HOJA Nº 6. REACCIONES QUÍMICAS (II)

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1 HOJA Nº 6. REACCIONES QUÍMICAS (II) 1. El cobre reacciona con el ácido sulfúrico para producir sulfato de cobre (II), dióxido de azufre y agua. Si se tienen 30 g de cobre y 200 g de H2SO4, calcular: a. Qué reactivo está en exceso y en qué cantidad? b. Número de moles de SO2 que se desprenden. c. Masa de CuSO4 que se forma. La ecuación ajustada es la siguiente: 2 H 2 SO 4 + Cu SO 2 + CuSO 4 2 H 2 O Masa molares H 2 SO 4 = *16 = 98 g/mol SO 2 = = 64 g/mol CuSO 4 = 63, = 159,5 g/mol Interpretemos la ecuación química cuantitativamente: 2 moles de H 2 SO 4 Reaccionan con 1 mol de Cu Para dar 1 mol de SO mol de CuSO moles de H 2 O Usando unidades de masa 2 98 g + 63,5 g 64 g 159,5 g g a) Para calcular el reactivo que está en exceso comparamos la proporción en la que se encuentran los reactivos según el enunciado y la que se necesita según la ecuación química. Usamos la ley de las proporciones definidas: 196 g de H2SO4 m ácido sulfúrico 63,5 g de Cu 30 g de Cu m ácido sulfúrico = 92,6 g de H2SO4 Se necesitan 92,6 g de ácido sulfúrico para los 30 g de cobre, como tenemos 200 g pues sobra ácido. El ácido sulfúrico está en exceso Cuánto? Restamos lo que tenemos de lo que necesita el cobre: 200 g de H2SO4-92,6 g de H2SO4 = 107,4 g de H 2 SO 4 sobran, no reaccionan. Por tanto el reactivo limitante es el cobre. Nuestros datos por tanto a partir de ahora es que 30 g de Cu reaccionan con 92,6 g de ácido sulfúrico 1

2 b) Para calcular el número de moles de SO 2 que se desprenden volvemos a aplicar la ley de las proporciones entre el Cu y el SO 2 Despejamos n y tenemos 1 mol de SO2 n moles = 63,5 g de Cu 30 g de Cu n = 30/63,5 = 0,47 moles de SO 2 c) De la misma forma calculamos la masa de CuSO 4 será: 159,5 g de CuSO 4 m CuSO 4 = 63,5 g de Cu 30 g de Cu m CuSO 4 = 75,35 g de CuSO 4 2. El sulfato de níquel, NiSO 4, reacciona con fosfato de sodio Na 3 PO 4, para dar un precipitado amarillo-verdoso de fosfato de níquel Ni 3 (PO 4 ) 2, y en disolución queda sulfato de sodio, Na 2 SO 4, según la siguiente ecuación: 3 NiSO 4 (aq) + 2 Na 3 PO 4 (aq ) Ni 3 (PO 4 ) 2 (s) + 3 Na 2 SO 4 (aq) Cuántos mililitros de NiSO M reaccionan con 45.7 ml de Na 3 PO M? : Es una reacción donde los reactivos están en disolución, cuyas concentraciones vienen dadas en molaridad: moles/litro. Por tanto lo más efectivo es trabajar con moles. Veamos cuanto tenemos del reactivo conocido Moles de de Na 3 PO 4 M 1 = M 0,0457 L = 0,0121 moles Ahora miramos cuántos moles del NiSO 4 reaccionan con estos moles, usando la ley de proporciones definidas. Na PO 3 2 0,0121 Despejando de esta proporción tenemos que x = 0,0182 moles de Na 3 PO 4 Pero estos moles están en una disolución, el volumen de disolución que contiene a estos moles será 0,182 0,375 0, ,88 3. Se tienen 500mL de una disolución de ácido clorhídrico (HCl) del 0,05 M. Se añaden 28g de hidróxido sódico sólido (NaOH), y se agita hasta una disolución total. Calcula las cantidades de cada sustancia distinta del 2

3 agua que quedan en la mezcla una vez completada la reacción ácido-base entre el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico añadido. El producto final será neutro? La ecuación química de esta reacción es HCl + NaOH NaCl + H 2 O Que nos dice que 1 mol de HCl reacciona con 1 mol de NaOH. Proporción 1:1 Veamos si hay reactivo limitante. La proporción que tenemos en el frasco es: Moles de HCl, lo sacamos de su concentración y volumen, por definición de molaridad n 1 = 0,500 L 0,05 moles/l = 0,025 moles de HCl Se añaden 28 g de NaOH, cuya masa molar es = 40 g/mol. Por definición de mol calculamos los moles de NaOH. n 2 = 28/40 = 0,7 moles Según la ecuación química para 0,025 moles de HCl bastan 0,025 moles de NaOH (la proporción era 1:1) como tenemos 0,7 moles de NaOH, quiere decir que sobra sosa, concretamente sobran Sosa sobrante 0,7 0,025 = 0,675 moles de NaOH sobran, quedan sin reaccionar. En los productos tenemos NaCl, para calcular la cantidad de usamos el HCl (reactivo limitante, el que no sobra) Por cada mol de HCl se forma 1 mol de NaCl y un mol de agua. Como tenemos 0,025 moles de HCl se formarán 0,025 moles de NaCl = 0,025 (23+35,5) = 1,4625 g de NaCl En la mezcla tendremos 0,675 moles de NaOH y 0,025 moles de NaCl Como vemos la disolución final no es neutra, queda NaOH sin reaccionar. 4. Qué molaridad debe tener una disolución de 250 ml de tetraoxoclorato (VII) de hidrógeno (ácido perclórico) para neutralizar a 300 ml de hidróxido de magnesio, Mg(OH) 2, 0.6 M? La ecuación química es HClO 4 + Mg(OH) 2 Mg(ClO 4 ) 2 + H 2 O La ecuación ajustada queda 2 HClO 4 + Mg(OH) 2 Mg(ClO 4 ) H 2 O 3

4 Se necesitan 2 moles de ácido por cada mol de hidróxido de magnesio. El ejercicio nos dice la cantidad de hidróxido que debe reaccionar: 300 ml de disolución 0,6 M contienen: n = 0,300*0,6 = 0,18 moles de Mg(OH) 2 Por proporciones definidas deducimos que necesitamos 0,18*2 = 0,36 moles de ácido (dedúcelo) Estos moles deben estar en 250 ml de disolución, luego la molaridad pedida es Molaridad del HClO 4 = 0,36/0,250 = 1,44 M 5. Calcula el volumen de CO 2 desprendido, a 25ºC y 740 mmhg, cuando se tratan 100 g de una caliza con un 70% de riqueza en carbonado de calcio, con 100 ml de HCl 0,5 M. El rendimiento de esta reacción es del 60%. CaCO 3 + HCl CO 2 + CaCl 2 + H 2 O Ajustamos la ecuación y anotamos las proporciones CaCO HCl CO 2 + CaCl 2 + H 2 O 1 mol 2 moles 1mol El CO 2 lo mantenemos en moles porque nos pide un volumen y del CaCl 2 y del agua no nos pide nada. Ya tenemos la proporción en que deben estar los reactivos, debemos comparar con lo que tenemos para ver si hay reactivo limitante. Veamos que tenemos Moles de HCl = 0,100 L 0,5 moles/l = 0,05 moles de HCl Masa de CaCO g de muestra con un 70% de riqueza, o sea 70% de 100 g = 70 g de CaCO 3 que son Moles de CaCO 3 = 70/100 = 0,7 moles (masa molar del CaCO 3 = 100 g/mol) Por la ecuación sabemos que 0,7 moles de CaCO 3 necesitan para reaccionar 2*0,7 = 1,4 moles de HCl, como en realidad tenemos 0,05 moles de ácido quiere decir que el reactivo limitante es el HCl, es el que está en menor cantidad. Trabajamos por tanto con las cantidades de HCl. Según la ecuación por cada 2 moles de HCl se produce 1 mol de CO 2, por tanto por 0,05 moles de ácido se producirán 0,05/2 = 0,025 moles de CO 2 Eso en teoría, como la reacción tiene un rendimiento del 60% en realidad se producen 60%*0,025 = 0,015 moles de CO 2. Para saber el volumen ocupado a 740mmHg y 25ºC aplicamos la ecuación de los gases V = n R T/p = 0,015*0,082*(273+25)/(740/760) = 0,38 L 4

5 Dadas las entalpías estándar de formación: H o f [CO (g)] = 110,5 kj/mol; ΔH o f [CO 2 (g)] = 393,5 kj/mol. Hallar la entalpía de la siguiente reacción: CO (g) + ½ O 2 (g) CO 2 (g) : Vamos a deducirlo aplicando la ley de Hess. Las reacciones de partida son la formación de CO y del CO 2 C + ½ O 2 CO 110,5 kj C + O 2 CO 2 393,5 kj Si invertimos la primera ecuación y sumamos CO C + ½ O ,5 kj C + O 2 CO 2 393,5 kj Al sumarlas tenemos la reacción buscada CO (g) + ½ O 2 (g) CO 2 (g) (+ 110,5 kj 393,5 kj) La entalpía de esta reacción será kj/mol Es pues una reacción exotérmica. 7. Calcular el calor de hidratación de la cal viva CaO(s) + H 2 O(l) Ca(OH) 2 (s) y el calor desprendido cuando se apaga, añadiendo suficiente cantidad de agua, una tonelada de cal viva. Datos: H f H 2 O(l) = -285,5 kj/mol; H f CaO(s) = -634,9 kj/mol; H f Ca(OH) 2 = -985,6 kj/mol. Masas atómicas Ca = 40; O = 16. : Tengo las entalpías de formación del agua, el CaO y el Ca(OH) 2 H 2 + ½ O 2 H 2 O - 285,5 kj invertimos H 2 O H 2 + ½ O ,5 kj Ca + ½O 2 CaO - 634,9 kj invertimos CaO Ca + ½O ,9 kj Ca + H 2 + O 2 Ca(OH) 2-985,6 kj no cambia Ca + H 2 + O 2 Ca(OH) 2-985,6 kj Sumamos las ecuaciones y tenemos CaO + H 2 O Ca(OH) 2 + (285, ,9 985,5) La entalpía de la reacción será kj/mol (exotérmica) Para una tonelada de CaO qué calor se desprende? Calculemos el número de moles en 1 Tn Moles de CaO (masa molar 56g/mol) = 10 6 g/56 = 1, moles Calor desprendido 1, moles*65,2 kj/mol = 1, kj 5

6 8. Para la fabricación industrial de ácido nítrico, la reacción de partida es la oxidación del amoniaco: 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 6 H 2 O (g) + 4 NO (g). Calcular la entalpía de esta reacción Datos: H f (kj/mol): NH 3 : 46,2; H 2 O: 241,8; NO: +90,4 Aplicamos la ley de Hess. Reacciones de partida (las colocamos ya listas para sumarlas) NH 3 ½ N 2 + 3/2 H 2 H 2 + ½ O 2 H 2 O + 46,2 kj/mol kj/mol ½ N 2 + ½ O 2 NO + 90,4 kj/mol Podemos ajustar los coeficientes a los de la reacción final 4 NH 3 2 N H 2 +46,2 kj/mol * 4 6 H O 2 6 H 2 O kj/mol*6 2N 2 + 2O 2 4 NO +90,4 kj/mol*4 Al hacer la suma los H 2 se pierden así como los N 2 (por un lado se producen y por otro se consumen) 4 NH O 2 6 H 2 O + 4 NO + (+46,2*4-241,8*6 + 90,4*4) Entalpía de la reacción = - 904,4 kj 6