Reacciones químicas

TEMA 2: REACCIONES QUÍMICAS

Empezar

Física y Química 4º ESO

ÍNDICE

04

01

Definición

Tipos de reacciones

05

02

Ajuste de reacciones

Termoquímica

06

03

Industria química

Cálculos estequiométricos

1. ¿REACCIONES QUÍMICAS?

En determinadas condiciones, algunas moléculas se unen a otras formando nuevas sustancias, estos cambios se llaman REACCIONES QUÍMICAS

¿Qué es una reacción química?

¿Qué se representa una reacción química?

Las reacciones químicas se representan numéricamente mediante ECUACIONES QUÍMICAS con números y símbolos.

¿Cómo se escriben las reacciones químicas?

Reactivos

Productos

2. AJUSTAR REACCIONES

Por la ley de la conservación de la masa, sabemos que tiene que haber el mismo número de cada tipo de átomo en los reactivos y en los productos. Ejemplo ajusta la reacción:

EJEMPLO DE AJUSTE DE UNA REACCIÓN QUÍMICA

Método de tanteo

A la izquierda tenemos 2 átomos de H + 2 átomos de Cl A la derecha tenemos 1 átomo de H + 1 átomo de Cl Si a la derecha ponemos un 2 ya tenemos 2 de cada

Método algebraico

Ponemos letras delante de cada términoHacemos ecuaciones para cada elemento: Hidrógeno: 2a = c Cloro: 2b = c Damos el valor a una de las letras ---> Ej: a=1 Si a=1 ---> c=2 ----> b=1

2. AJUSTAR REACCIONES

VÍDEOTUTORIALES DE AYUDA

En este vídeo, puedes ver una explicación de como ajustar reacciones por el método algebraico. Se utiliza para aquellas ecuaciones que no seamos capaces de hacer de cabeza.

3. CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

Cálculos de materia en las reacciones químicas

Cálculos acerca de las cantidades de sustancia en reactivos o productos.

Sustancias sólidas

Sustancias líquidas

PROCEDIMIENTO

Sustancias gaseosas

Cálculos estequiométricos de una reacción

Cálculos con reactivos de determinada riqueza

Cálculos con reactivos limitante

Cálculos con redimiento de la reacción

CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS EN UNA REACCIÓN QUÍMICA

Para poder resolver los problemas de estequiometría seguiremos los mismos pasos:

PROCEDIMIENTO

1. Escribe y ajusta la ecuación química.
2. Debajo de cada sustancia los datos conocidos.
3. Expresa en mol la cantidad de la sustancia que conozco sus datos.
4. Calcula, en mol, la cantidad de sustancia por la que te preguntan utilzando las proporciones de los coeficientes.
5. Expresa la cantidad de la sustancia en las unidades pedidas.

EJEMPLO:Para crear amoniaco gaseoso (NH3) a partir de nitrógeno (N2) e hidrogeno (H2) introducimos en un recipiente de 90 L una masa de 40 gramos de H2. a) ¿Que masa de N2 hizo falta? b) Una vez que se formó NH3 ¿qué presión se registró en el recipiente, si la temperatura era de 20 °C?

3.1 Cálculos de materia en las reacciones químicas

Cálculos de materia en las reacciones químicas

Cálculos acerca de las cantidades de sustancia en reactivos o productos.

Un factor importante será la riqueza de la muestra.

Sustancias sólidas

Una muestra puede contener la sustancia pura que reacciona o tener un cierto porcentaje de riqueza de esa sustancia. Normalmente, se expresará la cantidad en masa y lo primero será hallar cuanta cantidad de sustancia pura hay.

EJEMPLOUn saco de cal contiene CaO al 85% de riqueza. Si tomamos 12 g de cal como muestra, ¿cuántos moles de CaO estamos tomando?

3.1 Cálculos de materia en las reacciones químicas

Cálculos de materia en las reacciones químicas

Cálculos acerca de las cantidades de sustancia en reactivos o productos.

Para conocer la masa equivalente a un volumen determinado utilizamos la densidad.

Sustancias líquidas

En muchas ocasiones no es un líquido puro sino que se encuentra en disolución. Se puede determinar la cantidad de sustancia con la Molaridad y el volumen.

EJEMPLO Determina la cantidad de sustancia, en mol, de HNO3, que representan 15 mL de ácido comercial del 67% de riqueza y densidad 1,4 g/mL.

EJEMPLO Calcula los moles de HNO3 que corresponden a 15mL de disolución 1,5 M de HNO3.

3.1 Cálculos de materia en las reacciones químicas

Cálculos de materia en las reacciones químicas

Cálculos acerca de las cantidades de sustancia en reactivos o productos.

Sustancias gaseosas

Para conocer la cantidad de un gas necesitamos conocer las condiciones de presión, temperatura y el volumen que ocupa dicho gas. La ecuación de estado permite conocer la cantidad de sustancia.

EJEMPLO ¿Cuántos moles de gas hidrógeno hay en un recipiente de 5L a 20ºC si la presión es de 750 mmHg? Dato: R = 0,082 atm L mol-1 K-1

Cálculos estequiométricos en una reacción química

15:00

Hacemos reaccionar cierto volumen de disolución de H2SO4 de concentración 0,64 M con 110 gramos de aluminio para producir la reacción: Al + H2SO4 → H2 + Al2(SO4)3 Calcula: a) Volumen de la disolución de H2SO4 que se ha empleado. b) Gramos de Al2(SO4)3 que se obtuvieron. c) ¿Qué presión ejerció el H2 si se recoge en un recipiente de 0,42 L a 25°C?

El HCl ataca químicamente al CaCO3 generando CaCl2, CO2 (gas) y H2O. En una experiencia de laboratorio usamos 210 mL de una disolución de HCl (riqueza 38%, densidad 1,16 g/mL) para atacar una muestra de CaCO3. Calcula: a) masa del CaCO3 empleado. b) volumen de CO2 obtenido en c.n. c) gramos de CaCl2 que se han obtenido. Datos de masas atómicas: Cl:35 u; H:1 u; Ca:40 u; C:12 u; O:16u; S: 32 u; Al: 27u;

3.2 Cálculos estequiométricos en una reacción química

Cálculos con reactivos de determinada riqueza

En ocasiones hay que analizar una muestra en la que la sustancia se encuentra acompañada de alguna impureza. Una reacción química nos puede permitir conocer la riqueza de una sustancia.

EJEMPLO Para disolver una muestra de 8,5 g de una aleación de cinc se han utilizado 150 mL de una disolución de ácido nítrico 1,5 M. Como resultado se obtiene nitrato de cinc y gas de hidrógeno. Calcula: a) La riqueza en la muestra. b) La presión que ejercerá el hidrógeno obtenido si ocupa 3L a 25ºC

3.2 Cálculos estequiométricos en una reacción química

Cálculos del reactivo limitante

El reactivo que se agota se denomina reactivo limitante y es el que determina la cantidad exacta de las otras sustancias que reaccionan y las que se producen.

EJEMPLO En un recipiente se introcuden 5 g de gas de hidrógeno y otros 30 g de gas nitrógeno. Se ponen en condiciones de reaccionar para ser amoniaco. Determina la cantidad, en gramos, de amoniaco que se puede obtener como máximo.

3.2 Cálculos estequiométricos en una reacción química

Cálculos del rendimiento de la reacción

Aunque en la industria se busca obtener la máxima cantidad de productos, la mayor parte de las reacciones tienen un rendimiento inferior al 100% y, en consecuencia, las cantidades de sustancia que se obtienen son inferiores a las teŕicas.

EJEMPLO El tetracloruro de silicio reacciona con vapor de agua a temperaturas elevadas dando dióxido de silicio sólido y cloruro de hidrógeno gaseoso. En un recipiente de 50 L que contiene tetracloruro de silico gas a 300ºC y 0,8 atm se introduce un exceso de vapor de agua a la misma temperatura. Cuando termina la reacción se encuentra que el cloruro de hidrógeno obtenido ejerce una presión de 2,5 atm, a 300ºC en el recipiente de 50 L. ¿Cuál ha sido el rendimiento de la reacción?

4. TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS

EJEMPLO

REACCIÓN DE OXIDACIÓN

REACCIÓN DE COMBUSTIÓN

Combustible + Oxígeno CO + H O

2 2

REACCIÓN DE SUSTITUCIÓN

EJEMPLOS

REACCIÓN DE SÍNTESIS

REACCIÓN DE DESCOMPOSICIÓN

EJEMPLOS

EJEMPLOS

4 TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS

REACCIÓN DE Ácido - Base

5 Termoquímica

¿Qué es la entalpía?¿Qué diferencia hay entre una reacción endotérmica y una reacción exotérmica?

5 Termoquímica

La Termoquímica estudia las variaciones de energía que se producen en las reacciones químicas. Termoquímica estudia la conversión de energía química en energía térmica y viceversa.

Reacción endotérmica

Reacción exotérmica

La variación de entalpía para una reacción química viene dada por la diferencia entre la entalpía de los productos (estado final) y la de los reactivos (estado inicial) y es un dato más que se añade en las reacciones termoquímicas.

5 Termoquímica

EJEMPLO 1

EJEMPLO 2

5 Termoquímica

EJEMPLO 3

5.1 Retos resueltos de entalpías de reacción

RETO RESUELTO 1

Formula y ajusta las siguientes reacciones de formación a) Reacción de formación del agua b) Reacción de formación del CO2 c) Reacción de formación del NH3 d) Reacción de formación del C2H4 e) Reacción de formación del C6H6 f) Reacción de formación del C6H12O6

RETO RESUELTO 2

Formula y ajusta las siguientes reacciones de combustión:a) Reacción de combustión del C2H4 b) Reacción de combustión del C c) Reacción de combustión del H2 d) Reacción de combustión del C2H4 e) Reacción de combustión del C6H6 f) Reacción de combustión del C6H12O6 f) Reacción de combustión del CO

5.1 Retos resueltos de entalpías de reacción

RETO RESUELTO 3

A partir de la siguiente ecuacion termoquimica: 2 HgO (s) → 2 Hg (l) + O2 (g) ΔHR= + 181,6 kJ a) Calcula el calor necesario para descomponer 50 g de HgO. b) Determina el volumen de oxigeno, medido a 25oC y 1 atm, que se produce al suministrar 418 kJ al oxido de mercurio. Datos Masas atómicas Hg=200,6 ;O=16

RETO RESUELTO 4

Sabemos que la combustión del carbono en forma de grafito, a la presión de 1 atm y a 25 ºC, posee un calor de reacción de – 390KJ/mol. Calcula la cantidad de oxígeno necesaria para que se obtengan 525KJ. Datos Masas atómicas O=16

RETO RESUELTO 5

El calor de combustión del propano( C3H8), a 25ºC y presión de 1 atmósfera, es – 2220 KJ/mol. Calcula qué cantidad de energía puede obtenerse de una bombona de 8 Kg de gas de un 75% de riqueza. Datos Masas atómicas C=12;H=1

7.1 Retos resueltos de entalpías de reacción

RETO RESUELTO 6

Para la reacción de hidrogenación del eteno C2H4 (g) + H2 (g) →C2H6 (g)a) Calcule la variación de entalpía de la reacción a partir de los siguientes datos: Calor de combustión del etileno = -1386,09 KJ/mol; Calor de combustión del etano = -1539,9 KJ/mol; Calor de formación del agua (l) = -285,8 KJ/mol.

RETO RESUELTO 7

La glucosa se fermenta a etanol y dióxido de carbono según la siguiente reacción C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 Calcula:a) La entalpía estándar de la reacción b) La energía desprendida en la obtención de 4,6 g de etanol Datos Entalpías de combustión estándar : Glucosa = -2813 KJ/mol Etanol = -1367KJ/mol Masas atómicas ( C=12;O=16;H=1)

7.2 Retos resueltos de entalpías de reacción

RETO RESUELTO 8

Los calores de combustión a 25 ºC del carbono(s) y del benceno (l) son, respectivamente –394,7 KJ/mol y –3267 KJ/mol, y el de formación del agua (l) es de –285,9 KJ/mol. Calcule:El calor de formación del benceno.

RETO RESUELTO 9

Calcula la entalpia estándar de la reacción: C (s) + 2 H2 (g) → CH4 (g) a partir de los siguientes datos: C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ΔH⁰= -393,5 kJ H2 (g) +1/2 O2 (g) → H2O (l) ΔH⁰= -285,8 kJ CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH⁰= -890,4 kJ

RETO RESUELTO 10

Calcula la entalpia estándar de la reacción de síntesis del disulfuro de carbono, CS2 (l), a partir de sus elementos, C (s), y azufre, S (s), a partir de estos datos: C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ΔH⁰= – 393,5 kJ S (s) + O2 (g) → SO2 (g) ΔH⁰ = -296,1 kJ CS2 (l) + 3 O2 (g) → CO2 (g) + 2 SO2 (g) ΔH⁰ = – 1072 kJ

7.2 Retos resueltos de entalpías de reacción

RETO RESUELTO 11

Para la reacción de hidrogenación del eteno C2H4 (g) + H2 (g) →C2H6 (g)a) Calcule la variación de entalpía de la reacción a partir de los siguientes datos: Calor de combustión del etileno = -1386,09 KJ/mol; Calor de combustión del etano = -1539,9 KJ/mol; Calor de formación del agua (l) = -285,8 KJ/mol.

RETO RESUELTO 12

La glucosa se fermenta a etanol y dióxido de carbono según la siguiente reacción C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 Calcula:a) La entalpía estándar de la reacción b) La energía desprendida en la obtención de 4,6 g de etanol Datos Entalpías de combustión estándar : Glucosa = -2813 KJ/mol Etanol = -1367KJ/mol Masas atómicas ( C=12;O=16;H=1)

5 Industria química

Petróleo y gas

Azufre desde pirita

Obtención de papel

Ácido nítrico

Ácido sulfúrico

Acero

Planta de refinado del petróleo

Planta de refinado

Petróleo y gas

5.2 Obtención de acero

Acero

Esquema de obtención de acero