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Química cuantitativa

AQA · GCSE · Chemistry · Tema 3

3.1

Química cuantitativa: contar átomos por masa

  • Los átomos ni se pierden ni se crean: la ecuación balanceada es un libro mayor de masa, y la conservación de masa cierra todas las cuentas.
  • El mol convierte gramos en conteos de partículas; los moles convierten ecuaciones en aritmética de masas reactivas.
  • Rendimiento, economía atómica, concentración (solo química) y volúmenes de gas (HT) completan el kit cuantitativo.
Vocabulario Entrenar
English Español
conservation of mass/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv mæs/ conservación de la masa
relative formula mass/ˈrelətɪv ˈfɔːmjʊlə mæs/ masa fórmula relativa
mole/məʊl/ mol
Avogadro constant/ˌævəˈɡædrəʊ ˈkɒnstənt/ constante de Avogadro
limiting reactant/ˈlɪmɪtɪŋ rɪˈæktənt/ reactivo limitante
percentage yield/pəˈsentɪdʒ jiːld/ rendimiento porcentual
3.1

Conservación de la masa y ecuaciones (4.3.1)

Syllabus

Medidas químicas, conservación de la masa y ecuaciones (AQA 8462 enunciados 4.3.1.1-4.3.1.4).

  1. Balancea ecuaciones simbólicas y utiliza la conservación de la masa.
  2. Calcula masas formulales relativas y porcentaje en masa de un elemento.
  3. Explicar los cambios aparentes de masa cuando se involucra un gas.
  4. Estimar la incertidumbre como el rango de mediciones repetidas alrededor de la media.

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Conservación de la masa: no se pierden ni se crean átomos, por lo que la masa de los productos iguala la masa de los reactivos. Las ecuaciones simbólicas están balanceadas en número de átomos; conocer la diferencia entre un coeficiente ante una fórmula (número de unidades) y un subíndice dentro de ella (átomos en la unidad).

Masa formula relativa (Mr) = suma de las masas atómicas relativas indicadas en los números mostrados. En una ecuación balanceada, ΣMr de reactivos = ΣMr de productos. Porcentaje en masa de un elemento = (Ar × número de átomos ÷ Mr) × 100 %.

Izquierda: un metal oxidándose gana masa al unirse el oxígeno. Derecha: una carbonato descomponiéndose pierde masa al escapar CO2.

Cambios de masa con gases: metal + oxígeno → óxido gana masa; descomposición térmica de un carbonato pierde el CO₂ escapado — no se viola ninguna ley una vez que el gas se contabiliza.

Incertidumbre: toda medición conlleva incertidumbre; usar el rango de mediciones repetidas alrededor de la media como su estimación (y media ± rango/2 en cálculos).

3.2

Moles y masas reactivas — HT (4.3.2)

Syllabus

Moles y masas en reacción, HT (AQA 8462 enunciados 4.3.2.1-4.3.2.5).

  1. Usar el mol, la constante de Avogadro y moles = masa / Mr.
  2. Calcular las masas en reacción a partir de ecuaciones balanceadas.
  3. Balancear ecuaciones a partir de masas en reacción.
  4. Explicar y usar el reactivo limitante.
  5. Calcular concentraciones en g/dm3 y, con mol/dm3, relaciones masa-volumen.

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

El mol: la masa de un mol de una sustancia en gramos es numéricamente su Mr. Un mol contiene la constante de Avogadro de partículas — 6.02 × 10²³ — el mismo conteo de partículas declaradas (átomos, moléculas, iones) que un mol de cualquier otra sustancia.

Triángulo del mol: moles arriba, masa abajo al centro, Mr abajo en las esquinas; cubrir la cantidad deseada.
$$\text{moles} = \frac{\text{mass (g)}}{M_r}$$

Ecuaciones como proporciones molares: Mg + 2 HCl → MgCl₂ + H₂ se lee "1 mol de Mg reacciona con 2 mol de HCl → 1 mol de MgCl₂ + 1 mol de H₂". Dado cualquier masa, calcule todas las demás: masa → moles → proporción → moles → masa.

Balanceo a partir de masas: convierta cada masa a moles, divida por el valor más pequeño y elimine fracciones para obtener números enteros.

Reactivo limitante: el reactivo que se consume completamente limita la formación del producto; un exceso del otro asegura la finalización. Calcule el producto solo a partir de los moles del reactivo limitante.

Concentración: en g/dm³ para todos los niveles —masa de soluto en un volumen dado—; (HT) también mol/dm³: moles = concentración × volumen(dm³), despejando según sea necesario.

3.3

Rendimiento y economía atómica — solo química (4.3.3)

Syllabus

Rendimiento y economía atómica, solo química (AQA 8462 enunciado 4.3.3).

  1. Dar las tres razones por las que el rendimiento es inferior al 100 por ciento.
  2. Calcular el porcentaje de rendimiento y (HT) primero la masa teórica.
  3. Calcular la economía atómica y explicar su importancia.

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

El rendimiento porcentual es inferior al 100 % porque: la reacción es reversible; el producto se pierde en la separación; los reactivos reaccionan de maneras no deseadas.

$$\%\ \text{yield} = \frac{\text{mass actually made}}{\text{maximum theoretical mass}} \times 100$$

La economía atómica mide cuánto del material inicial termina en el producto útil — una alta economía atómica es importante para la sostenibilidad y el costo:

$$\text{atom economy} = \frac{M_r \text{ of desired product}}{\text{sum of } M_r \text{ of all reactants}} \times 100\ \%$$

(HT) calcule la masa teórica a partir de la ecuación balanceada, luego el rendimiento.

Vocabulario Entrenar
English Español
atom economy/ˈætəm ɪˈkɒnəmi/ economía atómica
concentration/ˌkɒnsənˈtreɪʃn/ Concentración
titration/taɪˈtreɪʃn/ titulación
3.4

Concentraciones en mol/dm³ — solo química, HT (4.3.4)

Syllabus

Concentraciones en mol/dm3, solo química, HT (AQA 8462 enunciado 4.3.4).

  1. Relacionar moles, masa, volumen y concentración en mol/dm3.
  2. Calcular una concentración desconocida a partir de volúmenes de titulación y la proporción de la ecuación.

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

La concentración en mol/dm³ relaciona moles, masa y volumen: moles = C × V; en una titulación, conocer los volúmenes de ambas soluciones y una concentración permite hallar la otra — moles de ácido = moles de base en la neutralización (respete la proporción de la ecuación).

3.5

Volúmenes de gases — solo química, HT (4.3.5)

Syllabus

Volúmenes de gas, solo química, HT (AQA 8462 enunciado 4.3.5).

  1. Indicar que volúmenes iguales de gas contienen iguales moles a la misma temperatura y presión.
  2. Usar la proporción de la ecuación para relacionar volúmenes de gas en reacciones.

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Un volumen dado de gas contiene el mismo número de moles a la misma temperatura y presión — volúmenes iguales = moles iguales. Los volúmenes de gases que reaccionan (y productos) siguen directamente la proporción de la ecuación, p. ej., 2 volúmenes de hidrógeno reaccionan con 1 volumen de oxígeno.

3.5

Lista de verificación antes de considerar este tema completado

  • Balancee ecuaciones; Mr y sumas de porcentaje en masa; explique cambios aparentes de masa con gases.
  • (HT) conversiones entre moles ↔ masa, constante de Avogadro, cadenas de proporciones, balanceo a partir de masas, reactivo limitante.
  • (Química/HT) rendimiento porcentual con sus tres razones; fórmula de economía atómica; concentración por titulación; proporciones de volumen gaseoso.

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