REACCIONES QUÍMICAS. 1º Bachillerato Santa María del Carmen Alicante

Transcripción

1 REACCIONES QUÍMICAS 1º Bachillerato Santa María del Carmen Alicante

2 1. Reacciones químicas 2. Velocidad de reacción 3. Ecuación química 4. Cálculos estequiométricos

3 En un proceso químico (o reacción química) se produce una profunda alteración de la materia. Se parte de unas sustancias (reactivos) y lo que se obtiene después del proceso (productos) son unas sustancias completamente diferentes a las de partida. Para representar abreviadamente las reacciones químicas se utilizan las ecuaciones químicas.

4 En una ecuación química se escriben las fórmulas de los reactivos a la izquierda y las de los productos a la derecha separados por una flecha: Reactivos Productos

5 TEORÍA DE LAS COLISIONES Entre los reactivos existe afinidad química Las moléculas átomos o iones tienen energía suficiente La colisión tiene la orientación adecuada Entre las partículas de los reactivos habrán choques eficaces(rotura de enlaces) Cualquier reacción química implica la ruptura de enlaces en las sustancias reaccionantes y la formación de nuevos enlaces en los productos

6 TEORÍA DE LAS COLISIONES

7 Para que se verifique una reacción química ha de producirse: 1. Una ruptura de los enlaces en los reactivos. Aporte de energía. 2. Un reagrupamiento de los átomos de forma distinta. 3. Una formación de nuevos enlaces para formarse los productos. Desprendimiento de energía.

8 En el balance final de energía para el proceso puede ocurrir: Energía aportada > Energía desprendida. Se absorbe energía (calor). Reacción endotérmica. E > 0 Energía aportada < Energía desprendida. Se desprende energía (calor). Reacción exotérmica. E < 0 El calor absorbido o desprendido puede añadirse a la ecuación química como un elemento más del proceso: CH O 2 CO H 2 O (kj) (Proceso exotérmico) 2 KClO ,4 (kj) 2 KCl + 3 O 2 (Proceso endotérmico)

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10 CALOR DE REACCIÓN: Cantidad de energía desprendida o absorbida mediante calor en un reacción química Depende de la temperatura y la presión. Se mide en kj /mol

11 CALOR DE REACCIÓN: En general las reacciones químicas a estudiar transcurren a presión constante, en estos casos se utiliza la magnitud termodinámica entalpía, H, cuya variación coincide con el calor a presión constante Q p H= Q p Cuando transcurren a volumen constante, en estos casos se utiliza la magnitud termodinámica energía interna, U, cuya variación coincide con el calor a volumen constante Q v U= Q v

12 EXOTÉRMICAS SEGÚN ENERGÍA ENDOTÉRMICAS PARTÍCULA INTERCAMBIADA PRECIPITACIÓN ÁCIDO- BASE REACCIONES QUÍMICAS REAGRUPAMIENTO DE ÁTOMOS REDOX SÍNTESIS DESCOMPOSICIÓN CRITERIO CINÉTICO SUSTITUCIÓN RÁPIDAS LENTAS EN PRESENCIA DE OXÍGENO COMBUSTIÓN

13 Reacciones de oxidación. Combinación con el oxígeno. Son reacciones lentas que desprenden poca energía 2 Fe + O 2 2 Fe O 4 Fe + 3 O 2 2 Fe 2 O 3 Los carbonatos desprenden CO 2 cuando son atacados por los ácidos (el desprendimiento de este gas es lo que provoca la característica efervescencia ) Na 2 CO HCl 2 NaCl + CO 2 + H 2 O

14 Reacciones de combustión. Químicamente son oxidaciones, pero al contrario que éstas son reacciones que transcurren muy rápidamente y con un desprendimiento notable de energía 2 C + O 2 2 C O + Q C + O 2 C O 2 + Q Siempre que se queme un hidrocarburo (compuesto que contiene únicamente carbono e hidrógeno) se obtiene CO 2 y agua: CH O 2 CO H 2 O C 4 H /2 O 2 4 CO H 2 O

15 Reacciones de neutralización. Entre un ácido y una base. Se obtiene la sal del ácido y agua: Ácido + Base Sal + Agua. H Cl + Na OH H 2 SO 4 + Ba (OH) 2 Na Cl + H 2 O Ba SO H 2 O HNO 3 + KOH H 2 CO NaOH K NO 3 + H 2 O Na 2 CO H 2 O

16 Reacción de los óxidos con el agua. El comportamiento es muy distinto cuando reacciona un óxido no metálico o uno metálico. En el primer caso se obtiene un ácido y en el segundo una base. Por esta razón se dice que los óxidos no metálicos tienen un carácter ácido, mientras que los metálicos tienen un carácter básico. SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Na 2 O + H 2 O 2 NaOH

17 Desplazamiento del hidrógeno de los ácidos por los metales. La mayor parte de los metales reaccionan con los ácidos desplazando el hidrógeno (que se desprende como gas) y el metal se disuelve formando la sal correspondiente. Esta reacción se produce muy fácilmente en al caso de metales alcalinos y alcalinotérreos. 2 HCl + Mg Mg Cl 2 + H 2 H 2 SO 4 + Fe FeSO 4 + H 2 Algunos metales como la plata, el cobre o el mercurio no desplazan el hidrógeno de los ácidos.

18 Reacciones químicas consecutivas. Serie de reacciones químicas encadenadas, algún producto de la reacción precedente es el reactivo de la siguiente. Ecuación GLOBAL: Combinación de las ecuaciones consecutivas. En ella se representan todos los R iniciales y P finales, pero no los productos intermedios 4 NH 3 (g) + 5O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(l) 2NO(g)+O 2 (g) 2NO 2 (g) 2NO2(g)+H 2 O(l) HNO 3 (l) +HNO 2 (l) 2 HNO 2 (l)+ O 2 (g) 2HNO 3 (l) NH 3 (g) + 2O 2 (g) HNO 3 (l) +H 2 O (l)

19 CINÉTICA QUÍMICA: Parte de la química que estudia la velocidad con la que los Reactivos se transforman en Productos y cómo lo hacen aa + b B cc + dd v reacción = [A] f - [A] i /t f -t i = [A]/ t v reacción = -1/a [A]/ t = -1/b [B] / t = 1/c [C]/ t = 1/d [D]/ t Unidades mol/l s

20 Ejemplo CINÉTICA QUÍMICA: CH O 2 CO H 2 O v reacción = -([CH 4 ] f - [CH 4 ] i ) /t f -t i = - [CH 4 ]/ t v reacción = - [CH 4 ]/ t = -1/2 [O 2 ]/ t = [CO 2 ]/ t = 1/2 [H 2 O]/ t

21 ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Barrera energética. Energía que se necesita aportar inicialmente para que se desencadene la reacción Entalp%EF%BF%BDa.html

22 1. Concentración de reactivos FACTORES QUE INFLUYEN 2. Superficie de contacto y estado físico 4. Catalizadores y enzimas 3. Temperatura Características: No se consumen Con poca cantidad v r Son específicos de cada reacción Modos de actuación: Disminuye la E A Actúan como sustrato de unión de los reactivos adsorción Tipo especial: ENZIMAS BIOCATALIZADORES Laboratorio virtual: TIC/FlashQ/Cinetica%20Q/CineticaQuimica/cineticaquimica.htm

23 El proceso de ajustar (o igualar) la ecuación consiste en colocar números delante de las fórmulas (coeficientes) para garantizar que exista el mismo número de átomos en los reactivos que en los productos, ya que en una reacción química no pueden desaparecer o crearse átomos. O lo que es lo mismo: En una reacción química la masa permanece constante (Ley de Conservación de la Masa o Ley de Lavoisier). Con ello garantizamos que los reactivos están en las proporciones justas (cantidades estequiométricas) para reaccionar.

24 Con ello garantizamos que los reactivos están en las proporciones justas (cantidades estequiométricas) para reaccionar. Reactivos: CH 4 y O 2 Productos: CO 2 y H 2 O CH O 2 CO H 2 O Coeficiente del oxígeno: 2 Coeficiente del agua: 2

25 Estados físicos posibles de los productos y reactivos (g) gas (liq) líquido (aq) disolución acuosa (s) sólido

26 En el caso de que las sustancias sean gases, y siempre que se midan en las mismas condiciones de presión y temperatura, la relación en moles se puede establecer como relación en volumen: Volúmenes iguales de gases diferentes en las mismas condiciones de P y T contienen el mismo número de moles (Hipótesis de Avogadro) Si consideramos un gas y el volumen se mide a 1 atm de presión y 0 0 C (condiciones normales), 1 mol ocupa 22,4 litros V m

27 Una reacción química nos da la siguiente información Reacciona con Para dar CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) 1 molécula 2 moléculas 1 molécula 2 moléculas de CH 4 de O 2 de CO 2 de H 2 O 1 mol 2 moles 1 mol 2 moles 1mol x 16 g/mol =16g 2mol x 32 g/mol =64g 1mol x 44 g/mol =44g 2mol x 18 g/mol =36g 80 g 80 g 1 vol 2 vol 1 vol 2 vol

28 Ajuste de reacciones Ajuste matemático Ajuste por tanteo 1. Se escribe la ecuación con coeficientes estequiométricos genéricos a, b, c, d 2. Se plantean las ecuaciones matemáticas 3. Se resuelven los sistemas de ecuaciones asignando un valor arbitrario a uno de los coeficientes 1. Ajuste de los coeficientes de las especies que tengan elementos que aparecen sólo en un reactivo y también únicamente en un producto 2. Se acaba ajustando los coeficientes de las especies libres

29 Cálculos masa - masa El dato está expresado en gramos y la incógnita la piden también en gramos. Ejemplo: Cuántos gramos de dicloruro de manganeso se obtienen cuando reaccionan 7,5 g de ácido clorhídrico? MnO 2 (s) + 4 HCl (aq) Mn Cl 2 (aq) + Cl 2 (g) + 2 H 2 O(l) 7,5 g de HCl 1 mol de HCl 36,5 g de HCl 1 mol de MnCl 4 moles de HCl 2 126,0 g de MnCl 1 mol de MnCl 2 2 6,5 g de MnCl 2 Factor leído en la ecuación ajustada. Nos transforma dato (HCl) en incógnita (MnCl 2 )

30 Cálculos masa - volumen El dato está expresado en gramos y la incógnita, por ser un gas, piden su volumen en litros Ejemplo: Qué volumen de cloro se obtendrá cuando reaccionen 7,5 g de ácido clorhídrico a) Si se mide en c. n. b) Si se mide a 1,5 atm y 50 0 C a) Cálculo del volumen de Cl 2 medido en c.n. 7,5 g de HCl 1 mol de HCl 36,5 g de HCl 1 mol de MnCl 4 moles de HCl 2 22,4 L de Cl 1 mol de Cl 2 2 1,2 L de Cl 2 Factor leído en la ecuación ajustada Esta relación se puede usar únicamente cuando el gas esté medido en c. n. b)cálculo del volumen de Cl 2 medido a 1,5 atm y 50 0 C 7,5 g de HCl 1 mol de HCl 36,5 g de HCl 1mol de Cl 2 4 moles de HCl 0,051mol de Cl 2 V n R T P atm L 0,051 moles 0,082 K mol 323 K 1,5 atm 3 0, 901L 901cm

31 Cálculos volumen- volumen Si las sustancias consideradas están en fase gaseosa la relación establecida por la ecuación ajustada puede considerarse relación en volumen, siempre que los gases estén medidos en las mismas condiciones de P y T (volúmenes iguales de gases diferentes, medidos en las mismas condiciones de P y T contienen el mismo número de moles) Ejemplo: Calcular los litros de amoniaco que se obtendrán cuando reaccionan 0,5 L de H 2 (se supone que ambos gases están medidos a igual P y T) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2NH 3 (g) 2 L NH3 0,5 L H2 3 L H 2 0,333 L NH 3

32 Factor para calcular el tanto por ciento No se divide por el 100 del denominador, ya que forma parte de la unidad solicitada. Cálculos con rendimiento distinto del 100% Lo más frecuente es que, debido a razones diversas, a la hora de la realización práctica de una reacción química las cantidades obtenidas sean distintas de las calculadas teóricamente. Se define el rendimiento de la reacción como: r gramos reales 100 gramos teóri cos Ejemplo: El nitrato de plomo (II) reacciona con el yoduro potásico para dar un precipitado amarillo de yoduro de plomo (II). a. Plantear y ajustar la ecuación correspondiente al proceso b. Cuando se hacen reaccionar 15,0 g de nitrato de plomo (II) se obtienen 18,5 g de yoduro de plomo (II) Cuál es el rendimiento del proceso? Ecuación ajustada: Pb (NO 3 ) KI Pb I KNO 3 Gramos de yoduro de plomo (II) que deberían obtenerse teóricamente: 15,0 g Pb(NO 3) 2 Cálculo del rendimiento: 1 molpb(no 3) 2 331,2 g Pb(NO 3) 2 18,5 g PbI reales ,9 g PbI teóricos 1 molpbi 2 1 molpb(no 3) 2 461,0 g PbI 1 molpbi 100,0 g PbI2 teóricos g PbI2 reales 88,5 88,5 % 100,0 g PbI teóricos 100,0 g PbI teóricos ,9 g PbI 2

33 Cálculos masa - masa Cálculos masa - volumen Cálculos volumen- volumen Cálculos con rendimiento distinto del 100% Procesos con reactivo limitante Reactivos impuros Determinación de la pureza de un reactivo Reactivos en disolución (molaridad) Reactivos en disolución (tanto por ciento en peso) Cálculos de energía