ESTEQUIOMETRA

Cuando Lavoisier, en 1789, estableci lo que hoy se conoce como ley de la conservacin de la materia sent las bases para la estequiometra que la podemos definir como el procedimiento por medio del cual se determinan las cantidades de reactivos y productos que intervienen en una reaccin qumica. Su etimologa deriva del griego stoicheion que significa primer principio o elemento y metrn que significa medida.

Pasos fundamentales en la resolucin de problemas de estequiometra: a) Escribir la ecuacin qumica. b) Balancearla. c) A partir de la ecuacin balanceada, calcular las masas, moles o molculas de las sustancias que se mencionan en el problema.Ejemplo:a) Se escribe la ecuacin qumica: N + H NHb) Balancearla: N + 3 H 2NHc) La masa en gramos de cada una de las sustancias que intervienen en la reaccin qumica se puede calcular de la siguiente manera: A partir de la siguiente ecuacin matemtica:

0 n = masa Donde n = nmero de moles masa molar

Despejando la masa (g), tenemos:

Masa(g) = n (moles) X masa molar (g/mol) Ejercita ahora t.Con base en la siguiente ecuacin, se pide a los alumnos que calculen la masa en gramos de cada una de las sustancias involucradas en la siguiente ecuacin qumica y que llenen la tabla en los espacios correspondientes. El profesor los guiar, utilizando el power ppoint. N + 3H 2NHSustancia N de moles masa molar ( g/mol )Clculos moles X masa molar Masa total

N 1281mol X 28g/mol 28

H 323mol X 2g/mol 6

NH 2172mol X 17 g/mol 34

LEY DE PROUST. Cuando dos o ms elementos se unen para formar un compuesto, la relacin en masa en que lo hacen es siempre la misma

Proust observ que el agua est formada siempre por 11 partes por 100 de hidrgeno y por 89 partes por 100 de oxgeno, sea cual sea su procedencia. Concluyo que en la molcula de agua hay 11 % de Hidrgeno y 89 % de Oxgeno.

Ejercicio: Los alumnos calcularn la composicin en % (centesimal) de las sustancias que se indican en la tabla, llenando los espacios correspondientes como en el ejemplo, el profesor modelar utilizando el power point. Se les pide que utilicen la siguiente expresin matemtica:

% del elemento = masa del elemento X100 masa del compuesto

39.34%48/122X10028.68%35/122X10031.96%39/122X1002.5%1/40X10040%16/40X10057.5%23/40X10065.31%64/98X10065.31%32/98X10032.65%2/98X100 PROBLEMAS DE ESTEQUIOMETRA

Introduccin:La estequiometra es utilizada para saber cunto producto se formar a partir de cierta cantidad de reactivo que cantidad de reactivo se necesita para obtener una cantidad x de producto; es por ello que se realizan clculos estequiomtricos.Se pueden hacer conversiones estequiomtricas masa masa mol mol dependiendo de lo que se solicite.Estequimetra masa masa: Este proceso se emplea cuando se necesita conocer la cantidad de cada reactivo que se debe utilizar para producir la masa del producto que se desee.Por ejemplo en la relacin masa - masa. S se cuenta con 980 g de FeCl3 para realizar la siguiente reaccin Qumica:

FeCl3 + NaOH Fe(OH)3 + NaCl

Cuntos gramos de Fe(OH)3 se producirn? 1.- Se balancea la ecuacin: FeCl3 + NaOH Fe(OH)3 + NaCl

Recuerda que para balancear una ecuacin puedes hacer uso del siguiente diagrama de flujo. Balanceando primero los metales, posteriormente los no metales dejando al final al oxgeno.

FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl (ecuacin balanceada)Se comprueba que la ecuacin se encuentre balanceada utilizando el siguiente cuadro.ReactivosN de tomosElementosProductosN de tomos

1Fe1

3Na3

3Cl3

3H3

3O3

2. Se realizan clculos de las masas molares de cada uno de los reactivos y productos

REACTIVOSFeCl3 + 3NaOH PRODUCTOS Fe(OH)3 + 3NaCl

FeCl31 tomo de Fe 1X55.85g = 55.85u3 tomos de Cl 3X35.45g = 106.35u 162.20 u masa molar =162.20g/mol Fe(OH)3 1 tomo de Fe 1X55.85 = 55.85 u3 tomos de O 3X16 = 48.0 u3 tomos de H 3X1 = 3 .0 u 106.85 u masa molar =106.85 g/mol

3NaOH3 tomos de Na 3X23g = 69 u3 tomos de O 3X16g = 48 u3 tomos de H 3X 1g = 3 u 120 u masa molar = 120 g /mol3NaCl3 tomos de NaCl 3X23 g = 69.0 u3 tomos de Cl 3X35.45g = 106.35u 175.35 u masa molar = 175.35g/mol

Se realizan los clculos correspondientes:

FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl 162.20g 106.85g 980g X Resolviendo: X = (980g FeCl3) (106.85g Fe(OH)3) = 645.58g de Fe(OH)3 162.20 g FeCl3

Por lo tanto, a partir de 980 g de FeCl3 se producirn 645.58 g de Fe(OH)3

MOL Mol, unidad bsica del sistema internacional de unidades (SI), definida como la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (tomos, molculas, iones, electrones u otras partculas) como tomos hay en 0,012 kg (12 g) de carbono 12. Esa cantidad de partculas es aproximadamente de 6,02211023, el llamado nmero de Avogadro. Por tanto, un mol es la cantidad de cualquier sustancia cuya masa expresada en gramos es numricamente igual a la masa molecular de dicha sustancia. Mol . El concepto de mol se ha generalizado como un nmero de partculas y es frecuente encontrar expresiones como: un mol de tomos, un mol de iones, un mol de molculas, etc. En todos los casos un mol contiene 6.02X1023 partculas: un mol de molculas contiene 6.02X1023 molculas, un mol de iones contiene 6.02X1023 iones etc. Al nmero 6.02X1023 se le conoce como nmero de Avogadro

Ejercicio 1 : El profesor utilizando el power point solicita a los alumnos que en su cuaderno completen las tablas siguientes con lo que a continuacin se pide:Cuntas molculas existen en 2 moles de oxgeno, 3 moles de agua, 0.5 moles de NH y en 100 moles de NaCl?

Sustancia Nmero de moles Nmero de molculas

O 272.48

HO 318.06

NH 0.530.10

NaCl 10060.20

Sustancia Frmula Masa molar en g/mol Masa de 1 mol Masa de 5 mol Masa de 0.1 mol

Hidrgeno H22100.2

Amoniaco NH1717851.7

Clorato de sodio NaClO10610653010.6

cido ntrico HNO63633156.3

Ejercicio 2. Completa el siguiente cuadro con lo que se solicita: Sustancia Frmula Masa molar (g/mol) N de moles Masa en gramos

Oxgeno O 32 3 96

cido sulfhdrico HS 34268.0 g

Cloro Cl 710.535.5 g

Hidrxido de calcio Ca(OH) 0.4

Ejercicio 3. Completa el siguiente cuadro:

Establece relaciones estequiomtricas mol-mol en ecuaciones sencillas que impliquen la obtencin de sales, cuya finalidad es de orientar a los alumnos a que el tipo de sal que se obtenga, sea la de un fertilizante cuya composicin se caracterice como una mezcla qumica natural o sinttica utilizada para enriquecer el suelo y favorecer el crecimiento vegetal.

Relacin mol mol. En esta relacin, se aplica el concepto de mol a la ecuacin qumica balanceada de la siguiente manera:

FeCl3(ac) + 3NaOH(ac) Fe(OH)3(ac) + 3NaCl(ac) 1 mol de FeCl3 + 3 mol de NaOH 1 mol de Fe(OH)3 + 3 mol de NaCl S se adicionan 5 mol de FeCl3 en la reaccin qumica, Cuntos mol de NaCl se obtendrn? FeCl3(ac) + 3NaOH(ac) Fe(OH)3(ac) + 3NaCl(ac) 1 mol 3 mol 5 mol X Resolviendo: X = ( 5mol FeCl3 ) ( 3 mol NaCl) = 15 mol de NaCl 1mol FeCl3

Se producirn 15 mol de NaCl

Ejemplo 2. Obtencin de sulfato de amonio como fertilizante. Calcular cuntos gramos de (NH4)2SO4(ac) sulfato de amonio se obtienen al reaccionar 3500 g de NH4OH(ac) hidrxido de amonio con el suficiente cido sulfrico H2SO4. NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + H2O(l) Paso 1. Balancear la ecuacin qumica. 2NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + 2H2O(l)

ReactivosN de tomosElementosProductosN de tomos

2N2

1S1

12H12

6O6

Paso N 2. Interpretacin de las partculas representativas y los mol.

2mol de NH4OH(ac) + 1 mol de H2SO4(ac) 1 mol de (NH4)2SO4(ac) + 2 mol de H2O(l)

Paso 3. Relacin mol mol

2NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + 2H2O(l)

2mol de NH4OH(ac)+ 1 mol de H2SO4(ac) 1 mol de (NH4)2SO4(ac) + 2 mol de H2O(l)

Se procede a realizar clculos de las masas molares de cada uno de los reactivos y productos con ayuda de la tabla peridica.

ReactivosProductos

2NH4OH2 tomos de N 2X14g = 28u10 tomos de H 10X1g = 10u2 tomos de O 2x16g = 32u total 70u masa molar = 70 g/mol(NH4)2SO4 2 tomos de N 2X14g = 28u8 tomos de H 8X1g = 8u1 tomo de S 1X32 = 32u4 tomos de O 4x16g = 64u total 132g masa molar= 132 g/mol

H2SO4 2 tomos de H 2X1g = 2u1 tomo de S 1X32 = 32u4 tomos de O 4X16 = 64u total 98u masa molar = 98 g/mol 2H2O4 tomos de H 4X1g = 4u2 tomos de O 2X16g = 32u total 36u masa molar = 36 g/mol

Entonces: 2NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + 2H2O 70 g 98g 132g 36g Por lo tanto: 2NH4OH(ac) (NH4)2SO4(ac) 70g 132g 3500g X X = (3500g de NH4OH ) (132g de (NH4)2SO4 ) = 6600 g de (NH4)2SO4 70g de NH4OH

Se producen 6600 g de (NH4)2SO4 .

Paso 4. Relacin mol mol

Calcula cuntas mol de (NH4)2SO4 (sulfato de amonio) se obtienen s reaccionan 25 mol de NH4OH (hidrxido de amonio) en la ecuacin anteriormente propuesta.

2NH4OH(ac) (NH4)2SO4(ac) 2mol 1 mol 25 mol X Resolviendo:

X = (25 mol de NH4OH) (1 mol de (NH4)2SO4) = 12.5 mol de (NH4)2SO4 2 mol de NH4OH Se producirn 12.5 mol de (NH4)2SO4

RESOLVER LOS SIGUENTES PROBLEMAS ESTEQUIOMTRICOS EN LA OBTENCIN DE FERTILIZANTES (PARA RESOLVER EN CASA).

a) El nitrato de amonio es un fertilizante nitrogenado que se obtiene a partir de amoniaco y cido ntrico en condiciones especficas de reaccin. NH3 + HNO3 NH4NO3

Cuntos gramos de nitrato de amonio NH4NO3 se pueden obtener a partir de 25g de amoniaco NH3 ?

1. Balancear la ecuacin. NH3 + HNO3 NH4NO3

REACTIVOSN de tomosELEMENTOSPRODUCTOSN de tomos

2N2

4H4

3

Masa molar =

O3

Masa molar =

Paso N 2. Interpretacin de las partculas representativas y los moles.

Paso 3. Relacin masa masa

Reactivos Productos

NH3NH4NO3

HNO3NH4NO3

R = 117.6 g de NH4NO3

Paso 4. Relacin mol mol

Calcula Cuntas moles de nitrato de amonio NH4NO3 se obtienen s se adicionan a la reaccin 12 moles de NH3?

R = 12 moles

b) La urea es un fertilizante que se obtiene a partir de amoniaco y dixido de carbono:

NH3 + CO2 (NH2)2CO + H2O

Cuntos gramos de amoniaco NH3 se necesitan para obtener 1800 g de urea (NH2)2CO?1. Balancear la ecuacin NH3 + CO2 (NH2)2CO + H2O REACTIVOSN de tomos ELEMENTOS PRODUCTOSN de tomos

2N2

1C1

6H6

2O2

2. Interpretacin de las partculas representativas y los moles

Paso 3. Relacin masa masaReactivos productos

2NH3

(NH2)2CO

CO2

H2O

R = 1020 g de NH3

Paso 4. Relacin mol mol

Calcular Cuntas mol de urea (NH2)2CO, se obtienen s se agregan a la reaccin 6 mol de NH3 ?

R = 3 moles de (NH2)2CO

EVALUACIN FORMATIVAContesta lo que a continuacin se te pide: Por qu es importante emplear ecuaciones balanceadas en la resolucin de problemas estequiomtricos?2. Para los qumicos qu es el mol? Y Para qu le es til?R= Sirve para conocer el numero de molculas o atomos en un elemento o compuesto.3. Cuntas partculas agrupa 1 mol y qu nombre recibe este nmero?R= 6.02x1023 - Se le denomina Numero de Avogadro 4. Por qu la masa de 1 mol de un elemento es diferente a la masa de 1 mol de cualquier otro elemento?R= Porque cada elemento tiene diferente masa atmica.5. A qu equivale la masa molar de:a) Un elemento: A la masa molecular del elementob) Un compuesto: A la suma de las masas moleculares de los elementos que la conforman6. La ecuacin qumica balanceada para la obtencin del sulfato de potasio por neutralizacin del cido sulfrico con hidrxido de sodio es:2KOH + H2SO4 K2SO4 + 2H2OCon base en ella, llena los espacios con los valores numricos que faltan en el siguiente prrafo:a) La ecuacin significa que 2 mol de KOH reaccionan con 1 mol de H2SO4 para dar 1 mol de K2SO4 y 2 mol de H2O.b) Si disponemos de 5 mol de KOH, estos requerirn __2.5___ mol de H2SO4 para reaccionar completamente.c) Ya que la masa molar del KOH es ___56____g, la masa de 5 mol de KOH es de __280___ g.d) La masa de H2SO4 que se requiere para reaccionar completamente con 5 mol de KOH es __2.5___g. En estas condiciones la reaccin producir _10___ g de K2SO4 y _ 2.5___ g de H2O7. El nitrato de potasio es una sal fertilizante que se puede obtener haciendo reaccionar hidrxido de potasio con cido ntrico de acuerdo con la siguiente ecuacin balanceada: HNO3 + KOH KNO3 + H2OCuntos moles de hidrxido de potasio se necesitan para producir 6 mol de KNO3? R= 6Cuntos moles de agua se producen si reaccionan completamente 6 mol de KOH? Cuntos moles de hidrxido de potasio deben reaccionar completamente con 125 g de HNO3?R=6Si se forman 50 g de KNO3 cuntos gramos de agua se producen?R=508. Calcula cuntos kg de hidrxido de amonio NH4OH reaccionan completamente para producir 745 kg de fosfato de amonio (NH4)3PO4 al efectuarse la siguiente reaccin: 3NH4OH + H3PO4 (NH4)3PO4 + 3H2O9. Determina cuntos kg de cido ntrico HNO3 debern reaccionar para producir nitrato de amonio si la reaccin ocurre as: NH4OH + HNO3 NH4NO3 + H2O10. Determina cuntos kg de sulfato de amonio (NH4)2SO4 se producen si reaccionan 490 kg de cido sulfrico H2SO4 de acuerdo a la siguiente reaccin: H2SO4 + 2NH4OH (NH4)2SO4 + 2H2O11. El fertilizante sulfato de amonio se prepara mediante la reaccin entre amoniaco y el cido sulfrico: 2NH3(g) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) Cuntos kilogramos de amoniaco se necesitan para producir 100 mil kg de (NH4)2SO4?

EVALUACIN SUMATIVAEscribe dentro del parntesis la opcin correcta.1. ( a ) La masa molar del NaOH es de 40 g/mol y la del Al2(SO4)3 es de 278 g/mol. Comparando estos valores con la definicin de un mol, con respecto al nmero de partculas (tomos, iones o molculas) tenemos que:a) es mayor para el Al2(SO4)3b) es menor para el NaOHc) igual para ambos compuestosd) mayor para el NaOH2. ( c ) S calculamos la masa molar de 2 mol de H2O y la de 1 mol de H2SO4, obtenemos que la masa molar total de cada uno de los compuestos es:a) mayor la del H2Ob) menor la del H2SO4c) mayor la del H2SO4d) igual para H2O y H2SO43. ( c ) El nmero de molculas contenidas en un mol de NaCl con respecto al nmero de molculas contenidas en un mol de Ca3(PO4)2 es:a) mayorb) menorc) iguald) triple4.( d ) Para interpretar cuantitativamente una ecuacin qumica en forma correcta, est debe estar:a) con los smbolos qumicos correctosb) indicando los reactivos y productosc) indicado el estado fsico de las sustanciasd) balanceada5. ( a ) Los coeficientes que se escriben para balancear la ecuacin qumica nos indican el nmero:a) molesb) gramosc) mililitrosd) onzas6. ( d ) Cuntas molculas estn contenidas en un mol de cloruro de sodio?a) 8.00 X10-23 molculasb) 1.50 X1023 molculasc) 6.02 X10-23 molculasd) 6.02 X1023 molculas7. ( c ) Cuntas mol de potasio son 12.04 X1023 tomos de dicho elemento?a) 6b) 10c) 2d) 18. ( b ) Cinco mol de iones de Na+ tienen:a) 12.044 X1023 iones de Na+b) 30.10 X1023 iones de Na+c) 6.02 X1023 iones de Na+d) 24.09 X1023 iones de Na+

9. ( a ) Cuntas mol de NH3 se obtendrn si reaccionan 1.5 mol de N2 molecular? La ecuacin de la reaccin es la siguiente: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)a) 3.0 mol de NH3b) 1 mol de NH3c) 4.5 mol de NH3d) 1.5 mol de NH310. ( b ) Cuntas mol de NaOH se requieren para producir 5 mol de NaNO3? La ecuacin que representa a la reaccin es: Pb(NO3)2 + 2NaOH 2NaNO3 + Pb(OH)2a) 10 molb) 5 molc) 2 mold) 1 molRBRICA PARA EVALUAR EL DESEMPEO MOSTRADO EN EL TRABAJO EN LA CLASE[footnoteRef:1] [1: Garca, M. P., et al., Gua para el profesor de Qumica II en el CCH, Publicado por el Colegio de Ciencias y Humanidades, 2007.]

PARMETROS 3 MUY BIEN2 REGULAR1 MAL

Desempeo observadoAl inicioIntermedio Al final

Atiende a las instrucciones de su profesor

Participa en las actividades asignadas a su equipo

Muestra capacidad para realizar mapas mentales

Muestra inters por las actividades asignadas

Muestra respeto por sus compaeros y su profesor

Cumple con las tareas solicitadas

Participa de forma activa durante al realizar las tareas asignadas