INTRODUCCIÓN A LAS REACCIONES QUÍMICAS

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1 13 INTRDUCCIÓN A LAS REACCINES QUÍMICAS LA REACCIÓN QUÍMICA 1. Indica la inforación que nos proporciona la fórula de los siguientes copuestos: Cloruro de aonio Sulfato de hierro (II) (S 4 ) Fe(NH 4 ) 6 H Cloruro de aonio: NH 4 Cl. Es un copuesto iónico, por lo que la fórula indicada es una fórula epírica. Su fórula nos proporciona la siguiente inforación: N H Cl 1 ol de NH 4 Cl 1 ol de átoos de N 4 ol de átoos de H 1 ol de átoos de Cl 53,5 g de NH 4 Cl (asa olar de NH 4 Cl) 14 g de N (asa olar de N) 4 g de H (4 asa olar de H) 35,5 g de Cl (asa olar de Cl) Sulfato de hierro (II): FeS 4. Tabién es un copuesto iónico. Su fórula nos proporciona la siguiente inforación: Fe S 1 ol de FeS 4 1 ol de átoos de Fe 1 ol de átoos de S 4 ol de átoos de 15 g de FeS 4 (asa olar de FeS 4 ) 56 g de Fe (asa olar de Fe) 3 g de S (asa olar de S) 64 g de (4 asa olar de ) (S 4 ) Fe(NH 4 ) 6 H. Esta sustancia se conoce con el nobre de sal de Mohr, y es tabién un copuesto iónico, un sulfato de hierro y aonio hidratado. Su fórula nos proporciona la siguiente inforación: S Fe N H 1 ol de (S 4 ) Fe(NH 4 ) 6 H ol de átoos de S 14 ol de átoos de 1 ol de átoos de Fe ol de átoos de N 0 ol de átoos de H 39 g de (S 4 ) Fe(NH 4 ) 6 H (asa olar de (S 4 ) Fe(NH 4 ) 6 H ) 64 g de S ( asa olar de S) 4 g de (14 asa olar de ) 56 g de Fe (asa olar de Fe) 8 g de N ( asa olar de N) 0 g de H (0 asa olar de H) Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 1

2 . Deterina la coposición centesial de los tres copuestos que se han citado en el ejercicio anterior. Cloruro de aonio: NH 4 Cl. La asa olar de este copuesto es: M NH4 Cl = 53,5 g/ol. Por tanto, en 53,5 g de copuesto hay: 35,5 g de Cl ; 4 g de H ; 14 g de N Su coposición centesial es: %Cl 35,5 53,5 100 = 66,35% de Cl 4 %H 100 = 7,48% de H 53,5 14 %N 100 = 6,17% de N 53,5 Sulfato de hierro (II): FeS 4. La asa olar de este copuesto es: M FeS4 = 15 g/ol. Por tanto, en 15 g de copuesto hay: 56 g de Fe ; 3 g de S ; 64 g de Su coposisición centesial es: % Fe = 36,84% de Fe 3 %S 100 = 1,05% de S % 100 = 4,11% de 15 Sal de Mohr: (S 4 ) Fe(NH 4 ) 6 H. La asa olar que corresponde a este copuesto es M (S4 ) Fe(NH 4 ) = 39 g/ol. Por tanto, en 39 g de copuesto hay: 64 g de S ; 4 g de ; 56 g de Fe ; 8 g de N ; 0 g de H Su coposición centesial es: %S = 16,33% de S 4 % 100 = 57,14% de % Fe 100 = 14,9% de Fe 39 8 %N 100 = 7,14% de N 39 0 %H 100 = 5,10% de H 39 Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas

3 3. Escribe y ajusta las ecuaciones quíicas que corresponden a los siguientes procesos quíicos: Al reaccionar carbonato de sodio con ácido sulfúrico se obtienen sulfato de sodio, dióxido de carbono y agua. El carbonato de calcio se descopone al calentarlo en óxido de calcio y dióxido de carbono. Por su parte el óxido de calcio reacciona con agua y se obtiene hidróxido de calcio. El agnesio reacciona con el oxígeno y con el nitrógeno del aire, originando, respectivaente, óxido de agnesio y nitruro de agnesio. El carbonato de calcio reacciona con el ácido nítrico. En la reacción se obtienen nitrato de calcio, dióxido de carbono y agua. Las ecuaciones quíicas ajustadas, por el orden en que aparecen en el enunciado, son las siguientes: Na C 3 +H S 4 Na S 4 +C +H CaC 3 Ca + C Ca + H Ca(H) Mg + Mg 3Mg +N Mg 3 N CaC 3 + HN 3 Ca(N 3 ) +C +H 4. Una sustancia presenta una coposición en la que el 40% es carbono, el 6,7% hidrógeno y el resto oxígeno. Sabiendo que en 4 g de sustancia hay, aproxiadaente,, oléculas, deduce su fórula epírica y su fórula olecular. La sustancia está copuesta por carbono, hidrógeno y oxígeno, C x H y z, en la siguiente proporción: 40% C ; 6,7% H ; 53,3% Su fórula epírica la obteneos del siguiente odo: n C = C 40 n C = = 3,33 ol de C 1 M C H M H 6,7 n H = n H = = 6,7 ol de H 1 M 53,3 n = n = = 3,33 ol de 16 La relación entera ás sencilla que existe entre las cantidades anteriores es: 3,33 6,67 3,33 C = 1 H = 1 3,33 3,33 3,33 Por tanto, su fórula epírica será: CH. Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 3

4 Para calcular su fórula olecular, C a H a a, tendreos en cuenta que en 4 g de sustancia hay, oléculas, y las siguientes relaciones: n = ; n = N = N M N A M N A Por tanto: =, M = 60, g/ol M 6, Teniendo en cuenta que: 60, M = a M epírirca a = M = M epírica 30 La fórula olecular será: C H 4 que puede corresponder, por ejeplo, al ácido acético: CH 3 C H 13.. DISLUCINES Nota: Consulta las asas atóicas que necesites en la tabla periódica. 1. Indica si las siguientes sustancias son disoluciones o no: agua del ar, gasolina, zuo de naranja, sangre, una gota de aceite en agua. Una disolución es una ezcla hoogénea, en la que no es posible distinguir los coponentes por étodos ópticos y que, adeás, presenta las isas propiedades en todos sus puntos. De acuerdo con lo anterior, el agua del ar y la gasolina son disoluciones, y el resto de sustancias que indica el enunciado, ezclas heterogéneas.. Se disuelven 5 g de cloruro de hidrógeno en 35 g de agua. La densidad de la disolución resultante es 1,06 g/l. Calcula su concentración, en olaridad, en porcentaje en asa y en graos por litro. La asa total de disolución es: disolución = 5 g (HCl) + 35 g (H ) = 40 g Con este dato y la densidad de la disolución, podeos calcular su voluen: d = V = V disolución = disolución 40 = = 37,74 l V d d disolución 1,06 La concentración de la disolución es, por tanto: Molaridad: HCl 5 n 36,5 0,137 C = soluto M C = HCl = = = 3, M V disolución 37,74 37,74 V disolución Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 4

5 Tanto por ciento en asa: Graos partido por litro: soluto 5 % asa = 100 % asa = 100 = 1,5% 40 disolución soluto V disolución = 5 = 13,5 g/l de HCl 37, Calcula la asa de glucosa, C 6 H 1 6, que se necesita para preparar 100 l de una disolución 0, M. A partir de la expresión de la concentración olar, podeos obtener la cantidad de sustancia de glucosa: C = n soluto V disolución n soluto = C V disolución n soluto = 0, 0,1 = 0,0 ol de C 6 H 1 6 Por tanto, la asa de glucosa necesaria será: n = glucosa = n glucosa M glucosa = 0,0 180 = 3,6 g de C 6 H 1 M 6 4. Se desean preparar 00 l de una disolución acuosa de aoniaco 1 M. En el laboratorio se dispone de una disolución ás concentrada, del 3% en asa, cuya densidad es 0,914 g/l. Calcula el voluen de esta últia disolución que necesitaos para, añadiéndole agua, preparar la priera. La asa de aoniaco que se necesita para preparar 00 l de una disolución acuosa de aoniaco 1 M es: n M C = = NH3 = C V M = 1 0, 17 = 3,4 g de NH V V 3 La disolución de que disponeos tiene una concentración del 3% en asa, y una densidad de 0,914 g/l. Coo necesitaos 3,4 g de NH 3, la asa de esta disolución que necesitaos es: NH3 NH3 100 R = 100 disol = = R disol 3,4 100 = = 14,78 g de disolución concentrada de NH 3 3 A partir de la densidad de esta últia disolución, obteneos el voluen necesario: disol V disol disol d disol d disol = V disol = = 14,78 = = 16,17 l de disolución concentrada de NH 0,914 3 Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 5

6 5. Calcula la concentración olar de una disolución preparada ezclando 50 l de ácido sulfúrico 0,136 M con 70 l de agua. Supón que los volúenes son aditivos. Calculaos, en prier lugar, la cantidad de sustancia en ol de ácido sulfúrico presente en 50 l de disolución 0,136 M: n H S 4 C = n H S 4 = C V disolución = 0,136 0,05 = 6, ol de H S 4 V disolución Al ezclar estos 50 l con 70 l de agua, la concentración olar de la nueva disolución será: n 6,8 10 6,8 10 C' = C' = 3 = 3 H S 4 = 0,057 M 0,05 + 0,07 0,1 V' disolución ALGUNS TIPS DE REACCIÓN QUÍMICA 1. Señala algún proceso de la vida diaria en el que se produzca una reacción de: Síntesis. Descoposición. Sustitución. Precipitación. La foración de óxidos es un proceso uy habitual. Cuando ocurre en etales, hablaos de corrosión. Se produce cuando el etal reacciona con el oxígeno del aire. Vaos a escribir la ecuación de la síntesis del óxido de hierro (II), por ser este óxido uno de los ás counes: Fe+ Fe Un ejeplo de reacción de descoposición es la del agua oxigenada, que se descopone en agua y oxígeno. Es una reacción que se produce con gran facilidad; en ella se basan las aplicaciones del agua oxigenada coo antiséptico y decolorante (en disoluciones diluidas). La reacción es la siguiente: H H + La reacción de sustitución que se describe a continuación se utiliza para averiguar si alguien falleció a consecuencia de una ingestión de arsénico. Para ello se hace pasar hidrógeno a través del estóago del cadáver. De ese odo, el arsénico que haya podido ingerir (que se encontrará en fora de ácido arsénico), reaccionará con el hidrógeno para dar arsina. La reacción que tiene lugar es: 4H +H 3 As 4 AsH 3 +4H La reacción de precipitación que vaos a forular es la de obtención del carbonato de calcio, un agente abrasivo que se utiliza en las pastas dentífricas. Se obtiene a partir del óxido de calcio, cuando reacciona con ácido carbónico. Ca + H C 3 CaC 3 +H Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 6

7 . Escribe y ajusta la ecuación quíica que corresponde a los siguientes procesos: Reacción de síntesis del óxido de agnesio (II). Reacción de descoposición del cloruro de aonio. Reacción de sustitución del hidrógeno por agnesio en el ácido clorhídrico. Reacción de precipitación del hidróxido de hierro (III) a partir de sulfato de hierro (III) e hidróxido de sodio. Reacción de desplazaiento entre el carbonato de calcio y el ácido clorhídrico, dando cloruro de calcio, dióxido de carbono y agua. Reacción de precipitación del croato de plata a partir de sendas disoluciones de croato de sodio y nitrato de plata. Reacción de síntesis del óxido de ercurio (II) a partir de sus eleentos. Reacción entre la plata y el ácido nítrico para dar nitrato de plata, que queda en la disolución, con desprendiiento de hidrógeno. Las ecuaciones quíicas ajustadas, por el orden en que se indican en el enunciado, son las siguientes: Mg (s) + (g) Mg (s) NH 4 Cl (s) NH 3 (g) + HCl (g) Mg (s) + HCl (aq) MgCl (aq) +H (g) Fe (S 4 ) 3 (aq) + 6 NaH (aq) Fe(H) 3 (s) + 3Na S 4 CaC 3 (s) + HCl (aq) CaCl (aq) +C (g) +H (l) Na Cr 4 (aq) + AgN 3 (aq) Ag Cr 4 (s) + NaN 3 (aq) Hg (l) + (g) Hg (s) Ag (s) + HN 3 (aq) AgN 3 (aq) +H (g) REACCINES DE TRANSFERENCIA 1. El bicarbonato de sodio es un reedio casero contra la acidez de estóago producida por un exceso de ácido clorhídrico. Escribe y ajusta la ecuación quíica que corresponde a la reacción de neutralización entre abos copuestos. La ecuación que corresponde a la neutralización es la siguiente: NaHC 3 + HCl NaCl + C +H El dióxido de carbono y el agua provienen de la descoposición del ácido carbónico, H C 3. Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 7

8 . Escribe y ajusta la ecuación quíica que corresponde a la reacción de neutralización que se produce al ezclar ácido ortofosfórico con hidróxido de bario. La reacción de neutralización se corresponde con la siguiente ecuación quíica ajustada: H 3 P Ba(H) Ba 3 (P 4 ) +6H 3. El azul de tornasol es de color rojo en edio ácido y de color azul en edio básico. Qué color presentará si añadios unas gotas de este indicador a un vaso de agua pura? El agua pura es neutra, por lo que el indicador presentará un color violáceo interedio entre el rojo (color ácido) y el azul (color básico). 4. Qué sucede cuando un clavo de hierro se deja durante un tiepo a la inteperie? Un clavo de hierro, dejado a la inteperie, experienta un proceso de oxidación: 4 Fe (s) + 3 (g) Fe 3 (s) El clavo de hierro, que inicialente presenta un brillo etálico característico, se vuelve de color rojo tras oxidarse. La reacción que se produce es de transferencia de electrones entre el hierro y el oxígeno, de acuerdo con las siguientes seirreacciones: Seirreacción de oxidación: Seirreacción de reducción: 4 Fe 4Fe e e 6 5. Escribe la seirreacción de oxidación y la de reducción que corresponden a los siguientes procesos de transferencia de electrones: Cobustión del carbón. Síntesis del cloruro de sodio a partir de sus eleentos. xidación del agnesio. Síntesis de nitruro de agnesio a partir de agnesio y nitrógeno. Sustitución de cobre por plata en el sulfato de cobre. Cobustión del carbón: C (s) + (g) C (g) Seirreacción de oxidación: C C e Seirreacción de reducción: + 4 e Síntesis de cloruro de sodio a partir de sus eleentos: Na (s) +Cl (g) NaCl (s) Seirreacción de oxidación: Na Na + + e Seirreacción de reducción: Cl + e Cl Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 8

9 xidación del agnesio: Mg (s) + (g) Mg (s) Seirreacción de oxidación: Mg Mg + +4e Seirreacción de reducción: + 4 e Síntesis de nitruro de agnesio a partir de Mg y N : 3 Mg(s) +N (g) Mg 3 N Seirreacción de oxidación: 3 Mg 3Mg + +6e Seirreacción de reducción: N + 6 e N 3 Sustitución del cobre por plata en el sulfato de cobre: Ag (s) + CuS 4 (aq) Ag S 4 (aq) + Cu (s) Seirreacción de oxidación: Ag Ag + + e Seirreacción de reducción: Cu + + e Cu 6. Indica los pasos que debes seguir para construir una pila electroquíica en la que intervengan cinc y sulfato de ploo (II) y en la que se produzcan sulfato de cinc y ploo. El aterial necesario para construir la pila es: Dos vasos de precipitación Una barra de cinc Una barra de ploo Hilo conductor Tubo de vidrio en fora de U Algodón Disolución de ZnS 4 Disolución de PbS 4 Disolución de NaCl Políetro para detectar el paso de corriente El procediiento para construir la pila es el siguiente: 1. En uno de los vasos de precipitados se suerge parcialente una barra de cinc, que actuará coo electrodo, dentro de una disolución de sulfato de cinc, y en el otro se suerge una barra de ploo, que será el segundo electrodo, en una disolución de sulfato de ploo (II). Las dos barras se conectan externaente ediante el hilo conductor, que será por donde pasará la corriente (los electrones).. Al oxidarse, los átoos de cinc del electrodo pasan a la disolución: Zn Zn + + e (oxidación del cinc: pérdida de electrones) Ello hace que, transcurrido cierto tiepo, aprecieos un adelgazaiento en la barra de cinc. 3. Los dos electrones pasarán de la barra de cinc a la barra de ploo, utilizando para ello el circuito exterior. Llegados a este, serán captados por un ion Pb +, que se reducirá a ploo: Pb + + e Pb (reducción del ploo: ganancia de electrones) El ploo se deposita sobre la barra de ploo, por lo que esta se engrosa a edida que transcurre el tiepo. Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 9

10 Para evitar que se interrupa el paso de corriente eléctrica por acuulación de carga positiva en el electrodo de cinc, y carga negativa en el electrodo de ploo, se coloca un tubo en U invertido, relleno con algodón ipregnado con la disolución de cloruro de sodio que no interviene en la reacción. Este tubo, llaado puente salino, perite el paso de los iones Cl a la disolución de Zn + y de los iones Na + a la disolución de Pb +, haciendo que estas peranezcan neutras. El esquea de la pila es el que se uestra a continuación: e Ánodo Zn puente salino Cl Na + Cátodo Pb Zn + S 4 S 4 Pb + Y la reacción que se produce: Zn Zn + + e Pb + +e Pb Zn (s) + PbS 4 (aq) Pb (s) + ZnS 4 (aq) ENERGÍA EN LAS REACCINES QUÍMICAS 1. Escribe y ajusta las reacciones de cobustión de CH 4 (etano; principal coponente del gas natural), C 8 H 18 (octano; uno de los coponentes de la gasolina), C H 6 (etanol o alcohol etílico) y C 6 H 1 6 (glucosa). Cobustión del etano: CH 4 (g) + (g) C (g) + H (g) Cobustión del octano: 5 C 8 H 18 (l) + (g) 8C (g) + 9 H (g) C 8 H 18 (l) + 5 (g) 16 C (g) + 18 H (g) Cobustión del etanol: Cobustión de la glucosa: C H 6 (l) + 3 (g) C (g) + 3H (g) C 6 H 1 6 (g) +6 6C (g) + 6H (g) Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 10

11 . Dibuja el diagraa energético que corresponde a una reacción de cobustión. Una reacción de cobustión es una reacción exotérica: la diferencia de energía entre los productos y los reactivos es negativa (los productos de la reacción son ás estables que los reactivos). El diagraa energético que le corresponde es el siguiente: 3. Calcula la energía que se desprende cuando se quean 5 kg de carbón, sabiendo que en la cobustión del carbono se desprenden 393,51 kj/ol. La reacción de cobustión del carbón es la siguiente: C (s) + (g) C (g) ; E = 393,51 kj/ol La cantidad de sustancia, en ol, de carbón, es: C 5 10 n C = n C = 3 = 416,7 ol de C 1 M C Para hallar la energía desprendida, estableceos la siguiente relación: 1 ol de C 393,51 kj = 416,7 ol de C Q Q = 393,51 416,7 = ,5 kj Por tanto, esa es la cantidad de energía que se desprende al quear 5 kg de carbón. 4. Calcula la cantidad de calor que se desprende cuando arden 10 litros de propano gas (C 3 ) en condiciones norales de presión y teperatura. Dato: H cobustión (C 3 ) = 043,9 kj/ol. La ecuación quíica ajustada de la cobustión del propano es: C 3 (g) + 5 (g) 3C (g) + 4H (g) ; H = 043,9 kj/ol La cantidad de sustancia, en ol, de propano que se quea la obteneos a partir de la ecuación de los gases ideales: Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 11

12 P V 1 10 P V = n R T n C3 H = = = 0,4467 ol de C 8 3 H R T 0, Por tanto: 1 ol de C 3 043,9 kj = 0,4467 ol de C 3 Q Q = 043,9 0,4467 = 913,03 kj Se desprenden 913,03 kj al quear 10 l de C 3 en condiciones norales. ACTIVIDADES DE LA UNIDAD Nota: Consulta las asa atóicas que necesites en la tabla periódica. CUESTINES 1. El proceso de disolución de una sustancia en agua, es una reacción quíica? El proceso de disolución de una sustancia en agua no es una reacción quíica. Es un proceso físico en el que se producen interacciones entre las partículas de la sustancia en cuestión y las oléculas de agua, pero no se ropen los enlaces de la olécula de agua ni de la sustancia que se disuelve. A partir de la disolución se pueden separar el agua y la sustancia o sustancias disueltas por étodos físicos.. Señala las diferencias ás iportantes que existen entre ezcla hoogénea, ezcla heterogénea y sustancia pura. Una ezcla es una agrupación de varias sustancias, de coposición variable, en la que estas sustancias pueden separarse unas de otras por étodos físicos. Adeás, las propiedades de la ezcla están relacionadas con las de las sustancias que la coponen. En algunas ezclas se aprecian los coponentes, ya sea a siple vista, con una lupa o con un icroscopio; son ezclas heterogéneas. Ejeplo de ellas son el granito o la leche. En otras ezclas, coo una disolución de sal en agua, la disolución tiene el iso aspecto que el agua, y no es posible distinguir la sal por étodos ópticos; se trata de una ezcla hoogénea, y presenta las isas propiedades en todos sus puntos. Por su parte, una sustancia pura no puede separarse en sus coponentes por étodos físicos (para separar los coponentes es necesario roper los enlaces; se necesita una reacción quíica). Adeás, la coposición quíica entre los eleentos que coponen la sustancia es constante y, en general, sus propiedades son diferentes a las de sus coponentes. 3. Cóo se puede distinguir una sustancia pura de una disolución? En el siguiente cuadro se indican las diferencias ás iportantes entre disolución y sustancia pura: Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 1

13 Disolución Sus coponentes pueden separarse por étodos físicos. La coposición es variable según las cantidades de coponentes que se utilicen para preparar la disolución. Sus propiedades están relacionadas con las de sus coponentes. Sustancia pura No puede separarse en sus coponentes por étodos físicos (para separar los coponentes, es necesario roper los enlaces; se necesita una reacción quíica). La coposición quíica entre los eleentos que coponen la sustancia es constante. En general, sus propiedades son diferentes a las de sus coponentes. 4. Puede existir una disolución de un gas en un líquido? Y de un líquido en un sólido? En abos casos, la respuesta es afirativa. Un ejeplo de disolución de un gas en un líquido es cualquier bebida carbonatada: agua con gas, gaseosa o, en general, cualquier bebida con burbujas. Un ejeplo de disolución de un líquido en un sólido es la aalgaa de los dentistas. 5. Por qué carece de unidades la fracción olar de una sustancia? La fracción olar del coponente i de una disolución indica la proporción entre la cantidad de sustancia de dicho coponente, y la cantidad de sustancia total: χ i = n i n t Coo puede verse en la expresión anterior, la fracción olar es adiensional, y, en consecuencia, no tiene unidades. 6. Por qué debeos ajustar una ecuación quíica? En una ecuación quíica se escriben las fórulas de los reactivos y de los productos de la reacción. Si la ecuación quíica no se ajusta, puede suceder que no se cupla la ley de conservación de la asa de Lavoisier. 7. Qué analogías y diferencias existen entre reacción quíica y ecuación quíica? La ecuación quíica es la fora siplificada de representar una reacción quíica. En la ecuación se escriben las fórulas de los reactivos y de los productos de la reacción separados por una flecha que indica el sentido en que transcurre la isa: Reactivos Productos Tabién se indica el estado de agregación de las sustancias que intervienen en la reacción: gas (g), líquido (l), sólido (s) o en disolución acuosa (aq). Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 13

14 8. Qué inforación proporciona una ecuación quíica? En una ecuación quíica se escriben las fórulas de los reactivos y de los productos de la reacción separados por una flecha que indica el sentido en que transcurre esta: Reactivos Productos Tabién se indica el estado de agregación de las sustancias que intervienen en la reacción: gas (g), líquido (l), sólido (s) o en disolución acuosa (aq). 9. Por qué hay reacciones que transcurren a ayor velocidad si se auenta la teperatura? En una reacción quíica solo se produce una redistribución o reorganización de los átoos. Se ropen enlaces en los reactivos y se foran nuevos enlaces, originando los productos. Para que esto suceda, se han de producir choques efectivos entre las sustancias reaccionantes. Al auentar la teperatura, auenta la velocidad de las partículas y, en consecuencia, auenta el núero de choques entre ellas, de odo que la reacción transcurre ás rápidaente. 10. Qué significado tiene el signo que acopaña al calor de reacción? Se denoina calor de reacción a la energía que se transfiere en una reacción quíica en fora de calor. Es una edida de la diferencia energética entre los reactivos y los productos de cada reacción. Si los productos de reacción son ás estables que los reactivos, se desprenderá energía. En ese caso, la reacción es exotérica. En el caso contrario, si los reactivos son ás estables que los productos, habrá que aportar energía para que la reacción se produzca, y la reacción es endotérica. Teniendo en cuenta que la situación de ayor estabilidad se corresponde con enor energía, en una reacción exotérica, Q ( E) < 0, ientras que, en una reacción endotérica, Q ( E) > En una reacción quíica, qué diferencia el calor de reacción de la variación de entalpía? En general, se denoina calor de reacción a la energía que se transfiere en una reacción quíica en fora de calor. Es una edida de la diferencia energética entre los reactivos y los productos de cada reacción. Cuando la reacción se lleva a cabo en un recipiente abierto, a presión constante, al calor de reacción se le denoina variación de entalpía: H. 1. Por qué se denoina reacción de neutralización a una reacción entre un ácido y una base? Los ácidos y las bases tienen propiedades bien caracterizadas y antagónicas. Cuando un ácido reacciona con una base, si abos están en cantidades estequioétricas se neutralizan utuaente. Por ese otivo, a estas reacciones se las denoina reacciones de neutralización. Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 14

15 EJERCICIS 13. Qué quiere decir que una disolución de cloruro de sodio es M? Una disolución de cloruro de sodio M contiene dos oles de cloruro de sodio en un litro de disolución. 14. El cinc desplaza al cobre en una disolución acuosa de sulfato de cobre (II). Escribe la reacción ajustada, diferenciando las seirreacciones de oxidación y de reducción. La reacción de desplazaiento del cobre por el cinc en el sulfato de cobre es la siguiente: Zn (s) + CuS 4 (aq) ZnS 4 (aq) + Cu (s) Las dos seirreacciones que se producen son: Seirreacción de oxidación: Zn Zn + + e Seirreacción de reducción: Cu + + e Cu 15. Explica el fundaento de una pila electroquíica. Indica los pasos a seguir para construir una pila a partir de la reacción del ejercicio anterior. Una de las aplicaciones ás útiles de las reacciones de transferencia de electrones es la producción de energía eléctrica. Para ello, se aprovecha el paso de los electrones que se desplazan de uno a otro de los reactivos por un circuito eléctrico externo. En esto se basan las llaadas pilas electroquíicas. El fundaento de una pila electroquíica consiste en separar las dos seirreacciones, de anera que los electrones circulen externaente, por un hilo conductor. Ello perite aprovechar la energía de la reacción en fora de corriente eléctrica, con la ventaja adicional de poder controlar el proceso, ya que se puede conectar el circuito a voluntad. El aterial necesario y el esquea de la pila es el iso que el indicado en el ejercicio 6 del epígrafe 13.4., pero sustituyendo Pb por Cu. Procediiento para construir la pila: 1. En uno de los vasos de precipitados se suerge parcialente una barra de cinc, que actuará coo electrodo, dentro de una disolución de sulfato de cinc y en el otro se suerge una barra de cobre, que será el segundo electrodo, en una disolución de sulfato de cobre (II). Las dos barras de conectan externaente ediante el hilo conductor, que será por donde pasará la corriente (los electrones).. Al oxidarse, los átoos de cinc del electrodo pasan a la disolución: Zn Zn + + e (oxidación del cinc: pérdida de electrones) Ello hace que, transcurrido cierto tiepo, aprecieos un adelgazaiento en la barra de cinc. Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 15

16 3. Los dos electrones pasarán de la barra de cinc a la barra de cobre, utilizando para ello el circuito exterior. Llegados a este, serán captados por un ion Cu +, que se reducirá a cobre: Cu + + e Cu (reducción del cobre: ganancia de electrones) El cobre se deposita sobre la barra de cobre, por lo que esta se engrosa a edida que transcurre el tiepo. Para evitar que se interrupa el paso de corriente eléctrica por acuulación de carga positiva en el electrodo de cinc, y carga negativa en el electrodo de cobre, se coloca un tubo en U invertido, relleno de algodón ipregnado con una disolución de cloruro de sodio, que no interviene en la reacción. Este tubo, llaado puente salino, perite el paso de los iones Cl a la disolución de Zn + y de los iones Na + a la disolución de Cu +, haciendo que estas peranezcan neutras. 16. La fórula quíica de un copuesto es C 8 H 6. Indica toda la inforación que puedas deducir de ella. La inforación que nos proporciona la fórula C 8 H 6 se recoge en la siguiente tabla: 1 olécula de C 8 H 6 8 átoos de C 6 átoos de H átoos de 6, oléculas de C 8 H 6 8 6, átoos de C 1 ol de oléculas de C 8 H g de C 8 H 6 (asa olar de C 8 H 6 ) 8 ol de átoos de C 96 g de C (8 asa olar de C) 6 6, átoos de H 6 ol de átoos de H 6 g de H (6 asa olar de H) 6, átoos de H ol de átoos de 3 g de ( asa olar de ) 17. Deduce toda la inforación que proporciona la fórula quíica: CH 3 CC 6 H 4 CH que corresponde el ácido acetilsalicílico (aspirina). La inforación que nos proporciona la fórula CH 3 CC 6 H 4 CH (C 9 4 ) se recoge en la siguiente tabla: 1 olécula de C átoos de C 8 átoos de H 4 átoos de 6, oléculas de C , átoos de C 1 ol de oléculas de C g de C 9 4 (asa olar de C 9 4 ) 9 ol de átoos de C 108 g de C (9 asa olar de C) 8 6, átoos de H 8 ol de átoos de H 8 g de H (8 asa olar de H) 4 6, átoos de 4 ol de átoos de 64 g de (4 asa olar de ) Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 16

17 18. Justifica si las siguientes ecuaciones quíicas están escritas de fora correcta. En caso de que alguna de ellas no lo esté, escríbela adecuadaente: a) C + C b) Ca + Ca c) H + I HI d) K + Cl KCl a) Correcta. El carbono es atóico, y el oxígeno, diatóico. b) Incorrecta. El oxígeno es diatóico; la escritura correcta de la ecuación quíica es: Ca + Ca c) Incorrecta. La ecuación quíica, escrita correctaente, es: H +I HI d) Incorrecta. El potasio, en estado natural, no es diatóico. Por tanto: K+Cl KCl 19. Indica cuál de las siguientes reacciones es exotérica y cuál endotérica: a) H ( g ) + ( g ) H ( l ) + 571,6 kj b) N ( g ) + ( g ) + 180,7 kj N ( g ) c) CH 3 H ( l ) + 3 (g) C (g) + 4 H (l ) (se desprenden 1451,8 kj) Teniendo en cuenta el signo de la energía y el iebro de la ecuación quíica en que se encuentra, podeos clasificar las ecuaciones anteriores en: a) Al indicar el calor de reacción coo un producto ás en la ecuación quíica que representa el proceso, se está indicando que en dicha reacción se obtiene calor (se desprende calor), luego esta reacción quíica es exotérica. b) En este caso, por el contrario, se indica el calor de reacción coo un reactivo ás, es decir, se trata de un proceso quíico en el que hay que suinistrar calor. Es, por tanto, una reacción endotérica. c) La inforación de que en este proceso se desprende calor, indica que se trata de un proceso exotérico. 0. Dada la siguiente ecuación teroquíica: H ( g ) + ( g ) H ( l ) ; H = 483,6 kj indica cuáles de las siguientes afiraciones son correctas y cuáles falsas: a) Cuando se foran 36 g de agua se desprenden 483,6 kj. b) La reacción de foración de agua es uy rápida. c) Es necesario suinistrar 483,6 kj para obtener, a partir de agua, g de hidrógeno y 16 g de oxígeno. d) Es necesario suinistrar 483,6 kj para obtener, a partir de agua, 4 g de hidrógeno y 3 g de oxígeno. Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 17

18 a) La lectura que puede hacerse de la reacción es que cuando se fora ol de agua se desprenden 483,6 kj. La asa de ol de agua es de 36 g, luego el enunciado es correcto. b) A partir de la ecuación teroquíica no podeos obtener ninguna inforación acerca de la velocidad a la que transcurre la reacción de foración del agua. c) Falso: será necesario suinistrar 483,6 kj para descoponer 36 g de agua ( ol de agua) en los eleentos que la foran: 4 g de hidrógeno y 3 g de oxígeno. d) Verdadero, por lo indicado en el apartado anterior. 1. Representa en un diagraa las variaciones de entalpía que acopañan a los siguientes procesos de síntesis: a) C (grafito) + ( g ) C ( g ) (se desprenden 393,4 kj por ol de grafito) b) N ( g ) + ( g ) N ( g ) (es necesario suinistrar 90,1 kj por ol de N) Los diagraas que solicita el enunciado son los que se uestran a continuación: C (grafito) + (g) E = 393,4 kj/ol C (g) N (g) N (g) + (g) E = 90,1 kj/ol Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 18

19 . Explica qué enlaces se ropen y qué enlaces se foran en los siguientes procesos: a) Foración de agua a partir de los eleentos que la foran. b) Foración de cloruro de sodio a partir de sus eleentos. c) Cobustión de carbón. d) Cobustión de etano (CH 4 ). a) H + H. En este proceso se ropen dos enlaces entre H H y =, y se foran dos enlaces H. b) Na + Cl NaCl. En este caso se ropen los enlaces de la red cristalina del sodio y los enlaces Cl Cl, forándose enlaces iónicos Na Cl. c) C + C. Se ropen los enlaces de la red cristalina del carbón y los del oxígeno, =. Se foran los enlaces entre el carbono y el oxígeno: = C=. d) CH 4 + C + H. Se ropen los enlaces C H y los enlaces =. Se foran los enlaces = C= y H H. 3. Escribe y ajusta las ecuaciones quíicas que corresponden a los siguientes procesos: a) El nitrógeno y el oxígeno del aire reaccionan a teperaturas elevadas, produciendo óxido de nitrógeno (II). b) El óxido de nitrógeno (II) se oxida a óxido de nitrógeno (IV). c) El óxido de nitrógeno (IV) reacciona con agua dando ácido nítrico y óxido de nitrógeno (II). d) Neutralización de ácido sulfúrico e hidróxido de calcio. e) Descoposición de carbonato de calcio. f) Descoposición de óxido de ercurio (II) en los eleentos que lo foran. g) Foración de yoduro de hidrógeno a partir de sus eleentos. h) Cobustión copleta de propano (C 3 ). Las ecuaciones quíicas ajustadas son las siguientes: a) N + N b) N + N c) 3N + H HN 3 +N d) H S 4 + Ca(H) CaS 4 + H e) CaC 3 Ca + C f) Hg Hg + g) H +I HI h) C C + 4 H Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 19

20 4. Clasifica las reacciones quíicas correspondientes a los procesos que heos analizado en los dos ejercicios anteriores. La ayor parte de las reacciones quíicas se corresponden a ás de un tipo de las vistas a lo largo de la unidad. Dicho esto, una posible clasificación de las reacciones de los ejercicios y 3 puede ser: -a) Reacción de síntesis. -b) Reacción de síntesis y tabién reacción de transferencia de electrones. -c) Esta y todas las reacciones de cobustión son reacciones de transferencia de electrones. Adeás, esta es la reacción de síntesis del C. -d) Reacción de transferencia de electrones. 3-a) Reacción de síntesis. 3-b) Puede considerarse una reacción de transferencia de electrones. 3-c) Reacción de transferencia de electrones. 3-d) Reacción ácido-base, de neutralización o de transferencia de protones. 3-e) Reacción de descoposición. 3-f) Reacción de descoposición. 3-g) Reacción de síntesis. 3-h) Reacción de transferencia de electrones. 5. Coprueba si están ajustadas las siguientes ecuaciones quíicas. Si no es así, ajústalas correctaente: a) KMn KCl + 8 H S 4 6 K S 4 + MnS Cl + 8 H b) K Cr HI + 4 H S 4 K S 4 + Cr (S 4 ) I + 7 H Abas ecuaciones están correctaente ajustadas. 6. Ajusta las siguientes ecuaciones quíicas: a) Ca(H) + HCl CaCl + H b) H S + S S + H c) NH 3 + H 3 P 4 (NH 4 ) 3 P 4 d) C 6 H 1 6 C + C H 6 e) KI + Pb(N 3 ) KN 3 + PbI f) C 6 H 6 + C + H Las ecuaciones quíicas ajustadas son las siguientes: a) Ca(H) + HCl CaCl + H d) C 6 H 1 6 C + C H 6 b) H S + S 3S + H e) KI + Pb(N 3 ) KN 3 + PbI c) 3 NH 3 + H 3 P 4 (NH 4 ) 3 P 4 f) C 6 H C + 6 H Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 0

21 PRBLEMAS 7. Explica cóo prepararías 50 l de una disolución 1 M de hidróxido de sodio. 1. Pesaos la cantidad de NaH necesaria para preparar 50 l de disolución 1 M. Dicha cantidad la hallaos a partir de la definición de concentración olar: C = n V n = C V n NaH = 0,5 1 = 0,5 ol de NaH n NaH = NaH M NaH NaH = n NaH M NaH = 0,5 ( ) = 10 g. En un atraz aforado de 50 l se echan, aproxiadaente, 15 l de agua destilada. 3. Se introduce la sal sódica (con ucho cuidado, ya que es corrosiva). 4. Se agita hasta que se produce la total disolución. 5. Se añade agua destilada hasta el enrase. 8. Calcula la asa de hidróxido de sodio contenidos en 50 l de una disolución 0,5 M de dicho copuesto. Los datos de que disponeos son los siguientes: V = 50 l = 0,05 l ; C = 0,5 M ; M NaH = = 40 g/ol La asa de NaH la obteneos teniendo en cuenta las expresiones: n = M n C = V = V C M NaH = V disol C M NaH = 0,05 0,5 40 = 1 g de NaH 9. Expresa en g/l la concentración de una disolución de ácido sulfúrico M. Para expresar la concentración en graos por litro, haceos lo siguiente: ol n C = M = ; C = n = ol de H S 4 en 1 l de disolución l V Teniendo en cuenta que M H S = 98 g/ol, obteneos: 4 n = H S = n M H 4 S = 98 = 196 g de H 4 S M 4 Por tanto, la concentración es c = 196 g/l. Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 1

22 30. Calcula la coposición centesial de: a) Bicarbonato de sodio. c) Carbonato de bario. b) Sulfato de potasio. d) Tetraóxido de dinitrógeno. a) La asa olecular relativa del bicarbonato de sodio es: M r (NaHC 3 ) = 84. Su coposición centesial es: A %Na: r (Na) x = x = = 7,38% de Na M r (NaHC 3 ) A %H: r (H) x = x = = 1,19% de H M r (NaHC 3 ) A %C: r (C) x = x = = 14,9% de C M r (NaHC 3 ) A %: r () x = x = = 57,14% de M r (NaHC 3 ) b) La asa olecular relativa del sulfato de potasio es: M r (K S 4 ) = 174. Su coposición centesial es: A %K: r (K) x = x = = 44,83% de K M r (K S 4 ) A %S: r (S) x = x = = 18,39% de S M r (K S 4 ) A %: r () x = x = = 36,78% de M r (K S 4 ) c) La asa olecular relativa del carbonato de bario es: M r (BaC 3 ) = 197,3. Su coposición centesial es: A %Ba: r (Ba) x 137,3 100 = x = = 69,59% de Ba M r (BaC 3 ) ,3 A %C: r (C) x = x = = 6,08% de C M r (BaC 3 ) ,3 3 A %: r () x = x = = 4,33% de M r (BaC 3 ) ,3 d) La asa olecular relativa del tetraóxido de dinitrógeno es: M r (N 4 ) = 9. Su coposición centesial es: A %N: r (N) x = x = = 34,69% de N M r (N 4 ) A %: r () x = x = = 65,31% de M r (N 4 ) Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas

23 31 Al reaccionar 94, g de yodo con exceso de agnesio se obtienen 103, g de yoduro de agnesio. Deduce la coposición centesial del copuesto que se fora. La coposición centesial del yoduro de agnesio se calcula del siguiente odo: I MgI x , %I: = x = = 91,8% de I , %Mg: y = ,8 = 8,7 % de Mg 3. Se sabe que en 4,638 g de un óxido de hierro hay 3,358 g de hierro. Calcula la fórula quíica de dicho óxido. La asa de cada eleento que hay en la uestra de sustancia es: Fe = 3,358 g de Fe = óxido Fe = 4,638 3,358 = 1,8 g de La relación entre estas asas y la asa olar de cada eleento (ol de átoos de cada eleento) es: n Fe = Fe 3,358 = = 0,060 ol de átoos de Fe 55,8 M Fe M Siendo la relación entre abas: 1,8 n = = = 0,08 ol de átoos de 16 0,06 0,08 Por tanto, la fórula quíica del óxido es: Fe 3 4 = El yeso es sulfato de calcio hidratado. Sabiendo que al calentar 3,73 g de yeso se obtienen,588 g de sulfato anhidro, calcula la fórula del yeso. Un copuesto hidratado (hidrato) es un copuesto que contiene agua de cristalización en su estructura. Para deterinar la fórula de un hidrato, es necesario calcular el núero de oléculas de agua de cristalización que contiene. En el caso del yeso, la fórula a deterinar es: CaS 4 a H donde a representa el núero de oléculas de agua de cristalización. Sabiendo que al calentar 3,73 g de yeso se obtienen,588 g de CaS 4, la diferencia nos dará la asa de agua que contenía el yeso: agua = 3,73,588 = 0,685 g de H Para obtener a, calculaos la cantidad de sustancia edida en ol de CaS 4 y H, respectivaente, teniendo en cuenta las asas olares de abos: Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 3

24 M CaS4 = 136 g/ol ; M H = 18 g/ol CaS4 M CaS4,588 n CaS4 = n CaS4 = = 0,019 ol de CaS H M H n H = n H = 0, = 0,038 ol de H La relación entera ás sencilla entre los núeros anteriores nos proporciona el valor del coeficiente a: 0,019 CaS 4 : = 1 0,019 0,038 H : = 0,019 Por tanto, la fórula del yeso es: CaS 4 H. NTA: La solución de este problea se ofrece tabién en el CD-RM del alunado. 34. En la obtención de un yoduro de ercurio se sabe que han reaccionado 10,83 g de ercurio y 13,71 g de yodo. Cuál es su fórula epírica? Se puede deterinar su fórula olecular? Los datos de que disponeos son los siguientes: Hg = 10,83 g ; M Hg = 108,3 I = 13,71 g ; M I = 137,1 Siendo la proporción entre abos eleentos en la fórula del yoduro de ercurio: Hg 10,83 n Hg = = = 0,1 ol de átoos de Hg M Hg 108,3 I 13,71 n I = = = 0,1 ol de átoos de I M I 137,1 Por tanto, la fórula epírica es: HgI Al tratarse de un copuesto iónico, no cabe hablar de fórula olecular. La fórula del copuesto, HgI, tan solo indica la proporción en que se encuentran los iones I y Hg + en el copuesto. 35 El análisis de un copuesto quíico dio la siguiente coposición: 6,57% de potasio, 35,36% de croo y 38,07% de oxígeno. Deterina su fórula epírica y nóbralo. A partir de la coposición centesial, podeos calcular la cantidad de sustancia, en ol, que hay de cada eleento en 100 g de uestra: K: n K = K 6,57 n K = = 0,680 ol de átoos de K 39,1 M K 0,1 0,1 = 1 1 Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 4

25 Cr M Cr 35,36 Cr: n Cr = n Cr = = 0,680 ol de átoos de Cr 5 M 38,07 : n = n = =,379 ol de átoos de 16 La relación entre esas cantidades es: 0,680 K: = 1 0,680 0,680 Cr: = 1 0,680,379 : = 3,5 0,680 Si ultiplicaos esos resultados por dos, obteneos la relación de núeros enteros ás sencilla entre los eleentos que foran el copuesto, que es el dicroato de potasio: K Cr 7 Fe de erratas de la priera edición: Hay una errata en la nueración de las soluciones en el apéndice del libro. La solución del problea 35 se corresponde, en realidad, con la del siguiente problea. 36. El análisis de otro copuesto quíico indica que contiene: 40,5% en asa de potasio, 6,79% de croo y 3,95% de oxígeno. Deterina su fórula epírica y nóbralo. A partir de la coposición centesial, podeos calcular la cantidad de sustancia, en ol, que hay de cada eleento en 100 g de copuesto: K: n K = K 40,5 n K = = 1,03 ol de átoos de K 39,1 M K Cr M Cr 6,79 Cr: n Cr = n Cr = = 0,515 ol de átoos de Cr 5 M 3,95 : n = n = =,06 ol de átoos de 16 La relación entre esas cantidades es: 1,03 K: = 0,515 0,515 Cr: = 1 0,515,06 : = 4 0,515 Por tanto, la fórula epírica es: Y su nobre, croato de potasio. K Cr 4 Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 5

26 37. Los copuestos de los probleas anteriores, cuplen la ley de las proporciones últiples? Los subíndices nuéricos que acopañan a cada eleento en la fórula de un copuesto nos indican la proporción en que está presente cada uno de esos eleentos. Esta proporción es tanto en núero de átoos coo en cantidad de sustancia (ol de cada uno de ellos). Teniendo esto en cuenta, podeos escribir las siguientes relaciones: K Cr 7 : K = 39,1 = 78, g Cr = 5 = 104 g = 7 16 = 11 g K Cr 4 : ' K = 39,1 = 78, g ' Cr = 5 g ' = 4 16 = 64 g Para coprobar si se cuple la ley de las proporciones últiples, heos de verificar que las proporciones anteriores antienen entre ellas una relación nuérica sencilla, coo así ocurre: Cr 104 = = ; 11 7 = = ' Cr 5 1 ' 64 4 Por tanto, sí se cuple la ley de las proporciones últiples. 38. Deterina la fórula epírica de un óxido de anganeso que contiene un 63,19% de etal. La coposición centesial del copuesto es la siguiente: % Mn = 63,19% % = ,19 = 36,81% A partir de la coposición centesial, podeos calcular la cantidad de sustancia, en ol, que hay de cada eleento en 100 g de uestra: Mn: n Mn = Mn 63,19 n Mn = = 1,15 ol de átoos de Mn 54,94 M Mn 36,81 : n = n = =,30 ol de átoos de M 10 La proporción entre estas cantidades es: Mn 1,15 1 =,30 Por tanto, la fórula epírica del óxido es: Mn Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 6

27 39. Una uestra de,5 g de uranio se calienta en presencia de oxígeno. El óxido resultante pesa,949 g. Deterina su fórula epírica. Los datos de que disponeos son los siguientes: U =,5 g ; = óxido U =,949,5 = 0,449 g Con ellos podeos obtener la cantidad de sustancia, edida en ol de átoos de cada eleento presente en la uestra: U: n U = U,5 n U = = 0,0105 ol de átoos de U 38 A U A 0,449 : n = n = = 0,08 ol de átoos de 16 La relación entre abas cantidades es: 0,0105 U: = 1 0,0105 0,08 : =,67 = 0, Para obtener una relación sencilla de núeros enteros, ultiplicaos las cantidades anteriores por tres. De ese odo, la fórula epírica del óxido resultante es: U Se calientan 1,763 g de cloruro de bario hidratado hasta sequedad, quedando 1,505 g de la sal anhidra. Deterina la fórula del hidrato. La fórula del hidrato es: BaCl a H Los datos de que disponeos son los siguientes: BaCl a H = 1,763 g ; BaCl = 1,505 g Por tanto: a H = BaCl a H BaCl = 1,763 1,505 = 0,58 g de H Teniendo en cuenta la asa olar de la sal anhidra y del agua: M BaCl = 08,4 g/ol = 18 g/ol M H Podeos calcular la cantidad de sustancia, en ol, de cada uno de ellos: BaCl 1,505 n BaCl = n BaCl = = 7, ol de BaCl 08,4 M BaCl a H n a H = = 0,58 18 = 0,0143 ol de a H M a H Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 7

28 La relación entre abas cantidades es: a H M BaCl = 0,0143 7, Por tanto, a =, y la fórula del hidrato es: BaCl H 41. Un hidrocarburo tiene un 8,66% de carbono. La densidad de vapor es 0,308 g/l a 75 Torr y 30 C. Deterina su fórula olecular. La fórula del hidrocarburo es C x H y. A partir de los datos que proporciona el enunciado, podeos obtener, aplicando la ecuación de estado de los gases ideales, la asa olar del hidrocarburo: P V = n R T P V = R T M = M M Cx H y = 0,308 0, /760 = 58,1 g/ol Podeos, a continuación, establecer la siguiente igualdad: M = 1 x + 1 y 58,1 = 1 x + y Por tanto, para el carbono: 1 x 0,866 58,1 = 0,866 x = = 4 58,1 1 d R T P Y para el hidrógeno: y = 58,1 1 x = 58, Finalente, la fórula del hidrocarburo corresponde al butano: C 4 H Un copuesto tiene la siguiente coposición centesial: 4,% de carbono, 4,0% de hidrógeno y el resto es cloro. Se sabe que un litro de dicho copuesto gaseoso, edido a la presión de 710 Torr y 110 C, tiene una asa de 3,085 g. Deduce su fórula epírica y olecular. Con los datos de la coposición centesial podeos deterinar la fórula epírica del copuesto: % C = 4,% % H = 4,0% % Cl = 100 (4, + 4,0) = 71,8% Con estos valores se calcula la cantidad de sustancia, en ol de cada eleento, a que equivalen 100 g de sustancia, teniendo en cuenta la relación: n = M Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 8

29 Por tanto: 4, n C = =,0 ol de carbono 1 4,0 n H = = 4,0 ol de hidrógeno 1 71,8 n Cl = =,0 ol de cloro 35,5 La relación entera ás sencilla entre los núeros anteriores se obtiene dividiendo todos entre el enor de ellos, y resulta ser: C : H : Cl 1 : : 1 Por tanto, la fórula epírica del copuesto es: CH Cl La fórula olecular será (CH Cl) a, donde a es la incógnita que debeos calcular. Para deterinarla, heos de calcular la asa olar del copuesto. Disponeos de los siguientes datos: V = 1 l 1 at P = 710 Torr = 710 Torr = 0,934 at 760 Torr T = 110 C = ( ) K = 383 K = 3,085 g Se puede calcular la asa olar del copuesto a partir de la ecuación de los gases ideales y teniendo en cuenta la relación entre la cantidad de sustancia y la asa: P V = n R T ; n = M P V = R T M Despejando la asa olar en la expresión anterior: R T M = P V Y sustituyendo valores obteneos: 3,085 0, M = = 103,7 g/ol 0,934 1 La asa olar del copuesto es un últiplo de la asa olar epírica: Despejando a: Masa olar real = a Masa olar epírica a = Masa olar real Masa olar epírica Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 9

30 Sustituyendo los valores de la asa olar real obtenida anteriorente, y la asa olar epírica (M = 49,5 g/ol), obteneos: 103,7 a = 49,5 La fórula olecular es, por tanto, C H 4 Cl. NTA: La solución de este problea se ofrece tabién en el CD-RM del alunado. 43. El análisis de un copuesto, del que se sabe que es un hidrato de carbono, nos da la siguiente coposición: 40% de carbono, 6,67% de hidrógeno y oxígeno. a) Deterina su fórula olecular. Se sabe que su asa olecular relativa es 18. b) Escribe la ecuación quíica que corresponde a la reacción de cobustión copleta. c) Cuáles serán los productos de la reacción si la cobustión se produce en una atósfera pobre en oxígeno? Escribe la ecuación quíica correspondiente. a) La proporción en que se encuentra cada uno de los eleentos en el copuesto es la siguiente: C: 40% ; H: 6,67% ; : 100 (40 + 6,67) = 53,33% La cantidad de sustancia, en ol de átoos de cada eleento, presente en una uestra de 100 g, es: n C = C 40 n C = = 3,33 ol de C A C 1 n H = H 6,67 n H = = 6,07 ol de H A H 1 n = 53,33 n = = 3,33 ol de A 16 A continuación, buscaos la relación entera ás sencilla posible entre los núeros obtenidos, dividiendo todos por el enor de ellos: 3,33 C: = 1 3,33 6,67 H: = 3,33 3,33 : = 1 3,33 La fórula epírica es, por tanto, CH. La fórula olecular será (CH ) a, donde a se calcula del siguiente odo: Masa olecular 18 Masa olecular = a Masa epírica a = = 6 Masa epírica 30 Por tanto, la fórula olecular es: C 6 H 1 6. Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 30

31 b) La ecuación de la reacción de cobustión copleta es: C 6 H (g) 6C (g) +6H (g) c) En una atósfera pobre en oxígeno, la cobustión origina onóxido de carbono coo producto de la reacción: C 6 H (g) 6 C (g) +6H (g) 44. Una ezcla gaseosa de hidrógeno y nitrógeno contiene un 10% de hidrógeno. Calcula la fracción olar de cada uno de los gases. Si la ezcla tiene un 10% de hidrógeno, en 100 g de ella tendreos 10 g de hidrógeno y 90 g de nitrógeno. La cantidad de sustancia, en ol de oléculas de cada gas presente en la ezcla es: H M H 10 n H = n H = = 5 ol de H N M N 90 n N = n N = =,647 ol de N 34 La coposición olar de la ezcla será, por tanto: n H 5 χ H = χ H = = 0,654 n H + n N 5 +,647 n N,647 χ N = χ N = = 0,346 n H + n N 5 +, Se tiene una ezcla de butano (C 4 H 10 ) y propano (C 3 ) cuya coposición en asa contiene un 88% de butano, siendo el resto propano. Calcula la coposición voluétrica y la coposición olar de dicha ezcla en estado gaseoso. De acuerdo con la coposición en asa, en 100 g de ezcla habrá: C4 = 88 g C3 = = 1 g Y la cantidad de sustancia, en ol, de cada hidrocarburo presente en la ezcla será: C4 H n C4 H = n C4 10 H = = 1,517 ol de C 10 4 H M C4 H 10 C3 M C3 1 n C3 H = n C3 8 H = = 0,73 ol de C 8 3 H 44 8 La cantidad de sustancia total de la ezcla es: n T = n C4 H 10 + n C3 n T = 1, ,73 = 1,79 ol Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 31

32 Por tanto, la coposición olar es: Butano: n C4 H 10 1, = = 84,75% n T 1,79 Propano: n C3 0, = = 15,5% 1,79 n T La coposición voluétrica es igual a la coposición olar. Fe de erratas de la priera edición: Hay un error en la solución ofrecida en el apéndice de soluciones. 46. Al hacer saltar una chispa eléctrica en una ezcla de hidrógeno y oxígeno, se obtiene vapor de agua. Partios de una ezcla forada por 100 l de hidrógeno y 100 l de oxígeno. Calcula el voluen y la coposición voluétrica, una vez transcurrida la reacción, si todos los gases se iden en las isas condiciones de presión y teperatura. La ecuación quíica del proceso que describe el enunciado es la siguiente: H (g) + (g) H (g) Los coeficientes estequioétricos de la ecuación pueden considerarse coeficientes voluétricos, puesto que los tres gases se iden en las isas condiciones de P y T. Así pues, podeos copletar la siguiente tabla: H H V inicial (l) V (l) 100 (reaccionan) 50 (reaccionan) 100 (se foran) V final (l) La coposición voluétrica, una vez transcurrida la reacción es: 50 V T = 150 l % = 100 = 33,3 ) % ) % H = 100 = 66,6 % Un recipiente cerrado de 10 d 3 contiene una ezcla forada por,0 g de etano (CH 4 ),,0 g de propano (C 3 ) y 0 g de oxígeno. a) Calcula la coposición voluétrica y la coposición olar de la ezcla. b) Se hace saltar una chispa eléctrica, y los gases reaccionan obteniéndose dióxido de carbono y vapor de agua. Escribe las ecuaciones quíicas correspondientes a los procesos quíicos que han tenido lugar. Unidad 13. Introducción a las reacciones quíicas 3