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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: H2 + I2 —→ 2 HI

      se rompen 1 enlace H—H y 1 enlace I —I y se forman 2 enlaces H—I
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            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.
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Métodos de ajuste:

       •   Tanteo (en reacciones sencillas).
       •   Algebraicamente (en reacciones más complejas) resolviendo un sistema de
           ecuaciones.

Ejemplo:
Ajustar la siguiente reacción: HBr +Fe → FeBr3 + H2

      Sean a, b, c y d los coeficientes (número de moles) de los respectivos reactivos y
productos.

       a HBr + b Fe → c FeBr3 + d H2

       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 FeBr3 + 3 H2

Ejercicio A:
Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método de tanteo: a) C3H8 + O2 → CO2 +
H2O; b) Na2CO3 + HCl → Na Cl + CO2 + H2O; c) PBr3 + H2O → HBr + H3PO3; d) CaO + C
→ CaC2 + CO; e) H2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + HCl. ⌦

Ejercicio B:
Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método algebraico: a) KClO3 → KCl +
O2 ; b) HCl + Al → AlCl3 + H2 ⌦

Ejercicio C:
Ajusta las siguiente ecuación químicas por el método algebraico: HNO3 + Cu → Cu(NO3)2
+ NO + H2O ⌦

TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS

       •   Síntesis
       •   Descomposición
           - Simple
           - Mediante reactivo
       •   Sustitución
       •   Doble sustitución
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Síntesis: A + B → C

Ejemplo:      2 H2 + O2 → 2 H2O

Descomposición Simple: A → B + C

Ejemplo:      CaCO3 → CaO + CO2

Descomposición mediante reactivo: AB + C → AC + BC

Ejemplo:      2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2

Sustitución (desplazamiento): AB + C → AC + B

Ejemplo:      PbO + C → CO + Pb

Doble sustitución (doble desplazamiento): AB + CD → AC + BD

Ejemplo:      HCl + NaOH → NaCl + H2O

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.

Ejemplo:
En la reacción ajustada anteriormente: 6 HBr +2 Fe → 2 FeBr3 + 3H2 ¿qué cantidad de
HBr reaccionará con 10 g de Fe y qué cantidades de FeBr3 e H2 se formarán?

      6 HBr + 2 Fe ⎯→ 2 FeBr3 + 3 H2
      6 moles 2 moles 2 moles 3 moles
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       485,4 g 111 g 591,0 g 6 g
                  ,6
              =      =      =
          x     10 g    y     z

       Resolviendo las proporciones tendremos :

       x = 43,5 g de H Br ; y = 52,9 g de FeBr3 ; z = 0,54 g de H2.

Ejercicio D:
Se tratan 40 g de oxido de aluminio, Al2O3 con suficiente disolución de ácido sulfúrico en
agua H2SO4 para que reaccione todo el óxido de aluminio y se forme sulfato de aluminio
Al2(SO4)3 y agua. Calcula los moles del ácido que se necesitan y la masa de sulfato que
se forma. Datos (u): Mat(Al) = 27, Mat(S) = 32, Mat(O) = 16, Mat(H) = 1 ⌦

Cálculos con volúmenes (gases).

Ejemplo:
Calcula el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá al quemar 1 kg de butano
(C4H10) a) en condiciones normales b) a 5 atm y 50ºC.

       a) La reacción de combustión del butano es:

       C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O
       1 mol            4 moles
       58 g              4 mol × 22,4 l × mol -1
                 =                                 ⇒   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:

       C4H10 + 13 O2 → 4 CO2 + 5 H2O
                 2
        58 g               4 mol
                     =              ⇒     y = 69 mol de CO2
       1000 g                y
            n × R × T 69 mol × 0,082 atm × l × mol −1 × K −1 × 323 K
       V=            =                                               = 365,5 litros de CO2
                p                       5 atm

Ejercicio E:
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 KClO3. ⌦

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.
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      El otro reactivo se consume totalmente y se denomina reactivo limitante, ya que
por mucho que haya del otro no va a reaccionar más.

Ejemplo:
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 H2O → 2 NaOH + H2

       46 g 36 g   80 g                           10 g × 36g
           =     =                     ⇒ mH2O =              = 7,8 g
       10 g mH2O mNaOH                               46g

       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)
                    80 g × 10 g
        mNaOH =                 = 17,4 g
                       46 g
Ejercicio F:
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.

Ejemplo:
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 + MgSO4 → Mg(OH)2 + Na2SO4

                  2 mol                   58,3 g
                                   =                   ⇒     mMg (OH )2 = 8,7 g
           0,15 l × 2 mol × l −1          mMg (OH )2


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.
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                                                              mproducto (obtenida )
      Se llama rendimiento a:              Rendimiento =                               × 100
                                                                mproducto (teórica )

                                                                       Rendimiento × mproducto (teórica )
      De donde se obtiene que: mproducto (obtenida ) =
                                                                                       100

Ejemplo:
 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 %.

      n(NaCl) = V × Molaridad = 0,01 l × 1 mol × l −1 = 0,01mol

      NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3

        1 mol                143,5 g
                       =                       ⇒      mAgCl (teórica ) = 1,43 g
       0,01mol                mAgCl
                                   Rendimiento × mAgCl (teórica )          85 × 1,43 g
      mAgCl (obtenida ) =                                              =               = 1,22 g
                                               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
                                                       mmuestra

                                                                           Riqueza
      De donde se obtiene que: msustancia pura = mmuestra ×
                                                                             100

Ejemplo:

      Si decimos que tenemos 200 g de NaOH al 96 %, en realidad sólo tenemos

                                         Riqueza            96
      mNaOH puro = mNaOH comercial ×             = 200 g ×     = 192 g
                                           100             100

Ejemplo:
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 ) ×           = 150 g ×     = 105 g
                                     100             100
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       Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2↑

       73 g          22,4 l                 105 g × 22,4 l
                =             ⇒     VH2 =                  = 32,2 litros
      105 g           VH2                       73 g

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.

       ΔEREACCIÓN = EPRODUCTOS – EREACTIVOS

       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 ΔEREACCIÓN > 0, EPRODUCTOS > EREACTIVOS, se absorbe calor ⇒ endotérmica

       Si ΔEREACCIÓN < 0, EPRODUCTOS < EREACTIVOS, se desprende calor ⇒ exotérmica

Ejemplos de reacciones termoquímicas

       Reacción endotérmica: 2 HgO (s) +181,6 kJ → 2 Hg (l) + O2 (g)

       Se puede escribir: 2 HgO (s) → 2 Hg (l) + O2(g); ΔER = 181,6 kJ

       Reacción exotérmica: C (s) + O2 (g) → CO2 (g) +393,5 kJ

       Se puede escribir: C (s) + O2 (g) → CO2 (g); ΔER = –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 O2 que se obtiene en esas condiciones cuando se
descompone la cantidad suficiente de HgO mediante 500 kJ. ⌦
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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).
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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:

                                 H2 (g) + I2 (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


                           Ejercicios Resueltos
                                Reacciones Químicas

Ajustes de reacciones químicas.

1.-   Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) C3H8 + O2 → CO2 + H2O; b)
      Na + H2O → NaOH + H2; c) KOH + H2SO4 → K2SO4 + H2O; d) Cu(NO3)2 → CuO +
      NO2 + O2; e) Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O. ⌦
2.-   Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) Na2CO3 + HCl → NaCl + CO2
      + H2O; b) Ca + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2; c) NH4NO3 → N2O + H2O; d) Cl2 + KBr →
      Br2 + KCl; e) Fe2O3 + C → Fe + CO2. ⌦
3.-   Decide si están ajustadas las siguientes reacciones Y ajusta las que no lo estén:
      a) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O; b) SO2 + 2 O2 → 2 SO3; c) Cl2 + H2O → 2 HCl +
      HClO; d) 2 KClO3 → KCl + 3 O2; e) Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO + H2O. ⌦
4.-   Escribe y ajusta las siguientes reacciones: a) combustión del la glucosa (C6H12O6);
      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 (C2H6O) a la temperatura de 45 ºC y a la presión de 1,2 atmósferas . ⌦
6.-   Tenemos la reacción: Zn + HCl → ZnCl2 + H2 a) Ajústala b) ¿Qué masa de HCl se
      precisará para reaccionar con 15 g de Zn c) y qué masa de ZnCl2 se formará
      suponiendo un rendimiento del 75 %? ¿Qué volumen de H2 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 (CH4) con oxígeno (O2) se obtiene dióxido de carbono y vapor
      de agua. a) ¿Qué masa de CO2 se formará al quemar 80 g de metano? b) ¿qué
      volumen de O2 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: NO2 + H2O ⎯→ HNO3 + 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
      NO2 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 H2 en
     condiciones normales b) y el volumen de monóxido de carbono que se formará
     también en condiciones normales. ⌦
2

11.- Al quemar gas butano (C4H10) 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 [FeS2] se produce óxido de hierro (III) y
     dióxido de azufre. a) Determina el reactivo limitante si se mezclan 3 moles de FeS2 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 FeS2 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 cm3 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 cm3 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 CO2 y 0,55 g de H2O
     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 (C12H22O11) si sabemos
     que se desprenden 5645 kJ por cada mol de sacarosa que se quema? ⌦
3



                               Soluciones a los ejercicios
1.   ⌫ a) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O ;      b) 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2 ;
     c) 2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2 H2O ;      d) 2 Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 + O2 ;
     e) 3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O .
2.   ⌫ a) Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + CO2 + H2O ;
     b) Ca + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + H2 ;      c) NH4NO3 → N2O + 2 H2O ;
     d) Cl2 + 2 KBr → Br2 + 2 KCl ;        e) 2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2 .
3.   ⌫ a) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Sí;     b) 2 SO2 + O2 → 2 SO3 No;
     c) Cl2 + H2O → HCl + HClO No;         d) 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 No;
     e) 3 Ag + 4 HNO3 → 3 AgNO3 + NO + 2 H2O No.
4.   ⌫ a) C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O ;           b) Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ;
     c) 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO ;                  d) 2 KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2 KNO3 .
5.   ⌫ C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
            46 g            2 mol
           ———         =    ——— ⇒ n(CO2) = 6,52 mol ;
           150 g            n(CO2)
         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 → ZnCl2 + H2 ;
     b) 65,4 g 72,9 g 136,3 g  1 mol
        ——— = ——— = ———— = ———                               ⇒ m(HCl) = 16,6 g ;
         15 g  m(HCl) m(ZnCl2) n(H2)
     c)                                                         75
          m(ZnCl2)teórica = 31,26 g ;        m(ZnCl2)obtenida = —— x 31,26 g = 23,4 g
                                                                100
     d) n(H2) = 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 → FeCl2 + H2 ;
           55,8 g 72,9 g 1 mol    22,4 L
           ——— = ——— = ———— = ———                            ⇒ m(HCl) = 52,3 g ;
            40 g  m(HCl) n(FeCl2)  V(H2)
     b) n(FeCl2) = 0,717 mol
     c) V(H2) = 16, 1 litros
8.   ⌫ a) CH4 + 2 O2 → CO2              + 2 H2O ;
             16 g 44,8 L 44 g   2 mol
            ——— = ——— = ——— = ————                           ⇒ m(CO2) = 220 g ;
             80 g  V(O2) m(CO2) n(H2O)
     b)V(O2) = 224 litros ;
4

      c)                     n·R·T  10 mol x 0,082 atm x l x 523 K
       n(H2O) = 10 mol ; V = ———— = —————————————— = 42,9 litros
                               p         mol x K x 10 atm
9.    ⌫ a) 3 NO2 + H2O ⎯→ 2 HNO3 + 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 + H2O → CO + H2 ;
           12 g               22,4 L 22,4 L
           ———        =       ——— = ———             ⇒ m(C) = 1,61 g ;
           m(C)               V(CO)   3L
      b) V(CO) = 3 litros.

11.   ⌫ a) 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
      b)      116 g 416 g 8 mol
              ——— = ——— = ——— ⇒ m(O2) = 71,7 g ; n(CO2) = 1,38 mol ;
               20 g m(O2) n(CO2)
      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 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2
              4 mol  11 mol
              ——— = ———               ⇒ n(O2) = 8,25 mol, luego será el FeS2 el reactivo limitante
               3 mol  n(O2)
      b)      4 mol                 2 mol   8 mol
              ———         =        ———— = ——— ⇒ n(Fe2O3) = 1,5 mol ; n(SO2) = 6 mol
              3 mol                n(Fe2O3) n(SO2)
      c)      480 g 11 mol
              ——— = ——— ⇒ n(O2) = 2,29 mol; de nuevo será el FeS2 el reactivo limitante
              100 g  n(O2)
              480 g                 319,4 g 179,2 L
              ———         =        ———— = ——— ⇒ n(Fe2O3) = 66,5 g ; V(SO2) = 37,3 litros
              100 g                m(Fe2O3) V(SO2)
5

14.   ⌫ n(KOH) = V x [KOH] = 0,04 L x 0,5 mol x L–1 = 0,02 mol
              HCl + KOH → KCl + H2O
            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 + O2 → SO2
            32,1 g  1 mol
           ——— = ———— ⇒ n(SO2) = 156 mol;
            5000 g  n(SO2)
           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(NO3)2} = V x [Mg(NO3)2] = 0,0025 L x 1,5 mol x L–1 = 0,00375 mol
              Mg(NO3)2 + NaOH → Mg(OH)2 ↓ + 2 NaNO3
                1 mol              58,3 g
             —————          =    —————— ⇒ m{Mg(NO3)2}= 0,219 g
             0,00375 mol         m{Mg(NO3)2}

17.   ⌫ n(HCl) = V x [HCl] = 0,005 L x 0,8 mol x L–1 = 0,004 mol
              CaCO3 + 2 HCl → CO2↑ + CaCl2 + H2O
                       2 mol   1 mol
                     ———— = ———— ⇒ n(CO2) = 0,002 mol
                     0,004 mol n(CO2)
            n · R · T 0,002 mol x 0,082 atm x l x 323 K
        V = ———— = ————————————— = 0,044 litros = 44 cm3
                p          mol x K x 1,2 atm
18.   ⌫ El insecticida tendrá una fórmula empírica CaHbClc. 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.
         CaHbCl + O2 → a CO2↑ + b/2 H2O
      12 a + b + 35,45       44 a      9b
      ——————— = ——— = ——— ⇒ a = 0,989 ≈ 1; b = 0,989 ≈ 1
              3g            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 C6H6Cl6
      48,45
6

19.   ⌫            90
           m (C) = —— x 100000 kg = 90000 kg = 9 x 107 g;
                  100
               C + O2 → CO2 + 393,5 kJ
             12 g                 393,5 kJ
            ————          =       ———— ⇒ E = 2,95 x 109 kJ
            9 x 107 g               E

20.   ⌫        p·V         5 atm     x 1500 L
           n = ——— = —————————————— = 283 moles de N2
               R · T 0,082 atm x L x mol–1 x K–1 x 323 K

               N2 + O2 + 180,5 kJ → 2 NO
             1 mol    180,5 kJ
            ———— = ———— ⇒ E = 5,11 x 104 kJ
            283 moles   E


21.   ⌫ C12H22O11 + O2 + → CO2 + H2O + 5645 kJ
            342 g                            5645 kJ
            ————              =             ———— ⇒ E = 1650 kJ
            100 g                              E



      Soluciones a los ejercicios de los apuntes:
A.-   ⌫ a)           C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
        b)           Na2CO3 + 2 HCl → 2 Na Cl + CO2 + H2O
        c)           PBr3 + 3 H2O → 3 HBr + H3PO3
        d)           CaO + 3 C → CaC2 + CO
        e)           H2SO4 +BaCl2 → BaSO4 + 2 HCl
B.-   ⌫ a)           a KClO3 → b KCl + c O2 ;

      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 KClO3 → 2 KCl + 3 O2

      b)       a HCl + b Al → c AlCl3 + d H2

      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 AlCl3 + 3 H2

C.-   ⌫ a)           a HNO3 + b Cu → c Cu(NO3)2 + d NO + e H2O
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 HNO3 + 3 Cu → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

      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 (Al2O3) = 2 x 27 u + 3 x 16 u = 102 u
      M [Al2(SO4)3]= 2 x 27 u + 3 x (32 u + 4 x 16 u) = 342 u

      Primero, ajustamos la reacción:

      Al2 O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O
      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 H 2SO 4
      40 g n ( mol )                   102 g

      102 g 342 g             40 g × 342 g
           =        ⇒ m (g) =              = 134 g de Al 2 ( SO 4 )3
       40 g m ( g )              102 g


E.- ⌫ a) Ecuación ajustada:                  2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2
                                             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 )

           n × R × T 0,0957 mol × 0,082 atm × l × 292 K
      V=            =                                   = 2, 33 litros
               p          mol × K × ( 746 760 ) atm
8

F.-   ⌫ AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3

           169,8 g 143,3 g                              14 g × 169,8 g
                  =        ⇒ m ( AgNO3 ) que reaccona =                = 16, 6 g
             m      14 g                                   143,3 g

       m (AgNO3) sin reaccionar = 25 g – 16,6 g = 8,4 g

                       100 kg × 0,11
G.-   ⌫ a) m ( S) =                  = 0,11 kg = 110 g
                           100
       S + O2 → SO2↑

      32 g     1mol
            =            ⇒ n ( SO 2 ) = 3, 4 moles
      110 g   n ( SO 2 )

            n × R × T 3,4 mol × 0,082 atm × l × 293 K
      V=             =                                = 81, 7 litros
                p             mol × K × 1atm

H.-   ⌫ a) 2 HgO → 2 Hg + O2 ;          ΔE = 181,6 kJ

               433,18 g                    181, 6 kJ
                                 =                       ⇒ ΔE = 272, 41kJ
               649,8 g                       ΔE

           1mol 181, 6 kJ
      b)            =       ⇒ n ( O2 ) = 2, 75 moles
           n ( O 2 ) 500 kJ

                    n ( O2 ) × R × T 2,75 mol × 0,082 atm × l × 298 K
       V ( O2 ) =                   =                                 = 67, 2 litros
                            p                mol × K × 1atm

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  • 1. Este documento es de distribución gratuita y llega gracias a “Ciencia Matemática” www.cienciamatematica.com El mayor portal de recursos educativos a tu servicio!
  • 2. www.cienciamatematica.com 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: H2 + I2 —→ 2 HI se rompen 1 enlace H—H y 1 enlace I —I y se forman 2 enlaces H—I
  • 3. www.cienciamatematica.com 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.
  • 4. www.cienciamatematica.com Métodos de ajuste: • Tanteo (en reacciones sencillas). • Algebraicamente (en reacciones más complejas) resolviendo un sistema de ecuaciones. Ejemplo: Ajustar la siguiente reacción: HBr +Fe → FeBr3 + H2 Sean a, b, c y d los coeficientes (número de moles) de los respectivos reactivos y productos. a HBr + b Fe → c FeBr3 + d H2 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 FeBr3 + 3 H2 Ejercicio A: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método de tanteo: a) C3H8 + O2 → CO2 + H2O; b) Na2CO3 + HCl → Na Cl + CO2 + H2O; c) PBr3 + H2O → HBr + H3PO3; d) CaO + C → CaC2 + CO; e) H2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + HCl. ⌦ Ejercicio B: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método algebraico: a) KClO3 → KCl + O2 ; b) HCl + Al → AlCl3 + H2 ⌦ Ejercicio C: Ajusta las siguiente ecuación químicas por el método algebraico: HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO + H2O ⌦ TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS • Síntesis • Descomposición - Simple - Mediante reactivo • Sustitución • Doble sustitución
  • 5. www.cienciamatematica.com Síntesis: A + B → C Ejemplo: 2 H2 + O2 → 2 H2O Descomposición Simple: A → B + C Ejemplo: CaCO3 → CaO + CO2 Descomposición mediante reactivo: AB + C → AC + BC Ejemplo: 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2 Sustitución (desplazamiento): AB + C → AC + B Ejemplo: PbO + C → CO + Pb Doble sustitución (doble desplazamiento): AB + CD → AC + BD Ejemplo: HCl + NaOH → NaCl + H2O 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. Ejemplo: En la reacción ajustada anteriormente: 6 HBr +2 Fe → 2 FeBr3 + 3H2 ¿qué cantidad de HBr reaccionará con 10 g de Fe y qué cantidades de FeBr3 e H2 se formarán? 6 HBr + 2 Fe ⎯→ 2 FeBr3 + 3 H2 6 moles 2 moles 2 moles 3 moles
  • 6. www.cienciamatematica.com 485,4 g 111 g 591,0 g 6 g ,6 = = = x 10 g y z Resolviendo las proporciones tendremos : x = 43,5 g de H Br ; y = 52,9 g de FeBr3 ; z = 0,54 g de H2. Ejercicio D: Se tratan 40 g de oxido de aluminio, Al2O3 con suficiente disolución de ácido sulfúrico en agua H2SO4 para que reaccione todo el óxido de aluminio y se forme sulfato de aluminio Al2(SO4)3 y agua. Calcula los moles del ácido que se necesitan y la masa de sulfato que se forma. Datos (u): Mat(Al) = 27, Mat(S) = 32, Mat(O) = 16, Mat(H) = 1 ⌦ Cálculos con volúmenes (gases). Ejemplo: Calcula el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá al quemar 1 kg de butano (C4H10) a) en condiciones normales b) a 5 atm y 50ºC. a) La reacción de combustión del butano es: C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O 1 mol 4 moles 58 g 4 mol × 22,4 l × mol -1 = ⇒ 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: C4H10 + 13 O2 → 4 CO2 + 5 H2O 2 58 g 4 mol = ⇒ y = 69 mol de CO2 1000 g y n × R × T 69 mol × 0,082 atm × l × mol −1 × K −1 × 323 K V= = = 365,5 litros de CO2 p 5 atm Ejercicio E: 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 KClO3. ⌦ 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.
  • 7. www.cienciamatematica.com El otro reactivo se consume totalmente y se denomina reactivo limitante, ya que por mucho que haya del otro no va a reaccionar más. Ejemplo: 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 H2O → 2 NaOH + H2 46 g 36 g 80 g 10 g × 36g = = ⇒ mH2O = = 7,8 g 10 g mH2O mNaOH 46g 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) 80 g × 10 g mNaOH = = 17,4 g 46 g Ejercicio F: 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. Ejemplo: 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 + MgSO4 → Mg(OH)2 + Na2SO4 2 mol 58,3 g = ⇒ mMg (OH )2 = 8,7 g 0,15 l × 2 mol × l −1 mMg (OH )2 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.
  • 8. www.cienciamatematica.com mproducto (obtenida ) Se llama rendimiento a: Rendimiento = × 100 mproducto (teórica ) Rendimiento × mproducto (teórica ) De donde se obtiene que: mproducto (obtenida ) = 100 Ejemplo: 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 %. n(NaCl) = V × Molaridad = 0,01 l × 1 mol × l −1 = 0,01mol NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3 1 mol 143,5 g = ⇒ mAgCl (teórica ) = 1,43 g 0,01mol mAgCl Rendimiento × mAgCl (teórica ) 85 × 1,43 g mAgCl (obtenida ) = = = 1,22 g 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 mmuestra Riqueza De donde se obtiene que: msustancia pura = mmuestra × 100 Ejemplo: Si decimos que tenemos 200 g de NaOH al 96 %, en realidad sólo tenemos Riqueza 96 mNaOH puro = mNaOH comercial × = 200 g × = 192 g 100 100 Ejemplo: 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 ) × = 150 g × = 105 g 100 100
  • 9. www.cienciamatematica.com Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2↑ 73 g 22,4 l 105 g × 22,4 l = ⇒ VH2 = = 32,2 litros 105 g VH2 73 g 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. ΔEREACCIÓN = EPRODUCTOS – EREACTIVOS 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 ΔEREACCIÓN > 0, EPRODUCTOS > EREACTIVOS, se absorbe calor ⇒ endotérmica Si ΔEREACCIÓN < 0, EPRODUCTOS < EREACTIVOS, se desprende calor ⇒ exotérmica Ejemplos de reacciones termoquímicas Reacción endotérmica: 2 HgO (s) +181,6 kJ → 2 Hg (l) + O2 (g) Se puede escribir: 2 HgO (s) → 2 Hg (l) + O2(g); ΔER = 181,6 kJ Reacción exotérmica: C (s) + O2 (g) → CO2 (g) +393,5 kJ Se puede escribir: C (s) + O2 (g) → CO2 (g); ΔER = –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 O2 que se obtiene en esas condiciones cuando se descompone la cantidad suficiente de HgO mediante 500 kJ. ⌦
  • 10. www.cienciamatematica.com 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).
  • 11. www.cienciamatematica.com 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: H2 (g) + I2 (g) Á 2 HI (g) El símbolo Á se utiliza en las reacciones reversibles para indicar que la reacción se produce en ambos sentidos.
  • 12. 1 Ejercicios Resueltos Reacciones Químicas Ajustes de reacciones químicas. 1.- Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) C3H8 + O2 → CO2 + H2O; b) Na + H2O → NaOH + H2; c) KOH + H2SO4 → K2SO4 + H2O; d) Cu(NO3)2 → CuO + NO2 + O2; e) Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O. ⌦ 2.- Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) Na2CO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O; b) Ca + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2; c) NH4NO3 → N2O + H2O; d) Cl2 + KBr → Br2 + KCl; e) Fe2O3 + C → Fe + CO2. ⌦ 3.- Decide si están ajustadas las siguientes reacciones Y ajusta las que no lo estén: a) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O; b) SO2 + 2 O2 → 2 SO3; c) Cl2 + H2O → 2 HCl + HClO; d) 2 KClO3 → KCl + 3 O2; e) Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO + H2O. ⌦ 4.- Escribe y ajusta las siguientes reacciones: a) combustión del la glucosa (C6H12O6); 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 (C2H6O) a la temperatura de 45 ºC y a la presión de 1,2 atmósferas . ⌦ 6.- Tenemos la reacción: Zn + HCl → ZnCl2 + H2 a) Ajústala b) ¿Qué masa de HCl se precisará para reaccionar con 15 g de Zn c) y qué masa de ZnCl2 se formará suponiendo un rendimiento del 75 %? ¿Qué volumen de H2 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 (CH4) con oxígeno (O2) se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. a) ¿Qué masa de CO2 se formará al quemar 80 g de metano? b) ¿qué volumen de O2 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: NO2 + H2O ⎯→ HNO3 + 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 NO2 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 H2 en condiciones normales b) y el volumen de monóxido de carbono que se formará también en condiciones normales. ⌦
  • 13. 2 11.- Al quemar gas butano (C4H10) 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 [FeS2] se produce óxido de hierro (III) y dióxido de azufre. a) Determina el reactivo limitante si se mezclan 3 moles de FeS2 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 FeS2 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 cm3 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 cm3 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 CO2 y 0,55 g de H2O 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 (C12H22O11) si sabemos que se desprenden 5645 kJ por cada mol de sacarosa que se quema? ⌦
  • 14. 3 Soluciones a los ejercicios 1. ⌫ a) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O ; b) 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2 ; c) 2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2 H2O ; d) 2 Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 + O2 ; e) 3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O . 2. ⌫ a) Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + CO2 + H2O ; b) Ca + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + H2 ; c) NH4NO3 → N2O + 2 H2O ; d) Cl2 + 2 KBr → Br2 + 2 KCl ; e) 2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2 . 3. ⌫ a) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Sí; b) 2 SO2 + O2 → 2 SO3 No; c) Cl2 + H2O → HCl + HClO No; d) 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 No; e) 3 Ag + 4 HNO3 → 3 AgNO3 + NO + 2 H2O No. 4. ⌫ a) C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O ; b) Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ; c) 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO ; d) 2 KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2 KNO3 . 5. ⌫ C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O 46 g 2 mol ——— = ——— ⇒ n(CO2) = 6,52 mol ; 150 g n(CO2) 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 → ZnCl2 + H2 ; b) 65,4 g 72,9 g 136,3 g 1 mol ——— = ——— = ———— = ——— ⇒ m(HCl) = 16,6 g ; 15 g m(HCl) m(ZnCl2) n(H2) c) 75 m(ZnCl2)teórica = 31,26 g ; m(ZnCl2)obtenida = —— x 31,26 g = 23,4 g 100 d) n(H2) = 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 → FeCl2 + H2 ; 55,8 g 72,9 g 1 mol 22,4 L ——— = ——— = ———— = ——— ⇒ m(HCl) = 52,3 g ; 40 g m(HCl) n(FeCl2) V(H2) b) n(FeCl2) = 0,717 mol c) V(H2) = 16, 1 litros 8. ⌫ a) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O ; 16 g 44,8 L 44 g 2 mol ——— = ——— = ——— = ———— ⇒ m(CO2) = 220 g ; 80 g V(O2) m(CO2) n(H2O) b)V(O2) = 224 litros ;
  • 15. 4 c) n·R·T 10 mol x 0,082 atm x l x 523 K n(H2O) = 10 mol ; V = ———— = —————————————— = 42,9 litros p mol x K x 10 atm 9. ⌫ a) 3 NO2 + H2O ⎯→ 2 HNO3 + 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 + H2O → CO + H2 ; 12 g 22,4 L 22,4 L ——— = ——— = ——— ⇒ m(C) = 1,61 g ; m(C) V(CO) 3L b) V(CO) = 3 litros. 11. ⌫ a) 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O b) 116 g 416 g 8 mol ——— = ——— = ——— ⇒ m(O2) = 71,7 g ; n(CO2) = 1,38 mol ; 20 g m(O2) n(CO2) 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 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2 4 mol 11 mol ——— = ——— ⇒ n(O2) = 8,25 mol, luego será el FeS2 el reactivo limitante 3 mol n(O2) b) 4 mol 2 mol 8 mol ——— = ———— = ——— ⇒ n(Fe2O3) = 1,5 mol ; n(SO2) = 6 mol 3 mol n(Fe2O3) n(SO2) c) 480 g 11 mol ——— = ——— ⇒ n(O2) = 2,29 mol; de nuevo será el FeS2 el reactivo limitante 100 g n(O2) 480 g 319,4 g 179,2 L ——— = ———— = ——— ⇒ n(Fe2O3) = 66,5 g ; V(SO2) = 37,3 litros 100 g m(Fe2O3) V(SO2)
  • 16. 5 14. ⌫ n(KOH) = V x [KOH] = 0,04 L x 0,5 mol x L–1 = 0,02 mol HCl + KOH → KCl + H2O 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 + O2 → SO2 32,1 g 1 mol ——— = ———— ⇒ n(SO2) = 156 mol; 5000 g n(SO2) 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(NO3)2} = V x [Mg(NO3)2] = 0,0025 L x 1,5 mol x L–1 = 0,00375 mol Mg(NO3)2 + NaOH → Mg(OH)2 ↓ + 2 NaNO3 1 mol 58,3 g ————— = —————— ⇒ m{Mg(NO3)2}= 0,219 g 0,00375 mol m{Mg(NO3)2} 17. ⌫ n(HCl) = V x [HCl] = 0,005 L x 0,8 mol x L–1 = 0,004 mol CaCO3 + 2 HCl → CO2↑ + CaCl2 + H2O 2 mol 1 mol ———— = ———— ⇒ n(CO2) = 0,002 mol 0,004 mol n(CO2) n · R · T 0,002 mol x 0,082 atm x l x 323 K V = ———— = ————————————— = 0,044 litros = 44 cm3 p mol x K x 1,2 atm 18. ⌫ El insecticida tendrá una fórmula empírica CaHbClc. 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. CaHbCl + O2 → a CO2↑ + b/2 H2O 12 a + b + 35,45 44 a 9b ——————— = ——— = ——— ⇒ a = 0,989 ≈ 1; b = 0,989 ≈ 1 3g 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 C6H6Cl6 48,45
  • 17. 6 19. ⌫ 90 m (C) = —— x 100000 kg = 90000 kg = 9 x 107 g; 100 C + O2 → CO2 + 393,5 kJ 12 g 393,5 kJ ———— = ———— ⇒ E = 2,95 x 109 kJ 9 x 107 g E 20. ⌫ p·V 5 atm x 1500 L n = ——— = —————————————— = 283 moles de N2 R · T 0,082 atm x L x mol–1 x K–1 x 323 K N2 + O2 + 180,5 kJ → 2 NO 1 mol 180,5 kJ ———— = ———— ⇒ E = 5,11 x 104 kJ 283 moles E 21. ⌫ C12H22O11 + O2 + → CO2 + H2O + 5645 kJ 342 g 5645 kJ ———— = ———— ⇒ E = 1650 kJ 100 g E Soluciones a los ejercicios de los apuntes: A.- ⌫ a) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O b) Na2CO3 + 2 HCl → 2 Na Cl + CO2 + H2O c) PBr3 + 3 H2O → 3 HBr + H3PO3 d) CaO + 3 C → CaC2 + CO e) H2SO4 +BaCl2 → BaSO4 + 2 HCl B.- ⌫ a) a KClO3 → b KCl + c O2 ; 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 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 b) a HCl + b Al → c AlCl3 + d H2 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 AlCl3 + 3 H2 C.- ⌫ a) a HNO3 + b Cu → c Cu(NO3)2 + d NO + e H2O
  • 18. 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 HNO3 + 3 Cu → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O 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 (Al2O3) = 2 x 27 u + 3 x 16 u = 102 u M [Al2(SO4)3]= 2 x 27 u + 3 x (32 u + 4 x 16 u) = 342 u Primero, ajustamos la reacción: Al2 O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O 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 H 2SO 4 40 g n ( mol ) 102 g 102 g 342 g 40 g × 342 g = ⇒ m (g) = = 134 g de Al 2 ( SO 4 )3 40 g m ( g ) 102 g E.- ⌫ a) Ecuación ajustada: 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 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 ) n × R × T 0,0957 mol × 0,082 atm × l × 292 K V= = = 2, 33 litros p mol × K × ( 746 760 ) atm
  • 19. 8 F.- ⌫ AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3 169,8 g 143,3 g 14 g × 169,8 g = ⇒ m ( AgNO3 ) que reaccona = = 16, 6 g m 14 g 143,3 g m (AgNO3) sin reaccionar = 25 g – 16,6 g = 8,4 g 100 kg × 0,11 G.- ⌫ a) m ( S) = = 0,11 kg = 110 g 100 S + O2 → SO2↑ 32 g 1mol = ⇒ n ( SO 2 ) = 3, 4 moles 110 g n ( SO 2 ) n × R × T 3,4 mol × 0,082 atm × l × 293 K V= = = 81, 7 litros p mol × K × 1atm H.- ⌫ a) 2 HgO → 2 Hg + O2 ; ΔE = 181,6 kJ 433,18 g 181, 6 kJ = ⇒ ΔE = 272, 41kJ 649,8 g ΔE 1mol 181, 6 kJ b) = ⇒ n ( O2 ) = 2, 75 moles n ( O 2 ) 500 kJ n ( O2 ) × R × T 2,75 mol × 0,082 atm × l × 298 K V ( O2 ) = = = 67, 2 litros p mol × K × 1atm