proporciones idénticas a las de laecuación química ajustada.

Como ejemplo, considera la reacción del aluminio con el oxígeno paraformar óxido de aluminio, que se utiliza en los fuegos artificiales paraconseguir chispas plateadas. La ecuación química ajustada es:

4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3

Esta ecuación puedes leerla a escala macroscópica: “cuando el aluminio reacciona con el oxígeno, cuatromoles de aluminio reaccionan con tres moles de dioxígeno para formar dos moles de óxido de aluminio”.

La ecuación ajustada para esta reacción puedes usarla para establecer la relación molar (estequiométrica)que te permita convertir moles de aluminio en un número equivalente de moles de dioxígeno o en moles deóxido de aluminio.

Mediante esa relación estequiométrica podrás calcular la cantidad de producto o de reactivo, según teinterese.Los datos sobre los reactivos y los productos no se expresan, normalmente, en cantidad de sustancia(moles), sino que se expresan en masa (gramos) o en volumen (litros) de disolución o de un gas. Por ello,es necesario seguir un procedimiento en los cálculos estequiométricos.

Los pasos a seguir son:

1º- Escribe la ecuación química ajustada.

2º- Calcula la cantidad de sustancia en moles de la sustancia dato.

3º- Usa la relación estequiométrica para obtener la cantidad de sustancia en moles de la sustanciaincógnita.

4º- Convierte la cantidad de sustancia en moles de la sustancia incógnita a la magnitud pedida.

Siguiendo con el ejemplo, ¿qué masa de óxido de aluminio se obtiene si reaccionan 54 g de aluminio consuficiente oxígeno? Datos de masas atómicas relativas: Al = 27; O = 16.

1º- La ecuación química ajustada es la que has escrito anteriormente:

4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3

2º- El dato son los 54 g de aluminio que reaccionan. Como la masa molar del aluminio es M(Al) = 27 g/mol,la cantidad de sustancia de aluminio es:

3º- La relación estequiométrica entre el aluminio (dato) y el óxido de aluminio (Al2O3) (incógnita) es:

Si despejas la cantidad de sustancia de Al2O3,

4º- Como te piden la masa de Al2O3 que se obtiene, calculas la masa molar del Al2O3, M(Al2O3) = 102g/mol, y al final resulta:

Factores de conversión

Para evitar muchos de los errores que se cometen al realizar cálculos en las reacciones químicas, seutilizan los factores de conversión.

Un factor de conversión es una fracción que relaciona las cantidades de dos sustancias contenidas en lareacción química ajustada, o cantidades de distintas magnitudes de una misma sustancia.

Considera el ejemplo del apartado anterior, la reacción del aluminio con el oxígeno para formar óxido dealuminio, y escribe la ecuación ajustada:

4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3

La secuencia de operaciones sucesivas es:

Clases de cálculos estequiométricosPueden hacer cálculos estequiométricos a partir de una ecuación balanceada, teniendo en cuenta lasrelaciones mol-mol, masa-masa mol-masa y volúmenes.

Cálculos mol-molCuando se conocen los moles que participan en una reacción y se tiene la ecuación balanceada, seestablece una relación molar entre reactivos y productos, teniendo en cuenta que los moles en unaecuación están dados por los coeficientes estequiométricos.Ejemplo:

La combustión del octano, uno de los componentes de la gasolina, produce gas carbónico, agua y ciertacantidad de calor (proceso exotérmico), de acuerdo con la siguiente reacción:

Cuando se quema una muestra de gasolina que contiene 38,5 moles de octano, ¿cuántos moles de gascarbónico se producen y cuántos moles de agua se forman en la combustión?

Solución: planteamos y balanceamos la ecuación:

Establecemos el factor molar, teniendo en cuenta los coeficientes estequiométricos:

Se producen 308 moles de CO2 cuando se queman 38,5 moles de C8H18.

Se forman 346,5 moles de H2O cuando se queman 38,5 moles de C8H18.

Cálculo masa-masa

En este tipo de cálculos químicos, las cantidades de las sustancias se expresan en gramos; estos cálculosson conocidos como relación masa-masa. Para resolver este tipo de cálculos, se convierten a moles lascantidades de las sustancias; se establece la relación molar entre ellas y, por último, se convierten losmoles a gramos para dar la respuesta.

Ejemplo:

El ácido nítrico (HNO3) se emplea para producir el explosivo trinitrotolueno (TNT). La ecuación que nosrepresenta esta relación es:

Cálcula los gramos de TNT que se producen al hacer reaccionar 500 g de tolueno del 100% de pureza conla cantidad suficiente de ácido nítrico (HNO3), ácido sulfúrico y calor.

Solución: planteamos y balanceamos la ecuación:

Calculamos las masas moleculares del tolueno y del TNT:

Masa molecular del tolueno (C7H8) = 92 g/mol.

Masa molecular del TNT (C7H5N3O6) = 227 g/mol.

Determinamos el número de moles del tolueno (C7H8):

Establecemos el factor molar entre el tolueno (C7H8) y el TNT (C7H5N3O6), teniendo en cuenta loscoeficientes estequiométricos:

Como la respuesta debe expresarse en unidades de masa (g), convertimos los moles de TNT a gramos:

Se producen 1232,6 g de TNT al reaccionar 500 g de tolueno (C7H8).

También se pueden resolver si se convierten a gramos las moles de los reactivos y los productos, que nossuministra la ecuación balanceada y luego, realizar una regla de tres simple, para obtener el resultado engramos.

Cálculos mol-masa

Pueden efectuarse cálculos estequiométricos cuando unas cantidades de sustancia se expresan en moles yotras en masa; este tipo de relaciones se conocen como mol-masa o, también, masa-mol. Para realizar estaserie de conversiones, se convierte, primero, la masa de la sustancia a moles, empleando la masamolecular y, luego, se siguen los pasos descritos en los casos anteriores. ejemplo:

El amoníaco se oxida a 850°C en presencia del platino, produciendo monóxido de nitrógeno (NO) y agua enel proceso Ostwald. Si se oxidan 5,8 moles de amoníaco, ¿cuántos gramos de NO se producen?

Solución: planteamos y balanceamos la ecuación:

Hallamos las masas moleculares del NH3 y del NO:

Masa molecular del NH3 = 17 g/mol.

Masa molecular del NO = 30 g/mol.

Hallamos los moles de NO, estableciendo el factor molar:

Convertimos los moles de NO a g para dar la respuesta:

Se producen 174 g de NO cuando se oxidan 5,8 moles de NH3.

Reactivos limitantes y en exceso

Fuegos artificiales

Una reacción química se produce en condiciones estequiometrias cuando las cantidades de reactivos (enmoles) están en las proporciones idénticas a las de la ecuación química ajustada.

Es frecuente que se use un exceso de alguno de los reactivos para conseguir que reaccione la mayorcantidad del reactivo menos abundante.

El reactivo que se consume en su totalidad es el que va a limitar la cantidad de producto que se obtendrá yse denomina reactivo limitante. Los otros reactivos se llaman excedentes o en exceso y no se consumentotalmente.

¿Cómo puedes saber cuál es el reactivo limitante? Por ejemplo, en la reacción del aluminio con el oxígenopara formar óxido de aluminio, mezclas para que reaccionen dos moles de aluminio con dos moles dedioxígeno.

La ecuación ajustada es : 4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3

y haciendo uso de la proporción estequiometria entre el aluminio y el dioxígeno:

Por tanto, únicamente reaccionan 1,5 moles de O2 y quedan sin reaccionar 0,5 moles de dioxígeno. Elreactivo limitante es el aluminio, que se consume totalmente.

Se hacen reaccionar 7,5 moles de dicloro (Cl2) con 5,5 moles de aluminio (Al) para formar cloruro dealuminio (AlCl3). ¿Qué afirmaciones son ciertas?

-El reactivo limitante es el cloro.

-El reactivo limitante es el aluminio.-No reaccionan 0,5 moles de aluminio.-Se forman 5 moles de cloruro de aluminio (AlCl3).

La ecuación química ajustada es:3Cl2 + 2Al → 2AlCl3

La proporción estequiometria:

Por tanto, el reactivo limitante es el cloro y quedan sin reaccionar 0,5 moles de aluminio.

Ejercicios con reactivo limitante

Cuando en una reacción química intervienen cantidades de dos o más reactivos, antes de realizar loscálculos estequiométricos debes determinar cuál es el reactivo limitante, ya que será la referencia paratodos los cálculos relacionados con la ecuación química ajustada.

Haces reaccionar 21,3 g de nitrato de plata con 33,5 g de cloruro de aluminio para preparar cloruro de platay nitrato de aluminio. ¿Cuál es el reactivo limitante?

Masas atómicas relativas: N = 14 ; O = 16 ; Al = 27 ; Cl = 35,5; Ag = 107,9

Escribe la ecuación química ajustada: 3AgNO3 + AlCl3 Calcula la cantidad de AgNO3 y de AlCl3, previocálculo de las masas molares: M(AgNO3) = 169,9 g/mol ; M(AlCl3) = 133,5 g/mol

n(AgNO3) = 21,3 g de AgNO3 ∙ 1 mol de AgNO3 / 169,9 g de AgNO3 = 0,125 mol de AgNO3

n(AlCl3) = 33,5 g de AlCl3 ∙ 1 mol de AlCl3 / 133,5 g de AlCl3 = 0,25 mol de AlCl3

La proporción estequiometria indica que:

3 mol de AgNO3 / 1 mol de AlCl3 = 0,125 mol de AgNO3 / n(AlCl3)n(AlCl3) = 0,041 mol de AlCl3

Como 0,041 < 0,25 , el reactivo limitante es el AgNO3, que se consume totalmente, mientras que está enexceso el cloruro de aluminio.

MOMENTO DE EJEMPLIFICACIÓN

Están incluidos en el momento de conptualización, ya que es un proceso continuo cunado se desarrollanestos temas tan prácticos.

MOMENTO DE PRÁCTICA Y TRABAJO AUTONOMO EN CASA

1. En espeleología se usan como iluminación principal las lámparas de acetileno (etino). La reacción que seproduce en ellas es: el carburo de calcio (CaC2) reacciona con el agua (H2O) para formar hidróxido decalcio (Ca(OH)2) y acetileno (C2H2). ¿Qué masa de acetileno obtendrás si haces reaccionar 54 g de aguacon suficiente carburo?2. La combustión del octano uno los componentes de la gasolina, produce gas carbónico, agua y ciertacantidad de calor (proceso exotérmico), de acuerdo con la siguiente ecuación:

C8H18 + 02 -------- CO2 + H20

Octano oxígeno gas carbónico Agua

3. Cuando se quema una muestra de gasolina que contiene 38,5 moles de octano, ¿cuántos moles de gascarbónico se producen y cuántos moles de agua?

4. El ácido nítrico se emplea para producir el explosivo trinitrotolueno (TNT). La ecuación que nosrepresenta esta reacción es:C7H8 + HNO3---------- C7H5N3O6 + H2O

Tolueno Ácido nítrico TNT AguaCalcula los gramos de TNT que se producen al reaccionar 500 gr de tolueno dé %100 de pureza con lacantidad suficiente de ácido nítrico (HNO3), ácido sulfúrico H2SO4 y calor5. Cuando reacciona el zinc con el ácido sulfúrico, se produce hidrógeno libre y sulfato de zinc según laecuación:Zn (s) + H2SO4 (ac) → ZnSO4 (ac) + H2 (g)si se quiere tener 345,87 gramos de hidrógeno:

a. ¿Cuántos moles de ácido son necesarios?b. ¿Cuántos gramos de zinc se requieren?c. ¿Cuántos moles de sulfato de zinc (ZnS04) se producen?