: REACCIONES QUÍMICAS REACCIONES

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1 TEMA 5: 5 : REACCIONES QUÍMICAS REACCIONES ES QUÍMICAS Cuando a partir de una o varias sustancias se obtienen otras de propiedades características completamente distintas, se dice que se ha producido una reacción química. Toda reacción química va acompañada de una variación de energía, generalmente en forma de calor. Esto es debido a que en las reacciones se producen roturas de enlaces y formación de otros nuevos. En una reacción química, las sustancias iniciales que reaccionan se llaman reactivos, y las sustancias obtenidas, productos de la reacción. Hay que diferenciar las reacciones químicas de los cambios físicos, en estos últimos no se forman sustancias nuevas. Por ejemplo si mezclamos agua y sal estaremos ante un cambio físico ya que no se forman sustancias nuevas, una ve mezcladas seguimos teniendo agua y sal, en cambio, si mezclamos limaduras de hierro con una disolución de ácido sulfúrico observamos la formación de burbujas de gas que resultan ser de hidrógeno (H 2). También comprobaremos que el tubo de ensayo se calienta. Al cabo de poco tiempo, las limaduras de hierro han desaparecido y queda en el tubo de ensayo un líquido verdoso y una vez evaporada el agua veremos unos cristales verdes que resultan ser sulfato ferroso (FeSO 4). Las sustancias obtenidas son completamente distintas de las que teníamos inicialmente. La reacción es la siguiente: Ac. Sulfúrico + hierro Sulfato ferroso + hidrógeno 1. Indica si los siguientes procesos son reacciones químicas o cambios físicos. a) Un incendio b) la digestión de alimentos c) ) se cae una tiza de la mesa d) se derrite un trozo de hielo e) ) se pudre una fruta, f) ) aceleramos el coche ECUACIONES QUÍMICAS Una ecuación química es la expresión escrita y abreviada de una reacción química. Por ejemplo si mezclamos oxígeno e hidrógeno obtendremos agua. El proceso se representa así: H 2 + O 2 H 2O. Esta reacción hay que ajustarla. El ajuste de una reacción química consiste en asignar coeficientes a las fórmulas de la reacción, de modo que el número de átomos en los reactivos sea igual al número de átomos en los productos. H 2 + O 2 2 H 2O Este proceso se basa en dos leyes: Ley de conservación de la masa (LAVOASIER): La masa total de los reactivos es igual la masa total de los productos. Esta ley solo se cumple en las reacciones ordinarias pero no en las nucleares donde parte de la masa de los reactivos se convierte en energía (E=mc 2 ) Ley de las proporciones definidas (PROUST): Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto siempre lo hacen en la misma relación de masas. Para formar agua siempre se unen dos átomos de hidrógeno por cada uno de oxígeno. Al ajustar una reacción nunca debemos modificar una fórmula. los coeficientes se colocan delante de la fórmula y se llaman coeficientes estequiométricos. 2. Ajusta las siguientes reacciones químicas: a) Cl Cl 2 + Na ClNa b) CO + H 2 CH 3 OH c) NaHCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O d) HCl + O 2 H 2 O + Cl 2 e) C 2 H 4 + O 2 CO 2 + H 2 O

2 CÁLCULOS BASADOS EN LAS ECUACIONES QUÍMICAS Dada la reacción: N 2 + 3H 2 2NH 3 podemos interpretarla de las siguientes formas: 1 molécula de N 2 reacciona con 3 moléculas de H 2 para formar 2 moléculas de NH 3 1 mol de N 2 reacciona con 3 moles de H 2 para formar 2 moles de NH 3 N A moléculas de N 2 reaccionan con 3N A moléculas de H 2 para formar 2N A moléculas de NH 3 En el caso de que todos sean gases medidos en las mismas condiciones de p y T: 1 volumen de N 2 reacciona con 3 volúmenes de H 2 para dar 2 volúmenes de NH 3 Ahora con estas interpretaciones podemos calcular la cantidad de reactivos necesarios para obtener una determinada cantidad de productos o viceversa. Estos cálculos se llaman cálculos estequiométricos y la parte de la química que estudia estas relaciones numéricas entre cantidades de reactivos y productos se llama estequiometría. Ejercicios. 3. El ácido clorhídrico concentrado reacciona con el zinc para formar cloruro de zinc e hidrógeno. a) Ajusta la reacción HCL + Zn ZnCl 2 + H 2 b) Cuántos moles de HCl se necesitan para obtener 12 g de ZnCl 2 c) Si reaccionan 23 g de HCl, cuántos gramos de ZnCl 2 obtendremos? d) Si se obtienen 23 moles de hidrógeno, cuántas moléculas de HCl han reaccionado? c) Qué volumen de hidrógeno se obtendrá a 20ºC y 770 mmhg, si reaccionan 5 g de Zn? 4. En reacción de combustión del metano obtenemos dióxido de carbono y agua. En esta reacción todas las substancias están en fase gaseosa. a) Ajusta la reacción CH 4 + O 2 CO 2 + H 2 O b) Qué volumen de CO 2 necesitaremos para quemar completamente 150 litros de metano medidos en c.n.?

3 d) Si reaccionan 12 litros de O 2, cuántos litros de CO 2 obtendremos?. Consideramos que todos los gases están medidos en las mismas condiciones de p y T. e) Si el aire contiene un 20% en volumen de O 2, calcula los litros de aire que hacen falta para obtener 12 g de CO REACTIVO LIMITANTE Es habitual que cuando se hacemos una reacción química no cogemos todos los reactivos en cantidades estequiométricas exactas. Por eso puede ocurrir que algunos reactivos se consuman totalmente y en cambio otros no, quedando, además de los productos de la reacción, esa parte de los reactivos que no se han consumido totalmente. Cuando se acaba uno de los reactivos, por mucha cantidad que quede de los otros reactivos, ya no se producirá la reacción. El reactivo que se acaba primero es el reactivo limitante, y el resto, reactivos excedentes. 5. Hacemos reaccionar 20 g de Cl 2 con 20 g de Na en las condiciones adecuadas para formar NaCl. a) Ajusta la reacción. Na + b) Cuál es el reactivo limitante? Cl NaCl c) Qué cantidad de reactivo excedente queda sin reaccionar? 6. El cloruro de hierro(ii) reacciona con el bario y da cloruro de bario y hierro. Hacemos reaccionar 50 g de FeCl 2 con 25 g de Ba. a) Ajusta la reacción FeCl 2 + Ba BaCl 2 + Fe b) Cuál es el reactivo limitante? c) Cuántos gramos de hierro se obtienen?

4 REACCIÓN QUÍMICA Y ENERGÍA CALORÍFICA Una gran cantidad de reacciones químicas desprenden energía en forma de calor, en cambio, otras lo absorben. Aquellas reacciones que desprenden energía se denominan exotérmicas y a las que absorben energía, endotérmicas. 7. El magnesio reacciona con el cloro y se obtiene cloruro de magnesio (MgCl 2). Esta reacción es exotérmica y se desprenden 640,4 KJ de energía en forma de calor por cada a mol de cloruro de magnesio obtenido a 25ºC y 101 KPa. b) Calcular la masa de magnesio y el volumen de cloro, en c.n., que se necesitan para obtener 100 g de cloruro de magnesio. c) Calcular la energía desprendida en la obtención de 100 g de cloruro de magnesio a 25ºC y 101 KPa. EJERCICIOS 1. El magnesio reacciona con el oxígeno y se obtiene óxido de magnesio (MgO). b) Qué significado tienen los coeficientes estequiométricos que aparecen al ajustar la reacción química? c) Leer la ecuación química haciendo intervenir las cantidades relativas a las sustancias que intervienen. d) Calcular cuántos gramos de óxido de magnesio se obtendrán si reaccionan 5 g de magnesio. e) Qué volumen de oxígeno, medido en c.n., hacen falta para reaccionar con 0,1 moles de magnesio? 2. El carbonato de calcio, CaCO 3, al calentarlo se descompone en óxido de calcio, CaO, y dióxido de carbono, CO 2. b) Calcular cuántos moles de dióxido de carbono se pueden obtener al descomponerse por el calor 200 g de carbonato de calcio. c) Cuántos gramos de óxido de calcio se obtendrán al calentar 3 moles de carbonato de calcio? 3. La reacción del carbono con el oxígeno viene expresada por la siguiente ecuación química: C + O 2 CO2. Calcular: a) Los moles de dióxido de carbono obtenidos si reaccionan 100 g de carbono. b) Si mezclamos 30 g de carbono y 7 g de oxígeno, cuántos gramos de dióxido de carbono obtenemos? Cuántos quedan sin reaccionar. c) El volumen de dióxido de carbono medido en c.n. obtenido al quemar 24 g de carbono. 4. Al reaccionar el cloro con el hidrógeno se obtiene un gas llamado cloruro de hidrógeno (ClH). a) Escribir y ajustar la ecuación química. b) Leer la ecuación química haciendo intervenir las cantidades relativas de sustancias que reaccionan y se forman y haciendo intervenir los volúmenes relativos de los gases, si todos ellos están medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura. c) Cuántos litros de ClH se obtendrán si reaccionan 10 litros de cloro, si los gases están medidos en las mismas condiciones de presión y temperaturas? d) Cuántos gramos de cloro pueden reaccionar con 200 g de hidrógeno? 5. El Zinc reacciona con el ácido clorhídrico (ClH) e hidrógeno (H 2). a) Escribir y ajustar la reacción química. b) Cuántos moles de ClH se necesitan para reaccionar con 10 g de Zn? c) Qué volumen de hidrógeno, medido en c.n., obtendremos si reaccionan 13 g de Zn? 6. El butano, C 4H 10, reacciona con el oxígeno y se obtiene dióxido de carbono y agua. a) Escribir y ajustar la reacción química. b) Calcular qué volumen de oxígeno, medido a 27ºC y 10 5 Pa, se necesitan para reaccionar con 100 g de butano. c) Si reaccionan los 100 g de butano, cuántas moléculas de vapor de agua se obtendrán? d) Si reaccionan 10 litros de butano, calcular qué volumen de dióxido de carbono se obtendrá si los gases están medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura.

5 7. Una central térmica quema un carbón que contiene un 2,4 % en masa de azufre. En la combustión del azufre se obtiene dióxido de azufre según la siguiente reacción: S + O 2 SO 2. Si se queman 10 6 g de carbón, qué masa de SO 2 obtenemos? 8. El benceno (C 6H 6) es un líquido de densidad 880 kg/m 3 que al reaccionar con el oxígeno da lugar a dióxido de carbono y vapor de agua. a)escribir y ajustar la reacción química. b) Cuántos moles de oxígeno se necesitan para reaccionar con 100 g de benceno? c) Cuánta moléculas de dióxido de carbono se obtendrán si reaccionan 100 cm 3 de benceno? d) Qué volumen de aire, medido en c.n., es necesario para la combustión de 3 litros de benceno si el aire contiene un 21 % en volumen de oxígeno? 9. El carbonato de calcio (CaCO 3) es muy abundante en la naturaleza. El mármol y la piedra caliza están constituidos por este compuesto. Al verter unas gotas de ácido clorhídrico sobre un trozo de mármol, se desprenden unas burbujas gaseosas que son de dióxido de carbono, y se produce la siguiente reacción: CaCO 3 + 2ClH CaCl 2 + H 2 O a) Calcular cuántos gramos de dióxido de carbono se obtendrán si reaccionan 0,5 g de carbonato de calcio. b) Calcular qué volumen de ácido clorhídrico 0,1 M se necesita para reaccionar con 0,1 moles de carbonato de calcio. c) Calcular cuántos gramos de caliza del 97% en masa de carbonato de calcio hacen falta para obtener 200 cm 3 de dióxido de carbono medido a 22ºC y 10 5 Pa. d) Calcular cuántas moléculas de dióxido de carbono se obtendrán si reaccionan 0,5 moles de carbonato de calcio. 10. El alcohol (C 2H 5OH) arde con el oxígeno según la reacción: C 2H 5OH + O 2 CO2 + H 2O. a) Ajustar la reacción. b) Calcular el volumen de CO 2 en c.n. que se obtendrá si reaccionan 100 cm 3 de alcohol. c) Si el aire contiene aproximadamente un 21 % en volumen de oxígeno, calcular qué volumen de aire en c.n. se necesita para reaccionar con 0,1 moles de alcohol. d) Si al arder una cierta cantidad de alcohol se obtienen 1,5 litros de gases, calcular el volumen de oxígeno que ha reaccionado, si todos los gases están medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura. DATO: densidad del alcohol 790 Kg/m El magnesio reacciona con el ácido clorhídrico y se obtiene cloruro de magnesio (MgCl 2) e hidrógeno. b) Un vaso de precipitados contiene 1 g de magnesio. Seguidamente se le añaden 50 cm 3 de una disolución 2 M de ClH. Calcular la cantidad de Mg y de ClH inicialmente presentes, es decir, antes de reaccionar. c) Indicar razonadamente cuál de los dos reactivos está en exceso y cuál es el reactivo limitante. d) Qué volumen de hidrógeno, en c.n., se obtendrá una vez completada la reacción? 12. Un recipiente cerrado contiene una mezcla gaseosa formada por 100 g de oxígeno y 100 g de hidrógeno. Al hacer saltar una chispa eléctrica en su interior los gases reaccionan y se produce agua. b) Calcular los moles de oxígeno e hidrógeno inicialmente presentes. c) Indica, razonadamente, cuál es el reactivo limitante. d) Calcular la masa de agua que se obtendrá. Si un de los reactivos no reacciona totalmente, cuál es la cantidad residual una vez completada la reacción? 13. El monóxido de nitrógeno es un gas. Al reaccionar con el oxígeno se obtiene otro gas: NO + O 2 NO 2. Si partimos de una mezcla formada por 1 litro de NO y 1 litro de O 2. a) Cuántos litros de dióxido de nitrógeno hay después de la reacción, si todos lo gases están medidos en c.n.? b) Cuál es el volumen total de los gases, en c.n., una vez completada la reacción? 14. El nitrógeno(n 2) reacciona con el oxígeno (O 2) formando dióxido de nitrógeno (NO 2). Esta reacción es endotérmica, y se absorben 16,78 KJ por cada mol de dióxido de nitrógeno formado a 25ºC y 101 KPa. b) Calcular la energía, en forma de calor, absorbida cuando se obtienen 200 g de dióxido de nitrógeno. 15. Suponiendo que toda la gasolina estuviera formada por moléculas de octano (C 8H 18) y que, al reaccionar con el oxígeno, se formará dióxido de carbono y vapor de agua, se pide: b) Si la anterior reacción desprende 209 KJ de energía en forma de calor por cada mol de octano consumido, a 25ºC y 101 KPa, calcular cuántos KJ se obtienen al quemar 1 litro de gasolina de densidad 700 Kg/m El acetileno (C 2H 2) reacciona con el oxígeno para dar dióxido de carbono y vapor de agua. Esta reacción es muy exotérmica, ya que por cada mol de acetileno quemado se desprenden KJ a 25ºC y 101 KPa. a) Calcular cuántos KJ se desprenderán al quemar 52 g de acetileno. b) Calcular cuántos gramos de acetileno deberán reaccionar para obtener 1000 KJ. c) Calcular cuántos moles de oxígeno se consumirán al arder 1 m 3 de acetileno a 25ºC y 101 KPa. 17. La reacción: C + O 2 CO 2 es exotérmica y se desprenden 393 KJ por cada mol de carbono que reacciona a 298 K y 101 KPa. Calcular: a) Los moles de dióxido de carbono obtenidos al quemar 100 g de carbono. b) Los KJ que se desprenden si se obtienen 20 litros de dióxido de carbono, medidos en las condiciones indicadas en el enunciado.

6 18. El metano (CH 4) reacciona con el oxígeno y se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. La reacción es exotérmica y se desprenden 878 KJ, a 25ºC y 101 KPa, por cada mol de metano que reacciona. b) Calcular la cantidad de agua obtenida al quemar 100 litros de metano medido en las condiciones del enunciado. c) Calcular el volumen de dióxido de carbono obtenido si reaccionan 20 litros de metano si los gases están medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura. d) Si mezclamos 5 litros de metano y 20 litros de oxígeno medidos los dos en c.n., cuántos gramos de agua se obtendrán? e) Calcular cuántos KJ se liberan si reaccionan 100 litros de metano, medidos a 25ºC y 101 KPa. AUTOEVALUACIÓN 1. El metano (CH 4) reacciona con el oxígeno (O 2) produciendo dióxido de carbono (CO 2) y vapor de agua (H 2O) según la reacción: CH 4 + O2 CO2 + H 2O a) Ajusta la reacción y calcula los gramos de oxígeno que necesitamos para que reaccionen 15 gramos de metano. b) Si queremos obtener 200 litros de dióxido de carbono en condiciones normales, cuántos gramos de butano necesitaremos? 2. El nitrógeno (N 2) reacciona con el hidrógeno (H 2) para producir amoniaco (NH 3) según la reacción: N 2 + H 2 NH 3 a) Ajusta la reacción. Si mezclamos 100 g de nitrógeno y 100 g de hidrógeno, indica cuál es el reactivo limitante y calcula los gramos de reactivo en exceso. b) Calcula el volumen de amoniaco producido a 720 mm de Hg y 22ºC. 3. El aluminio, Al, reacciona con el ácido clorhídrico, HCl, produciendo cloruro de aluminio AlCl 3 y desprendiendo hidrógeno, H 2, según la siguiente reacción: Al + HCl AlCl 3 + H 2 a) Ajusta la reacción y calcula el número de moléculas de hidrógeno que obtendremos si reaccionan 40 g de Al. b) Calcula la cantidad de aluminio que se necesita para reaccionar completamente con 80 ml de una disolución de ácido clorhídrico 0,5 M. 4. Una piedra caliza con una riqueza del 62% en masa de CaCO 3 se trata con un exceso de HCl y se produce CaCl 2, CO 2 y H 2O. a) Escribe y ajusta la reacción. Si reaccionan 20 g de HCl calcula el volumen de CO 2 que obtendremos en c.n. b) Calcula los gramos de caliza necesarios para obtener 100 l de CO 2 medidos a 2 atm y 25ºC. 5. Para la obtención del oxígeno en el laboratorio se utiliza la descomposición del clorato de potasio según la reacción: KClO KCl + 3 O 2 Ajusta la reacción. Se descomponen 500 g de un mineral que contiene KClO 3 y obtenemos 100 l de O 2 en c.n. Con estos datos calcula el % en masa de ese mineral.