Los problemas del examen de la selectividad, sobre el tema la transformación química, involucran normalmente:
- Una reacción química
- Datos sobre los productos o los reactivos, que pueden ser cantidad en gramos o volúmenes de líquidos (y sus concentraciones) o volúmenes de gases.
Debemos tener en cuenta que los reactivos y los productos pueden estar en estado sólido, líquido o gaseoso, por lo que necesitaremos hacer conversiones dependiendo de lo que se nos pregunte.
Por ejemplo, si nos dan un reactivo líquido y otro sólido, necesitamos convertirlos primero a moles de esa sustancia que reacciona para poder llegar a la respuesta, ya que las reacciones químicas se dan mol a mol y se cumple la ley de conservación de masa, lo que quiere decir que los moles de un elemento al lado de los reactivos serán iguales a los moles del mismo en los productos.
Ejercicio de transformación química
Con base en esto veamos un ejemplo de un ejercicio de selectividad del tema transformación química:
El cinc reacciona con el ácido sulfúrico según la reacción:
Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2
Calcule a) la masa de ZnSO4 obtenida a partir de 10 g de Zn y 100 mL de H2SO4 de concentración 2 M.
b) el volumen de H2 desprendido, medido a 25°C y 1 atm, cuando reaccionan 20 g de Zn con H2SO4 en exceso.
Datos: Masas atómicas: Zn 65,4; S=32; O=16; H=1; H=0,082 atm*L/k*mol
Estrategia de solución de la transformación química
1. Verificar que la ecuación esté balanceada.
2. Determinar el reactivo limitante
Como tenemos dos reactivos, que se mezclan para producir el producto ZnSO4, necesitamos cuál de los dos se acaba primero (reactivo limitante). Esto es importante porque una vez que se acabe este reactivo, la reacción ya no continuará, ya que es necesario que haya de los dos reactivos para que se siga generando ZnSO4.
Para esto, se tiene que convertir a moles los reactivos y ver cuál es el que tiene menos moles (este será el reactivo limitante), siempre en una reacción química hay que convertir a moles, ya que esta es la proporción en la que se entienden, es como su moneda de cambio, los moles de sustancia.
3. Transformar reactivo a producto
En este caso, después de hacer los cálculos veremos que el Zn es el reactivo limitante, y corresponde a 0,153 moles, por lo tanto, si se consumen 0,153 moles de Zn se generan 0,153 moles de ZnSO4, lo cual es lo que nos están preguntando. Pero nos preguntan la masa, así que tendremos que pasar los moles a masa, sabemos que la unidad de la masa son los gramos, es decir, nos están preguntando a cuantos gramos corresponden 0,153 moles de ZnSO4. (Clave. Recordemos que para hacer esta conversión tenemos que calcular el peso de un mol de ZnSO4 el cual se hace con los pesos atómicos que figuran en la tabla periódica, y por una regla de tres o factor de conversión hallamos los gramos de ZnSO4.
Resolución del ejercicio de transformación química
1. ¿La reacción está balanceada?
Sí, los moles de todos los elementos son iguales en los reactivos y productos, hay un mol de Zn en reactivos (a la izquierda de la flecha) y 1 mol de Zn en productos (derecha de la flecha), y de igual forma con el S, el O, y el H. En este orden se balancea una ecuación (metales, no metales, oxígeno, y por último H).
2. Determinar el reactivo limitante
Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2
10 g + 100 mL (2M) -> ? g + ? L
Comentarios. He puesto debajo de la reacción los datos que me da el problema, y las preguntas. Debajo de H2SO4 he puesto 100 mL y 2M que es la concentración, 2M es una unidad de concentración de una solución, por lo que sabemos que este reactivo es una solución de H2SO4 que está en una concentración 2M o lo que es igual 2 moles de H2SO4 en cada litro.
? mol Zn = 10 g Zn * (1 mol Zn / 65,4 g Zn) = 0,153 mol Zn. Reactivo limitante
? mol H2SO4 = 100 mL H2SO4 * ( 2 mol / 1000 mL) = 0,200 mol H2SO4.
Comentario. Lo anterior se llama factores de conversión y es la manera más rápida y segura de hacer conversiones, y la forma en la que lo hago es así:
Me pregunto: cuántos moles de Zn ( ? mol Zn) hay ( =) en (10 g de Zn), sí en 65,4 g Zn hay un mol de Zn, (1 mol Zn / 65,4 g Zn). Lo que hago es que me realizo esta pregunta y lo expreso en una fórmula (lo que pongo entre paréntesis). El factor de conversión es una fracción por la que uno multiplica una magnitud para cambiarla de unidades (1 mol Zn / 65,4 g Zn). Las características del factor de conversión es que en el denominador deben quedar las mismas unidades de lo que estoy convirtiendo para que se cancelen, y en el numerador las unidades que quiero. Por ejemplo 10 g de Zn los quiero a pasa a moles de Zn, por lo que en el denominador pongo los gramos de Zn y en el numerador 1 mol, lo que es igual a decir en 1 mol de Zn hay 65,4 gramos.
3. Transformar reactivo a producto
En el paso 2 determinamos que el reactivo limitante era 0,153 mol Zn, aquí está la clave, si se consumen 0,153 mol de Zn se generarán por consiguiente 0,153 mol de ZnSO4 (por la ley de conservación que hablamos antes).
Aplicamos un factor de conversión para hallar la masa de ZnSO4 producida, y así resolvemos el punto a del ejemplo.
? g ZnSO4 = 0,153 mol ZnSO4 * ( 161,4 g ZnSO4/ 1 mol de ZnSO4) = 24,7 gramos
Clave. Cuántos gramos de ZnSO4 hay en 0,153 moles de ZnSO4 si en 1 mol (denominador para cancelar los moles) hay 161,4 gramos de ZnSO4 (en el numerador para que la respuesta me quede en g de ZnSO4).
y si te preguntas de donde 161,4, es el peso de un mol de ZnSO4, el cual se haya sumando los pesos de Zn, S y 4O = 65,4+32+(4x16)=161,4 g ZnSO4/mol ZnSO4.
