UD 3. Las Reacciones químicas. 1-Reacciones y ecuaciones químicas

Transcripción

1 UD 3. Las Reacciones químicas 1- Reacciones y ecuaciones químicas. 2- Tipos de reacciones químicas y reacciones químicas importantes. 3- Cálculos estequiométricos. 1-Reacciones y ecuaciones químicas Una molécula es una agrupación de átomos unidos mediante enlaces, por ejemplo: H 2, O 2, H 2 O. Un grupo de moléculas iguales se llama especie o sustancia química. Cuando tenemos 6,02x10 23 moléculas de una especie química, podemos decir que tenemos 1 mol de dicha especie. Una reacción sirve para expresar cómo unas especies se trasforman en otras, mediante la reordenación de los átomos. Por lo tanto, existe el mismo número de átomos antes y después de la reacción química, pero no existen las mismas especies. Ley de conservación de la masa de Lavoisier: La masa total en una reacción química permanece invariable; por tanto, la masa total de las sustancias que reaccionan (reactivos) es igual a la masa total de las sustancias que se originan (productos). Las especies que se transforman (desaparecen) se llaman reactivos y las especies que se forman (aparecen) se llaman productos. De tal forma que, en la siguiente reacción los reactivos son el H 2 y el O 2 y solo tenemos un producto, que es el H 2 O. Se dice que una reacción está ajustada, cuando tiene el mismo número de átomos antes que después de la flecha. Otros ejemplos: MgCO 3 CO 2 + MgO C 6 H /2 O 2 6 CO H2O 2Al + 6 HCl 2AlCl 3 + 3H 2 ZnS + 3/2 O 2 ZnO + SO 2 1/7 fq1n_t3_e1601 Carlosolpe

2 2-Tipos de reacciones químicas y reacciones químicas importantes Según la forma en la que se reagrupan los átomos Reacciones de síntesis: Dos sustancias sencillas se combinan para producir un compuesto más complejo. N 2 (g) + 3H 2 (g) NH 3 (g) Reacciones de descomposición: Una sustancia se descompone en sustancias más sencillas H 2 O 2 (aq) H 2 O(l) + O 2 (g) Reacciones sustitución: Un elemento que forma parte de un compuesto se sustituye por otro Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl 2 (aq) + H 2 (g) Según su importancia Reacciones ácido-base: Ácido: Cede protones HCl Cl - +H + Base: Cede hidroxilos NaOH Na + + OH - La neutralización de un ácido sucede cuando reducimos su concentración mediante la adición de una base y viceversa. Ácido + Base Sal +agua HCl + NaOH NaCl +H 2 O Reacciones de transferencia de electrones (Redox): Sustancia reductora (se oxida y cede electrones): Zn Zn e - Sustancia oxidante (se reduce y capta electrones): Cu e - Cu Una reacción redox sucede cuando una sustancia le cede electrones a otra. Zn(s) + CuSO 4 (aq) Cu(s) + ZnSO 4 (aq) Reacciones de combustión: Reacción de oxidación rápida y exotérmica. Generalmente uno de los reactivos es el oxígeno, llamado comburente. Al otro reactivo se le llama combustible y es el que arde. CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O 2Fe + 3O 2 2Fe 2 O 3 Reacciones de precipitación: Ocurre cuando uno de los productos es insoluble en el medio en el que se realiza la reacción. Pb(NO 3 ) 2 (aq) +2KI(aq) PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq) 2/7 fq1n_t3_e1601 Carlosolpe

3 3-Cálculos estequiométricos Los cálculos estequiométricos estudian la relación numérica que entre todas las especies químicas presentes en una reacción. 2.0 Cálculos con moles: Como pasar de mol a mol Los moles de las especies químicas de una reacción, se relacionan mediante sus coeficientes estequiométricos. Para ello utilizamos el siguiente esquema: Si tenemos 10,0 mol de Al, según la reacción, Cuántos moles de HCl serán necesarios para que el Al reaccione (desaparezca) completamente? Cuántos moles de H 2 se formarán cuando haya reaccionado todo el Al? 2Al + 6 HCl 2AlCl H Cálculos con masas: Reactivo limitante: El reactivo limitante es el que se agota primero. La reacción se detiene, porque uno de los reactivos ya no está disponible. Reactivo en exceso: El reactivo en exceso es el que no se ha agotado, en el momento que la reacción se detiene. Como pasar de masa a mol: Para convertir la masa (m) de una especie química en número de moles (n ó mol) de esa misma especie, seguimos el siguiente esquema: 3/7 fq1n_t3_e1601 Carlosolpe

4 Ejemplo 1: Si tenemos 10,0 g de H 2 O, Cuántos moles de H 2 O tenemos? Ejemplo 2: Si tenemos 10,0 g de AlCl 3, Cuántos moles de AlCl 3 tenemos? Cálculos con masas en las reacciones químicas: La masa de las especies químicas de una reacción se relaciona siempre mediante el siguiente esquema. Teniendo en cuenta la reacción, cuántos gramos de O 2 reaccionan con 10,0 g de H 2? Resolución utilizando factores de conversión: Resolución utilizando fórmulas: 4/7 fq1n_t3_e1601 Carlosolpe

5 2.2 Cálculos con volúmenes gaseosos: Como pasar de volumen a volumen El volumen de las especies químicas gaseosas se relaciona, mediante sus coeficientes estequiométricos, siempre y cuando las condiciones de P y T se mantengan constantes. Para ello utilizamos el siguiente esquema: Si tenemos 10,0 litros de H 2, según la reacción, Cuántos litros de O 2, en las mismas condiciones de P y T, necesitaremos para que el H 2 reaccione completamente? Como pasar de volumen a mol: Cuando las especies químicas son gaseosas, en ocasiones, es más fácil expresar la cantidad de materia mediante volumen que mediante masa. Seguimos el siguiente esquema: Calculamos el volumen molar utilizando la ecuación de estado: Cálculo del número de moles que hay en 20,0 litros de O 2 a 1,00 atm de presión y a 25ºC. Aplicamos el factor de conversión: 5/7 fq1n_t3_e1601 Carlosolpe

6 Cálculos con masas y volúmenes en las reacciones químicas: La masa y los volúmenes de las especies químicas de una reacción se relacionan siempre, mediante el siguiente esquema: Ejemplo 1: Calcular los litros de O 2, en condiciones estándar (C.E.), que serán necesarios para hacer reaccionar completamente 10,0 gramos del hidrocarburo C 21 H 44. (g) Ejemplo 2: Calcular los litros de O 2 a 750 mmhg y 20ºC, que serán necesarios para hacer reaccionar completamente 10,0 gramos del hidrocarburo C 21 H 44. (g) 6/7 fq1n_t3_e1601 Carlosolpe

7 2.3 Rendimiento y pureza: Como pasar de cantidad de producto total a cantidad de producto útil: Las cantidades expresadas en las reacciones químicas son ideales (teóricas). En el mundo real, las cantidades obtenidas de los productos son siempre inferiores a las teóricas. La relación entre cantidad obtenida y cantidad teórica se llama rendimiento: ó Los cálculos estequiométricos de una reacción nos dicen que obtenemos obtendremos 8,62 g de Hg, sin embargo sabemos que el rendimiento es del 92,7%. Cuántos gramos de Hg se obtienen? Como pasar de cantidad de reactivo total a cantidad de reactivo útil: La pureza de un reactivo relaciona la cantidad útil (aprovechable) del mismo con la cantidad total. Para calcular el rendimiento o la pureza, seguimos uno de los siguientes esquemas: La riqueza de O 2 en el aire es del 20%. Cuántos litros de O 2 hay en 50 litros de aire? 7/7 fq1n_t3_e1601 Carlosolpe