Tema 6 Ejemplos de reacciones químicas

Transcripción

1 Tema 6 Ejemplos de reacciones químicas IES Padre Manjón Prof: Eduardo Eisman FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 1 Ejemplos de reacciones químicas: Índice CONTENIDOS 1. Los ácidos y las bases. Las reacciones de combustión 3. Las reacciones de síntesis CRITERIOS DE EVALUACIÓN 6. Identificar ácidos y bases, conocer su comportamiento químico y medir su fortaleza utilizando indicadores y el ph-metro digital. 7. Realizar experiencias de laboratorio en las que tengan lugar reacciones de síntesis, combustión y neutralización, interpretando los fenómenos observados. 8. Valorar la importancia de las reacciones de síntesis, combustión y neutralización en procesos biológicos, aplicaciones cotidianas y en la industria, así como su repercusión medioambiental. ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE 6.1. Utiliza la teoría de Arrhenius para describir el comportamiento químico de ácidos y bases. 6.. Establece el carácter ácido, básico o neutro de una disolución utilizando la escala de ph Diseña y describe el procedimiento de realización una volumetría de neutralización entre un ácido fuerte y una base fuertes, interpretando los resultados. 7.. Planifica una experiencia, y describe el procedimiento a seguir en el laboratorio, que demuestre que en las reacciones de combustión se produce dióxido de carbono mediante la detección de este gas Describe las reacciones de síntesis industrial del amoníaco y del ácido sulfúrico, así como los usos de estas sustancias en la industria química. 8.. Justifica la importancia de las reacciones de combustión en la generación de electricidad en centrales térmicas, en la automoción y en la respiración celular Interpreta casos concretos de reacciones de neutralización de importancia biológica e industrial. FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17

2 1.1 Los ácidos y las bases Propiedades de las sustancias ácidas y básicas Los ácidos son sustancias que: Poseen sabor agrio Enrojecen la tintura de tornasol Reaccionan con muchos metales: HCl + Mg > MgCl + H Reaccionan con la caliza: HCl + CaCO 3 > CaCl + CO + H O Las bases son sustancias que: Poseen sabor caústico y suaves al tacto Azulean la tintura de tornasol Reaccionan con los ácidos neutralizándose: Ca(OH) + HCl > CaCl + H O es toda sustancia que al disolverse en agua se disocia liberando iones H + H O HCl Cl H HSO SO H H O 4 4 Base es toda sustancia que al disolverse en agua disocia liberando iones hidróxido OH - H O NaOH Na OH H O Ca(OH) Ca OH Neutralización: ácido + base sal + agua FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Los ácidos y las bases Algunos ácidos de interés Nombre Fórmula Datos de interés clorhídrico sulfúrico nítrico acético cítrico Está en el estómago e interviene en la digestión. El exceso ocasiona acidez o ardor de estómago Tiene una gran importancia como producto industrial. Es el principal responsable de la lluvia ácida. Se utiliza para fabricar explosivos. Es también responsable de la lluvia ácida. Se encuentra en el vinagre. Se encuentra en el limón y en otros muchos cítricos. FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 4

3 1.3 Los ácidos y las bases Algunas bases de interés Nombre Fórmula Datos de interés Amoniaco Sosa Bicarbonato de sodio (hidrogenocarbonato de sodio) Hidróxido de aluminio Hidróxido de magnesio Fabricación de productos de limpieza. Fabricación de fertilizantes. Fabricación de productos químicos y jabón. Productos de limpieza para desatascar cañerías. Contrarresta la acidez de estómago. Se usa en levadura de panadería. Contrarrestan la acidez de estómago. FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Teoría de Arrhenius de ácidos y bases Es toda sustancia que, al disolverse en agua, desprende protones: Base Es toda sustancia que, al disolverse en agua, desprende hidroxilos (OH ): Ejemplos: Ejemplos: Se llama reacción de neutralización a la que se produce al poner en contacto un ácido con una base. Se debe a la combinación de los iones H + con los iones OH para dar agua. La desaparición de los iones H + yoh hace que la disolución deje de ser ácida o básica. FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 6

4 1.5 Teoría de Arrhenius de ácidos y bases Ejemplos de reacciones de neutralización ácido clorhídrico hidróxido de sodio cloruro de sodio agua ácido acético hidróxido de potasio acetato de potasio agua ácido clorhídrico hidróxido de amonio cloruro de amonio agua En una reacción de neutralización las disoluciones acuosas de un ácido y una base dan siempre sal y agua: FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Actividades: los ácidos y las bases FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 8

5 1.7 Medida de la acidez. Escala ph aumenta carácter ácido neutro aumenta carácter básico Jugos gástricos Disolución concentrada de HCl Zumo de limón Zumo de naranja Zumo de tomate Lluvia ácida Agua de lluvia, café Sangre Agua pura: ph=7 Agua de mar Jabón en polvo Disolución diluida de NaOH Amoniaco doméstico Disolución concentrada de NaOH Para medir la acidez o basicidad de un medio se usa la escala de ph. Es una escala de 0 a 14. El valor de ph 7corresponde a un medio neutro. Cuánto más bajo sea el ph, más ácido es el medio. Cuánto más alto sea el ph, más básico es el medio. Cada unidad de la escala representa una variación de 10 veces. Así, un medio deph=4es diez veces más ácido que uno de ph = 5. Para medir la acidez de un medio se introduce un ph-metro o una tira de papel indicador: Disolución de sustancia ácida Disolución de sustancia básica FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ a Ejercicios de reacciones ácido-base Escribe y ajusta la reacción de neutralización del ácido sulfúrico con el hidróxido de calcio, y calcula la cantidad de sulfato de calcio, CaSO 4, que se formará si reaccionan 4,5 g de ácido sulfúrico con el suficiente hidróxido de calcio. Cuánta agua se formará? H SO 4 + Ca(OH) CaSO 4 + H O Se escribe la reacción química y se ajusta 1 mol 1mol 1 mol mol Relación de moles 0,5 mol Calculamos el número de moles de ácido sulfúrico: Cantidad que se forma de sulfato de calcio: 1mol HSO4 4,5 g dehso4 98,0 gde H SO 0,5 mol de HSO4 0,5 mol HSO4 1mol CaSO 4. 1molHSO g CaSO 34 g CaSO mol CaSO 4 Cantidad que se forma de 0,5 mol H agua: SO4. molho 1molHSO4 18 g H O. 1molH O 9gHO Neutralización: ácido + base sal + agua FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 10

6 1.8b Ejercicios de reacciones ácido-base El ácido clorhídrico reacciona con el hidróxido de calcio para dar cloruro de calcio y agua. En un recipiente tenemos 50 ml de disolución de hidróxido de calcio 0,5 M. Calcular: a) La cantidad de cloruro de calcio, en gramos, que se puede obtener. b) El volumen de una disolución de ácido clorhídrico 0,5 M que se necesita para reaccionar con el hidróxido de calcio. Datos: M (Ca) = 40,1 u; M (Cl) = 35,5 u. a) HCl + Ca(OH) CaCl + H O mol 1 mol 1 mol mol n mol 3 M n M.V 0, L 0,05mol Ca(OH) V L 1 mol CaCl 0,05mol Ca(OH). 0,05mol CaCl 111,1 g CaCl 0,05mol CaCl. mol Ca(OH),78 g CaCl 1 mol CaCl mol HCl b) 0,05mol Ca(OH). 0,05mol HCl 1mol Ca(OH) n n 0,05 mol M V 0,L 00 ml V M 0,5L FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Realizar una valoración ácido-base Se puede determinar la concentración molar de una disolución de base midiendo el volumen de una disolución de ácido de concentración conocida necesaria para neutralizarla (o viceversa). 1. Se mide con la probeta 0 ml de la base (NaOH) que queremos valorar y se vierten en un Erlenmeyer.. Añadimos gotas de indicador y observamos el color. Si es fenolftaleína se pondrá de color fucsia. 3. Con la llave de la bureta cerrada, llénala con la disolución de ácido de concentración conocida (HCl, 0,5 M). 4. Dejamos caer el ácido lentamente a la vez que remueves el Erlenmeyer. 5. Cuando se produzca el cambio de color, cierra la llave de la bureta y anotamos el volumen de ácido que se ha gastado. La fenolftaleína vira de color fucsia a transparente. FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 1

7 1.10 Realizar una valoración ácido-base Cálculo de la concentración de la base Supongamos que se han necesitado 17,4 ml de la disolución de ácido para provocar el viraje. 17,4 ml 0 ml FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Actividades: los ácidos y las bases. Para valorar una disolución de HCl con una disolución de NaOH 0,5 M y fenolftaleína, determina: a) Dónde colocas el ácido y dónde colocas la base. b) De qué disolución mides 0 ml. c) Que cambio de color se observa en el momento en que se produce la neutralización. d) Qué ocurre con el indicador si te olvidas de cerrar la bureta en el punto de neutralización. e) Que marca el ph-metro durante el viraje del indicador. 3. Determina la concentración molar de una disolución de Ca(OH) si para neutralizar 15 ml de la misma han sido necesarios 8 ml de HCl 0,75 M. FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 14

8 1.1 Los ácidos y las bases Reacciones de neutralización de importancia biológica Limpieza corporal Antiácido Picaduras FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ s y bases industriales Nombre Fórmula Fabricado en Utilidad sulfúrico Hidróxido de sodio Amoniaco clorhídrico nítrico Huelva Cantabria Huelva Ciudad Real Huesca Cantabria Tarragona Huelva Asturias Valencia Ciudad Real Obtención de metales Fabricación de fertilizantes Productos de limpieza Industria papelera Productos de limpieza Fabricación de fertilizantes Limpieza de metales (desoxidante) Reactivo, utilizado en las industrias papelera, farmacéutica o agrícola Fabricación de explosivos Fabricación de fertilizantes FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 16

9 1.14 s y bases industriales Problemas medioambientales Si los residuos de ácidos y bases se vertiesen directamente al agua de los ríos, lagos o mar, podrían provocar cambios en el ph que impedirían el desarrollo de la vida Para evitarlo, se vierten en balsas donde se somete a tratamientos que intentan neutralizar los efectos contaminantes Se someten a análisis periódicos y, solo cuando las condiciones son adecuadas al entorno, se realiza el vertido FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Reacciones de combustión Las reacciones de combustión son aquellas en las que una sustancia, el combustible, reacciona con otra, el comburente, desprendiendo una gran cantidad de energía. Se dice, por ello, que las reacciones de combustión son exotérmicas. FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 18

10 . Reacciones de combustión Detección del CO El CO es un gas. Se puede detectar al ponerlo en contacto con una disolución acuosa de una base como el Ca(OH) oelba(oh). Se forman dos sales muy poco solubles en agua que detectaremos como un polvo blanco en el agua. FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Reacciones de combustión Se queman 0,34 moles de propano (C 3 H 8 ). a) Escribir y ajustar la ecuación correspondiente al proceso. b) Calcular los moles de oxígeno necesarios. c) Determinar los moles de dióxido de carbono que se obtienen. C 3 H O 3 CO + 4 H O + Q 1 mol 5mol 3mol 4 mol Se escribe la reacción química y se ajusta A nivel macroscópico se establece la relación de moles / gramos 1 mol.44 g/mol 44 g de CH 4 5 mol. 3 g/mol 160 g de O 3 mol.44 g/mol 13 g de CO 4 mol.18 g/mol 7 g de H O Ley de Lavoisiere a) Moles de oxígeno necesarios para la combustión 5molO 0,34 mol C3H8 1molCH 1, 70 mol O b) Moles de CO obtenidos 3 8 3molCO 0,34 mol C3H8 1molCH 1, 0 mol CO 3 8 Sustancia C 3 H 8 O CO H O 1 mol = 44 g.16 = 3 g = 44 g = 18 g FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 0

11 .4 Reacciones de combustión En la combustión de butano (C 4 H 10 ) se desprenden 880 kj/mol. Si se queman 10 kg de combustible, calcula: a) La cantidad de energía que se obtiene. b) La masa de CO que se libera a la atmósfera. Datos: M (C) = 1,01 u; M (H) = 1,008 u; M (O) = 16,00 u Escribimos la reacción ajustada: Determinamos los moles de butano: a) Energía que se obtiene: b) Moles de CO que se liberan: FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Ejercicios de reacciones de combustión 4. En la combustión de metano (CH 4 ) se liberan 890 kj/mol. Si se queman 10 kg de metano, calcula: a) La cantidad de energía que se produce. b) La masa de CO que se libera a la atmósfera. El gas natural está formado por metano en su mayor parte ( 95 %). Compara estos resultados con los del ejemplo resuelto y razona: c) Qué compuesto es más eficiente energéticamente, el butano o el gas natural. d) Quién provoca mayor contaminación atmosférica. Datos: M (C) = 1,01 u; M (H) = 1,008 u; M (O) = 16,00 5. Aunque no es un combustible de uso común, el gas hidrógeno también reacciona con el oxígeno desprendiendo 85, kj/mol. a) Escribe la ecuación química ajustada de la reacción de combustión. b) Calcula la energía que se produce al quemar 10 kg de gas hidrógeno. c) Compara el resultado con el ejercicio resuelto y discute si es un combustible más o menos eficiente que el butano. d) Se dice que el hidrógeno es un combustible no contaminante. Explica por qué. Datos: M (H) = 1,008 u; M (O) = 16,00 u FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17

12 3.1 Reacciones de síntesis Se llaman reacciones de síntesis aquellas en las que dos sustancias con moléculas de pequeño tamaño se unen para dar otra sustancia de molécula mayor. Ejemplos: En compuestos orgánicos, reacciones de condensación: metanol etanol etil metiléter metanol ácido acético etanoato de metilo FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Reacciones de síntesis de interés industrial Síntesis del amoniaco FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 4

13 3.3 Reacciones de síntesis de interés industrial Síntesis de ácido sulfúrico FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Reacciones de oxidación El hierro se oxida en contacto con el oxígeno para formar trióxido de dihierro. Si tenemos 5 g de limaduras de hierro y dejamos que se oxiden completamente. Cuántos gramos de óxido de hierro (III) se han formado? 4 Fe + 3 O Fe O 3 Se escribe la reacción química y se ajusta 4mol 3 mol mol Relación de moles 0,09 mol Calculamos el número de moles de hierro: Cantidad de óxido que se ha formado: 1molFe 5 g de Fe. 0,09 mol de Fe 55,8g Fe molfeo 3 159,6 g FeO3 0,09 mol Fe.. 7,18 g FeO3 4molFe 1molFeO 3 M (Fe) = 55,8 g/mol M (Fe O 3 ) = 55, = 159,6 g/mol Sustancia Fe Fe O 3 1 mol 55,8 g.55, = 159,6 g FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 6

14 5.1 Repercusión medioambiental de las emisiones gaseosas La emisión de CO produce un aumento de la temperatura media del planeta La lluvia ácida tiene un efecto destructor en el medio vegetal, rocas, metales y materiales de construcción En algunas ciudades los niveles de contaminación son tan elevados que muchas personas se ven obligadas a usar mascarillas para cuidar su salud FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/ Ejercicios 8. Se queman 90 g de gas butano ( C 4 H 10 ). Calcula: a) Cantidad y volumen de oxígeno, en c.n, que es necesario para la combustión. b) Moles de dióxido de carbono y agua que se obtienen. c) Volumen de dióxido de carbono que se desprende medido en c.n. d) Energía que se desprende al quemar los 90 g de butano. C 4 H 10 (g) + O (g) CO (g) + H O kj/mol Butano Oxígeno Dióxido de carbono Agua Energía FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 016/17 8