Cap.3 Reacciones químicas y ecuaciones químicas 3.55 Utilice la formación de agua a partir de hidrógeno y oxígeno para explicar los siguientes términos: reacción química, reactivo, producto. H2 + O2 = H2O ----------- I -------Reactivos- - productos 3.56 ¿Cuál es la diferencia entre una reacción química y una ecuación química? REACCIÓN QUÍMICA es el proceso en el que las sustancias se unen para transformarse en otras diferentes, mientras que una ECUACIÓN QUÍMICA son representaciones simbólicas de las reacciones químicas. Se componen de dos miembros, separados por una flecha que indica el sentido en que ocurre la reacción. Los reactantes se escriben el primer miembro y los productos en el segundo. 3.57 ¿Por qué se debe hacer el balanceo de una ecuación química? ¿Qué ley se obedece con este procedimiento? Se debe balancear para definir que la ecuación química cumpla con la ley de la conservación de la materia. (existen tres tipos de balances y todo cumplen el mismo fin). Obedece a la "Ley es la de la conservación de la masa" "En toda reacción química la masa se conserva, esto es, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos". Ley de la estequiometria 3.58 Escriba los símbolos que se utilizan para representar un gas, un líquido, un sólido y la fase acuosa en las ecuaciones químicas. Gas (g) Liquido (l) Solido (s) Acuoso (ac) Cantidades de reactivos y productos 3.61 ¿En qué ley se basa la estequiometria? ¿Por qué es importante emplear ecuaciones balanceadas en la resolución de problemas estequiométricos? En la ley de Lavoisier: El balanceo de ecuaciones busca igualar el de átomos en ambos lados de la ecuación, debe existir el mismo número de átomos de cada elemento presente al inicio y al final de la reacción. son necesarias para elaborar los cálculos estequiométricos, que a su vez sirven para saber la cantidad de cada sustancia que es necesaria Reactivos limitantes 3. necesitas 2 rebanadas de pan de caja y una rebanada de jamón para hacer un sándwich. ahora bien. porque el reactivo en exceso que reacciona con el limitante no se consume totalmente por lo tanto este no podría relacionarse con el producto para determinar la cantidad de este. El reactivo limitante es el que al terminarse no permite que la reacción sigue llevándose a cabo.para obtener un compuesto o viceversa. ya que es el que consume totalmente en una reacción química y con él se hace la relación estequiometria para determinar la cantidad de producto. Sí. y 5 rebanadas de pan de caja..79 Defina reactivo limitante y reactivo en exceso.. Si tienes 2 rebanadas de jamón. Método del mol. y lo que sobró (estaba de más) es el pan de caja. sin importar que todavía tengamos otros reactivos (el pan). que significa que los coeficientes estequiométricos en una reacción química se pueden interpretar como el número de moles de cada sustancia.80 Proporcione un ejemplo de la vida diaria que ejemplifique el concepto de reactivo limitante. no podemos seguir preparando más sándwiches.. tienes pan de caja y jamón como ingredientes. porque ya no hay nada con lo que reaccionen los demás reactivos... es decir cuánto de los reactivos se necesitó para formar un compuesto. Reactivo limitante es aquel que está en menor proporción. . porque de todas maneras tiene que formar productos. Si notas lo que se acabó primero (estaba en menor proporción) era el jamón. Supongamos que quieres prepararte un sándwich de jamón. así que si analizamos puedes prepararte ¿cuántos sándwiches en total? sólo 2 (porque usas las dos rebanadas de jamón que tienes y las 4 rebanadas de pan de caja)..62 Describa los pasos implicados en el método del mol. veamos que pasas... 3. El reactivo limitante es importante. ¿Cuál es la importancia del reactivo limitante para la predicción de la cantidad de producto que se obtiene en una reacción? ¿Puede haber reactivo limitante en el caso de que sólo haya un reactivo presente? Reactivo en exceso es aquel que está en mayor proporción que la necesaria para reaccionar con la cantidad de reactivo limitante. el jamón es el reactivo limitante porque al ya no tener más reactivo.. por ende este debe gastarse. así que te sobra una rebanada de pan de caja (porque eran 5). es el reactivo que se consume primero en una reacción. 3.. de descomposición y de desplazamiento. grado de pureza de los reactivos. siempre hay historias que interfieren. temperatura. reacción inversa o reversible) 2H2O > 2H2 + O2 . más que eso. humedad relativa. por eso nunca las reacciones nos dan todo lo que esperamos de ellas. Estos factores son pequeños. Cap. se acaba antes y determina la cantidad de producto o productos obtenidos. unas veces más y otros menos.35 Dé un ejemplo de una reacción redox de combinación. DESCOMPOSICIÓN (Los compuestos de elementos combinados se descomponen en sus elementos.).88 ¿Por qué el rendimiento real de una reacción casi siempre es menor que el rendimiento teórico? El rendimiento de una reacción tiene que ver con lo que se obtiene (productos) a partir de unos ciertos ingredientes (reactivos). 3. no. según la ley de las proporciones definidas. los demás reactivos no reaccionarán cuando uno se haya acabado. COMBINACIÓN (Se combinan los elementos) 2H2 + O2 > 2H2O Dos moléculas de hidrogeno (gas diatómico) se combinan con una molecula de oxigeno (gas diatónico) para dar dos moléculas de agua. pero en la vida real eso no es así nunca. si nada molestara. tiempo. es decir que calculamos cómo nos iría si las condiciones fueran ideales.87 ¿Por qué el rendimiento teórico de una reacción está determinado sólo por la cantidad de reactivo limitante? Porque el reactivo limitante es aquel que en una reacción química. muy bien. La reacción depende del reactivo limitante (o R. 4 Reacciones de oxidación-reducción 4. pero influyen.Rendimiento de reacción 3. pues. digamos que los cálculos se realizan suponiendo que todo va a ir bien.L. 36 Todas las reacciones de combustión son reacciones redox. en las reacciones de combustión anteriores el átomo de carbono cambia su número de oxidación de 0 (en el C) a +4 (en el CO2) y de +2 (en el CO) a +4 (en el CO2). el número de oxidación no tiene un significado físico. En ambas reacciones de combustión. lo "sustituye" o ocupa su lugar en la molecula.> SO4 Fe + H2 4. las siguientes reacciones de combustión. afectando la oxidación a las especies C y CO. El concepto clásico establece que la oxidación es una reacción química en la que en la especie que se oxida se produce una ganancia de oxígeno. CO + ½ O2 → CO2 Oxidación es el proceso en el que un átomo de un elemento o de un compuesto pierde electrones. Cierto. Así. con excepción de los compuestos iónicos. 4. . el átomo de carbono pierde electrones sufriendo un proceso de oxidación en el concepto electrónico. Ver reacciones de sustitución) (Por ejemplo) A) Aquellas en las cuales al tratar un metal con un ácido se produce una sal y se desprende hidrogeno.> Cl2 Fe + H2 SO4 H2 + Fe -----.37 ¿Qué es el número de oxidación? ¿Cómo se utiliza para identificar las reacciones redox? Explique por qué. Así. ¿Es falso o verdadero? Explique. C + O2 → CO2 .Dos moléculas de agua se descomponen (a alta temperatura 2000ºC) en 2 moléculas de hidrogeno y una de oxigeno DESPLAZAMIENTO (Un elemento desplaza a otro. mientras que la reducción es la reacción química en la que la especie que se reduce pierde oxígeno.> Cl2 Zn + H2 SO4H2 + Zn ------> SO4 Zn + H2 2 Cl H + Fe -----. Ácido + Metal ------> Sal + H2 2HCl + 2Na > 2NaCl + H2 2 ClH + Zn -----. son consideradas como oxidaciones en el concepto clásico. b) Dé los números de oxidación máximos que pueden tener los elementos de los grupos 3A al 7A.38 a) Sin consultar la fi gura 4. significa el número de cargas que tendría un átomo en una molécula (o en un compuesto iónico) si los electrones fueran transferidos completamente. 4.41 ¿Es posible tener una reacción en la cual haya oxidación pero no reducción? Explique. Esta transferencia solo ocurre en los compuestos iónicos. Es decir en la donación y aceptación de electrones. Por ejemplo con los metales: un metal que es más activo que otro. dé los números de oxidación de los metales alcalinos y alcalinotérreos en sus compuestos. 4.40 Utilice la siguiente reacción para definir reacción redox. La serie de actividad química se organiza de mayor a menor. por ello no tiene sentido físico el término de "número de oxidación" en su significado original.39 ¿Cómo está organizada la serie de actividad? ¿Cómo se utiliza para estudiar las reacciones redox? Una forma sencilla de predecir si realmente va a ocurrir una reacción de desplazamiento de un metal o una reacción de desplazamiento de hidrógeno. 5 Sustancias que existen como gases . El concepto de óxido-reducción se fundamenta en la transferencia de electrones entre las especies químicas.. Una serie de actividad es. semirreacción. 4. solo los comparten. La serie de actividad química la utilizamos en las reacciones redox para predecir si habrá o no reacción.11. agente reductor: 4Na(s) 1 O2(g) ¡ 2Na2O(s) 4. agente oxidante. también llamado estado de oxidación. Los compuestos que están formados por otros tipos de enlace como el covalente no ceden ni aceptan electrones. Cap.42 ¿Qué se requiere para que un elemento experimente reacciones de desproporción? Nombre cinco elementos comunes que sean factibles de participar en este tipo de reacciones. es referirse a una serie de actividad (algunas veces denominada serie electroquímica ). El número de oxidación de un átomo. empezando con los elementos que son más activos y de último los elementos menos activos. básicamente. se disolverá en una solución de metal y cubrirá el metal menos activo. un resumen conveniente de los resultados de muchas posibles reacciones de desplazamiento semejantes a las ya descritas. 4. cuya densidad es 13. 5. se utiliza el mercurio porque es un líquido de alta densidad para reducir el tamaño del barómetro. Es decir.7 Explique cómo se puede usar una unidad de longitud (mmHg) como unidad de presión. Ar.2 Enumere las características físicas de los gases. 5. La presión se define como la fuerza aplicada por unidad de área: Presión = fuerza / área La unidad SI de presión es el pascal (Pa) : que se define como un newton por metro cuadrado: 1 Pa = 1 N/m2 5.5 ¿Por qué el mercurio es una sustancia más adecuada que el agua para utilizarse en el barómetro? El Mercurio Es las sustancia más adecuada dado a que es el único material en estado líquido a temperatura ambiente. por ejemplo. Compuestos: Dióxido de azufre SO₂ Amoniaco NH₃ Metano CH₄ Dióxido de carbono CO₂ Etileno C₂H₄ 5.1 Nombre cinco elementos y compuestos que existan como gases a temperatura ambiente. Ne. a menudo experimenta dolor de oídos. Explique. Kr. Los elementos que se encuentran en estado gaseoso a temperatura ambiente son los gases nobles (He. Esta molestia se puede aliviar temporalmente bostezando o bebiendo algo de agua.3 Defina la presión y dé sus unidades más comunes. Adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene.5. Tienen densidades mucho menores que los sólidos y líquidos Presión de un gas 5.33m lineales de altura.4 Cuando usted está en un avión que vuela a gran altitud. Se consideran los más compresibles de los estados de la materia. . debería tener un tamaño de 10. Cuando se encuentran confinados en el mismo recipiente se mezclan en forma completa y uniforme. como así si funcionara con otro líquido sería la presión que genera la columna de ese líquido. Xe y Rn) . Él barómetro de mercurio se basa en el peso de una columna de mercurio. Si fuera de agua.6 veces mayor que la del agua. inyectando petróleo a presión que regresa a la superficie bombeado. En la órbita de la Tierra. mercurio? 5. las condiciones en las que se aplica cada ley y exprese las unidades para cada término en la ecuación. . en cada caso. Ley de Boyle: Establece que la presión de una cantidad fija de un gas mantenido a temperatura y presión constante es inversamente proporcional al volumen del gas. Inyección a presión de agua.Los trajes espaciales ofrecen a los astronautas oxígeno para la respiración en el vacío del espacio 12345678hsss Las leyes de los gases 5. ¿cuál de las siguientes sustancias en estado gaseoso se puede llamar apropiadamente gas y cuál deberá considerarse vapor: nitrógeno molecular (N2). y bombeo centrífugo. en las extracciones de petróleo en su parte superior tienen montado un tinglado tremendo. a un excéntrico que se hace girar en una estación central. la temperatura puede llegar a menos 250 grados Fahrenheit y.5. 5. ¿cómo es posible obtener agua y petróleo ubicados a cientos de pies bajo la superficie de la Tierra? Si te fijas. El traje espacial protege a los astronautas de ambas temperaturas extremas.12 ¿Por qué los astronautas deben usar trajes protectores cuando están en la superficie de la Luna? Los trajes espaciales ayudan a los astronautas de diferentes modos: los astronautas que realizan paseos espaciales enfrentan diferentes temperaturas.3 m). 5. tienen unas bombas de vacío que pueden extraer hasta más de 6 kilómetros de profundidad. Por lo general se efectúa el bombeo simultáneo de una serie de pozos vecinos. conectando sus gatos de bombeo mediante largas varillas de acero. gas o aire. Indique. con bombas centrífugas de varias etapas. Bombo hidráulico. Charles y Avogadro.11 ¿Por qué cuando la lectura de un barómetro cae en una parte del mundo debe aumentar en cualquier otro lado? 5. accionadas por gatos de bombeo.15 Enuncie las siguientes leyes de los gases en forma escrita y también con ecuaciones: leyes de Boyle.10 Si la distancia máxima a la cual se puede sacar agua de un pozo por medio de una bomba de succión es de 34 pies (10. la temperatura puede llegar a 250 grados. bajo la luz del sol. ubicadas cerca del fondo del pozo y accionadas por motores eléctricos controlados desde la superficie.8 Describa lo que sucedería a la columna de mercurio en los siguientes manómetros cuando se abra la válvula.9 ¿Qué diferencia hay entre un gas y un vapor? A 258C. Bombeo mecánico con bombas aspirantes de profundidad. mantenida a presión constante. ¿h aumentaría. Ley de Charles y Gay Lussac: Establece que el volumen de una cantidad fija de gas. debido a que todos los gases se condensan para formar líquidos. b) se duplicara la masa molar del gas. d) se aumentara la presión atmosférica en el cuarto. Ley de Avogadro: Establece que a presión y temperatura constantes. V∝n V=K_4 n V=(RT/P)n P1V1/T1=P2V2/T2 5. . disminuiría o permanecería igual si a) se aumentara la cantidad del gas. es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.27 Enumere las características de un gas ideal. P=(nRT)1/V PV = K1 K= nRT P1V1 = P2V2 P: presión n: número de moles Los 1’s son condiciones iniciales V: volumen R: constante de los gases Los 2’s son condiciones finales K: constante T: temperatura nRT: constante Una aplicación de la ley de Boyle es predecir en qué forma se afectara el volumen de un gas por un cambio de presión o como impactara la presión ejercida por un gas mediante el cambio de volumen. e) el mercurio del tubo se reemplazara por un fluido menos denso. Suponiendo que no cambia ningún otro parámetro. el volumen de un gas es directamente proporcional al número de moles del gas presente.9) para derivar todas las leyes de los gases. Escriba la ecuación del gas ideal y enúnciela en forma verbal. 5.28 Utilice la ecuación (5. V∝T P∝T K_3=nR/V P=nR/V T V=nR/P T V=K_2 T P=K_2 T P1/T1=P2/T2 V/T=K_2 P/T=K_3 ∝ : Proporcional a K: constante T: temperatura (K) V: volumen n: número de moles R: constante de los gases En la práctica se puede medir el volumen de un gas solamente en un rango limitado de temperatura. Exprese las unidades para cada término en la ecuación. c) se aumentara la temperatura del gas.16 Cierta cantidad de gas está contenida en un manómetro de mercurio cerrado. g) se perforara un agujero en la parte superior del tubo del lado derecho? La ecuación del gas ideal 5. otra forma de representarla es: la presión del gas es directamente proporcional a la temperatura. f) se agregara algún otro gas al vacío en la parte superior del tubo del lado derecho. como aquí se muestra. Dos gases a la misma temperatura .5. Calcule la presión total y las fracciones molares de los gases. la ley de Charles.65 Enuncie la ley de Dalton de las presiones parciales y explique qué es la fracción molar. de concentración másica es el kilogramo por metro cúbico. pues hace referencia al litro.20 atm. de símbolo g/L o bien g·L-1. * Las moléculas de los gases no ejercen entre si fuerzas de atracción o de repulsión. La unidad de medida más Adecuada para expresar densidad de gases es gramos/litro. la energía total de todas las moléculas en un sistema permanece inalterada. que no pertenece a dicho sistema. Las colisiones entre las moléculas son perfectamente elásticas. que indica cuántos gramos de una determinada sustancia están presentes en un litro de mezcla.30 ¿Por qué la densidad de un gas es mucho menor que la de un líquido o un sólido en condiciones atmosféricas? ¿Qué unidades se usan normalmente para expresar la densidad de los gases? Esto se debe a que las moléculas en los gases se encuentran más dispersas que en los líquidos y en los sólidos. Las moléculas pueden considerarse como “puntos”. * Las moléculas de los gases están en continuo movimiento en dirección aleatoria con frecuencia chocan unas contra otras. es una unidad de medida de concentración másica. respectivamente. que es numéricamente equivalente: 1 g/L = 1 kg/m³. Esta unidad no pertenece al Sistema Internacional. que poseen más pero tienen un volumen despreciable. En el SI. El gramo por litro. cuyas presiones parciales son de 0. * La energía cinética promedio de las moléculas es proporcional a la temperatura del gas en kelvin. Ley de Dalton de las presiones parciales 5. ¿La fracción molar tiene unidades? 5. es decir en los gases las moléculas tienen una mayor repulsión y por eso se le es llamado fluido por que fluyen con una mayor facilidad que en otros estado de la materia. la ley de Avogadro y la ley de Dalton de las presiones parciales? Un gas está compuesto de moléculas que están separadas por distancias mucho mayores que sus propias dimensiones. o sea.29 ¿Cuáles son los valores de temperatura y presión estándares (TPE)? ¿Cuál es el significado de TPE con respecto al volumen de 1 mol de un gas ideal? 5. Sin embargo.66 Una muestra de aire sólo contiene nitrógeno y oxígeno gaseosos. normalmente líquida o gaseosa. la energía se transfiere de una molécula a otra por efecto de las colisiones.80 atm y 0. es decir. Teoría cinética molecular de los gases 5.77 ¿Cuáles son los supuestos básicos de la teoría cinética molecular de los gases? ¿Cómo explica esta teoría la ley de Boyle. La barra horizontal denota valor promedio. la presión aumenta y viceversa. Si las moléculas no se atraen o repelen entre sí. *Ley de Charles. La presión ejercida por un gas es consecuencia del impacto de sus moléculas sobre las paredes del recipiente que lo contiene. la presión de un gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa: cuando el volumen disminuye. *Ley de Avogadro. *Ley de Dalton de las presiones parciales. tendrán la misma energía cinética promedio. la energía cinética promedio de una molécula está dada por: (KE) ̅ = 1/2 m u ̅^2 Donde m es la masa de la molécula y u es su velocidad. que es una expresión matemática de la ley de Avogadro. Como la masa del gas es directamente proporcional al número de moles (n) del gas. su velocidad de colisión. es proporcional a la densidad numérica (es decir. entonces la presión ejercida por un tipo de molécula no se afectara por la presencia de otro gas. *Ley de Boyle. la presión total estará por la suma de las presiones individuales de los gases. Como consecuencia.78 ¿Qué expresa la curva de distribución de velocidades de Maxwell? ¿Tal teoría funcionaría para una muestra de 200 moléculas? Explique. o el número de colisiones moleculares con las paredes. pata dos gases sometidos a las mismas condiciones de presión. las moléculas chocaran más a menudo contra las paredes del recipiente y con mayor fuerza si el gas se calienta. por esta causa. Puesto que la energía cinética promedio de las moléculas de un gas es proporcional a la temperatura absoluta de la muestra. volumen y temperatura (es decir. . es el promedio del cuadrado de las velocidades de todas las moléculas: (u^2 ) ̅=(u_1^2+u_2^2+⋯+u_N^2)/N Donde N es el número de moléculas. Por consiguiente. La velocidad de colisión. se escribe P_1∝ (n_1 T_1)/V_1 =C (n_1 T_1)/V_1 P_2∝ (n_2 T_2)/V_2 =C (n_2 T_2)/V_2 Donde C es la constante de proporcionalidad. cuando P1 = P2T1 = T2 y V1 = V2). Se ha demostrado que la presión de un gas es diferentemente proporcional a la densidad y a la temperatura del gas. 1 y 2. Al elevar la temperatura aumenta la energía cinética promedio. y por tanto. por segundo. La cantidad u ̅^2 se denomina velocidad cuadrática media. 5. Por tanto. la densidad se expresa como n/V. aumentando entonces la presión. el número de moléculas por unidad de volumen de una cierta cantidad de gas aumenta su densidad numérica. se cumple que n1 = n2. El volumen del gas se expandirá hasta que la presión del gas este equilibrada por la presión externa constante. Por consiguiente P∝n/V T Para dos gases. La distribución estadística de las velocidades de cada molécula a nivel micro.80 ¿Cuál es la diferencia entre difusión y efusión de un gas? Enuncie la ley de Graham y defina los términos en la ecuación (5.17). las moléculas chocan entre sí con más frecuencia.92 a) Un gas real se introduce en un matraz de volumen V. c) baja temperatura y presión elevada. d) temperatura y presión bajas. ¿Qué concluye acerca de la fuerza relativa de las fuerzas de atracción entre las moléculas de amoniaco y entre los átomos de neón? . 5. 5. b) temperatura y presión elevadas. como sabrás la teoría cinética de los gases habla de explicar los gases en lo micro es similar a explicarlos en lo macro. Desviación del comportamiento ideal 5. 5.89 Mencione dos evidencias que muestren que los gases no se comportan en forma ideal en todas las condiciones. El volumen corregido del gas ¿es mayor o menor que V? b) El amoniaco tiene un valor de a mayor que el del neón (vea la tabla 5. por lo tanto en condiciones de baja presión y temperaturas elevadas si esa teoría funcionaria para cualquier cantidad de moléculas (aunque mientras mayor sea el número mayor será el margen de error) pero como dije esto solo funcionara correctamente si se toman las suposiciones de la teoría cinética si existen presiones muy elevadas y temperaturas bajas entonces esto tendrá un margen de error radicalmente grande.79 ¿Cuál de los siguientes enunciados es correcto? a) El calor se produce por el choque entre las moléculas de los gases. b) Cuando un gas se calienta.4). 5.90 ¿En cuáles de las siguientes condiciones se esperaría que un gas se comportara en forma casi ideal? a) Temperatura elevada y presión baja.