Con azúcar y bicarbonato realizamos esta experiencia, que se denomina la serpiente del faraón. Le prendemos

Transcripción

1 Tema 6 Cambios químicos IES Padre Manjón Prof: Eduardo Eisman FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 1 Para empezar, experimenta y piensa Con azúcar y bicarbonato realizamos esta experiencia, que se denomina la serpiente del faraón. Azúcar y bicarbonato de sodio Arena Le prendemos fuego y aparece la serpiente! Cilindro de cartón Al calentar la mezcla, el bicarbonato se descompone para dar lugar a carbonato de sodio, dióxido de carbono y agua: NaHCO 3 > Na CO 3 + C O + H O El azúcar se carameliza por acción del calor. En este estado plástico, el azúcar se infla por acción del gas desprendido. Mientras el azúcar se infla y la reacción continua, el azúcar termina por quemarse en una reacción que combina la combustión y la deshidratación: C 1 H O O > 1 CO + 11 H O C 1 H O 11 + Q > 1C + 11H O En la reacción se obtiene carbono inflado, con una forma que recuerda a una serpiente. FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13

2 1a Cambios físicos Un cambio físico es una transformación en la que no varía la naturaleza de la materia. Entre los cambios físicos más habituales se encuentran los cambios de estado. EN EL AGUA EN EL ALCOHOL Vapores de alcohol CON EL HIERRO Y EL AZUFRE Hierro Azufre Los mezclamos Calor Imán Hielo Agua Antes y después del cambio la materia se representa por la misma fórmula química. FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 3 1b Cambios químicos Un cambio químico es una transformación en la que varía la naturaleza de la materia. Los cambios químicos también se llaman reacciones químicas. Electrodos EN EL AGUA EN EL ALCOHOL Alcohol ardiendo CON EL HIERRO Y EL AZUFRE Mezcla de hierro y azufre Agua Burbujas de hidrógeno Sólido negro que no es atraído por el imán Antes del cambio la materia se representa por una fórmula química, y después, por otra fórmula diferente. FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 4

3 a Las reacciones químicas en general Una reacción química suele ir acompañada por alguna de estas manifestaciones. UN GRAN DESPRENDIMIENTO DE ENERGÍA LUMINOSA DESPRENDIMIENTO DE CALOR FORMACIÓN DE GASES Cuando el magnesio arde, se combina con el oxígeno del aire y se transforma en óxido de magnesio. Además se desprende energía en forma de luz. Cuando se añade una disolución de ácido clorhídrico a una disolución de hidróxido de sodio, la temperatura de la mezcla aumenta. Se desprende energía. Cuando se añade ácido clorhídrico a algunos metales, por ejemplo magnesio, se desprende gas hidrógeno Mg + O MgO + Luz HCl + NaOH NaCl + H O + Q Mg + HCl MgCl + H (g) FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 5 b Las reacciones químicas en general Una reacción química suele ir acompañada por alguna de estas manifestaciones. DISOLUCIÓN DE UN SÓLIDO FORMACIÓN DE UN SÓLIDO FORMACIÓN DE HUMO BLANCO Cuando sobre mármol (carbonato de calcio) se vierte un ácido, se forma un burbujeo. Parte del mármol se ha disuelto y se ha desprendido dióxido de carbono. CaCO 3 + HCl CaCl + H O + CO A una disolución transparente de nitrato de plomo (II) se añade otra disolución transparente de yoduro de potasio. Se forma un sólido amarillo que se deposita en el fondo, es yoduro de plomo (II). Acercando un recipiente con amoníaco a otro con ácido clorhídrico, ambos en disolución concentrada, aparece un humo blanco, que es cloruro de amonio NH 3 + HCl NH 4 Cl (gas blanco) Pb(NO 3 ) + KI K(NO 3 ) + PbI FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 6

4 c Algunos tipos de reacciones químicas Las reacciones Químicas son aquellos cambios en los que unas sustancias se transforman en otras diferentes Algunos tipos de reacciones Químicas De oxidación De combustión En nuestra vida En la industria Es la reacción química que se produce cuando una sustancia se combina con el oxígeno. Es un tipo especial de oxidación, muy rápida, donde se desprende gras cantidad de calor. Reacciones de fotosíntesis y las reacciones que se producen en la respiración celular. Reacciones en las que las materia primas se convierten en sustancias diferentes y útiles para todos nosotros. CH 4 + O CO + H O + Q Fruta oxidada d (derecha) Combustión gas metano N + 3H NH 3 FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 7 d Las reacciones químicas: teoría de las colisiones Según la teoría de las colisiones, las reacciones químicas se producen cuando las de los reactivos chocan entre sí y se rompen. Los átomos que se han liberado se reorganizan, formando las nuevas. l FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 8

5 3a Unidad de masa atómica. Los átomos son muy pequeños y en consecuencia su masa, también lo es; por tanto si usamos como unidad para medirla las unidades de masa a las que estamos acostumbrados (g, kg..), obtendríamos valores muy yp pequeños, difícilmente manejables. Por ejemplo, el átomo de hidrógeno tiene una masa de 1, kg y el de carbono, kg. Por esta razón para medir la masa de los átomos se adopta una nueva unidad: la unidad de masa atómica ( u ), que se define de la siguiente manera: Una unidad de masa atómica (u) es la doceava parte de la masa del átomo de carbono 1 1/1 parte del átomo de 1 C. 1 unidad de masa atómica ( u ) Su masa en kg es 1, kg FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 9 3b Masa atómica y masa molecular. Masa atómica de un elemento se obtiene comparando la masa de uno de sus átomos con la unidad de masa atómica (u). Masa atómica del Ca = 40 u. Significa que la masa de un átomo de Ca es 40 veces la unidad de masa atómica. Masa molecular de un compuesto se obtiene sumando las masas atómicas de cada uno de los átomos que forman la molécula. Masa molecular del Na S = masa atómica Na + masa atómica S =.3 u + 3 u = 78 u Sustancia Masa atómica Sustancia Masa molecular Oxígeno O 16 u Hidróxido de calcio Ca(OH) 74 u Azufre S 3 u Amoniaco NH 3 18 u Plomo Pb 07 u Ácido sulfúrico H (SO) 4 98 u Bario Ba 137,3 u Butano C 4 H u Mercurio Hg 00,6 u Oxígeno O 3 u Plata Ag 107,9 u Dióxido de carbono CO 44 u FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 10

6 3c Mol de una sustancia y número de Avogadro Un mol de una sustancia es la cantidad de esa sustancia que contiene el número de Avogadro de partículas (N A = 6, ). Estas partículas pueden ser átomos,, iones, etc. El mol coincide con la masa atómica o la masa molecular expresada en gramos. En el Sistema Internacional (SI), el mol es la unidad de la magnitud cantidad de sustancia. Hierro Sodio Cloruro de potasio Masa atómica del hierro Masa atómica del sodio Masa molecular del oxígeno O Masa molecular del KCl 55,8 u 3 u 3 u 74,6 u 1 mol de Fe 6, átomos 1 mol de Na 6, átomos 1 mol de O 6, mol de KCl 6, mol de Fe 55 8 g de Fe 1 mol de Na 3 g de Na 1 mol de O 3 g de O 1 mol de KCl 55,8 g de Fe 3 g de Na 3 g de O 74,6 g de KCl FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/ d Mol de una sustancia y número de Avogadro Un mol de una sustancia es una cantidad equivalente a la que representa su masa atómica o molecular expresada en gramos. En un mol de una sustancia hay 6, (N A ) átomos o de esa sustancia. Un mol de diferentes sustancias 1 molécula de CO 44 u 1 mol de CO 44 g 1 mol de CO 6, l de CO FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 1

7 3e Cantidad de sustancia en gramos y en moles 1.- Cuántos moles son: a) 7,0 g de Na; b) 0,5 g de H O; c) 64,8 g de H SO 4. a) 7,0 g Na 1molNa 3,0 g Na = 0,304 molna 1molH O b) 0,5 g HO ,0 g H O = 1,139 molho 1molH SO 4 c) 64,8g H SO4 0661molHSO 98,0 g H SO = 0,661mol Necesitamos disponer de: a) 1,0 moles de Zn; b) 0,5 moles de CH 4. ; c) 3,40 moles de H CO 3 Cuántos gramos son de cada una de las sustancia? a) 1,0mol Zn 65,4gZn = 78,5 g Zn 1molZn 16,0 g CH 4 b) 0,5mol CH 4 40gCH 1molCH = 4,0gCH4 4 6,0 g HCO3 c) 3,40mol HCO3 = 10,8 g HCO 3 1molHCO 3 FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/ a La reacción química Una reacción química es un cambio en el que se modifica la naturaleza de la materia. Se parte de unas sustancias que llamamos reactivos y se obtienen, otras sustancias diferentes a las de partida que llamamos productos de la reacción. Dicromato de amonio (NH 4 ) Cr O 7 Óxido de cromo (III) Cr O 3 Descomposición térmica REACTIVOS PRODUCTOS (NH 4 4) Cr O 7 (s) N (g) + 4 H O (l) + Cr O 3 (s) Una ecuación química es una representación simbólica de una reacción química. GAS LÍQUIDO SÓLIDO COEFICIENTE ESTEQUIOMÉTRICO FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 14

8 4b Conservación de la masa: Ley de Lavoisier Ley de Lavoisiere: En una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. En consecuencia, la masa permanece constante: es decir: la masa de los reactivos tienen que ser igual a la masa de los productos de la reacción. H (g) +O(g) HO(l) + con dos átomos 1 molécula con dos átomos de agua con dos átomos de de hidrógeno cada una. de oxígeno hidrógeno y uno de oxígeno cada una. La masa de 4 átomos de H más la masa de dos átomos de O. La masa de 4 átomos de H más la masa de dos átomos de O. FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/ c La reacción química: combustión del metano Reacción de combustión de un hidrocarburo: produce dióxido de carbono, agua, y se desprende energía. CH 4 + O CO + H O + Q Se escribe la reacción 1 molécula 1 molécula 6, ,0.10 6, ,0.10 A nivel microscópico se establece la relación de 1 mol mol 1 mol mol A nivel macroscópico se establece la relación de moles / gramos 1 mol.16 g/mol 16 g de CH 4 mol. 3 g/mol 64 g de O 1 mol.44 g/mol 44 g de CO mol.18 g/mol 36 g de H O Masa de los reactivos 16 g + 64 g = 80 g Masa de los productos 44 g + 36 g = 80 g Ley de Lavoisiere: en toda reacción química la masa se conserva FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 16

9 4d La reacción química: combustión del etanol Reacción de combustión del etanol. C H 6 O + 3 O CO + 3 H O Se escribe la reacción Etanol Oxígeno Dióxido de carbono Agua 1mol 3mol mol 3mol Relación de moles 1 mol.46 g/mol 46 g de C H 6 O 3 mol. 3 g/mol 96 g de O Masa de los reactivos 46 g + 96 g = 14 g mol.44 g/mol 88 g de CO 3 mol.18 g/mol 54 g de H O Masa de los productos 88 g + 54 g = 14 g Ley de Lavoisiere: en toda reacción química la masa se conserva C H 6 O O CO H O Masa molecular 1 mol Masa molar = 46 u.16 = 3 u = 44 u = 18 u 46 g 3 g 44 g 18 g FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/ a Cálculos estequiométricos en masa El magnesio reacciona con el oxígeno para formar óxido de magnesio. Disponemos de 8 g de oxígeno. Calcula: a) Cuántos gramos de magnesio harán falta para reaccionar con todo el oxígeno disponible? b) Cuántos gramos de óxido de magnesio se obtendrán? Mg + O MgO mol 1 mol mol Escribimos la reacción química y a continuación la ajustamos En la reacción por cada mol de magnesio se necesitan un mol de O y se obtienen mol de MgO. mol. 4,3 g/mol 1 mol.3 g/mol mol.40,3 g/mol 48,6 g de Mg 3 g de O 80,6 g de MgO X g de Mg 8gdeO Y g de MgO Podemos trabajar con relación de masas en gramos o en moles. a) ) Cuántos gramos de magnesio harán falta para reaccionar con todo el oxígeno disponible?: a) Cuántos gramos de óxido de magnesio se obtendrán?: 48,6 g Mg 8gO = 1,15 g Mg 3 g O 80,6g MgO 8gO = 0,15 g MgO 3 g O 1 mol Mg = 4,3 g 1 mol O = 3 g 1 mol MgO = 40,3 g FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 18

10 5b Cálculos estequiométricos en masa El magnesio reacciona con el oxígeno para formar óxido de magnesio. Disponemos de 8 g de oxígeno. Calcula: a) Cuántos gramos de magnesio harán falta para reaccionar con todo el oxígeno disponible? b) Cuántos gramos de óxido de magnesio se obtendrán? Mg + O MgO continuación la ajustamos mol 1 mol mol Escribimos la reacción química y a En la reacción por cada mol de magnesio se necesitan un mol de O y se obtienen mol de MgO. X mol de Mg 0,5 mol de O Y mol de MgO 1molO 8gO. = 0,5 mol O 3 g O Podemos trabajar con relación de masas en gramos o en moles. a) ) Cuántos gramos de magnesio harán falta para reaccionar con todo el oxígeno disponible?: a) Cuántos gramos de óxido de magnesio se obtendrán?: 05 molmg 4,3g Mg 0,5 molo.. = 1,15 15 g Mg 1mol O 1mol Mg molmgo 40,3g MgO 05molO 0,5molO.. = 0,15 g MgO 1mol O 1mol MgO 1molMg= 4,3 g 1molO = 3 g 1 mol MgO = 40,3 g FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/ c Cálculos estequiométricos entre gases. Relación en volumen Cuando en una reacción intervienen varios gases que se encuentran en las mismas condiciones de presión y temperatura, la proporción en volumen es la misma que la proporción en cantidad de sustancia, es decir, en moles. Ley de Avogadro. Un mol de cualquier gas, en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 0ºC), ocupa siempre un volumen de,4 L. Al volumen de un mol de un gas en C.N. se le llama volumen molar: V molar =,4 L Ejemplo: Reaccionan 1,3 litros de nitrógeno (gas) con hidrógeno (gas) para dar amoniaco (gas), todos medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura. Escribir y ajustar la ecuación correspondiente al proceso. Calcular los litros de hidrógeno necesarios para la reacción y los litros de amoniaco que se obtienen. Como los gases están medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura podemos establecer la relación directa entre las cantidades de sustancia en moles. N + 3 H NH 3 y temperatura podemos establecer 1 mol 3 mol mol 1molN 3mol H 1,3LN = x= 3,9L H x LH 1molN mol NH 1,3LN = y=,6l NH y L NH FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 0

11 5d Cálculos estequiométricos entre gases. Relación en volumen Ejemplo: En la reacción de formación de agua, calcula el volumen de H, medido a atm y 50 ºC, que reacciona con 5 L de O, medido también a atm y 50 ºC. H (g) + O (g) H O (l) mol de H 1 mol de H mol de H O? 5 L Calculamos el volumen de H que reacciona con 5 L de O en condiciones normales. molh 1mol O xlh = x= 10L H 5 LO FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 1 5e Cálculos estequiométricos en masa y volumen El zinc reacciona con el ácido clorhídrico formando cloruro de zinc e hidrógeno gas. Si hacemos reaccionar 6,0 g de ácido clorhídrico: a) Cuántos gramos de zinc reaccionan? b) Cuál sería el volumen de H obtenido si se mide en c. n.? HCl + Zn ZnCl + H á. clorhídrico zinc cloruro de zinc hidrógeno Se escribe la reacción mol 1mol 1 mol 1mol Relación de moles a) Gramos de zinc que reaccionan con 6,0 g de HCl 1mol HCl 60gdeHCl 6,0 36,5 gde HCl = 016moldeHCl 0,16 1 mol de Zn 65,4 gzn 0,16 moles dehcl. = 5, g de Zn moldehcll 1molZn gramos Pasamos los gramos a moles de ácido. Relacionamos moles de ácido y moles de zinc. Pasamos moles de zinc a gramos de zinc b) Volumen de hidrógeno que se obtiene 016 1molH Si la sustancia es un gas y está 0,16 moldehcl. = 008 0,08 molde H moleshc l medido en c.n. (0 0 C y 1atm), se puede obtener el volumen teniendo en cuenta que 1 mol de cualquier sustancia gaseosa,4 litros 0,08 molh = ocupa, 4 litros (volumen molar). 1,8 L de gas H 1molH FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13

12 5f Cálculos estequiométricos 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 3CO + 4 H O + Q Se escribe la reacción 1 mol 5mol 3mol 4 mol 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 034molCH 0, molO 1molCH = 1,70 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 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 3 6a Energía en las reacciones químicas Para que se verifique una reacción química ha de producirse: Una ruptura de los enlaces en los reactivos. Lo que generalmente implica aportar energía. Un reagrupamiento de los átomos de forma distinta. Una formación de nuevos enlaces para formarse los productos. Lo que generalmente implica un desprendimiento de energía. En el balance final de energía para el proceso puede ocurrir: Energía aportada > Energía desprendida. did La reacción, en conjunto, absorbe b energía (calor). Reacción endotérmica. Energía aportada < Energía desprendida. La reacción, en conjunto, desprende energía (calor). Reacción exotérmica. El calor absorbido o desprendido puede añadirse a la ecuación química como un elemento más del proceso: CH 4 + O CO + H O kj Reacción exotérmica KClO ,4 kj KCl + 3 O Reacción endotérmica FYQ 3.º ESO: Tema 6. Cambios químicos Curso 01/13 4