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REACCIONES QUÍMICAS CONTENIDOS. 1.- Concepto de reacción química. 2.- Escritura esquemática y significado de las ecuaciones químicas. 3.- Teoría de las colisiones. 4.- Ajuste de las reacciones químicas: 4.1. Por tanteo. 4.2. Por ecuaciones. 5.- Tipos de reacciones: 5.1. Reacciones de síntesis. 5.2. Reacciones de descomposición. 5.3. Reacciones de sustitución. 5.4. Reacciones de doble sustitución. 5.5. Importancia del oxígeno en las reacciones de combustión. 6.- Estequiometría de una reacción química. 6.1. Cálculos con moles. 6.2. Cálculos con masas. 6.3. Cálculos con volúmenes en condiciones normales. 6.4. Cálculos con volúmenes en condiciones no normales. 6.5. Cálculos con reactivo limitante. 6.6. Cálculos con reactivos en disolución. 7.- Rendimiento de una reacción química. Riqueza. 8.- Algunas reacciones químicas importantes en la sociedad. (trabajo bibliográfico) 9.- La energía en las reacciones químicas. 9.1. Calor de reacción (rotura y formación de enlaces). 9.2. Reacciones exotérmicas y endotérmicas. CONCEPTO DE 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 conformando moléculas nuevas. Para ello es necesario que rompan enlaces en las moléculas originales y se formen enlaces nuevos. Ejemplo de reacción química. Reactivos Productos En la reacción: H 2 + I 2 2 HI se rompen 1 enlace H H y 1 enlace I I y se forman 2 enlaces H I
carbono oxígeno monóxido de carbono carbono oxígeno dióxido de carbono Cloruro de hidrógeno cinc cloruro de cinc hidrógeno sulfato de cobre (II) hierro sulfato de hierro (II) cobre + + etanol oxígeno dióxido de carbono agua 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: Tanteo (en reacciones sencillas). Algebraicamente (en reacciones más complejas) resolviendo un sistema de ecuaciones. Ajustar la siguiente reacción: HBr +Fe FeBr 3 + H 2 Sean a, b, c y d los coeficientes (número de moles) de los respectivos reactivos y productos. a HBr + b Fe c FeBr 3 + d H 2 H) a = 2d Br) a = 3c Fe) b = c Sea d = 1; entonces a = 2, c = 2/3 y b = 2/3 Multiplicando todos los valores por 3 obtenemos los siguientes coeficientes: a = 6, b = 2, c = 2 y d = 3. Por tanto la ecuación ajustada será: 6 HBr +2 Fe 2 FeBr 3 + 3 H 2 Ejercicio A: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método de tanteo: a) C 3 H8 + O 2 CO 2 + H 2 O; b) Na 2 CO3 + HCl Na Cl + CO 2 + H 2 O; c) PBr 3 + H 2 O HBr + H 3 PO 3 ; d) CaO + C CaC + CO; e) H SO + BaCl BaSO + HCl. 2 2 4 2 4 Ejercicio B: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método algebraico: a) KClO 3 KCl + O 2 ; b) HCl + Al AlCl 3 + H 2 Ejercicio C: Ajusta las siguiente ecuación químicas por el método algebraico: HNO 3 + Cu Cu(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS Síntesis Descomposición - Simple - Mediante reactivo Sustitución Doble sustitución
Síntesis: A + B C 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Descomposición Simple: A B + C CaCO 3 CaO + CO 2 Descomposición mediante reactivo: AB + C AC + BC 2 ZnS + 3 O 2 2 ZnO + 2 SO 2 Sustitución (desplazamiento): AB + C AC + B PbO + C CO + Pb Doble sustitución (doble desplazamiento): AB + CD AC + BD HCl + NaOH NaCl + H 2 O ESTEQUIOMETRÍA DE UNA REACCIÓN QUÍMICA. 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 puede hacer el cálculo en masa (gramos) o en volumen (litros) en el caso de gases o disoluciones. Tipos de cálculos estequiométricos. Con moles. Con masas. Con volúmenes (gases) En condiciones normales. En condiciones no normales. Con reactivo limitante. Con reactivos en disolución (volúmenes). Cálculos con masas. En la reacción ajustada anteriormente: 6 HBr +2 Fe 2 FeBr 3 + 3H 2 qué cantidad de HBr reaccionará con 10 g de Fe y qué cantidades de FeBr 3 e H 2 se formarán? 6 HBr + 2 Fe 2 FeBr 3 + 3 H 2 6 moles 2 moles 2 moles 3 moles
Ejercicio D: 485,4 g 111,6 591,0 6 = g = g = g x 10 g y z Resolviendo las proporciones tendremos : x = 43,5 g de H Br ; y = 52,9 g de FeBr 3 ; z = 0,54 g de H 2. Se tratan 40 g de oxido de aluminio, Al 2 O 3 con suficiente disolución de ácido sulfúrico en agua H 2 SO 4 para que reaccione todo el óxido de aluminio y se forme sulfato de aluminio Al 2 (SO 4 ) 3 y agua. Calcula los moles del ácido que se necesitan y la masa de sulfato que se forma. Datos (u): M at (Al) = 27, M at (S) = 32, M at (O) = 16, M at (H) = 1 Cálculos con volúmenes (gases). Calcula el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá al quemar 1 kg de butano (C 4 H 10 ) a) en condiciones normales b) a 5 atm y 50ºC. a) La reacción de combustión del butano es: C 4 H 10 + 13/2 O 2 4 CO 2 + 5 H 2 O 1 mol 4 moles -1 58 g 4 mol 22,4 l mol = x = 1545 litros de CO2 1000 g x b) Cuando las condiciones no son las normales es mejor hacer el cálculo en moles y después utilizar la fórmula de los gases: Ejercicio E: C 4 H 10 + 13 O2 4 CO 2 + 5 H 2 O 2 58 g 4 mol = y = 69 mol de CO2 1000 g y 1 1 n R T 69mol 0,082atm l mol K 323K V = = = p 5atm 365,5 litros de CO 2 El oxígeno es un gas que se obtiene por descomposición térmica del clorato de potasio en cloruro de potasio y oxígeno Qué volumen de oxígeno medido a 19ºC y 746 mm Hg se obtendrá a partir de 7,82 g de KClO 3. Reacciones con reactivo limitante. Hay veces que nos dan más de una cantidad de reactivos y/o productos. En estos casos, uno de los reactivos quedará en exceso y no reaccionará todo él.
El otro reactivo se consume totalmente y se denomina reactivo limitante, ya que por mucho que haya del otro no va a reaccionar más. Hacemos reaccionar 10 g de sodio metálico con 9 g de agua. Determina cuál de ellos actúa como reactivo limitante y qué masa de hidróxido de sodio se formará? En la reacción se desprende también hidrógeno. 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H 2 46g 36g 80g 10g 36g = = m = = 7,8 g g m m g HO 2 10 HO 46 2 NaOH lo que significa que el sodio es el reactivo limitante y que el agua está en exceso (no reaccionan 9 g 7,8 g = 1,2 g) m NaOH Ejercicio F: 80g 10g = =17,4 g 46g Hacemos reaccionar 25 g de nitrato de plata con cierta cantidad de cloruro de sodio y obtenemos 14 g de precipitado de cloruro de plata. Averigua la masa de nitrato de plata que no ha reaccionado. Cálculos con disoluciones. Añadimos 150 ml de disolución 2 M de hidróxido de sodio a otra disolución de sulfato de magnesio. Averigua la masa de hidróxido de magnesio que se formará si el sulfato de magnesio está en exceso. 2 NaOH + MgSO 4 Mg(OH) 2 + Na 2 SO 4 2mol 58,3g = mmg( OH ) = 2 0,15 2 1 l mol l mmg( OH ) 2 8,7 g EL RENDIMIENTO EN LAS REACCIONES QUÍMICAS. En casi todas las reacciones químicas suele obtenerse menor cantidad de producto dela esperada a partir de los cálculos estequiométricos. Esto se debe a: Perdida de material al manipularlo. Condiciones inadecuadas de la reacción. Reacciones paralelas que formas otros productos.
Se llama rendimiento a: ( ) Rendimiento = mproducto obtenida 100 m ( teórica) producto De donde se obtiene que: m producto ( obtenida) Rendimiento mproducto( teórica) = 100 A 10 ml de disolución de cloruro de sodio 1 M añadimos nitrato de plata en cantidad suficiente para que precipite todo el cloruro de plata. Determina la masa de este producto que obtendremos si el rendimiento de la reacción es del 85 %. 1 n(nacl) = V Molaridad = 0,01 l 1 mol l = 0,01mol NaCl + AgNO 3 AgCl + NaNO 3 1mol 143,5g = magcl ( teórica) = 1,43 g 0,01mol m AgCl Rendimiento magcl ( teórica) 85 1,43g magcl ( obtenida) = = = 1,22g 100 100 RIQUEZA. La mayor parte de las sustancias no suelen encontrarse en estado puro. Se llama riqueza al % de sustancia pura que tiene la muestra o producto comercial. msustancia pura Riqueza = 100 m muestra De donde se obtiene que: m sustancia pura = m muestra Riqueza 100 Si decimos que tenemos 200 g de NaOH al 96 %, en realidad sólo tenemos Riqueza 96 mnaoh puro = mnaoh comercial = 200g = 192 g 100 100 Tratamos una muestra de cinc con ácido clorhídrico del 70 % de riqueza. Si se precisan 150 g de ácido para que reaccione todo el cinc, calcula el volumen de hidrógeno desprendido en C.N. Riqueza 70 mhcl puro = mhcl ( ac ) = 150g = 105 g 100 100
Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 73g 22,4 l 105 g 22,4 l = VH = = 32,2 litros 2 105 g V 73g H2 Ejercicio G: Un gasóleo de calefacción contiene un 0,11 % en peso de azufre. a) Calcule los litros de dióxido de azufre (medidos a 20ºC y 1 atm) que se producirán al quemar totalmente 100 kg de gasóleo. b) Comente los efectos de las emisiones de dióxido de azufre sobre las personas y el medio ambiente. Datos: Masas atómicas: S=32; O=16. Cuestión de Selectividad (Marzo 98). ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. En todas las reacciones químicas se produce un intercambio energético con el medio (normalmente en 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. ΔE REACCIÓN = E PRODUCTOS E REACTIVOS Energía de las reacciones químicas (continuación). Si en la reacción se desprende calor ésta se denomina exotérmica y si se consume calor se denomina endotérmica. Si ΔE REACCIÓN > 0, E PRODUCTOS > E REACTIVOS, se absorbe calor endotérmica Si ΔE REACCIÓN < 0, E PRODUCTOS < E REACTIVOS, se desprende calor exotérmica Ejemplos de reacciones termoquímicas Reacción endotérmica: 2 HgO (s) +181,6 kj 2 Hg (l) + O 2 (g) Se puede escribir: 2 HgO (s) 2 Hg (l) + O 2 (g); ΔE R = 181,6 kj Reacción exotérmica: C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) +393,5 kj Se puede escribir: C (s) + O 2 (g) CO 2 (g); ΔE R = 393,5 kj Ejercicio H: La descomposición de 2 moles de óxido de mercurio (II) en mercurio y oxígeno precisa 181,6 kj a 25 ºC y 1 atm de presión: a) calcula la energía necesaria para descomponer 649,8 g de HgO; b) el volumen de O 2 que se obtiene en esas condiciones cuando se descompone la cantidad suficiente de HgO mediante 500 kj.
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). 2º) que el choque posea la orientación adecuada para que puedan formarse los enlaces nuevos. Perfil de una reacción Energía Energía de activación productos reactivos reactivos productos Energía de reacción Energía sin catalizador Energías de activación con catalizador reactivos Q Perfil de una reacción (sin y con catalizador) productos Catalizadores Son sustancias que, incluso en cantidades muy pequeñas influyen la velocidad de una reacción, pues aunque no intervengan en la reacción global, si intervienen en su mecanismo con lo que consiguen variar la energía de activación (normalmente disminuirla para que la reacción se acelere).
Procesos reversibles e irreversibles Un proceso irreversible es el que tiene lugar en un sólo sentido. Por ejemplo, una combustión; la energía desprendida se utiliza en calentar el ambiente y se hace inaprovechable para regenerar los reactivos. Un proceso es reversible cuando tiene lugar en ambos sentidos, es decir, los productos una vez formados reaccionan entre sí y vuelven a generar los reactivos. Ejemplo de proceso reversible La reacción de formación del ioduro de hidrógeno es reversible: H 2 (g) + I 2 (g) Á 2 HI (g) El símbolo Á se utiliza en las reacciones reversibles para indicar que la reacción se produce en ambos sentidos.
1 Ajustes de reacciones químicas. Ejercicios Resueltos Reacciones Químicas 1.- Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) C 3 H 8 + O 2 CO 2 + H 2 O; b) Na + H 2 O NaOH + H 2 ; c) KOH + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + H 2 O; d) Cu(NO 3 ) 2 CuO + NO 2 + O 2 ; e) Cu + HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O. 2.- Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) Na 2 CO 3 + HCl NaCl + CO 2 + H 2 O; b) Ca + HNO 3 Ca(NO 3 ) 2 + H 2 ; c) NH 4 NO 3 N 2 O + H 2 O; d) Cl 2 + KBr Br 2 + KCl; e) Fe 2 O 3 + C Fe + CO 2. 3.- Decide si están ajustadas las siguientes reacciones Y ajusta las que no lo estén: a) CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O; b) SO 2 + 2 O 2 2 SO 3 ; c) Cl 2 + H 2 O 2 HCl + HClO; d) 2 KClO 3 KCl + 3 O 2 ; e) Ag + 2 HNO 3 AgNO 3 + NO + H 2 O. 4.- Escribe y ajusta las siguientes reacciones: a) combustión del la glucosa (C 6 H 12 O 6 ); b) ataque del cinc por el ácido clorhídrico con formación del cloruro correspondiente y desprendimiento de hidrógeno; c) hidratación del dióxido de nitrógeno con formación de ácido nítrico y monóxido de nitrógeno; d) precipitación del yoduro de plomo (II) a partir del yoduro de potasio y nitrato de plomo (II). Estequiometría. 5.- Calcular el volumen de dióxido de carbono que se obtiene de la combustión de 150 g de etanol (C 2 H 6 O) a la temperatura de 45 ºC y a la presión de 1,2 atmósferas. 6.- Tenemos la reacción: Zn + HCl ZnCl 2 + H 2 a) Ajústala b) Qué masa de HCl se precisará para reaccionar con 15 g de Zn c) y qué masa de ZnCl 2 se formará suponiendo un rendimiento del 75 %? Qué volumen de H 2 se obtendrá: d) en condiciones normales; e) a 12 atmósferas y 150 ºC. 7.- 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? 8.- Al quemar gas metano (CH 4 ) con oxígeno (O 2 ) se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. a) Qué masa de CO 2 se formará al quemar 80 g de metano? b) qué volumen de O 2 en condiciones normales se precisará para ello? c) qué volumen de vapor de agua se obtendrá a 10 atm y 250 ºC? 9.- a) Ajusta la reacción: NO 2 + H 2 O HNO 3 + 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 2 sabiendo que el rendimiento de la misma es del 75 %? 10.- El carbono y el agua reaccionan entre sí formando monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso. a) Calcula la masa de carbono necesario para obtener 3 L de H 2 en condiciones normales b) y el volumen de monóxido de carbono que se formará también en condiciones normales.
2 11.- 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 20 g de butano; c) calcula el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá a 600 mm Hg y 300ºC. 12.- 20 g de una sustancia A reaccionan con 35 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 12 g de B? Cuál es el reactivo limitante? 13.- En la reacción de combustión de la pirita [FeS 2 ] se produce óxido de hierro (III) y dióxido de azufre. a) Determina el reactivo limitante si se mezclan 3 moles de FeS 2 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 2 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? 14.- Qué volumen de ácido clorhídrico 0,2 M se necesitará para neutralizar 40 ml de hidróxido de potasio 0,5 M? 15.- Qué volumen de dióxido de azufre a 30ºC y 1 atm se desprenderá al aire al quemar una tonelada de carbón que contiene un 0,5 % de azufre? 16.- Se añaden 2,5 cm 3 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? 17.- Se añaden 5 cm 3 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 1,2 atm y 50ºC obtendremos si se consume todo el ácido? 18.- Determina la fórmula molecular de un insecticida formado por C, H y Cl si en la combustión de 3 g de dicha sustancia se han obtenido 2,72 g de CO 2 y 0,55 g de H 2 O y su masa molecular es de 290 g/mol. Energía de las reacciones químicas. 19.- Se queman 100 toneladas de antracita con una riqueza del 90 % de carbono en una central térmica. Qué energía se obtendrá si sabemos que por cada mol de carbono quemado se desprenden 393,5 kj? 20.- La reacción de oxidación del nitrógeno por el oxígeno para formar monóxido de nitrógeno precisa 180,5 kj por mol de nitrógeno. Qué energía se necesitará aportar par oxidar 1500 litros de nitrógeno a 5 atm y 50ºC? 21.- Qué energía se obtendrá al quemarse 100 g de sacarosa (C 12 H 22 O 11 ) si sabemos que se desprenden 5645 kj por cada mol de sacarosa que se quema?
3 Soluciones a los ejercicios 1. a) C 3 H 8 + 5 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O ; b) 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H 2 ; c) 2 KOH + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + 2 H 2 O ; d) 2 Cu(NO 3 ) 2 2 CuO + 4 NO 2 + O 2 ; e) 3 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO + 4 H 2 O. 2. a) Na 2 CO 3 + 2 HCl 2 NaCl + CO 2 + H 2 O ; b) Ca + 2 HNO 3 Ca(NO 3 ) 2 + H 2 ; c) NH 4 NO 3 N 2 O + 2 H 2 O ; d) Cl 2 + 2 KBr Br 2 + 2 KCl ; e) 2 Fe 2 O 3 + 3 C 4 Fe + 3 CO 2. 3. a) CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O Sí; b) 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 No; c) Cl 2 + H 2 O HCl + HClO No; d) 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2 No; e) 3 Ag + 4 HNO 3 3 AgNO 3 + NO + 2 H 2 O No. 4. a) C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O ; b) Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 ; c) 3 NO 2 + H 2 O 2 HNO 3 + NO ; d) 2 KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + 2 KNO 3. 5. C 2 H 6 O + 3 O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O 46 g 2 mol = n(co 2 ) = 6,52 mol ; 150 g n(co 2 ) n R T 6,52 mol x 0,082 atm x l x 318 K V = = = 141,7 litros p mol x K x 1,2 atm 6. a) Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 ; b) 65,4 g 72,9 g 136,3 g 1 mol = = = m(hcl) = 16,6 g ; 15 g m(hcl) m(zncl 2 ) n(h 2 ) c) 75 m(zncl 2 )teórica = 31,26 g ; m(zncl 2 )obtenida = x 31,26 g = 23,4 g 100 d) n(h 2 ) = 0,229 mol ; V = 0,229 mol x 22,4 L x mol -1 = 5,14 litros e) n R T 0,229 mol x 0,082 atm x l x 423 K V = = = 0,663 litros p mol x K x 12 atm 7. a) Fe + 2 HCl FeCl 2 + H 2 ; 55,8 g 72,9 g 1 mol 22,4 L = = = m(hcl) = 52,3 g ; 40 g m(hcl) n(fecl 2 ) V(H 2 ) b) n(fecl 2 ) = 0,717 mol c) V(H 2 ) = 16, 1 litros 8. a) CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O ; 16 g 44,8 L 44 g 2 mol = = = m(co 2 ) = 220 g ; 80 g V(O 2 ) m(co 2 ) n(h 2 O) b)v(o 2 ) = 224 litros ;
4 c) n R T 10 mol x 0,082 atm x l x 523 K n(h 2 O) = 10 mol ; V = = = 42,9 litros p mol x K x 10 atm 9. a) 3 NO 2 + H 2 O 2 HNO 3 + NO b) 3 mol 1 mol = n(no) = 1,33 mol ; 4 mol n(no) n R T 1,33 mol x 0,082 atm x l x 353 K V(NO) teórico = = = 25,7 litros p mol x K x 1,5 atm 75 V(NO) obtenido = x 25,7 litros = 19,3 litros 100 10. a) C + H 2 O CO + H 2 ; 12 g 22,4 L 22,4 L = = m(c) = 1,61 g ; m(c) V(CO) 3 L b) V(CO) = 3 litros. 11. a) 2 C 4 H 10 + 13 O 2 8 CO 2 + 10 H 2 O b) 116 g 416 g 8 mol = = m(o 2 ) = 71,7 g ; n(co 2 ) = 1,38 mol ; 20 g m(o 2 ) n(co 2 ) c) n R T 1,38 mol x 0,082 atm x l x 573 K 760 mm Hg V = = x = 82,1 litros p mol x K x 600 mm Hg 1 atm 12. A + B C + D 20 g 35 g 40 g 15 g = = = m(a) = 6,86 g; m(c) = 13,7 g ; m (D) = 5,14 g ; m(a) 12 g m(c) m(d) Si hubiese partido de 8 g de A se precisarían 14 g de B, y sólo hay 12 g, por lo que B es el reactivo limitante y es el que se utiliza en la proporción para obtener las masas de C y D. 13. a) 4 FeS 2 + 11 O 2 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 4 mol 11 mol = n(o 2 ) = 8,25 mol, luego será el FeS 2 el reactivo limitante 3 mol n(o 2 ) b) 4 mol 2 mol 8 mol = = n(fe 2 O 3 ) = 1,5 mol ; n(so 2 ) = 6 mol 3 mol n(fe 2 O 3 ) n(so 2 ) c) 480 g 11 mol = n(o 2 ) = 2,29 mol; de nuevo será el FeS 2 el reactivo limitante 100 g n(o 2 ) 480 g 319,4 g 179,2 L = = n(fe 2 O 3 ) = 66,5 g ; V(SO 2 ) = 37,3 litros 100 g m(fe 2 O 3 ) V(SO 2 )
5 14. n(koh) = V x [KOH] = 0,04 L x 0,5 mol x L 1 = 0,02 mol HCl + KOH KCl + H 2 O 1 mol 1 mol n(hcl) 0,02 mol = n(hcl) = 0,02 mol; V = = = 0,1 litros n(hcl) 0,02 mol [HCl] 0,2 mol x L 1 15. 0,5 m (S) = x 1000 kg = 5 kg; 100 S + O 2 SO 2 32,1 g 1 mol = n(so 2 ) = 156 mol; 5000 g n(so 2 ) n R T 156 mol x 0,082 atm x l x 303 K V = = = 3874 litros p mol x K x 1 atm 16. n{mg(no 3 ) 2 } = V x [Mg(NO 3 ) 2 ] = 0,0025 L x 1,5 mol x L 1 = 0,00375 mol Mg(NO 3 ) 2 + NaOH Mg(OH) 2 + 2 NaNO 3 1 mol 58,3 g = m{mg(no 3 ) 2 }= 0,219 g 0,00375 mol m{mg(no 3 ) 2 } 17. n(hcl) = V x [HCl] = 0,005 L x 0,8 mol x L 1 = 0,004 mol CaCO 3 + 2 HCl CO 2 + CaCl 2 + H 2 O 2 mol 1 mol = n(co 2 ) = 0,002 mol 0,004 mol n(co 2 ) n R T 0,002 mol x 0,082 atm x l x 323 K V = = = 0,044 litros = 44 cm 3 p mol x K x 1,2 atm 18. El insecticida tendrá una fórmula empírica C a H b Cl c. Puesto que no nos dan datos sobre el óxido de cloro formado supondremos que c=1 y obtendremos a y b en función de este valor. C a H b Cl + O 2 a CO 2 + b / 2 H 2 O 12 a + b + 35,45 44 a 9 b = = a = 0,989 1; b = 0,989 1 3 g 2,72 g 0,55 g Con lo que la fórmula empírica sería CHCl de masa (12 + 1 + 35,45) = 48,45 290 6 con lo que la fórmula molecular será C 6 H 6 Cl 6 48,45
6 19. 90 m (C) = x 100000 kg = 90000 kg = 9 x 10 7 g; 100 C + O 2 CO 2 + 393,5 kj 12 g 393,5 kj = E = 2,95 x 10 9 kj 9 x 10 7 g E 20. p V 5 atm x 1500 L n = = = 283 moles de N 2 R T 0,082 atm x L x mol 1 x K 1 x 323 K N 2 + O 2 + 180,5 kj 2 NO 1 mol 180,5 kj = E = 5,11 x 10 4 kj 283 moles E 21. C 12 H 22 O 11 + O 2 + CO 2 + H 2 O + 5645 kj 342 g 5645 kj = E = 1650 kj 100 g E Soluciones a los ejercicios de los apuntes: A.- a) C 3 H 8 + 5 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O b) Na 2 CO 3 + 2 HCl 2 Na Cl + CO 2 + H 2 O c) PBr 3 + 3 H 2 O 3 HBr + H 3 PO 3 d) CaO + 3 C CaC 2 + CO e) H 2 SO 4 +BaCl 2 BaSO 4 + 2 HCl B.- a) a KClO 3 b KCl + c O 2 ; K) a = b; Cl) a = b; O) 3a = 2c Sea a = 1. Entonces b = 1 y c = 3/2 Multiplicando todos los coeficientes por 2: 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2 b) a HCl + b Al c AlCl 3 + d H 2 H) a = 2d; Cl) a = 3c; Al) b = c Sea c = 1. Entonces b = 1, a = 3 y d = 3/2 Multiplicando todos los coeficientes por 2: 6 HCl + 2 Al 2 AlCl 3 + 3 H 2 C.- a) a HNO 3 + b Cu c Cu(NO 3 ) 2 + d NO + e H 2 O
7 H) a = 2e; N) a = 2c + d; O) 3a = 6c +d + e; Cu) b = c Sea c = 1. Entonces b = 1 y el sistema queda: a = 2e; a = 2 + d; 3a = 6 + d + e; Sustituyendo a : 2e = 2 + d; 6e = 6 + d + e Sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas que resolviendo queda: e = 4/3; d = 2/3 con lo que a = 8/3 Multiplicando todos los coeficientes por 3: 8 HNO 3 + 3 Cu 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO + 4 H 2 O Comprobamos el nº de átomos de cada tipo antes y después de la reacción: 8 átomos de H (4 x 2), 8 de N (2 x 3 + 2), 24 de O (8 x 3 = 3 x 2 x 3 + 2 + 4) y 3 de Cu D.- a) M (Al 2 O 3 ) = 2 x 27 u + 3 x 16 u = 102 u M [Al 2 (SO 4 ) 3 ]= 2 x 27 u + 3 x (32 u + 4 x 16 u) = 342 u Primero, ajustamos la reacción: Al 2 O 3 + 3 H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 H 2 O 1 mol 3 moles 1 mol 3 moles Se transforman los moles en g o l (o se dejan en mol ) para que quede en las mismas unidades que aparece en los datos e incógnitas del problema: 102 g 3 moles 342 g = = 40 g n ( mol) m( g) 102 g 3 moles 40 g 3 moles = n ( mol) = = 1,18 moles de H2SO4 40 g n ( mol) 102 g 102 g 342 40 342 = g ( ) g m g = g = 134 g de Al2( SO4) 3 40 g m ( g) 102 g E.- a) Ecuación ajustada: 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2 2 mol 3 mol g 245,2 g 3 mol 2 mol 122,6 = 245,2 g ; = n(o 2) = 0,0957 moles mol 7,82 g n(o ) 2 V n R T 0,0957 mol 0,082 atm l 292 K = = = p mol K atm ( 746 760) 2,33litros
8 F.- AgNO 3 + NaCl AgCl + NaNO 3 169,8 g 143,3 g = ( AgNO3 ) que reaccona 14 g 169,8 g m = = 16, 6 g m 14 g 143,3 g m (AgNO 3 ) sin reaccionar = 25 g 16,6 g = 8,4 g G.- a) ( ) 100 kg 0,11 m S = = 0,11k g = 110 g 100 S + O 2 SO 2 32 g 1mol = n( SO 2 ) = 3, 4moles 110g n SO ( ) 2 V n R T 3,4 mol 0,082 atm l 293 K = = = p mol K 1atm 81,7 litros H.- a) 2 HgO 2 Hg + O 2 ; ΔE = 181,6 kj 433,18 g 181,6 kj = Δ E = 649,8 g ΔE 272,41kJ 1mol 181, 6kJ b) = n( O2 ) = 2,75moles n O 500kJ V ( ) 2 ( O ) 2 ( ) n O R T 2,75 mol 0,082 atm l 298 K p mol K 1atm 2 = = = 67,2litros