quimica2

5/14/2018 Quimica2 - slidepdf.com

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Víctor Manuel Mora González

Ba chi llera

t o

desarrolla COMPETENCIAS

Química 2

a ñ

o

s



a ñ

o s

En química, una molécula es una partícula neutraormada por un conjunto de átomos ligados porenlaces. Cuando se tienen moléculas complejas,como las que estudia la química orgánica, no essuiciente la órmula química para representar uncompuesto y es necesario emplear una órmulaestructural, que nos muestre de orma gráicacómo están dispuestos espacialmente los gruposuncionales que la integran. Aquí se aplica muy bienaquello que dice: “Una imagen vale más que milpalabras”, pues gracias a estas representacionespodemos comprender las estructuras de las sustan-cias, su comportamineto y demás características delos compuestos biológicos.

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Pesidete: Alonso TrejosDiecto eea: Joaquín Trejos

Diectoa editoia: Áurea CamachoCoodiadoa editoia: María Laura Sessa

Edici: Alredo LópezAsistete editoia: Liliana Ortega

Diecto de ate: Miguel Cabrera

Coodiadoa de podcci: Daniela HernándezDiaaaci: Jerey Torres

Potada: Miguel CabreraIstacioes: Miguel Cabrera, José Salazar

Asistete de podcci: Raquel FernándezFotoaas: Stockxchange, archivo ST Editorial

Prohibida la reproducción total o parcial de este libroen cualquier medio sin permiso escrito de la editorial.

Impreso en México. Printed in Mexico.

Química 2 , de Víctor Manuel Mora González,se terminó de imprimir en enero de 2010 en los talleres de

Reproducciones Fotomecánicas S. A. de C. V.,con domicilio en Democracias #116, col. San Miguel Amantla,

Delegación Azcapotzalco, C.P. 02700 México, D. F.

ST Distibci, S.A. de C.V.

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, registro número 3342.

© Derechos reservados 2010Primera edición: Estado de México, enero de 2010

© 2010, Víctor Manuel Mora González

ISBN: 978 607 7529 36 1

QuímICA 2

Mora González, Víctor Manuel

Química 2 : Bachillerato / Víctor Manuel Mora González; il. Miguel Cabrera,José Salazar. – México: ST Editorial, 2010.

200 pp.: il.; 28 cm.

Bibliograía: p. 195

ISBN 978 607 7529 36 11. Química – Estudio y enseñanza (Superior). 2. Química – Problemas,

ejercicios, etc. I. Cabrera, Miguel, il. II. Salazar, José, il. III. t.

540-scdd20 Biblioteca Nacional de México



PrESEnTACIón

La química es una ciencia que se encarga del estudio de laestructura y las propiedades de la materia, así como los pro-cesos que pueda presentar. Para ello toma como reerencia lacomposición atómica de cada una de las sustancias que con-vierte en su objeto de estudio.

Química 2 toma como punto de partida los conocimientosdesarrollados en el libro Química 1, por lo que es importante tenerlos bien claros y deinidos. El libro se compone de variassecciones que acilitan la labor del docente en el aula y omen- tan la adquisición de competencias en los alumnos. Las lectu-ras, las imágenes, las actividades (grupales e individuales), elglosario, los mapas conceptuales, las evaluaciones, las prácti-cas y experimentos de laboratorio, los inográicos, los juegosdidácticos y el desarrollo tanto de conocimientos, y habilida-des como de actitudes y valores, permitirán a los estudiantes tener en sus manos una herramienta didáctica para poderentender cuáles son los procesos químicos y repercusionesambientales que pueden surgir como resultado de cualquieractividad cotidiana e industrial sobre el entorno.

Está estructurado en cinco bloques, tal como vienen expresa-dos en el programa de estudios de Química 2 que corresponde

al segundo semestre de la Reorma Integral de la EduMedia Superior (riems) de la Dirección General de Bach(dgb), la cual promueve, en sus planes curriculares, el ede competencias para lograr el desarrollo integral dediante en los ámbitos personal, social, académico y

Además, sus contenidos están desarrollados bajo un menoque teórico, metodológico y pedagógico construcon un manejo adecuado de los niveles de enseñanza:• Descriptivo: manejo teórico de los temas.• Metodológico: forma circular de la exposición de los t

• Epistemológico: nivel del saber que se desea obteneestudiantes (comprensivo y relexivo).

• Didáctico: tipo de actividades diseñadas (pedagogí tructivista).

Este enoque le permite a los estudiantes identiicar prode su entorno inmediato y relexionar sobre posibles solucéstos, siempre con una postura valorativa, crítica y comp

De antemano, se agradece cualquier comentario o sugpor parte de los lectores que sirva para mejorar esta opueden enviar al autor a la siguiente dirección [email protected]



COnTEnIDO

Pesetaci 3Cooce t ibo 6recooce ts copetecias 8¿Co ipeeta e e aa e desaoo de poectos? 10

¿Co evaa bajo e eoqe de copetecias? 11

BlOQuE 1Apica a oci de o e a catifcacide pocesos qicos

PArA COmEnzAr... 14

TEmA 1: DESCrIBE Al mOl COmO lA unIDAD BáSICADEl SI PArA mEDIr lA CAnTIDAD DE SuSTAnCIA 17

TEmA 2: DESCrIBE El SIgnIFICADODE lAS lEyES POnDErAlES 21

Ley de la conservación de la masa 22Ley de las proporciones defnidas o de Proust 26Ley de las proporciones múltiples o de Dalton 29

TEmA 3: AnAlIzA lAS ImPlICACIOnESECOlógICAS, InDuSTrIAlES y ECOnómICASDE lOS CálCulOS ESTEQuIOméTrICOS 31

Determinación del reactivo limitante 31Rendimiento teórico, rendimiento real

y % de rendimiento de una reacción 33La estequiometría y su implicación en la industria,

en la economía y en la ecología 34Tabla periódica de los elementos químicos 36

EVAluACIón 37

BlOQuE 2Actúa paa disii a cotaiacide aie, de aa de seo

PArA COmEnzAr... 42

TEmA 1: DESCrIBE El OrIgEn DE lACOnTAmInACIón DEl AguA, AIrE y SuElO 45

Contaminación del agua 45Contaminación del aire 46Contaminación del suelo 47

TEmA 2: IDEnTIFICA lOS COnTAmInAnTESAnTrOPOgénICOS: PrImArIOS y SECunDArIOS 50

Contaminantes primarios 50Contaminantes secundarios 51

TEmA 3: IDEnTIFICA lAS rEACCIOnESQuímICAS InVOluCrADAS En lA COnTAmInACIónDEl AIrE, El AguA y El SuElO 52

Aire 52Agua 55Suelo 56

TEmA 4: DESCrIBE lA InVErSIón TérmICA,El ESmOg y lA lluVIA áCIDA 57

Inversión térmica 57Esmog 58

Lluvia ácida 59TEmA 5: IDEnTIFICA lOS COnTAmInAnTESDEl AguA DE uSO InDuSTrIAl y urBAnO 60

Contaminación del agua por uso industrial 60Contaminación del agua por uso urbano 61

EVAluACIón 64

BlOQuE 3Copede a tiidad de os sisteas dispesos

PArA COmEnzAr... 68

TEmA 1: COnCEPTuAlIzA y DEFInE ElEmEnTO,COmPuESTO, mEzClA hOmOgénEA y mEzClAhETErOgénEA y EnunCIA SuS CArACTEríSTICAS DISTInTIVAS 71

Elemento químico 71Compuesto 71Mezclas homogéneas y heterogéneas 72

TEmA 2: ClASIFICA lAS CArACTEríSTICASDE lOS SISTEmAS DISPErSOS QuE ESTánPrESEnTES En Su EnTOrnO 74

TEmA 3: IDEnTIFICA lAS SuSTAnCIAS PurAS y mEzClADE DOS O máS SuSTAnCIAS QuE FOrmAn lA mATErIA 76

Sustancia pura 76Mezcla de dos o más sustancias 76

TEmA 4: DESCrIBE lOS méTODOS DE SEPArACIón DE mEzClAS 78Filtración 78Destilación 79Cromatograía 80Cristalización 80Centriugación 80Decantación 81Sublimación 81Tamizado 81Magnetismo 82

TEmA 5: DESCrIBE El COnCEPTO y rECOnOCE lASDIFErEnCIAS EnTrE DISOluCIón, COlOIDE y SuSPEnSIón,COn BASE En El TAmAñO DE lA PArTíCulADE lA FASE DISPErSA y DISPErSOrA 84

Características de las disoluciones 85Características de los coloides 87Características de las suspensiones 91

TEmA 6: DEFInE COnCEnTrACIón mOlAr,POrCEnTuAl y PArTES POr mIllón DE unADISOluCIón ACuOSA 92



Tipos de concentración 92Modos de calcular la concentración de una disolución 94

TEmA 7: IDEnTIFICA lAS SOluCIOnES áCIDASy BáSICAS COnSIDErAnDO lA COnCEnTrACIón

DE IOnES hIDrógEnO PrESEnTES 101Teoría de Arrhenius 102Teoría de Brönsted-Lowry 102Teoría de Lewis 102

TEmA 8: DEFInE ExPErImEnTAlmEnTE lOS áCIDOSy lAS BASES, COnSIDErAnDO El grADO DE ACIDEzO DE BASICIDAD DE lA SOluCIón 104

EVAluACIón 106

BlOQuE 4Vaoa a ipotacia de os copestos

de caboo e s etooPArA COmEnzAr... 110

TEmA 1: IDEnTIFICA lA COnFIgurACIón ElECTrónICAy lA gEOmETríA mOlECulAr DEl CArBOnO 113

Confguración electrónica del carbono e hibridación(sp, sp2, sp3) 114

TEmA 2: IDEnTIFICA lA gEOmETríA mOlECulArDE lOS COmPuESTOS DEl CArBOnO 116

TEmA 3: ClASIFICA lOS TIPOS DE CADEnA E ISOmEríA 119Tipos de cadenas 119

TEmA 4: DESCrIBE lAS PrOPIEDADES FíSICAS, nOmEnClATurAy El uSO DE lOS COmPuESTOS DEl CArBOnO 122Alcanos 123Alquenos 129Alquinos 131Hidrocarburos aromáticos 132

Alcoholes Éteres Aldehídos Cetonas

Aminas Ácidos carboxílicos Ésteres Amidas Halogenuros de alquilo

EVAluACIón

BlOQuE 5Idetifca a ipotacia deas acoocas ataes sitticas

PArA COmEnzAr...

TEmA 1: DEFInE El COnCEPTO DE mACrOmOléCulAS,POlímErOS y mOnómErOS

TEmA 2: ClASIFICA A lOS CArBOhIDrATOS,líPIDOS y PrOTEínAS

Carbohidratos Lípidos Proteínas Procesos de abricación de los polímeros sintéticos:

de adición y concentración

EVAluACIón

SECCIón FInAlPcticas de aboatoio Evaaci fa Paa teia. Atoevaúa ts copetecias Fetes costadas E cidado de t pesoa de t etoo



RECONOCE TUS COmPETEnCIAS

Las copetecias son capacidades queuna persona desarrolla en orma gradualdurante el proceso educativo, que inclu-yen conocimientos, habilidades, actitudes yvalores, en orma integrada, para dar satis-

acción a las necesidades individuales, aca-démicas, laborales y proesionales. Existenprincipalmente tres tipos de competencias:genéricas, disciplinares y laborales.

Las competencias genéricas le permitenal individuo comprender el mundo, apren-der a vivir en él y aportar lo propio para transormarlo en niveles superiores.

Por su parte, las competencias disciplina-res engloban los requerimientos básicos–conocimientos, habilidades, actitudes yvalores– que se necesitan en cada campo

disciplinar, para que los estudiantes puedan aplicarlos en dierentes contextos ysituaciones en su vida.

Estas competencias se podrán entrete

jer más adelante con las competenciaslaborales, para conormar un todo armónico que le da pleno sentido al procesoeducativo.

A continuación se muestran algunos ejemplos de este libro donde se aplican las once competencias genéricas.

COmPETEnCIASgEnérICAS

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

8

5

2

9

6

3

10

4

11

7

B4 / p. 127.Actividad grupal


B3 / p. 82.Retrato


B3 / p. 107.Habilidades

B5 / p. 180.Actividad de Lee

B2 / p. 56.Act. gru. Inciso 1

B3 / p. 100.Lee. Inciso 3

B1 / p. 29.Act. ind. Inciso 1

B2 / p. 43.Actitudes y valores


Conocerse, valorarse y abordarlos problemas y retosa partir de objetivos.

Participar y colaborar de maneraeectiva en trabajos de equipo.

Desarrollar innovaciones y proponersoluciones a problemas a partir deun método seleccionado.

Ser sensible al arte, apreciarloe interpretarlo en todassus expresiones.

Participar con una conciencia cívicay ética en la vida de la comunidad,de la región, de México y el mundo.

Mantener una postura personal sobretemas de interés y considerar otros puntosde vista de manera crítica y refexiva.

Elegir y practicar estilosde vida saludables.

Mantener una actitud respetuosa haciala diversidad de culturas, creencias,valores, ideas y prácticas socialesde otras personas.

Escuchar, interpretar y emitir mensajespertinentes en distintos contextos,mediante la utilización de herramientasy medios apropiados.

Contribuir al desarrollo sustentable delmedio ambiente, de manera críticay con acciones responsables.

Aprender por iniciativa e interés propioa lo largo de la vida.



A continuación se muestran las competencias disciplinares básicas del campode las ciencias experimentales que deben manejarse en esta materia, como loseñala el programa de estudios.

COmPETEnCIASDISCIPlInArES

1

1

1

1

1

1

1

1

Aplica normas de seguridaden el manejo de sustancias,instrumentos y equipo en larealización de actividadesde su vida cotidiana.

1 1 1

Establece la interrelación entre laciencia, la tecnología, la sociedad yel ambiente en contextos históricosy sociales específcos.

Diseña modelos o prototipos pararesolver problemas, satisacernecesidades o demostrarprincipios científcos.

Identifca problemas, ormulapreguntas de carácter científcoy plantea las hipótesis necesariaspara responderlas.

Fundamenta opiniones sobre losimpactos de la ciencia y la tecnologíaen su vida cotidiana, asumiendoconsideraciones éticas.

Relaciona las expresiones simbólicasde un enómeno de la naturalezay los rasgos observables a simplevista o mediante instrumentoso modelos científcos.

Obtiene, registra y sistematizala inormación para responderpreguntas de carácter científconsultando uentes relevanterealizando experimentos perti

Analiza las leyes generales que rigenel uncionamiento del medio ísico yvalora las acciones humanas deriesgo e impacto ambiental.

Valora las preconcepciones personaleso comunes sobre diversos enómenosnaturales a partir de evidencias científcas.

Explicita las nociones científcas quesustentan los procesos para la soluciónde problemas cotidianos.

B5 / p. 177.Retrato

B2 / p. 47.El mundo que te rodea

B4 / p. 111.Actitudes y valores

B3 / p. 103.Actividad individual




B2 / p. 56.Act. gru. Inciso 2

B2 / p. 59.Figura 9

B5 / p. 179.Act. ind. Incisos 3 y 4


Contrasta los resultados obtenidos enuna investigación o un experimentocon hipótesis previas y comunicasus conclusiones.



Aplica la noción de molen la cuantiicaciónde procesos químicos

Bu 1

Actúa para disminuir lacontaminación del aire,del agua y del suelo

Comprende la utilidadde los sistemas dispersos

Bloque 3Bloque 2

Aplica la noción de molen la cuanticaciónde procesos químicos

Bu 1

Ua aUtiliza la noción de mol para realizar cálculosestequiométricos en los que aplica las leyesponderales y argumenta la importancia de talescálculos en procesos que tienen repercusioneseconómicas y ecológicas en su entorno.



Valora la importanciade los compuestos delcarbono en su entorno

Bloque 4

Identica la importanciade las macromoléculasnaturales y sintéticas

Bloque 5

Haba• Utilizalosconceptosdemol,masafórmula,masamolary

volumen molar en cálculos estequiométricos (relacionesmol-mol,masa-masayvolumen-volumen)queimplicanlaaplicación de las leyes ponderales.

• Determinalafórmulamínimaymoleculardeloscompuestosa partir de su composición porcentual.

• Calcula,paraunareacciónquímica,elreactivolimitante y el rendimiento teórico.

• Analizalaimplicaciónecológicayeconómicadelaestequiometríaenlasindustrias.• Utilizacálculosestequiométricosenlaelaboración

deprácticasdelaboratorio.

Au y va• Valoralaimportanciadelmolpararealizarcálculos

enellaboratorioyenlaindustriaquímica.• Reexionasobrelaimportanciadelaaplicacióndec

estequiométricosparaevitarproblemasdecarácterecológico y económico.

• Promueveelcuidadoambientalapartirdelalimpiezaen el aula.



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Para comenzar...

Para que puedacomprender lo tema deete bloque, e necearo

que recate la competenca

(conocmento, habldade,

acttude y valore) que ya ha

adqurdo a lo largo de tu vda. Haz

tu mejor euerzo para reponder

y detecta aquello apectoque no conoce o domna

para enocar tu etudo.

I. Completa el siguiente cuadro con el nombre o el símbolo del elemento químicoque corresponda.

Nombre Símbolo Nombre Símbolo Nombre Símbolo

Hidrógeno Br Ne

Berilio Flúor Cl

Escandio Fr Se

Circonio Calcio Si

Vanadio C Fe

II. Completa el cuadro con el nombre o la órmula apropiada.

Nombre Fórmula Nombre Fórmula

Óxido de hierro (II) HClO2

Fe2O3 Sulato de amonio

Nitrato de manganeso (II) (NH4)2S

Mg(NO2)2 Ácido sulúrico

Ácido clorhídrico H2S

III. Coloca los coefcientes que permitan el ajuste correcto de las siguientes ecuaciones químicas.

1. C2H5OH + O2 CO2 + H2O

2. Al + Fe2O3 Al2O3 + Fe

3. HNO3 + Ca(OH)2 Ca(NO3)2 + H2O

Conocimientos



AplicA lA noción de mol ecUAntificAción de procesos qUím

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Habilidades

Actitudes y valores

I.Realiza un mapa mental con el tema “Química: una herramienta para la vida”. Piensa en siete o diez palabras que permitan justifcar esta afrmación y cuáles serían los campos de aplicación. Recuerdautilizar colores, símbolos, dibujos, etc.

II. Integra un equipo y realicen una lluvia de ideas con el grupo de clase sobre algunos de estos temas:

• Propiedades de la materia. • Fuerzas intermoleculares. • Características de los puentes de hidrógeno. • Conceptos de oxidación y reducción. • Reacciones químicas endotérmicas y exotérmicas.

Medita sobre las preguntas siguientes. Es recomendable que compartas con el proesor tus ideas paraque el curso que estás iniciando cumpla tus expectativas.

1. ¿Qué te ha parecido el curso de Química 1? Justifca tu respuesta.

2. ¿Qué esperas del curso de Química 2? Para lograrlo, ¿a qué te comprometes?

3. ¿Cómo vas a aplicar lo que aprendas en este curso?

IV. De los siguientes conceptos, registra tu nivel de dominio y marca una X donde corresponda.Al fnal, suma las X de cada columna.

Concepto Nada Poco Bastante

Elemento

CompuestoMasa atómica

MoléculaEnlace iónicoEnlace covalente

Reacción químicaReactivosProductos

Ley de la conservación de la masaBalanceo redox

Balanceo por tanteoTotal



BloqUe 1

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Evidencias

de aprendizaje

o hallazgo arqueológco no demuetran que dedela aparcón de la prmera cvlzacone la necedadde contar o medr ha etado empre preente. El ámbto de aplcacón de la químca no e la excepcón, dada

la mportanca de poder cuantcar –con la mayor exacttud– la cantdad deproducto que e pueden obtener a partr de la matera prma que e ngrea a undetermnado proceo. Sólo de eta manera puede hacere má ecente la labor detoda la emprea que dearrollan proceo químco o e benecan de ello. Enla cuantcacón de eto proceo, la nocón de mol deempeña un papel crucal,tal como lo entenderá al dearrollar lo tema y actvdade de ete bloque, quepuede aprecar en el mapa conceptual que aparece a contnuacón.

L

Introducción

Presenta un resumen o cuadro

sinópticodelosconceptosdemol,masafórmula,masamolar

y volumen molar.

Resuelve un elenco de ejercicios

donde aplica las leyes ponderales en

cálculosmasa-masa,mol-moly volumen-volumen.

Resuelve un elenco de ejercicios

dondedeterminalafórmulamínimaylafórmulamoleculardeuncompuestoa

partir de su composición porcentual.

Realiza una práctica experimental

donde constata la aplicación de las

leyes ponderales y entrega el reporte

correspondiente incluyendo cálculos

y siguiendo los pasos del método

cientícoexperimental.

conoce

nociónde mol

argumentala importancia de

cálculosestequiométricos

rendimiento

reactivolimitante

ecología

industria

economía

en incluye

Lavoisier

enunciada por

ley de laconservación

de la masa

Proust

propuesta por

ley de lasproporciones

defnidas

Richter-Wenzel

enunciada por


recíprocas

Dalton

cuyo autor es


múltiples

para eectuar

por ejemplo

conversiones

masa-volumen

mol-volumen

masa-mol

Noción de mol en la cuantifcación

de los procesos químicos

incluyen

leyesponderales



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Como ya conoce de etudo anterore, el metro e una medda de longtud;el klogramo, de maa; el egundo, de tempo; el ampero, de ntendad de lacorrente eléctrca, pero... ¿y el mol?, ¿qué pena que puede medr?

Describe el signicadode las leyes ponderales Analiza las implicacionesecológicas, industriales yeconómicas de los cálculestequiométricos

Describe al mol comola unidad básicadel si para medir lacantidad de sustancia

ta 1 Tema 2 Tema 3

Para comenzar...

La estequiometría, palabra que e derva del gre-go stoicheion, que gnca “elemento”, y metron,

“ medda”, e la rama de la químca que e encargadel etudo de la relacone cuanttatva entreelemento y compueto dentro de una reaccónquímca (gura 1). El etudo de eta relaconetene como bae el mol, que e la undad báca delStema Internaconal de Undade (si), dendacomo la cantdad de una utanca que contenetanta entdade elementale –átomo, molécula,one, electrone u otra partícula– como átomo

hay exactamente en 12 g de carbono 12.A partr de numeroo cálculo y expermento,

lo centíco han logrado determnar la cantdadde átomo, molécula, one, electrone o partícu-la preente en un mol. Tal cantdad e aproxma-damente gual a 6.0221 × 1023, valor que e conocecomo número de Avogadro (NA) en honor al ícotalano Amadeo Avogadro (1776-1856), quen lodetermnó medante expermento con gae.

Otra nocón de mol ndca que cuando etene una cantdad de utanca gual a la maa

atómca –en el cao de un elemento– o a la maamolar –cuando e trata de un compueto–, habráun mol del elemento o del compueto en cue-tón (gura 2). Eto mplca que e pean cu-dadoamente en la balanza 63.5 g de cobre puro,e tene un mol de cobre; ammo, e pean18.0 g de agua (cantdad gual a u maa molar),e tene un mol de agua.

1 mol de Cu = 63.5 g de Cu1 mol de H2O = 18.0 g de H2O

Para eectuar lo cálculo etequométrco convene utlzar el método de actores de conversión, queconte en exprear la gualdad en orma de raccón,donde la undad a elmnar e encuentra en el deno-mnador y la undad a la cual e etá convrtendoe coloca en el numerador. Por ejemplo, la prmeragualdad e puede ecrbr de do manera:

1 mol de Cu o 63.5 g de Cu63.5 g de Cu 1 mol de Cu



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BloqUe 1

¿Cómo aber cuál actor de converón uar para darle olucón a un pro-blema? S e requere convertr maa a mole, e utlza la expreón 1 molde Cu / 63.5 g de Cu; por el contraro, e pde cambar de mole a maae utlza 63.5 g Cu / 1 mol de Cu [Ej. 1].

Ejemplo 1

Calcula la cantidad de moles presentes en las siguientes muestras:

a. 75 g de hierro (Fe)

b. 200 g de sulato de aluminio (Al2(SO4)3)

suLa tabla periódica, que aparece en la página 36 de este bloque, indica que lamasa atómica del hierro es igual a 55.84 g/mol. Como se trata de una conversiónde masa a mol, se utiliza un actor de conversión donde aparece el mol en laparte superior y la masa en la parte inerior, con lo cual se cancelan los gramosy se obtiene como unidad resultante el mol de hierro.

a. n = 75.0 g[ de Fe ×55.84 g de Fe

1mol de Fe

[= 1.34 moles de Fe

b. Se calcula en primera instancia la masa molar del sulato de aluminio:

• Al: 2 × 26.98 = 53.96 g de Al • S: 3 × 32.06 = 96.18 g de S • O: 12 × 15.99 = 191.88 g de O

Masa molar = 342.02 g/mol de Al2(SO4)3

A continuación, para obtener el total de moles, se usará un actor de conversión

con el dato recién calculado:

n = 200 g[ de Al2(SO4)3 ×342.02 g de Al SO

1mol de Al SO

2 4

2 4 3

3[ ^

^

h

h= 0.58 mol de Al2(SO4)3

Por un procedmento mlar, e puede calcular la maa a partr de lo molede un elemento o compueto [Ej. 2 y 3].

Ejemplo 2

Calcula la masa de las siguientes muestras:

a. 0.05 mol de calcio (Ca)

b. 1.5 mol de nitrato de plata (AgNO3)

suEl actor de conversión para obtener la solución deberá tener la masa en el nu-merador y el mol en el denominador.

a. m = 0.05 mol de Ca ×1 mol de Ca

40.08 g= 2.00 g de Ca

b. El nitrato de plata (AgNO3) tiene una masa molar de 169.84 g/mol, se calculade la siguiente manera:

Figura 1. La medición de los reactivos inicialesque entran en reacción es necesaria para deter-minar el resultado fnal que se intenta obtener.

Figura 2. De acuerdo con la noción de mol, lamasa atómica de dierentes elementos contieneel mismo número de átomos.

e-




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Figura 3. El número de Avogadindica el total de partículas (átmoléculas, iones) presentes en

mol de cualquier sustancia.

• Ag: 1 × 107.87 = 107.87 g de Ag • N: 1 × 14.00 = 14.00 g de N • O: 3 × 15.99 = 47.97 g de O

Masa molar = 169.84 g/mol de AgNO3

En consecuencia, la masa de 1.5 mol del compuesto se calcula de la siguiente manera:

m = 1.5 mol de AgNO3 ×1 mol de AgNO

169.84 g de AgNO

3

3 = 254.76 g de AgNO3

Ejemplo 3

Averigua el total de partículas (átomos o moléculas) en las siguientes muestras:

a. 0.005 g de zinc (Zn)

b. 1 × 10-3 g de óxido de plomo IV (PbO2)

c. 0.03 mol de sulato de cobre II (CuSO4)

suEl procedimiento que se eectúa es distinto en cada caso. Se debe prestar atención si seestá trabajando con mol o con gramos y si la muestra es de un elemento químico simpleo de un compuesto.

a. Se convierten los gramos de zinc a moles y se multiplican por el número de Avogadro(fgura 3):

n = 0.005 g[ de Zn ×65.41 g de Zn

1mol de Zn

[= 7.64 × 10-5 mol de Zn

(7.64 × 10-5

mol de Zn) × 1mol de Zn

6.022 10 moléculas de Zn23

#] g

= 4.600 × 1019

átomos de Zn

b. Una vez calculada la masa molar del óxido de plomo IV (PbO2), se convierte la masa amoles y posteriormente se calcula el total de moléculas en la muestra:

Masa molar del PbO2 = 239.18 g/mol

n = 1 × 10-3 g[ de PbO2 ×239.18 g de PbO

1mol de PbO

2

2

[ = 4.18 × 10-6 mol de PbO2

(4.18 × 10-6 mol de PbO2) ×1 mol de PbO

6.022 10 moléculas de PbO

2

232#^ h

= 2.517 × 1018 moléculasde PbO2

c. Para el último caso, puesto que ya se conoce el número de moles de la muestra, sola-mente se necesita multiplicarlo por el número de Avogadro:

0.03 mol de CuSO4 ×1 mol de CuSO

6.022 10 moléculas de CuSO

4

234#^ h

= 1.806 × 1022 moléculas de CuSO4

Amadeo Avogadro. Los comientos de Avogadro se edieron al análisis de la cinde partículas gaseosas. Econclusiones, este ísico ymico italiano recurrió a ementos cuyas principales bles eran la modiicación presión y la temperaturesta manera se evidenciólas partículas en estado gso adquirían distintas ene

cinéticas según las condicpresentes en la prueba.muló entonces la denomley de Avogadro, que dicevolúmenes iguales de gdistintos (bajo las mismasdiciones de presión y temtura) contienen igual núde partículas.

etratoR



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BloqUe 1

1. Investiga sobre las unidades undamentales del Sistema Internacional (si) y completa el cuadro siguiente:

Magnitudfísica Unidadbásica Símbolodelaunidad Descripción

Longitud

segundo

kg

ampere Flujo de carga por unidad de tiempo querecorre un material

Temperatura K

mol mol

candela

2. Realiza un cuadro sinóptico con los conceptos de mol, masa órmula, masa molar y volumen molar.3.Eectúa en tu cuaderno las conversiones que se solicitan para que apliques los conocimientos adquiri

dos. Puedes anotar aquí la respuesta.a.Convierte 82 g de azure (S) a mol.b.Convierte 0.02 mol de sodio (Na) a gramos..Calcula el total de moléculas presentes en 0.08 mol de ácido clorhídrico (HCl).. Calcula la masa en gramos que equivale a 6.023 x 1023 átomos de hierro (Fe).

daa aactividad individual

daa aactividad grupal

¿Qué tan grande es un mol? Reunidos en equipos, utilicen la calculadora para desarrollar los cálculos quese solicitan. Cada uno de los casos les ayudará a comprender la dimensión de un mol si lo trasladamos aescala macroscópica.

1. Supongamos que el volumen de un huevo es de, aproximadamente, 7 x 10-5 m3. Asimismo, consideraremos que una gallina ponedora puede producir unos 250 huevos al año y la granja tiene 1 000 gallinasponedoras. Con esta inormación, respondan:a. ¿Cuál es el volumen de un mol de huevos?b. ¿Cuántos años tardarán las 1 000 gallinas en producir un mol de huevos?

2.Los estudiantes de cierta escuela, preocupados por el deterioro ambiental, se han propuesto reunir unmol de latas de reresco para que puedan reciclarse. El volumen aproximado de cada lata de rerescoes de 3 x 10-4 m3 y participarán en la tarea 3 000 alumnos.

a. ¿Qué volumen ocupará un mol de latas de reresco?b. ¿Cuánto tiempo tardarán los 3 000 alumnos en reunir un mol de latas de reresco, si se considera quecada uno de ellos puede recolectar 10 latas por día?Para cerrar la actividad, comparen sus resultados con los obtenidos por otros equipos y escribanaquí las conclusiones.



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El etudo de lo proceo químco puede real-zare tanto de manera cualtatva como cuantta-tva. En el prmer cao, olamente e decrbe loque ucede tomando en cuenta lo apecto má

vble o la aplcacón de modelo teórco paraexplcar un determnado enómeno. Una decrp-cón cuanttatva, por u parte, mplca etablecer

con precón la cantdade de reactvo o pro-ducto mplcado en una reaccón químca.

En lo prmero tempo de la químca, la ma- yoría de lo enómeno etudado ólo e decr-bían ndcando cuále reactvo eran necearo y cuále producto e eperaban de una reaccón.Con el pao de lo glo y la aparcón del métodocentíco expermental, e ue hacendo necearomedr, contar y calcular con la mayor exacttudpoble cuále producto y en qué cantdad podíanobtenere de uno determnado reactvo.

Para el conocmento químco, ue determnan-te conocer qué relacón exte entre la cantdadede lo cuerpo que ntervenen en una reaccón,ademá de paar de lo puramente cualtatvo a locuanttatvo.

El hallazgo de un ntrumento de medcón,la balanza, y u aplcacón de orma temátca

a la nvetgacón de la tranormacone quí-mca por parte del químco rancé Antone-Laurent de Lavoer (1743-1794), propcaronel decubrmento de la leye de la combna-cone químca y el etablecmento de la quí-mca como cenca.

La leye ponderale, que erán el tema de e-tudo de eta eccón, on una expreón clara deea necedad de encontrar la regulardade enlo enómeno y utlzar ete conocmento paraaprovechar mejor la reaccone químca.

La palabra ponderal e reere a algo pertenecente o relatvo al peo. Alconjunto de leye que tenen como objetvo el etudo del peo relatvo de lautanca en una reaccón químca e le llama leye ponderale. ¿Ere capaz demenconar alguna de ella?

Describe elsignicado de lasleyes ponderales

ta 2 Tema 3Tema 1

Describe al mol comola unidad básicadel si para medir lacantidad de sustancia

Analiza las implicacionesecológicas, industriales yeconómicas de los cálculosestequiométricos



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BloqUe 1

Ley de la conservación de la masaLa combutón ha do uno de lo enómeno má oberva-do por lo ere humano dede el decubrmento del uegohace má de un mllón de año (gura 4). El Homo ergaste

llegó a conocerlo por caualdad y bucó cómo preervarlo. Enprmera ntanca lo mportante era la utldad materal deuego, pero luego tracendó como objeto de conocmento

humano a nvel de la cosmología.Hace 2 500 año lo grego e planteaban pregunta como

¿por qué razón alguno cuerpo pueden arder mentra queotro no lo hacen? Ello uponían que todo lo que podía en-trar en combutón llevaba dentro de í el elemento uego yque éte e lberaba bajo condcone apropada. Lo alqu-mta, anteceore del conocmento químco, penaban demanera emejante: para ello la utanca combutble po-eían el “prncpo de azure” que le permtía tal capacdad.

En el año 1702, Georg Ernet Stahl (1660-1734), pret-goo médco y químco alemán, preentó la denomnada teo-ría del fogto para explcar el proceo de la combutón. Deacuerdo con eta teoría, el fogisto o prncpo nfamable erauna utanca mponderable, mteroa, que ormaba parte delo cuerpo combutble.

Fue Lavoer quen demotró la nextenca del fogtomedante expermento donde cudadoamente mdó la maade la utanca ante, durante y depué de la combutónCon u expermento entó la bae de la químca modernaal ncorporar a la obervacón herramenta para medr cu-dadoamente lo que ucede durante el proceo de lo enó-meno químco. Fruto de u obervacone logró enuncarla mportante ley de la conservación de la masa, que e expreade la guente manera: en toda reaccón químca la maa econerva, eto e, la maa total de lo reactvo e gual a la

maa total de lo producto.

Relaciones estequiométricasy la ley de la conservación de la masaHay tre tpo de relacone etequométrca en la queaplcamo drectamente la ley de la conervacón de lamaa: relacone mol-mol, relacone maa-maa y relaco-ne volumen-volumen.Relaciones mol-mol. Proporconan lo mole que e obtenende una utanca a partr de lo mole de otra egún la ecua-cón químca balanceada [Ej. 4].Relaciones masa-masa. A partr de la maa de una utanca ecalcula la maa de un reactvo o de un producto [Ej. 5].

Relaciones volumen-volumen. A partr del volumen de una u-tanca e determna el volumen de otra; e toman en cuentala condcone de preón y temperatura en la que e dea-rrolla la reaccón [Ej. 6].

Homo ergaster .Homínido–individuopertenecientealordendelosprimatessuperiores,conunaconstituciónfísicamuysemejantealadelserhumanoactual–queaparecióaproximadamentehaceunos2millonesdeañosenÁfrica,ydesaparecióhace1millóndeaños.Cosmología.Conocimientodelordendelmundo.

Glosario

En los cálculos estequiométricos, el actor de conver-sión debe colocarse de tal manera que las unidadesque se desean eliminar se coloquen en posiciones

opuestas, esto hace posible la obtención de la unidadsolicitada. Los volúmenes iguales de gases dierentesmedidos en las mismas condiciones de presión y tem-peratura contienen igual número de moléculas. Ésta esla base para deinir la noción de volumen molar en lasreacciones químicas.

l mundo que te rodeaE

Figura 4. El ser humano ue especializándose en el uso del uegoy en su empleo para producir energía y cambios en la materia.




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Ejemplo 4

El sulato de sodio (Na2SO4), compuesto que se utiliza en algunas etapas del procesode abricación del papel y que sirve para obtener compuestos resistentes al uego, sepuede producir por la reacción entre el ácido sulúrico (H2SO4) y el hidróxido de sodio(NaOH) (fgura 5):

H2SO4 + NaOH→Na2SO4 + H2O

Si se suministran a la reacción 4 moles de NaOH, ¿cuántos moles de Na 2SO4 seobtendrán?

suEn primera instancia, la ecuación química debe cumplir con la ley de la conservación de lamasa, es decir, debe estar balanceada, por lo cual se colocan los coefcientes necesarios:

H2SO4 + 2NaOH→ Na2SO4 + 2H2O

Los coefcientes de una ecuación balanceada representan los moles de cada unade las sustancias participantes. En este ejemplo se tiene que 1 mol de H 2SO4 reac-ciona con 2 moles de NaOH para producir 1 mol de Na 2SO4 y 2 moles de H2O.

De acuerdo con esto, la relación de moles de NaOH y Na2SO4 se puede expresar dela siguiente manera: 1 mol de Na2SO4 se obtiene a partir de 2 moles de NaOH. Pararesolver el problema conviene expresar la relación anterior de la siguiente manera:

2 moles de NaOH

1mol de Na SO2 4

Al utilizar el dato del problema, la solución se escribe así:

4 moles de NaOH ×2 moles de NaOH

1mol de Na SO2 4 = 2 moles de Na2SO4

Ejemplo 5

El hipoclorito de sodio (NaClO), ingrediente activo de muchos blanqueadores comer-ciales, puede obtenerse mediante la reacción controlada entre el hidróxido de sodioy el cloro elemental:

2NaOH + Cl2 → NaClO + NaCl + H2O

De acuerdo con la reacción, ¿cuántos gramos de NaOH son necesarios para obtener500 g de NaClO?

su

Se aplica la siguiente estrategia:

a. Convertir los gramos de NaClO a moles utilizando su masa molar.

n = 500 g[ de NaClO ×74.42 g de NaClO

1mol de NaClO

[= 6.72 moles de NaClO

b. Establecer la relación de moles a partir de la ecuación balanceada y calcular losmoles de NaOH.

6.72 moles de NaClO ×1 mol de NaClO

2 moles de NaOH= 13.44 moles de NaOH

Figura 5. El NaOH, que se utilizaabricación de jabones, es un ucorrosivo y cuando reacciona libgran cantidad de calor.



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BloqUe 1

c. Por último, cambiar los moles de NaOH a gramos utilizando su masa molecular, conlo cual se obtiene el resultado pedido.

13.44 moles de NaOH ×1 mol de NaOH

40.08 g de NaOH= 538.67 g de NaOH

Observa que el proceso requiere convertir gramos a moles, establecer la relación molar y cambiar de moles a gramos. Esto puede hacerse mediante una sola operación

como se muestra enseguida:

500 g de NaClO ×74.42 g de NaClO

1 mol de NaClO

[×

1 mol de NaClO

2 moles de NaOH×

1 mol de NaOH

40.08 g de NaOH= 538.67 g de

NaOH

El resultado se obtiene multiplicando todas las cantidades que se encuentran en losnumeradores y dividiendo posteriormente este resultado entre el producto de todoslos denominadores:

74.42 1 1

500 1 2 40.08538.67 g de NaOH=

] ] ]

] ] ] ]

g g g

g g g g

Ejemplo 6

La reacción entre el monóxido de nitrógeno (NO) y el oxígeno (O) da como resultado laormación del dióxido de nitrógeno (NO2), sustancia que participa en la producción deesmog otoquímico (fgura 6).

2NO(g) + O2(g)→ 2NO2(g)

Si la reacción se desarrolla en condiciones estándar de temperatura y presión, ¿cuántoslitros de oxígeno se necesitan para reaccionar con 150 L de monóxido de nitrógeno?

suEn las condiciones estándar de temperatura y presión (T = 0°C y 1 atm)

un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22.4 L. Al tomar comopunto de partida esta inormación, se procede con la siguiente estrategia:

a. Convertir los litros de NO a moles.

b. Establecer la relación molar que proporciona la ecuación balan-ceada.

c.Transormar moles de O2 a litros.

150 L[ de NO ×22.4 L de NO

1 mol de NO

[×

2 mol de NO

1 mol de O2×

1 mol de O

22.4 L de O

2

2 = 75 L de O2

Figura 6. La exposición a largo plazo en niveles bajos deóxido de nitrógeno puede ser causante de alteracionesirreversibles en el tejido pulmonar de las personas.




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daa aactividad individual

páa aba

El contenido estudiado en este tema puede ser repasado en la práctica de laboratorio “Ley de la conserva- ción de la masa” (p. 186) que se encuentra en la Sección fnal.

1. Para resolver un cálculo estequiométrico de relación masa-masa se sigue, básicamente, un proceso devarios pasos. Elabora un mapa conceptual del proceso.

2.Actualmente el amoniaco (NH3) se produce con el proceso Haber-Bosch, el cual hace reaccionar el hi-drógeno (H2) y el nitrógeno (N2):

3H2 + N2 →

2NH3 Si se suministra a la reacción 100 g de H2, responde:

a. ¿Cuántos moles de NH3 se producen?

b. ¿Cuántos moles de N2 se necesitan para completar la reacción?

. ¿Cuánta masa (g) se obtiene de NH3?

3.El clorato de potasio (KClO3) es un compuesto que se utiliza en la elaboración de ósoros, en la industriapirotécnica y de uegos artifciales. En el laboratorio, una de sus aplicaciones principales es la produc-ción de oxígeno cuando es sometido a descomposición mediante calentamiento:

2KClO3 → 2KCl + 3O2

a. ¿Cuántos gramos de KClO se necesitan para obtener 200 g de O2?

b. ¿Cuántas moles de KCl pueden producirse a partir de 245 g de KClO?



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BloqUe 1

Ley de las proporciones defnidas o de ProustEta ley ue ormulada por Joeph Lou Prout (1754-1826), detacado químcorancé, conderado uno de lo padre de la químca moderna, y u enuncado e eguente: cuando do o má elemento e combnan para ormar un determnadocompueto lo hacen en una relacón en peo contante, ndependentemente del pro-ceo egudo para ormarlo.

Tomemo como ejemplo al metano (CH4), el hdrocarburo má encllo, que e

produce naturalmente por la putreaccón anaeróbca de la planta o por decom-pocón de matera orgánca en lo pantano; en la ndutra e obtene a partr dela detlacón racconada del petróleo. En ambo cao, la compocón del metano(ya ea “natural” o “ntétco”) empre e la mma: un átomo de carbono por cuatroátomo de hdrógeno, con la mma caracterítca y propedade.

Composición porcentualUno de lo problema má cotdano que enrentan lo nvetgadore de eta cencaconte en determnar la clae y cantdad de elemento químco que orman parte deuna muetra analzada y en qué cantdad lo hacen (gura 7). Lo reultado del aná-l químco e reportan como porcentaje de cada elemento preente en la muetraEn ete entdo e habla de compocón porcentual.

El cálculo de la compocón porcentual a partr de la órmula molecular e muyencllo. Bata averguar la maa molar y dvdr entre ella la maa de cada elemento pre-ente en la órmula. Al multplcar el reultado por cen e obtene el porcentaje [Ej. 7]

Ejemplo 7

Determina la composición porcentual del sulato de calcio (CaSO4).

suLa masa molar del CaSO4 se calcula de la siguiente manera:

a. Ca: 40.08 × 1 = 40.08 g de Ca

b. S: 32.06 × 1 = 32.06 g de S

c. O: 15.99 × 4 = 63.96 g de O

Masa molar = 136.10 g/mol de CaSO4. La composición porcentual se determina así:

a. Ca:136.10

40.08× 100% = 29.45% de Ca

b. S:136.10

32.06× 100%= 23.55% de S

c. O:136.10

63.96× 100%= 47.00% de O

La comprobación se eectúa sumando los porcentajes obtenidos. El resultado debeser muy cercano o igual a 100%.

daa aactividad grupal

En equipos de dos o tres integrantes analicen por qué es importante mantener un control riguroso de los porcentajes de combinación de los elementos o compuestos de unasustancia. ¿Qué sucedería si se combinan elementos sin saber cuáles son sus propiedades? Expongan los resultados al resto de la clase.

Figura 7. Un nivel excesivo deconcentración de una sustanciaquímica puede causar daños a losconsumidores.




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Fórmula mínima y órmula molecularS e conoce la compocón porcentual de un compueto puede determnare la ór-mula mínma, tambén denomnada órmula empírca [Ej. 8]. Para ello e utlza elguente procedmento:1. Se tranorman lo porcentaje en maa, a partr del upueto de que la muetra en

cuetón tene una maa de 100 g.2. A contnuacón e calculan lo mole de cada uno de lo elemento químco al d-

vdr la maa entre u maa atómca.3. De lo reultado obtendo en el pao número 2 e elge el de menor valor y entre

éte e dvden todo y cada uno. S al termnar lo cálculo e obtenen númeroracconaro, entonce éto e multplcan por una cantdad que lo tranormeen entero.

4. Se contruye la órmula utlzando lo reultado del pao 3 como ubíndce.

Ejemplo 8

La estricnina es un veneno muy peligroso y se usa como raticida. Su composición es:C (75.45%), H (6.587%), N (8.383%), O (9.581%). Con estos datos, encuentra su órmulaempírica.

suSe supone que la muestra tiene una masa de 100 g, con lo cual los porcentajes se transor-man directamente a gramos. Al seguir los pasos explicados, la solución se encuentra de lasiguiente manera:

Elemento Masa(g) Masa atómica

(g/mol)Moles de

cada elementoRelaciónmolar

C 75.45 12.01112.011

75.756.306=

0.598

6.30610.5=

H 6.587 1.008 1.008

6.5876.535=

0.598

6.53510.9 11.0= `

N 8.383 14.00714.00

8.3830.598=

0.598

0.5981.0=

O 9.581 15.999 15.999

9.5810.598 *=

0.598

0.5981.0=

*Indica el menor valor que se situará como denominador en la columna de la relación molar.

En una primera aproximación, la órmula empírica queda así: C10.5H11N1O1. Sin embargo, laórmula mínima o empírica requiere que se tengan números enteros para todos los átomosparticipantes. Para lograrlo se multiplican, en este caso, todos los subíndices por 2 y setiene la solución al problema: C21H22N2O2.

La órmula mínma o empírca muetra la relacone de número entero má m-ple, mentra que en la órmula molecular o verdadera e tene la correcta relacón deátomo que conorman un compueto determnado [Ej. 9]. Para obtener la órmula mole-

cular convene utlzar eta ecuenca de pao:1. Calcular la órmula mínma o empírca.2. Calcular la maa molecular de la órmula mínma o empírca.3. Dvdr la maa molecular verdadera (normalmente, un dato del problema) entre la

obtenda en el pao 2; de ete modo e obtene un actor.4. Multplcar lo ubíndce de la órmula mínma o empírca por el actor obtendo en

el pao 3.



Química 2

ISBN 978 607 7529 36 1

Víctor Manuel Mora González. Es ingeniero

químico industrial (ipn) y proesor de bachillerato

con más de 20 años de experiencia. Participó en la

revisión de los programas de Química 1 y Química 2

de la reorma curricular de la dgb y en la elaboración

de los nuevos programas de 2009 (riems).

Colabora en la ormación de docentesa nivel de bachillerato.

Sobre el autor

Esta colección tiene como propósito cubrir las

necesidades surgidas a raíz de la riems, a través de l

cual se plantea el enfoque de competencias para

este nivel educativo. Los libros de esta colección se

encuentran totalmente apegados a los programade estudio de la dgb.

ColecciónBachillerato

Contaminacióndelsuelo

lmundoqueterodeaE

InfográfIco1. PrIncIPalescontamInantesdel suelo

Lluviaácida

Material de apoyo docen

Serie de herramientas

didácticas disponibles

en Internet y en cd.

Recursos didácticos

Secciones dirigidas al

alumno y al docente

para la comprensión, el

desarrollo y la evaluación

de competencias.

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Optimizado para acilitar

el aprendizaje de

manera visual.

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Este libro está estructurado en cinco bloques, los cuales sebasan en los contenidos del programa de Química II,que corresponde al primer semestre de la Reorma Inte-gral de la Educación Media Superior (riems) de la DirecciónGeneral de Bachillerato (dgb).

Busca desarrollar en los alumnos competencias gené-ricas y disciplinares. Presenta novedosas secciones

destinadas a desarrollar las competencias que les percrear su propio conocimiento, a partir de la comprenscada objeto o enómeno que ocurre en el universo, yen todos participa, de una u otra orma, la química.

Todo esto con la fnalidad de que los estudiantes resulos problemas cotidianos y comprendan racionalmen

entorno inmediato.

El cuidado de tu persona

y de tu entorno

Destinada a que el alumno

refexione cómo valorarse,

cuidarse y respetarse

a sí mismo y a su entorno.

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