TEMA 7: (productos de la reacción) por la reorganización de los átomos formando moléculas nuevas. Para ello es

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1 TEMA 7: REACCIONES QUÍMICAS Una Reacción Química es un proceso mediante el cual unas sustancias (reactivos) se transforman en otras (productos de la reacción) por la reorganización de los átomos formando moléculas nuevas. Para ello es necesario que se rompan enlaces en las moléculas originales y se formen enlaces nuevos. Reactivos Productos En la reacción: H + I HI se rompe 1 enlace H H y 1 enlace I I y se forman enlaces H I carbono oxígeno monóxido de carbono carbono oxígeno dióxido de carbono Cloruro de hidrógeno cinc cloruro de cinc hidrógeno

2 1- AJUSTE DE UNA REACCIÓN QUÍMICA El número de átomos de cada elemento tiene que ser igual en los reactivos y en los productos. Se llama ajuste a la averiguación del número de moles de reactivos y productos. CUIDADO! En el ajuste nunca pueden cambiarse los subíndices de las fórmulas de reactivos o productos. MÉTODOS DE AJUSTE: 1. Tanteo (en reacciones sencillas).. Algebraicamente (en reacciones más complejas) resolviendo un sistema de ecuaciones. Ejemplo: Ajustar la siguiente reacción: HBr +Fe FeBr + H Sean a, b, c y d los coeficientes (número de moles) de los respectivos reactivos y productos. a HBr + b Fe c FeBr + d H H) a = d Br) a = c Fe) b = c Sea d = 1; entonces a =, c = / y b = / Multiplicando todos los valores por obtenemos los coeficientes: a = 6, b =, c = y d =. Por tanto la ecuación ajustada será: 6 HBr + Fe FeBr + H Ejercicio A: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método de tanteo: a) C H 8 + O CO + H O; b) Na CO + HCl Na Cl + CO + H O; c) PBr + H O HBr + H PO ; d) CaO + C CaC + CO; e) H SO 4 + BaCl BaSO 4 + HCl. Ejercicio B: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método algebraico: a) KClO KCl + O b) HCl + Al AlCl + H c) HNO + Cu Cu(NO ) + NO + H O - ESTEQUIOMETRÍA DE UNA REACCIÓN QUÍMICA

3 Es la proporción en moles en la que se combinan los distintos reactivos y en la que se forman los distintos productos de la reacción. Una vez determinado el número de moles de reactivos y productos (ajuste de la reacción) se pueden realizar distintos tipos de cálculos tal y como veremos a continuación: MnO + 4 HCl Mn Cl + Cl + H O.1-CÁLCULOS MASA - MASA El dato está expresado en gramos y la incógnita la piden también en gramos. Cuántos gramos de MnCl se obtienen cuando reaccionan 7,5 g de ácido clorhídrico? 1mol de HCl 1mol de MnCl 16,0 g de MnCl 7,5 g de HCl 6,5 g de MnCl 6,5 g de HCl 4 moles de HCl 1 mol de MnCl =. - CÁLCULOS MASA - VOLUMEN El dato está expresado en gramos y la incógnita, por ser un gas, piden su volumen en litros 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 medido en c.n. 1mol de HCl 1mol de Cl,4 l de Cl 7,5 g de HCl = 1, litros de Cl 6,5 g de HCl 4 moles de HCl 1mol de Cl 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 medido a 1,5 atm y 50 0 C Primero se calcula el número de moles de producto y a continuación se usa la ecuación de los gases: 1mol de HCl 1mol de Cl 6,5 g de HCl 4 moles de HCl = 7,5 g de HCl 0,051moles de Cl atm.l 0,051moles.0,08 K nrt V = = K.mol = 0,901L = 901 cm P 1,5 atm

4 .-CÁLCULOS VOLUMEN - VOLUMEN N (g) + H (g) > NH (g) 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) Calcular los litros de amoniaco que se obtendrán cuando reaccionan 0,5 L de H (se supone que ambos gases están medidos a igual P y T) LNH 0,5L H 0, L NH L H =.4- 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: ren dimiento gramos reales gramos teóri cos (%) = 100 El nitrato de plomo (II) reacciona con el yoduro potásico para dar un precipitado amarillo de yoduro de plomo (II). a) Planterar 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? a) Ecuación ajustada: Pb (NO ) + KI Pb I + KNO b) Gramos de yoduro de plomo (II) que deberían obtenerse teóricamente: 1mol de Pb (NO ) 1mol de PbI 461,0 g de PbI 15,0 g de Pb (NO ) = 0,9 g de PbI Cálculo del rendimiento: 1, g de Pb (NO ) 1mol de Pb (NO ) 1mol de PbI r = 18,5 gramos de PbI 0,9 gramos de PbI reales 100 = 88,5% teori cos El ácido sulfúrico reacciona con 10, g de zinc para dar sulfato de zinc e hidrógeno 4 a) Planterar y ajustar la ecuación correspondiente al proceso b) Calcular la cantidad de sulfato de zinc obtenida si el rendimiento para el proceso es de un 75 %

5 H SO 4 + Zn ZnSO 4 + H a) Cantidad de sulfato de zinc obtenida 1mol dezn 1mol de ZnSO 161,5 gde ZnSO 75,0 gde ZnSO reales ,0 gde Zn 19,1gde ZnSO 4 reales 65,4gdeZn 1mol dezn 1mol deznso 4 100,0gdeZnSO 4 teóricos =.5- PROCESOS CON REACTIVO LIMITANTE A la hora de llevar a cabo una reacción química puede suceder que uno de los reactivos esté en exceso, entonces la reacción transcurrirá mientras exista algo del otro reactivo. Una vez que éste se acaba la reacción se para, quedando el exceso del primero sin reaccionar. El reactivo que al agotarse hace que la reacción se detenga se denomina reactivo limitante. Los cálculos se efectúan considerando las cantidades que reaccionan. Una mezcla de 100 g disulfuro de carbono y 00 g de cloro (gas) se pasa a través de un tubo de reacción caliente produciéndose la reacción: CS + Cl CCl 4 + S Cl Calcular la cantidad de S Cl que se obtendrá Como dan cantidades para ambos reactivos,vemos si están en cantidades estequiométricas (justas): 1mol CS 100 g CS 1,1mol CS 76, g CS = 1mol Cl 00 g Cl =,8 moles Cl 71,0 g Cl Como (según se lee en la ecuación química) 1 mol de CS reacciona con moles de Cl, para reaccionar con 1,1 moles de CS se necesitarían: 1,1 x =,9 moles de Cl. Por tanto, como sólo existen,8 moles de Cl : Reactivo en exceso (no reacciona todo) : CS Reactivo limitante (se agota, reacciona todo) : Cl A la hora de efectuar los cálculos ha de tenerse presente que parte del CS quedará sin reaccionar. Por tanto ha de usarse, el reactivo limitante (reacciona totalmente) para realizar los cálculos: Usando el reactivo limitante: 1mol S Cl 15 g S Cl,8 mol Cl = 16,9 g S Cl mol de Cl 1mol SCl 5

6 .6- REACTIVOS IMPUROS Si los reactivos que se emplean en la reacción no son puros ha de tenerse en cuenta el dato de pureza y realizar los cálculos sólo con la parte de la muestra que reacciona. Ejemplo: Al calentar el óxido de mercurio (II) se descompone en oxígeno (gas) y mercurio metálico. Calcular la cantidad de mercurio metálico que podremos obtener al descomponer 0,5 g de un óxido del 80 % de pureza. HgO Hg + O Parte de la muestra no es HgO. Por eso hablamos de óxido cuando nos referimos a la muestra impura 80 g de HgO 1mol HgO mol Hg 16,6 g Hg 0,5 g de óxido = 15, g Hg 100 g de óxido 16,8 g HgO mol HgO 1mol Hg Factor que convierte los gramos de muestra en gramos de Hg O Determinación de la pureza de un reactivo Basándonos en la cantidad de productos obtenidos (o de reactivos que reaccionan) se puede establecer la pureza de un reactivo o su contenido en determinada sustancia (riqueza) Ejemplo: Una muestra impura de 50,0 g de zinc reacciona con 5,7 g de ácido clorhídrico. Calcular el % de zinc presente en la muestra (riqueza) Zn + HCl ZnCl + H La cantidad de zinc presente en la muestra se puede calcular a partir del ácido consumido suponiendo que las impurezas no reaccionan con el ácido: 1mol HCl 1mol Zn 65,4 g Zn 5,7 g HCl = 48,1 g Zn 6,5 g HCl mol HCl 1mol Zn El cálculo de la pureza se reduce a calcular un tanto por ciento: Pureza gramos sus tan cia pura 48,5 g de Zn % = 100 = 100 = gramos muestra 50 g de muuestra ( ) 96,% 6.7- REACTIVOS EN DISOLUCIÓN (MOLARIDAD)

7 Lo común es que los reactivos que se utilicen se encuentren en forma de disolución acuosa y que se trabaje directamente con cantidades de disolucíon y no de soluto: Ejemplo: Se hacen reaccionar 6,5 g carbonato cálcico con ácido clorhídrico 1,5 M. Calcular la cantidad de ácido 1,5 M necesario para que se produzca la reacción completa. CaCO + HCl CaCl + CO + H O 1mol CaCO mol HCl 1000 cm disolución 6,5 g de CaCO = 86,7 cm disolución 100,1 g CaCO 1mol CaCO 1,5 mol HCl Este factor permite transformar moles de HCl (soluto) en volumen de disolución usando la definición de molaridad..8-reactivos EN DISOLUCIÓN (TANTO POR CIENTO EN MASA) Una forma muy corriente de expresar la concentración de una disolución es en tanto por ciento en peso (masa). Si se pretende operar con volumen de disolución es preciso, además, conocer la densidad de la disolución Ejemplo: Se hacen reaccionar 4,5 g de zinc con ácido clorhídrico del 5% en peso y 1,18 g/cm de densidad. Calcular el volumen de ácido necesario para que se produzca la reacción completa. H Cl + Zn Zn Cl + H 1mol Zn mol HCl 6,5 g HCl 100,0 g ácido 1 cm ácido 4,5 g Zn = 1, cm ácido (disolución) 65,7 g Zn 1mol Zn 1mol HCl 5,0 g HCl 1,18 g ácido Factor que convierte El dato de densidad moles de HCl en gramos permite convertir gramos de HCl (masa) en cm (volumen) de disolución - ENERGÍA Usando la EN definición LAS REACCIONES de concentración QUÍMICAS en tanto por ciento en peso se puede En todas convertir las reacciones gramos de HCl químicas (soluto) se en produce un intercambio energético con el medio (normalmente en gramos de ácido (disolución) forma de calor) debido a que la energía almacenada en los enlaces de los reactivos es distinta a la almacenada en los enlaces de los productos de la reacción. E REACCIÓN = E PRODUCTOS E REACTIVOS 7

8 Si en la reacción se desprende calor ésta se denomina exotérmica y si se consume calor se denomina endotérmica. Si E REACCIÓN > 0 E PRODUCTOS > E REACTIVOS, se absorbe calor endotérmica Si E REACCIÓN < 0 E PRODUCTOS < E REACTIVOS, se desprende calor exotérmica Ejemplos de reacciones termoquímicas Reacción endotérmica: HgO (s) +181,6 kj Hg (l) + O (g) Se puede escribir: HgO (s) Hg (l) + O (g); E R = 181,6 kj Reacción exotérmica: C (s) + O (g) CO (g) +9,5 kj Se puede escribir: C (s) + O (g) CO (g); E R = 9,5 kj 4- TEORÍA DE LAS COLISIONES Para que se produzca una reacción química es necesario: 1º) que los átomos o moléculas posean la energía cinética suficiente para que al chocar puedan romperse los enlaces de los reactivos (energía de activación). º) que el choque posea la orientación adecuada para que puedan formarse los enlaces nuevos. Energía Energía de activación productos reactivos reactivos productos Energía de reacción 8

9 1. Calcular el volumen de dióxido de carbono que se obtiene de la combustión de 150 g de etanol (C H 6 O) a la temperatura de 45 ºC y a la presión de 1, atmósferas.. Tenemos la reacción: Zn + HCl ZnCl + H a) Ajústala b) Qué masa de HCl se precisará para reaccionar con 15 g de Zn c) y qué masa de ZnCl se formará suponiendo un rendimiento del 75 %? Qué volumen de H se obtendrá: d) en condiciones normales; e) a 1 atmósferas y 150 ºC.. El hierro es atacado por el ácido clorhídrico formándose cloruro de hierro (II) y desprendiéndose hidrógeno en forma de gas. a) Qué masa de HCl se necesitara para hacer desaparecer 40 g de Fe? b) Cuántos moles de cloruro de hierro (II) se formarán? c) Qué volumen de hidrógeno se desprenderá en condiciones normales? 4. Al quemar gas metano (CH 4 ) con oxígeno (O ) se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. a) Qué masa de CO se formará al quemar 80 g de metano? b) qué volumen de O en condiciones normales se precisará para ello? c) qué volumen de vapor de agua se obtendrá a 10 atm y 50 ºC? 5. Ajusta la reacción: NO + H O HNO + NO b) Qué volumen de NO (g), medido a 1 5 atm y 80 ºC de temperatura, se desprenderá en, a partir de 4 moles de NO sabiendo que el rendimiento de la misma es del 75 %? 6. El carbono y el agua reaccionan entre sí formando monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso. a) Calcula la masa de carbono necesario para obtener L de H en condiciones normales b) y el volumen de monóxido de carbono que se formará también en condiciones normales. 7. Al quemar gas butano (C 4 H 10 ) en aire se obtiene como productos dióxido de carbono y vapor de agua. a) Escribe y ajusta la reacción química; b) Calcula la masa de oxígeno que se necesita para la combustión de 0 g de butano; c) calcula el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá a 600 mm Hg y 00ºC g de una sustancia A reaccionan con 5 g de una sustancia B formándose 40 g de una sustancia C y 15 g de una sustancia D. Qué masas de C y D se obtendrán al hacer reaccionar 8 g de A con 1 g de B? Cuál es el reactivo limitante? 9. En la reacción de combustión de la pirita [FeS ] se produce óxido de hierro (III) y dióxido de azufre. a) Determina el reactivo limitante si se mezclan moles de FeS y 10 moles de oxígeno. b) Cuántos moles de óxido de hierro (III) y dióxido de azufre se formarán? c) Se hacen reaccionar 100 g de FeS con 5 moles de oxígeno Qué masa de óxido de hierro (III) se formará y qué volumen de dióxido de azufre se desprenderá en condiciones normales? 10. Qué volumen de ácido clorhídrico 0, M se necesitará para neutralizar 40 ml de hidróxido de potasio 0,5 M? 11. Qué volumen de dióxido de azufre a 0ºC y 1 atm se desprenderá al aire al quemar una tonelada de carbón que contiene un 0,5 % de azufre? 9

10 1. Se añaden,5 cm de una disolución 1,5 M de nitrato de magnesio sobre una disolución con suficiente cantidad de hidróxido de sodio con lo que se forma un precipitado de hidróxido de magnesio. Cuál será la masa de dicho precipitado? 1. Se añaden 5 cm de ácido clorhídrico 0,8 M sobre una determinada cantidad de carbonato de calcio desprendiéndose dióxido de carbono, cloruro de calcio y agua. Qué volumen del mismo a 1, atm y 50ºC obtendremos si se consume todo el ácido? 14. Determina la fórmula molecular de un insecticida formado por C, H y Cl si en la combustión de g de dicha sustancia se han obtenido,7 g de CO y 0,55 g de H O y su masa molecular es de 90 g/mol. 15. Una muestra impura de 50 g de Zinc metal reaccionan con 19 cc de un ácido clorhídrico de densidad 1,19 g/cc y que contiene 5% en peso de ácido clorhídrico. Calcula la pureza en Zinc de la muestra. 16. Una mezcla de 100 kg de CS y 00 kg de Cl se pasa a través de un tubo de reacción, y calentando se produce la reacción: CS + Cl CCl4 + S Cl. Indica: a) Cuál es el reactivo que no reacciona completamente? b) La cantidad de este reactivo que no reacciona c) El peso de S Cl que se obtiene 17. En la reacción del carbonato de calcio con ácido clorhídrico se utiliza una caliza del 9% de riqueza. Qué cantidad de caliza se necesita para obtener 50 kg de cloruro de calcio? Si el ácido utilizado es del 70% de riqueza y densidad 1,4 g/cc cuántos ml de este ácido serán necesarios? 18. Se desea determinar la pureza de un ácido acético comercial. Para ello se diluyen 60 g del mismo y a la disolución obtenida se le añaden 50 g de CaCO, produciéndose la reacción: CH COOH + CaCO Ca( CH COOH ) + CO + H O Cuando cesa el desprendimiento de CO se observa que quedan g de carbonato de calcio sin reaccionar. Calcula la pureza del ácido acético comercial en tanto por ciento en peso 19. Un recipiente contiene una mezcla de hidrógeno y nitrógeno con el 70% en volumen del primero de ellos y presión total de 1 atm. a) Cuál es la presión parcial de cada gas? b)escribe y ajusta la reacción química de síntesis del amoniaco c) Cuál es el reactivo limitante? 0. Se tratan 00 g de carbonato de calcio del 80% de pureza con una disolución 4 Molar de HCl. Calcular el volumen de la disolución de este ácido que es necesario para reaccionar completamente con todo el carbonato de calcio. Qué volumen de dióxido de ccarbono se obtiene, medido a 15ºC y 750 mm de Hg de presión, sabiendo que en la reacción se obtienen también cloruro de calcio y agua? El rendimiento de la reacción es del 80% 1. El hidrógeno se puede obtener de forma sencilla a partir de hidruro de calcio, según la reacción: Hidruro de calcio + agua Hidróxido de calcio + Hidrógeno 10 a) Escribe y ajusta la reacción b) Si partimos de 50 g de hidruro de calcio y de 50 g de agua Cuál de las dos sustancias quedará en exceso? Cuántos gramos sobran? c) Si se quiere recoger el hidrógeno obtenido en una botella a la presión de 10 atm y 7ºC qué volumen deberá tener la botella? 4 O Para la reacción : FeS + O SO + Fe : a) Calcula los gramos de óxido de hierro que se obtienen si se parte de de 1000 gramos de FeS de 80% de pureza b) Calcula el volumen de aire, de 1% de riqueza en oxígeno, que se precisa medido en c.n

11 . El tetracloruro de carbono, junto con el cloroformo y otros productos se forma en la reacción entre el metano con el cloro. La ecuación química del proceso es: CH 4 (g) + Cl (g) CCl 4 (l) + HCl En una planta industrial se obtuvieron 164 toneladas de CCl 4, al hacer reaccionar 4 t de CH 4 con cloro en exceso. Determina el rendimiento de la reacción 4. Uno de los productos blanqueadores clorados más populares es una disolución acuosa de hipoclorito de sodio, NaClO (aq). La forma más frecuente de obtener esta sustancia es la siguiente: Na OH (aq) + Cl (g) NaCl (aq) + NaClO (aq) + H O (l) Halla la masa de hipoclorito de sodio que se obtendrá al hacer reaccionar 5000 l de cloro, medidos a 755 mmhg y 7ºC, con una disolución de hidróxido de sodio en exceso, si el rendimiento de la reacción es del 90%. 5. El óxido de nitrógeno (I), se produce en la descomposición del nitrato de amonio: NH 4 NO (s) N O (g) + H O (l) Determina el volumen de N O que se podrá obtener, medido a 765 mmhg y 17ºC, al descomponer 5 g de una muestra de NH 4 NO del 90% de riqueza en masa si el rendimiento de la transformación es del 80% 6. En el análisis de una muestra impura de cloruro de sodio se tomó una masa de 4g y se disolvió en agua hasta un volumen de 100ml. 5 ml de esta disolución se hicieron reaccionar con suficiente nitrato de plata, obteniéndose,1 g de cloruro de plata. Determina la riqueza en cloruro de sodio de la muestra inicial 7. El sulfato de amonio (NH 4 ) SO 4, reacciona con una disolución de hidróxido de sodio liberándose amoniaco. La ecuación química es la siguiente: (NH 4 ) SO 4 + NaOH Na SO 4 + NH +H O Determina el volumen de amoniaco, medido en condiciones normales, al añadirle a 1, gramos de sulfato de amonio 50 ml de disolución de hidróxido de sodio 1 M. 8. La combustión de un gramo de una sustancia orgánica constituída exclusivamente por C, H y O origina 0,977 g de CO y 0, g de H O. Determina la fórmula molecular de esta sustancia sabiendo que su peso molecular es Se sabe que un determinado compuesto sólo contiene carbono, hidrógeno y oxígeno. La combustión completa de una muestra de 0,015 g del mismo origina 0,041 g de CO y 0,0175 g de agua. Cuál es la fórmula empírica del compuesto? 0. La densidad de un compuesto gaseoso formado por C, H y O a 50 mmhg y 00ºC es de 0,617 g/l. Al quemar 10 g de compuesto se obtienen 11,4 l de dióxido de carbono medidos a 5ºC y 78 mmhg y 8,18 g de agua. Averigua la fórmula molecular del compuesto. 11