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guia 12 reactivo limite rendimiento y pureza (1)

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INSTITUCIÓN EDUCATIVA MUNICIPAL
DANE No. 125899000461 -NIT 860.030.389-8
Zipaquirá
CUNDINAMARCA
DECIMASEGUNDA GUIA DIDÁCTIVA PARA TRABAJO EN CASA IEMC/2021
“Aprende en Casa”
1. IDENTIFICACIÓN DE LA GUÍA
Asignatura: Ciencias Naturales - Química
GRADO: 1001, 1002, 1003, 1004
Estándar de competencia:
• Explica a partir de relaciones cuantitativas y reacciones químicas (oxido-reducción,
descomposición, neutralización y precipitación) y la formación de nuevos compuestos,
dando ejemplos de cada tipo de reacción.
• Proyecta prácticas de laboratorio en las cuales analiza los factores que influyen en la
formación de compuestos inorgánicos. Durante este proceso utiliza cálculos para
saber exactamente la cantidad de reactivo necesario para obtener una cantidad de
producto o cuánto producto se obtiene de acuerdo a la cantidad de reactivo.
Nombre del profesor: Lic. Esp. Sandra Mireya Aldana Aldana
Correo electrónico del profesor: [email protected]
Tiempo para el desarrollo de la Actividad: Dos Semanas
Fecha de entrega:
Sitio virtual de entrega:
•
Martes 19 de Octubre de 2021
•
Correo Electrónico:
[email protected]
Vía Whatsapp: 3177541109 (solamente casos
especiales).
2. INTRODUCCIÓN
Pensemos cada una de nuestras acciones y decisiones, los días no son iguales y
cada uno trae su afán… ¡¡¡Demos lo mejor siempre!!!
Debes recordar que, en esta época, la empatía, la solidaridad, el respeto y el pensar en el otro; nos
llevan a mejorar como personas y familia, ¡¡Quédate en casa!!
Documento FGDV-IEMC
Versión 1.0
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3. EXPLICACIÓN DE LA UNIDAD TEMATICA (profesor)
Nota: Para comprender mejor los conceptos, se realizarán encuentros sincrónicos
por la plataforma Google Meet según horario. La invitación a la reunión se enviará
por el grupo de Whatsapp 11º (Quím/Biol).
Tema a Trabajar: REACTIVO LIMITE – RENDIMIENTO - PUREZA
En química, es importante determinar las sustancias que participan en una reacción según
su consumo total o exceso. Esto lo podemos determinar fácilmente con el siguiente ejemplo:
Tenemos cinco salchichas y cuatro panes. ¿Cuántos perritos calientes podemos
hacer?
Suponiendo que las salchichas y los panes se combinan en una tasa de uno a uno, estaremos
limitados por el número de panes porque es lo que se nos va a acabar primero. En esta
situación poco ideal llamaríamos a los panes el reactivo limitante.
En una reacción química, el reactivo limitante es el reactivo que determina cuánto
producto se va a obtener. A veces decimos que los otros reactivos están en
exceso porque va a sobrar algo cuando el reactivo limitante se haya utilizado por completo.
La cantidad máxima de producto que se puede producir se llama el rendimiento teórico.
Dadas las leyes que rigen nuestro universo, específicamente la ley de la conservación de la
materia es necesario conocer la cantidad de reactivos que son necesarios para conseguir la
cantidad deseada de productos, por lo que un buen uso de la estequiometria es primordial en
los procesos en los que se desarrollan reacciones químicas.
Para la química en alimentos, y básicamente en toda la industria que tenga contacto con
la química, se necesita del balance de masas (estequiometria) y el encargado de ese trabajo
es el gerente de producción. De esta manera, se optimizan las reacciones, y los gastos
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para tener productos de calidad. En una industria como la de los alimentos la estequiometria
se usa diariamente, lo que nos deja simplemente con una gran responsabilidad, el hecho no
sólo de manejar la estequiometria si no al mismo tiempo entenderla y saber su finalidad.
La síntesis orgánica es una de las ramas en la que más se utiliza la estequiometria,
debemos de estar conscientes que un error en esa industria conlleva pérdidas (tiempo y/o
dinero) y accidentes para los que allí trabajan. Dentro de la investigación y el desarrollo de
productos nuevos, la estequiometria juega un rol importante, ya que nos indica fielmente
el costo y la ganancia a la que nos llevaría la comercialización de dicho producto, lo
cual es un principio básico en cualquier industria.
•
Reactivo o Reactante Límite
Lo ideal sería que en una reacción química los reactivos estuviesen en la correcta proporción
estequiométrica, es decir en aquella proporción que describe la ecuación química balanceada
a fin de que todos los reactivos se consuman totalmente y por igual, al final de la reacción.
Pero lamentablemente en la realidad las cosas no son así, por el contrario, lo más habitual
suele ser que al final de una reacción haya un reactivo que se consuma totalmente, pero haya
uno o más que sobren sin reaccionar. Al reactivo que al final de una reacción se ha
consumido por completo se le llama reactivo limitante y al o a los reactivos que sobren
y que lógicamente no puedan seguir reaccionando por la ausencia del limitante, se les
da el nombre de reactivo en exceso. Como podemos ver, cuando una reacción se detiene
porque se acaba uno de los reactivos, a ese reactivo se le llama reactivo limitante y recibe
ese nombre ya que determina o indica la cantidad máxima de producto formado. El o los
reactivos en exceso, aunque quieran formar más producto no lo podrán hacer pues ya no hay
el otro reactivo (el limitante) pues se acabó.
¿Cómo calcular el Reactivo Límite?
•
Paso 1: Balancear la ecuación.
•
Paso 2: Establecer la relación molar teniendo en cuenta las cantidades de reactivo
que brinda el problema (si están en gramos deben pasarse a moles) frente a los moles
de la ecuación balanceada y establecer el factor de conversión respectivo. El
resultado de menor valor corresponde a la cantidad de producto solicitado y la
sustancia que lo forma es el reactivo límite.
•
Paso 3: Determinar la masa de producto (si es necesario), partiendo de la información
en moles que resulta del problema según el reactivo límite, estableciendo los factores
de conversión que correspondan.
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Ejemplo 1: Cálculo de Moles de producto a partir del Reactivo Límite:
“En el laboratorio se combinan 3 moles de CO y 5 moles de H 2. Calcula el
número de moles de CH3OH que se forman e identifica al reactivo límite”
CO(g) + H2(g)
•
Paso 1: Balancear la ecuación.
CO(g) + 2H2(g)
•
•
CH3OH (g)
Paso 2: Establecer la relación molar teniendo en cuenta las cantidades de reactivo
que brinda el problema (si están en gramos deben pasarse a moles) frente a los moles
de la ecuación balanceada y establecer el factor de conversión respectivo. El
resultado de menor valor corresponde a la cantidad de producto solicitado y la
sustancia que lo forma es el reactivo límite.
CO(g) + 2H2(g)
•
CH3OH (g)
CH3OH (g)
En este paso realizamos dos planteamientos, uno para cada reactivo frente al
producto formado según los coeficientes o moles de la ecuación balanceada:
a. 1 mol de CO produce 1 mol de CH3OH
b. 2 moles de H2 produce 1 mol de CH3OH
Se realiza el factor de conversión teniendo en cuenta los valores que nos indican
en el problema para cada reactivo con los planteamientos anteriores, el
resultado de menor valor es la sustancia que se considera reactivo límite.
3 moles de CO x
5 moles de H2 x
1 mol de CH3OH
1 mol de CO
1 mol de CH3OH
2 moles de H2
= 3 moles de CH3OH
= 2.5 moles de CH3OH
Menor valor
R/= Se producen 2.5 moles de CH3OH a partir de 5 moles de H2, siendo éste el
reactivo Límite y el CO el reactivo en exceso (+0.5 moles).
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Ejemplo 2: Cálculo de Masa en gramos de producto a partir del Reactivo
Límite:
“El monóxido de carbono y el gas hidrógeno reacciona para formar metanol. Si
reaccionan 48 g de CO y 10 g de H2, ¿cuántos gramos de metanol se
producirían?”
CO(g) + H2(g)
•
Paso 1: Balancear la ecuación.
CO(g) + 2H2(g)
•
CH3OH (g)
CH3OH (g)
Paso 2: Establecer la relación molar teniendo en cuenta las cantidades de reactivo
que brinda el problema (si están en gramos deben pasarse a moles) frente a los moles
de la ecuación balanceada y establecer el factor de conversión respectivo. El
resultado de menor valor corresponde a la cantidad de producto solicitado y la
sustancia que lo forma es el reactivo límite.
a. 1 mol de CO produce 1 mol de CH3OH
b. 2 moles de H2 produce 1 mol de CH3OH
➢ Se deben pasar los gramos de reactivos a moles y esta respuesta a
moles de producto teniendo en cuenta los coeficientes (moles) de la
ecuación balanceada.
48 g CO x 1 mol CO = 1.71 moles de CO x 1 mol CH3OH = 1.71 moles de CH3OH
28 g CO
1 mol CO
Menor Valor
10 g H2 x 1 mol H2 = 5 moles de H2 x 1 mol CH3OH = 2.5 moles de CH3OH
2 g H2
2 moles de H2
•
Paso 3: Determinar la masa de producto (si es necesario), partiendo de la información
en moles que resulta del problema según el reactivo límite, estableciendo los factores
de conversión que correspondan.
1.71 moles de CH3OH x 32 g de CH3OH = 54.8 g de CH3OH
1 mol de CH3OH
R/= A partir de 48 g de CO y 10 g de H2, se producen 54.8 g de CH3OH, siendo el CO el
Reactivo Límite.
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•
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Rendimiento:
El reactivo limitante de una reacción está relacionado con la cantidad de producto que se
puede obtener de la reacción. Esta cantidad se llama rendimiento de la reacción. Hay tres
tipos de rendimiento relacionados con el estudio cuantitativo de las reacciones químicas:
1. RENDIMIENTO TEÓRICO: El rendimiento teórico de una reacción es la cantidad de
producto que se predice que se formará a partir de la ecuación balanceada y de los
cálculos matemáticos correspondientes cuando ha reaccionado todo el reactivo
limitante. El rendimiento teórico es entonces el rendimiento máximo que se puede
obtener.
2. RENDIMIENTO REAL: Llamamos rendimiento real a la cantidad de producto obtenida
en el ejercicio o en la práctica de laboratorio. El rendimiento real, es casi siempre
inferior al rendimiento teórico. Existen varias razones para ello. Por ejemplo:
- Muchas reacciones son reversibles, por lo que no ocurren al 100% de izquierda a
derecha.
- Otras veces, la reacción si ocurre al 100%, pero resulta muy difícil recuperar todo el
producto del medio de la reacción, por ejemplo si está disuelto en una solución acuosa.
- Otras veces, alguno de los reactivos no está ciento por ciento puro, contiene
impurezas que fueron tomadas en cuenta sin querer en el momento de masarlo y que
al final no reaccionan, por lo tanto, se obtiene menos producto que el esperado.
- En otras ocasiones, en las reacciones se obtienen productos que pueden, de forma
espontánea, reaccionar entre sí o con los reactivos para formar otros productos no
esperados, estas reacciones posteriores reducen el rendimiento de la primera
reacción.
3. RENDIMIENTO PORCENTUAL: Se describe como la proporción del rendimiento real
con respecto al rendimiento teórico, y se define como sigue:
Un rendimiento porcentual puede variar desde una fracción de 1% hasta el 100%. Una
meta importante para un químico que se dedica al trabajo de laboratorio, es la
optimización del rendimiento porcentual del producto de una reacción.
¿Cómo calcular el Rendimiento?
•
Paso 1: Balancear la ecuación.
•
Paso 2: Establecer los valores que brinda la situación en gramos en reactivos y
producto (si se dan los gramos de ambos reactivos se debe calcular el reactivo límite
y con él, desarrollar el ejercicio), y hacer la conversión a moles. Se debe tener en
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cuenta los coeficientes o moles de la ecuación balanceada para la equivalencia tanto
de reactivos como de productos. El valor en gramos que se da de producto en el
problema es el rendimiento real y el valor obtenido en los cálculos es el rendimiento
teórico, este último, siempre debe ser mayor que el anterior.
•
Paso 3: Determinar el porcentaje de rendimiento aplicando la formula correspondiente
con los valores del problema del producto (rendimiento real) y el calculado (rendimiento
teórico).
Ejemplo 3: En una nave espacial, el LiOH se usa para absorber el CO2 exhalado
del aire respirado para formar LiHCO3. ¿Cuál es el rendimiento porcentual de la
reacción, si 50 g de LiOH dan 72.8 g de LiHCO3?
LiOH(s) + CO2(g)
•
Paso 1: La Ecuación se encuentra balanceada.
LiOH(s) + CO2(g)
•
LiHCO3(s)
LiHCO3(s)
Paso 2: Partiendo de los valores que se dan en gramos de reactivos se deben convertir
a moles, luego establecer la equivalencia con los coeficientes de la ecuación
balanceada que incluya el reactivo y el producto y por último estas moles de producto,
pasarlas a gramos. Este resultado es nuestro rendimiento teórico, que es el que se
calcula.
LiOH(s) + CO2(g)
50 g
LiHCO3(s)
72.8 g
Rendimiento Real
•
Como observamos en los datos, sólo brindan una cantidad de reactivo, por
tanto, no debe calcularse el reactivo límite. Debe calcularse el peso molecular de
las sustancias involucradas en reactivos y productos.
50 g LiOH x 1 mol LiOH = 2.08 moles de LiOH x 1 mol LiHCO3 = 2.08 moles de LiHCO3
24 g LiOH
1 mol LiOH
2.08 moles LiHCO3 x 68 g LiHCO3 = 141.44 g LiHCO3 (Rendimiento Teórico).
1 mol LiHCO3
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•
Paso 3: Con los valores del rendimiento real y rendimiento teórico, se aplican a la
fórmula para establecer el porcentaje de eficiencia de la reacción propuesta.
% de Rendimiento = 72.8 g de LiHCO3 x100%
141.44 g de LiHCO3
= 51.47%
•
Pureza:
Es muy habitual que las sustancias que intervienen en los procesos químicos contengan
impurezas. Estas impurezas representan un peso adicional que aumenta el peso de la
sustancia pura, lo que afecta la calidad del producto. Debido a esto, es importante cuantificar
las impurezas antes de hacer cualquier cálculo estequiométrico, para conocer así, la cantidad
real de reactivo puro a partir del cual debemos realizar el cálculo.
¿Cómo calcular la Pureza en una Reacción?
•
•
•
Paso 1: Balancear la ecuación.
Paso 2: Determinar a partir del porcentaje de pureza planteado, la cantidad que
corresponde a gramos puros e impurezas.
Paso 3: Calcular los gramos de producto final partiendo del valor de gramos puros de
sustancia, haciendo conversión de este a moles, luego relacionando los coeficientes o
moles de la ecuación balanceada y por último, realizar la conversión a gramos de
producto.
Ejemplo 4: ¿Cuántos gramos de óxido de magnesio MgO se obtienen cuando
se hacen reaccionar 250g de magnesio Mg de una pureza del 75% en
presencia de oxígeno (O2) según la siguiente ecuación?:
Mg(s) + O2(g)
•
MgO(s)
Paso 1: Balancear la ecuación.
2Mg(s) + O2(g)
2MgO(s)
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•
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Paso 2: Determinar a partir del porcentaje de pureza planteado, la cantidad que
corresponde a gramos puros e impurezas. Para ello se debe tomar el valor en
gramos de reactivo y establecer la equivalencia.
Esto quiere decir que de los 250g iniciales que teníamos de Mg impuro, tan sólo 187,5g
son Mg, el resto (62,5g) son impurezas que no nos interesan para nuestros cálculos.
•
Paso 3: Calcular los gramos de producto final partiendo del valor de gramos puros de
sustancia, haciendo conversión de este a moles, luego relacionando los coeficientes o
moles de la ecuación balanceada y por último, realizar la conversión a gramos de
producto.
187.5 g Mg x 1 mol Mg = 7.71 moles de Mg x 2 moles MgO = 7.71 moles de MgO
24.3 g Mg
2 moles Mg
7.71 moles de MgO x 40.3 g MgO = 310.7 g de MgO
1 mol MgO
R/= A partir de 250 g de Mg al 75% de pureza, se producen 310.7 g de MgO.
Para tener mayor compresión del tema, observa los siguientes videos…
▪ Porcentaje de Pureza de un Compuesto Químico
https://www.youtube.com/watch?v=pIPnDSyvdAc
▪ Reactivo Límite y en Exceso
https://www.youtube.com/watch?v=Ul7WDHqx8c4
4. ACTIVIDADES A DESARROLLAR POR EL ESTUDIANTE
ACTIVIDAD DEL ESTUDIANTE PARA PRESENTAR EN DOS SEMANAS
1. En tu cuaderno desarrolla los siguientes ejercicios de reactivo límite, según los
ejemplos vistos en clase y en la explicación: (Envía los ejercicios con cálculos
matemáticos completos)
a. Nitrógeno e Hidrógeno reaccionan para formar amoníaco. Determina el reactivo
límite cuando reaccionan 3 moles de N2 y 5 moles de H2.
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N2(g) + H2(g)
NH3(g)
b. Determina el reactivo límite cuando reaccionan 2 moles de Fe y 6 moles de O 2
Fe(g) + O2(g)
Fe2O3(s)
c. Cuando una mezcla de 12.8 g de Na y 10.2 g de Cl2 reaccionan, ¿Cuál es la
masa de NaCl que se produce?
Na(s) + Cl2(g)
NaCl(s)
d. Cuando el dióxido de nitrógeno (NO2) del escape de un automóvil se combina con
agua en el aire forma ácido nítrico (HNO3), que causa lluvia ácida y óxido de
nitrógeno (NO). ¿Cuántos gramos de HNO3 se producen si 225 g de NO2 se
mezclan con 55.2 g de H2O?
NO2(g) + H2O(l)
HNO3(ac) + NO (g)
2. En tu cuaderno desarrolla los siguientes ejercicios de rendimiento, según los
ejemplos vistos en clase y en la explicación: (Envía los ejercicios con cálculos
matemáticos completos):
a. El disulfuro de carbono se produce mediante la reacción de carbono y dióxido de
azufre. ¿Cuál es el rendimiento porcentual para la reacción, si 40 g de carbono
producen 36 g de disulfuro de carbono?
C(s) + SO2(g)
CS2(g) + CO (g)
b. Cuando 30 g de carbono se calientan con dióxido de silicio, se producen 28.2 g de
monóxido de carbono. ¿Cuál es el rendimiento porcentual de esta reacción?
SiO2(g) + C(s)
SiC(g) + CO (g)
c. Calcio y Nitrógeno reaccionan para formar Nitruro de Calcio. Si 56.6 g de calcio se
mezclan con gas nitrógeno y se producen 32.4 g de nitruro de calcio, ¿cuál es el
rendimiento porcentual de la reacción?
Ca(s) + N2(g)
Ca3N2(s)
d. El cloruro de calcio CaCl2 reacciona con nitrato de plata AgNO3 para producir un
precipitado de cloruro de plata AgCl. En un experimento se obtienen 1.864 g de
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precipitado. Si el rendimiento teórico del cloruro de plata es 2.45 g. ¿Cuál es el
rendimiento porcentual?
CaCl2(ac) + AgNO3(ac)
AgCl(s)
+ Ca(NO3)2(ac)
3. Realiza un video explicando como se aplica el reactivo límite en el siguiente
experimento. Una vez tengas tu video (recuerda al grabarte portar el uniforme de diario
o la sudadera del colegio) enviarlo al correo electrónico.
•
Materiales: 3 cucharadas de Bicarbonato de Sodio, 1 frasco de vinagre blanco, 4
botellas plásticas pequeñas vacías del mismo tamaño, 4 globos, 1 embudo
(puede realizarse un cono de papel), 2 tapas plásticas (de las botellas a usar), 1
marcador permanente.
•
Procedimiento: 1. Colocar las botellas en una mesa separadas entre sí, con el
marcador permanente coloca en cada botella los números 1, 4, 7 y 10. 2. Mide con
una de las tapas la cantidad de vinagre respectiva escrita en cada botella y agrégalo
con el embudo. 3. Coloca en la tapa restante, bicarbonato de sodio y con ayuda del
embudo deposita 1 tapa en cada globo. 4. Por último, colocamos cada globo en la boca
de cada botella, cuidando que no escape el aire y dejamos caer el bicarbonato de sodio
sobre el vinagre y observa la reacción química que sucede. Explica que sustancia actúa
como reactivo límite.
4. Resuelve la siguiente pregunta tipo Icfes, justifica tu respuesta realizando el
procedimiento completo y seleccionando la opción que corresponda.
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5. Observa atentamente la siguiente etiqueta y explica en un párrafo de 6 renglones
¿cómo se representa en este producto el rendimiento y la pureza?
Pasos para entregar la tarea:
CON INTERNET:
1. Realiza los ejercicios en el cuaderno, pega las fotos en un documento de Word.
2. Envía el video del experimento.
3. Documento y video envíalo como anexo o enlace compartido de Drive si es muy
pesado al correo [email protected]
SIN INTERNET:
Envía foto de los ejercicios elaborados en el cuaderno y el video del experimento al
WhatsApp 3177541109
5. EVIDENCIAS DE APRENDIZAJE (Productos que debe entregar el estudiante y
tiempos)
Enviar la actividad a tiempo, en orden y
Correo electrónico, WhatsApp
completa; si son fotografías, enviarlas con
buena iluminación y que se entiendan.
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6. MATERIAL ADICIONAL DE AYUDA RECOMENDADO (Bibliografía y referencias
electrónicas)
Academia de Química
https://www.ipn.mx/assets/files/cecyt11/docs/Guias/UABasicas/Quimica/quimica-2.pdf
¿Para que nos sirve la Estequiometría?
http://repositorio.cfe.edu.uy/bitstream/handle/123456789/746/Aprendiendo%20estequiometr
%C3%ADa%20en%20contexto.pdf?sequence=2&isAllowed=y
7. CRITERIOS DE EVALUACIÓN
•
Entrega de los productos que cumplan con los criterios expuestos en ellos al correo
electrónico o vía Whatsapp (casos especiales).
•
Compromiso con la fecha de entrega.
•
Explicación argumentada del tema en el video aplicado al experimento asignado.
8. GLOSARIO
SOLO PARA LEER:
1. Estandarización. Determinación de la concentración de una solución mediante la
utilización, directa o indirecta, de un patrón o estándar primario.
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2. Estequiometría. Parte de la química que determina las relaciones en las que se
combinan las sustancias químicas. La estequiometría corresponde a la matemática
química.
3. Modelo de reacción química: permite establecer las diferentes sustancias que
participan en la obtención de las funciones químicas inorgánicas, así como los
elementos que las conforman.
4. Química analítica: estudia los métodos de reconocimiento y determinación de los
elementos que conforman a las sustancias; se divide en cualitativa y cuantitativa.
5. Reactividad química: es la capacidad de una sustancia que al estar en contacto con
otra modifica su estructura interna.
6. Reactivo o reactante: se refiere a la sustancia que se escribe a la izquierda de la
flecha y constituye el primer miembro de la ecuación.
7. Representación de una reacción química: describe los cambios que suceden en la
naturaleza debido al reordenamiento de los átomos de la materia de forma objetiva,
cuantitativa y ordenada.
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