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Lección 45 Estequiometria de las reacciones

Hacía 1870 la comunidad científica, determinó cuántos átomos eran necesarios para obtener la masa atómica en gramos, este número se conoce como el número de Avogadro en honor al científico que condujo a su formulación. Este descubrimiento condujo a un sinnúmero de desarrollos que incluían cálculos en las mediciones de las reacciones, a las que más adelante se le denominó estequiometría, esta rama de la química es muy importante porque permite hacer determinaciones de cantidades de reactantes y productos en una ecuación química balanceada. Estos cálculos se basan en las relaciones fijas de combinación que hay entre sustancias. Dichas relaciones están indicadas por los índices numéricos que aparecen en las fórmulas y por los coeficientes de las ecuaciones balanceadas.

En la presente lección se abordarán temas relacionados con la estequiometría y los cálculos derivados de ella a través de casos de aula en donde se presentan situaciones problemáticas que van a resolverse a través de estrategias y metodologías adecuadas.


Estequiometria y cálculos estequiométricos



Documentos: Ministerio de educación Química de bachillerato páginas 35 a 44


Simulacro Temático

1. El docente asigna una actividad con varios ejercicios en los que desea evaluar si los alumnos han entendido los conceptos dados en clase, cuando revisa la actividad nota que los alumnos suelen cometer errores cuando determinan el porcentaje de rendimiento de un producto, dado el dato de la cantidad real obtenida en la reacción, las razones son que no utilizan bien la reacción y en ocasiones invierten las masas o utilizan la de los reactivos y no la del producto, ante esta confusión el docente prepara

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2. El docente desarrolla un ejercicio práctico en el tablero en el cual determina para el ácido fosfórico (H3PO4) la cantidad en porcentaje de cada uno de sus elementos, cuando determina este valor para el hidrógeno y el fósforo un alumno pregunta si esta correcto el cálculo, ya que no entiende porque el hidrógeno que tiene tres átomos en la molécula representa un menor porcentaje que el fósforo del cual sólo hay un átomo, el docente se interesa por la pregunta y responde mediante

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3. En el laboratorio el docente estará llevando a cabo con los alumnos una práctica que consiste en obtener hexafluoruro de azufre mediante la combustión del azufre en una atmósfera de flúor que deberá ser en moles, cinco veces mayor a la cantidad de azufre; antes de desarrollar la práctica, pide a los alumnos que describan por qué razón se debe tener esta cantidad de flúor, algunos respondieron que la razón es que se necesitan seis moles de flúor para cada mol de azufre, y que de hecho el flúor sería el reactivo limitante, el docente nota el error y los corrige mediante

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4. En práctica de laboratorio, los estudiantes están obteniendo óxido de cinc (ZnO) por tostación de sulfuro de cinc (ZnS) con desprendimiento de dióxido de azufre gaseoso (SO2), lo cual se ilustra en la siguiente ecuación química que ya está ajustada:

2ZnS + 3O2 → 2ZnO +2SO2

El profesor le distribuye a cada grupo de trabajo 8,5Kg del sulfuro (ZnS) y les pregunta a sus estudiantes, “¿qué cantidad de óxido (ZnO) se producirá?”

En ese momento un estudiante se acerca y le manifiesta que la respuesta se podría dar muy fácilmente en la práctica, pero que no sería posible desarrollar el ejercicio para el informe teórico.

Con la intención de que el estudiante logre desarrollar el problema, el docente decide formular una pregunta para promover el conflicto cognitivo en el estudiante; esta pregunta es

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5. En un salón de clases un docente pide a sus alumnos que resuelvan un ejercicio en el cual deben determinar el volumen de oxígeno que se necesita para la combustión del propano contenido en una bombona de 150 litros, después de un tiempo pide a los alumnos que muestren la resolución en la pizarra, el alumno que decide demostrar con ayuda de sus compañeros la resolución escribe la ecuación química y determina que se necesitan 6,14 moles de oxígeno, sin expresar la cantidad en volumen, el cálculo estequiométrico es incorrecto, para ello el docente le explica haciendo

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6. 

Finalmente, los estudiantes le comentan a su profesor que siguiendo este mismo procedimiento para el Oxígeno se obtuvieron 2,943 moles. Pero que, para hallar una fórmula mínima para la sustancia, desconocen el procedimiento que sigue a continuación.

Para resolver la duda que el los estudiantes tienen sobre el ejercicio, la mejor estrategia que puede implementar el docente es

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7. El docente después de explicar cómo se obtiene la fórmula química de una sustancia a partir de su fracción másica resuelve un ejercicio en el tablero, interactuando con los alumnos, en el describe las proporciones de carbono, hidrógeno y oxígeno presentes en el ácido ascórbico, conocido como vitamina C, y calcula los moles de cada elemento para escribir la fórmula química de este compuesto común, los alumnos participaron en la resolución del problema realizando el cálculo de los moles de cada compuesto, sin embargo, una vez que el docente escribió la fórmula haciendo los ajustes necesarios para que fueran números enteros los alumnos expresaron confusión acerca de cómo se podrían multiplicar o dividir la cantidad de átomos que se habían calculado, por esta razón el docente explica mediante

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8. Un estudiante se acerca a su profesora y le comenta que ha estado estudiando ejercicios estequiométricos y que desarrolló hasta cierto punto un problema que encontró en su libro de texto; el ejercicio es:

“Una muestra de 26 g de hidróxido de potasio (KOH) reacciona con 15 g de ácido sulfúrico (H2SO4) para producir sulfato de potasio (K2SO4) y agua; mediante la reacción

2KOH + H2SO4 → K2SO4 +2H2O ”

El estudiante logró convertir estos pesos a moles. Y dieron como respuesta

26 g de KOH equivalen a 0,46 moles de KOH y 15 g de H2SO4 equivalen a 0,153 moles de H2SO4.

Además, el estudiante efectuó la relación de los reactivos quedando de la siguiente manera:


Sin embargo, le comenta a su profesora que de ahí en adelante no sabe cómo identificar el reactivo limitante y el que está en exceso dentro de la reacción. Para explicar el análisis que le falta al estudiante, la profesora desarrolla una estrategia pedagógica para conseguir la comprensión total del tema, la más adecuada que puede implementar es

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9. El profesor traza como objetivo que, en su clase, los estudiantes comprendan los pasos para obtener la mínima relación entre los átomos de un compuesto en una fórmula, para lo cual les explica que para hallar esta relación, a la cual se le conoce su composición porcentual, se deben seguir los siguientes pasos:

1) hacer la conversión de porcentaje en peso a gramos del compuesto.
2) realizar la conversión de gramos a moles.
3) para calcular la relación obtenida todos los elementos se dividen por el menor valor.
4) si se hace necesario para convertir estos valores en números enteros se multiplica por un número que cumpla con esta función.


Entre tanto un estudiante le pregunta, con respecto al cuarto paso “¿por qué es importante convertir los valores en números enteros?” Con el fin de que el estudiante comprenda el concepto el profesor debe

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10. En clases el docente explica que al obtener una fórmula para un compuesto de manera experimental a través de su composición porcentual, esta fórmula puede ser la forma en la que está compuesta la molécula o un múltiplo de ella, es decir, que no necesariamente se trata de la cantidad real de átomos que tiene la molécula, un alumno pregunta cómo se puede encontrar entonces la fórmula real, el docente responde mediante

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