Representación simbólica de una reacción química en términos de fórmulas químicas.

Transcripción

1 Reacciones químicas Reacciones químicas Una reacción química es un proceso por el cual una o más sustancias, llamadas reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades diferentes, llamadas productos. Van acompañadas de evidencias de que se producen cambios en la naturaleza interna de los reactivos: Desprendimiento de gas Cambio de color Aparición de precipitados Desprendimiento de luz y calor Teoría atómica de las reacciones químicas Los enlaces entre los átomos que forman los reactivos se rompen. Los átomos se reorganizan de otro modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a sustancias diferentes a las iniciales. Ecuación química Representación simbólica de una reacción química en términos de fórmulas químicas. Describe la reacción global, es decir, no indica los pasos intermedios o etapas. A la izquierda reactivos y a la derecha productos. Coeficientes estequiométricos Indican la proporción de moléculas, átomos de reactivos que reaccionan y la proporción de moléculas, átomos, de productos que se obtienen. N + H NH proporción 1:: Por cada molécula de N reaccionan moléculas de H para dar moléculas de NH. Por cada 1 mol de N reaccionan moles de H para dar moles de NH. N H NH 1 molécula moléculas moléculas moléculas 6 moléculas 4 moléculas 10 moléculas 10 = 0 moléculas 10 = 0 moléculas N moléculas = 1 A N moléculas = A N moléculas = mol A

2 Coeficientes fraccionarios no tienen sentido tomados como moléculas o átomos que reaccionan o se producen pero sí como moles que reaccionan o se producen Hay que tener en cuenta que medio mol es un número entero de moléculas o átomos: Ajuste de una reacción 0,5 mol =,01110 moléculas o átomos. Una reacción química es una reordenación de átomos por tanto debe cumplirse la ley de Lavoisier. Ajustar una reacción química consiste en hallar los coeficientes para que la ley se cumpla: 4 Fe + O Fe O 4Fe + 6O = 4Fe + 6O Los coeficientes no son únicos: H + O H O 4H + O 4H O H + 1/O H O Métodos de ajuste Tanteo. Ensayo y error. o Sugerencias: o Cuando un elemento aparece únicamente en un compuesto de cada lado se ajusta primero. o Si alguna sustancia es un elemento libre (Hg, Fe, H ) se ajusta en último lugar. C H 8 + O CO + H O C y H primero: C H 8 + O CO + 4H O O al final: C H 8 + 4O CO + 4H O Algebraico. MnO + HCl MnCl + Cl + H O 1. a MnO + b HCl c MnCl + d Cl + e HO. Montamos un sistema de ecuaciones: Mn) a = c O) a = e H) b = e Cl) b = c + d. Resolvemos el sistema. En este caso como hay más incógnitas que ecuaciones damos un valor a una de las incógnitas: a=1. a= 1 c= 1 ; e= ; b= 4 ; d= 1 MnO + 4HCl MnCl + Cl + H O

3 Información en la ecuación Reacción reversible ( ) Estado de agregación (s), (g), (l), (aq) H (g) + O (g) H O (l) Condiciones específicas de presión, temperatura, uso de catalizadores. Se escribe encima o debajo de la flecha: Calentamiento vigoroso de los reactivos ( ) Desprendimiento de una sustancia gaseosa (), precipitado sólido (). NaCl+ AgNO NaNO + AgCl HCl + Zn ZnCl + H Clasificación de las reacciones químicas Criterio energético Exotérmica. Desprende energía. Endotérmica. Absorbe energía. Partícula intercambiada Precipitación: KI + Pb(NO ) KNO + PbI Ácido-base: HCl + Na(OH) NaCl + H O Redox: Fe O + C Fe + CO Fe + (oxidante) Fe 0 (se reduce, toma e - ) C 0 (reductor) C + (se oxida, cede e - ) Transformación Síntesis (A + B AB): CaO + H O Ca(OH) Descomposición (AB A + B): CaCO CaO + CO Sustitución o desplazamiento (AB + C AC + B): Sn + HCl SnCl + H Doble sustitución (AB + CD AC + BD): KI + Pb(NO ) KNO + PbI

4 Estequiometría Cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción química. Pasos: Ejemplo 1. Escribir la ecuación química. Ajustar.. Realizar los factores de conversión necesarios, trabajando en moles. El aluminio reacciona con el ácido clorhídrico produciendo cloruro de aluminio e hidrógeno gas. Qué volumen de hidrógeno, a 5 C y 1 atm, se obtendrá al añadir a g de aluminio un exceso de ácido clorhídrico? 1. HCl + Al AlCl + H. 6HCl + Al AlCl + H. PV=nRT, necesitamos entonces calcular n. 1 mol Al mol H n g Al 0,11 mol V,69 7 g Al mol Al l Reactivos en disolución La unidad de concentración más utilizada es la molaridad. Ejemplo. El ácido nítrico reacciona con el hidróxido cálcico produciendo nitrato cálcico y agua. Qué masa de nitrato se produce al añadir un exceso ácido a 50 ml de una disolución de hidróxido M? HNO + Ca(OH) Ca(NO ) + H O [ Ca (OH ) ] m 0,1 mol n V ; hidróx. n 0,1 mol 1 mol 1 mol nitrato hidróx. 168 g nitrato 1 mol nitrato 16,8 g Reactivo limitante En los ejemplos anteriores uno de los reactivos estaba en exceso. Qué ocurre si no sabemos qué reactivo está en exceso? A medida que la reacción avanza los reactivos van desapareciendo. Cuando uno de ellos se acaba la reacción termina. El reactivo que antes desaparece se denomina reactivo limitante.

5 La cantidad de producto depende del reactivo limitante, ya que cuando este se acaba la reacción termina y no se forman más productos. Los cálculos de los productos deben realizarse con el reactivo limitante. Si ninguno de los reactivos está en exceso se dice que están en cantidades estequiométicas. Ejemplo El ácido sulfúrico reacciona con el hidróxido sódico obteniéndose sulfato sódico y agua. Qué masa de sal se forma si hacemos reaccionar 0 ml de disolución M de ácido con 40 ml de una disolución 1 M de hidróxido? H SO 4 + 0,06 mol 0,04 mol NaOH Na SO 4 + H O 0,04 1 0,04 mol Como 1 mol de ácido reacciona con moles de hidróxido no hay suficiente hidróxido para reaccionar con los 0,06 mol de ácido, se necesitarían 0,01 mol. El limitante es el hidróxido. n n ácido hidróxido 0,0 0,06 mol m 0,04 mol hidróx 1 mol sal mol hidróx 14 g sal 1 mol sal,84 g de sal Reacciones consecutivas Para obtener un determinado producto es frecuente el empleo de una serie de reacciones consecutivas. Para los cálculos estequiométricos podemos sumar las reacciones y hacer los cálculos con la reacción global o bien realizar los cálculos con las reacciones de forma consecutiva. Ejemplo. La obtención de NO a partir de NH se realiza en dos etapas: 4NH + 5O 4NO + 6H O NO + O NO Calcula la masa de NH necesaria para obtener 10 kg de NO. Método 1. Reacción global. Si multiplicamos la ª reacción por : m g NO 1 mol NO 1 mol NH 17 g NH 700 g NH 46 g NO 4 mol NO 1 mol NH Método. Cálculos de forma consecutiva. m g NO 1 mol NO mol NO 1 mol NH 17 g NH 700 g NH 46 g NO mol NO 4 mol NO 1 mol NH

6 Reactivo común de una mezcla Una sustancia puede reaccionar simultánea e independientemente con otras dos sustancias presentes en una mezcla. Ejemplo. Se disuleven en agua 5 g de una muestra de NaCl y MgCl y se añade un exceso de AgNO. Si la masa de precipitado de AgCl es 1,8 g, determina la composición porcentual de la mezcla. NaCl + AgNO NaNO + AgCl MgCl + AgNO Mg(NO ) + AgCl Si x es la masa de NaCl en la muestra, 5-x será la masa de MgCl. m(agcl) = m 1 (proveniente reacc. 1) + m (proven. reacc. ) m 1 1 mol NaCl 1 mol AgCl 14, g AgCl x g NaCl 58,44 g NaCl 1 mol NaCl 1 mol AgCl Resolvemos la ecuación:,45x + (15-x) = 1,8 x= 4 g de NaCl y 1 g de MgCl Luego los porcentajes son 80% de NaCl y 0% de MgCl Reactivos con impurezas inertes Generalmente, los reactivos no están puros, sino que van mezclados con otras sustancias que se consideran impurezas. El porcentaje de pureza de un reactivo se denomina riqueza. A la hora de realizar los cálculos hay que descontar su contribución. Su ponemos que las impurezas son inertes, esto es, no reaccionan.,45x g AgCl 1 mol MgCl mol AgCl 14, g AgCl m (5 - x) g MgCl (15 - x) g AgCl 95,1 g MgCl 1mol MgCl 1 mol AgCl Ejemplo. A un muestra de 00 g hidróxido cálcico de un 70% de riqueza la tratamos con ácido clorhídrico M Qué volumen de ácido es necesario para disolver todo el hidróxido? Ca(OH) + HCl CaCl + H O 70 g hidróx. V 00 g 100 g 1 mol hidr. 74 g hidr. mol ác. 1 mol hidr. 1 l mol ác. 1,6 l

7 Rendimiento de una reacción Hasta ahora, hemos supuesto que las cantidad que se obtienen de los productos son las máximas, es decir, un rendimiento del 100%. En la realidad nunca es así. Así la cantidad de producto depende de la temperatura, de si la reacción es reversible, de que los productos reaccionen a su vez con los reactivos, etc. cantidad real de producto obtenida R cantidad teórica de producto Ejemplo. En uno de los pasos para la fabricación del ácido sulfúrico se hace reaccionar dióxido de azufre con oxígeno para producir trióxido de azufre. En una ocasión se mezclaron 11 L de dióxido de azufre a 1, atm y 50 C con oxígeno y se formaron 0 g de trióxido de azufre. Determina el rendimiento de la reacción. 100 SO m R teórica O 100 0,5 SO mol 75 % SO PV PV nrt n RT 1 mol SO 80 g SO 1 mol SO 1 mol SO 0,5 mol 40 g SO SO Reacción ácido-base Ácido (Brønsted y Lowry): Compuesto que dona H + Base: Compuesto que acepta H + Reacción ácido-base: ACIDO + BASE SAL + AGUA También se denomina reacción de neutralización. Ejemplo: HCl Ca(OH) CaCl HO En disolución acuosa: HCl Cl Ca(OH) - Ca H (OH) - HCl Ca(OH) CaCl HO ph ph es la abreviatura de "pondus Hydrogenium". Esto significa literalmente el peso del hidrógeno. Es un indicador de la acidez de una sustancia. ph = - log[h + ] Del mismo modo se define poh = - log[oh - ] Es un indicador de la basicidad o alcalinidad.

8 ph + poh = 14 Escala de ph Va de 0 a 14. Una disolución es neutra si ph = 7.