PRACTICA N 4 REACCIONES QUÍMICAS I. OBJETIVO GENERAL Adquirir las destrezas necesaria en la realización de reacciones químicas sencillas. II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al finalizar la práctica el estudiante será capaz: 1. Reconocer los diferentes tipos de reacciones químicas. 2. Interpretar la información contenida en una ecuación química. 3. Interpretar en términos estequiométricos una reacción química. 4. Aplicar cualquiera de las reacciones estudiadas para obtener productos. 5. Identificar el reactivo limitante en una reacción química. 6. Predecir los productos de reacciones químicas sencillas. 7. Predecir si se formará un precipitado en las diferentes reacciones, utilizando las reglas para la solubilidad de compuestos iónicos a 25 C. 8. Calcular el rendimiento teórico, real y porcentual de los productos obtenidos en algunas reacciones. MARCO TEORICO Propiedades químicas. Reacción química. Las sustancias se caracterizan por su propiedades y por su composición. Las propiedades químicas son aquellas que pueden ser observadas sólo cuando una sustancia sufre un cambio en su composición. Este cambio se conoce como reacción química, donde se forman nuevas sustancias y las propiedades de estas nuevas sustancias son diferentes a las sustancias anteriores. Cambio químico puede reconocerse por hechos como: 1. La producción de un gas (efervescencia). 2. La producción de calor (se calienta el matraz)o la absorción de calor (se enfría el matraz). 3. Un cambio permanente en el color. 4. La aparición de una sustancia insoluble. Tipos de reacciones. Aunque hay reacciones químicas muy complejas, por ahora sólo mencionaremos cinco tipos sencillos: 50
1. Reacciones de combinación A + Z AZ Ejemplo: 2Mg (s) + O 2 (g) 2MgO (s) 2. Reacciones de descomposición AZ A + Z Ejemplo: 2KClO 3 (s) 2KCl (s) + 3O 2 (g) (Método para la obtención de oxígeno en el laboratorio) 3. Reacciones de sustitución sencilla A + BZ AZ + B Ejemplo: 2K (s) + 2H 2 O (l) 2KOH (ac) + H 2 (g) 4. Reacciones de doble sustitución AX + BZ AZ + BX Ejemplo: Ni(NO 3 ) 2 (ac) + 2NaOH (ac) Ni(OH) 2 (s) + 2NaNO 3 (ac) 5. Reacciones de neutralización. HX + MOH MX + H 2 O ácido base Ejemplo: HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) + H 2 O (ac) Las reacciones de doble sustitución por lo general se llevarán a cabo si se cumple una de las tres condiciones siguientes: a) si se forma un producto insoluble o ligeramente soluble (precipitado). b) si se obtienen como productos especies débilmente ionizadas (H 2 O). c) Si como producto se desprende un gas. El tipo más común de reacción de doble sustitución es cuando se produce un precipitado, un sólido aparece en solución debido a que uno de los productos es insoluble o ligeramente soluble en agua. Para indicar la formación de este precipitado en una ecuación se incluye una (s) junto al compuesto. Se puede predecir si se formará un precipitado interpretando y utilizando las reglas para la solubilidad de compuestos iónicos a 25 C (tabla 16). 51
TABLA. 16 Reglas de solubilidad para compuestos iónicos en agua a 25 C Compuestos solubles Excepciones Compuestos que contengan iones de metales alcalinos (Li +, Na +, K +, Rb +, Cs + y el ion amonio NH 4+ ). Nitratos (NO 3- ), bicarbonatos (HCO 3- ) y cloratos (ClO 3- ) Halogenuros (Cl -, Br -, I - ) Halogenuros de Ag +, Hg 2+ y Pb 2+ Sulfatos (SO 2-4 ) Sulfatos de Ag +, Ca 2+, Sr 2+,Ba 2+,Hg 2+ y Pb 2+ Compuestos solubles Excepciones Carbonatos (CO 2-3 ), Fosfatos (PO 3-4 ), cromatos Compuestos que contengan iones de metales alcalinos y el ion amonio. (CrO 2-4 ), sulfuros (S 2- ) Compuestos que contenga iones de metales alcalinos y el ion Ba 2+. Cantidad de reactivos y productos. Es necesario aplicar la estequiometría para saber que cantidad de reactivo se debe utilizar para obtener una cantidad específica de producto. Para interpretar una reacción en forma cuantitativa es necesario tener claro los conocimientos de las masas molares y el concepto de mol. Reactivo limitante. En una reacción por lo general los reactivos no están presentes en las proporciones que indica la ecuación balanceada. Como consecuencia, algunos reactivos se consumen mientras que otros reactivos presentes en mayor cantidad quedan sin reaccionar (reactivos en exceso). El reactivo que se consume primero en la reacción recibe el nombre de reactivo limitante, ya que la máxima cantidad de producto que se forme dependerá de la cantidad inicial de este reactivo. Rendimiento de la reacción. La cantidad de producto que se espera, cuando todo el reactivo limitante a reaccionado, se conoce como rendimiento teórico (se calcula a partir de la ecuación balanceada). Experimentalmente rara vez la cantidad de producto que realmente se obtiene (rendimiento real) es igual al rendimiento teórico. Para determinar la eficiencia de una reacción específica se utiliza el término rendimiento porcentual, el cual se define como: Rendimiento porcentual = rendimiento real x 100% (4) rendimiento teórico 52
PARTE EXPERIMENTAL Pesar cerca de 0,1000 g de sodio metálico en un papel seco. (Reacción 1) Colocar dentro de un matraz que contenga 20 ml de agua y cerrar inmediatamente como lo muestra la figura 17. Anotar las observaciones. Calcular la cantidad de FeCl 3 necesaria para reaccionar con los moles de NaOH formado de acuerdo con la reacción. Pesar y agregar al matraz con NaOH, 200 mg más de la cantidad calculada en gramos de FeCl 3 (Reacción 2). Anotar las observaciones. Filtrar al vacío, en un papel previamente pesado, con embudo Buchner el precipitado formado. Secar el precipitado en la estufa a 100 C durante 30 minutos y pesar el producto resultante. Dividir el precipitado seco en dos porciones. Colocar una porción en 20 ml de agua y la otra en 20 ml de HCl 1 M (Reacción 3). Anotar las observaciones. Fig. 17 Sistema para hacer reaccionar sodio metálico con agua. DATOS EXPERIMENTALES Reacción 1 Masa del sodio metálico 53
Volumen de agua Observaciones: Reacción 2 Masa de FeCl 3 agregado Masa del papel de filtro Masa del papel de filtro + precipitado Rendimiento teórico Observación: Reacción 3 Precipitado + agua Observación : Precipitado + ácido Observación : RESULTADOS TABLA 17. Tipo de reacciones y ecuaciones químicas Experiencia Tipo de reacción Ecuación Química 1 2 3 54
Reacción 2 Rendimiento Teórico Rendimiento real Rendimiento porcentual CUESTIONARIO. 1. Explique cómo podría preparar sulfato de bario mediante a) una reacción ácido-base, b) una reacción de precipitación, y c) una reacción donde se produce un gase. Los reactivos que tiene para trabajar son BaCO 3, Ba(OH) 2, Na 2 SO 4, y H 2 SO 4. 2. Una solución desconocida contiene iones plomo o bien iones bario, pero no ambos. Cuál de las siguientes soluciones acuosas podria usar para averiguar si los iones presentes son Pb 2+ o Ba 2+? Explique el razonamiento que siguió. HCl (ac), H 2 SO 4 (ac), H 3 PO 4. 3. Sí se pide a unos estudiantes preparar sulfato de níquel, haciendo reaccionar un compuesto de níquel con sulfato en agua y evaporando después el agua. Tres estudiantes escogieron estos pares de reactivos: Estudiante 1 Ni(OH) 2 y H 2 SO 4 Estudiante 2 Ni(NO 3 ) 2 y Na 2 SO 4 Estudiante 3 NiCO 3 y H 2 SO 4 Comente sobre los reactivos escogidos y que tanto éxito cree, que cada estudiante tendrá al tratar de preparar sulfato de níquel con el procedimiento indicado. BIBLIOGRAFIA 1. CHANG, R y COLLEGE, W. Química. Séptima edición. McGraw-Hill, México, 2002. 2. DAUB, W y SEESE, W. Química. Séptima edición. Prentice Hall, México, 1996. 3. BRICEÑO, C y CÁCERES, L. Química. Primera edición. Editorial Educativa, Bogotá- Colombia, 1994. 4. PRETRUCCI, HARWOOD, y HERRING, G. Química General. Octava edición. Prentice Hall, Madrid, 2003. 5. MOORE, KOTZ, STANITSKI, JOESTEN y WOOD. El Mundo de la Química. Segunda edición, Addison Wesley Longman, México, 2000. 55