TEMA7: REACCIONES QUÍMICAS “Una 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 formando moléculas nuevas. Para ello es necesario que se rompan enlaces en las moléculas originales y se formen enlaces nuevos”. Reactivos Productos En la reacción: H2 + I2 —→ 2 HI se rompe 1 enlace H—H y 1 enlace I —I y se forman 2 enlaces H—I carbono carbono oxígeno monóxido de carbono oxígeno Cloruro de hidrógeno dióxido de carbono cinc cloruro de cinc hidrógeno MÉTODOS DE AJUSTE: 1. b) Na2CO3 + HCl → Na Cl + CO2 + H2O. entonces a = 2.1. b = 2. Ejercicio B: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método algebraico: a) KClO3 → KCl + O2 b) HCl + Al → AlCl3 + H2 c) HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO + H2O 2. c = 2 y d = 3. d) CaO + C → CaC2 + CO. ¡CUIDADO! En el ajuste nunca pueden cambiarse los subíndices de las fórmulas de reactivos o productos. e) H2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + HCl. a HBr + b Fe → c FeBr3 + d H2 H) a = 2d Br) a = 3c Fe) b = c Sea d = 1. c = 2/3 y b = 2/3 Multiplicando todos los valores por 3 obtenemos los coeficientes: a = 6. b. Algebraicamente (en reacciones más complejas) resolviendo un sistema de ecuaciones. Tanteo (en reacciones sencillas). c) PBr3 + H2O → HBr + H3PO3. Ejemplo: Ajustar la siguiente reacción: HBr +Fe → FeBr3 + H2 Sean a.ESTEQUIOMETRÍA DE UNA REACCIÓN QUÍMICA 2 . Se llama ajuste a la averiguación del número de moles de reactivos y productos. 2. 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. c y d los coeficientes (número de moles) de los respectivos reactivos y productos.AJUSTE DE UNA REACCIÓN QUÍMICA El número de átomos de cada elemento tiene que ser igual en los reactivos y en los productos. 0.5 g de HCl 1mol de Cl2 = 0.n.901L = 901 cm3 3 .051moles.5 g de HCl 1 mol de MnCl2 4 moles de HCl 126.5 g de ácido clorhídrico? a.5 g de ácido clorhídrico? 7. 4 l de Cl2 = 1.MASA El dato está expresado en gramos y la incógnita la piden también en gramos. b) Cálculo del volumen de Cl2 medido a 1.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.5 g de HCl 1mol de HCl 36.5 g de HCl nRT V= = P 1mol de HCl 36.2 litros de Cl2 1mol de Cl2 Esta relación se puede usar únicamente cuando el gas esté medido en c. ¿Cuántos gramos de MnCl2 se obtienen cuando reaccionan 7.CÁLCULOS MASA .VOLUMEN El dato está expresado en gramos y la incógnita.5 atm y 50 0 C a) Cálculo del volumen de Cl2 medido en c.5 g de HCl 1mol de Cl2 4 moles de HCl Factor leído en la ecuación ajustada 22. 2 .5 g de HCl 1 mol de HCl 36. b. n. Si se mide en c.051moles de Cl2 4 moles de HCl atm.mol = 1. n.082 0. 7.0 g de MnCl2 = 1 mol de MnCl2 6. Una vez determinado el número de moles de reactivos y productos (ajuste de la reacción) se pueden realizar distintos tipos de cálculos tal y como veremos a continuación: MnO2 + 4 HCl Mn Cl2 + Cl2 + 2 H2O 2.l 323 K K.5 g de MnCl2 2 .5 atm 0. por ser un gas.1-CÁLCULOS MASA .5 atm y 50 0 C Primero se calcula el número de moles de producto y a continuación se usa la ecuación de los gases: 7. Si se mide a 1. piden su volumen en litros ¿Qué volumen de cloro se obtendrá cuando reaccionen 7. 5 gramos de PbI 2 reales ⋅ 100 = 88.0 g de nitrato de plomo (II) se obtienen 18. a la hora de la realización práctica de una reacción química las cantidades obtenidas sean distintas de las calculadas teóricamente. Se define el rendimiento de la reacción como: ren dim iento (% ) = gramos reales ⋅ 100 gramos teóri cos El nitrato de plomo (II) reacciona con el yoduro potásico para dar un precipitado amarillo de yoduro de plomo (II). medidos en las mismas condiciones de P y T contienen el mismo número de moles) Calcular los litros de amoniaco que se obtendrán cuando reaccionan 0.5L H2 2 LNH3 = 0.5% 20.9 g de PbI2 Cálculo del rendimiento: r= 18.4.9 gramos de PbI 2 teori cos El ácido sulfúrico reacciona con 10.5 L de H2 (se supone que ambos gases están medidos a igual P y T) 0.2 g de Pb (NO3 )2 1mol de PbI2 1mol de Pb (NO3 )2 461.CÁLCULOS CON RENDIMIENTO DISTINTO DEL 100% Lo más frecuente es que. siempre que los gases estén medidos en las mismas condiciones de P y T (volúmenes iguales de gases diferentes. a) Planterar y ajustar la ecuación correspondiente al proceso b) Cuando se hacen reaccionar 15.0 g de PbI2 1mol de PbI2 = 20. debido a razones diversas.2.0 g de Pb (NO3 )2 1mol de Pb (NO3 )2 331.> 2NH3 (g) Si las sustancias consideradas están en fase gaseosa la relación establecida por la ecuación ajustada puede considerarse relación en volumen.VOLUMEN N2 (g) + 3 H2 (g) ---------.3 g de zinc para dar sulfato de zinc e hidrógeno 4 a) Planterar y ajustar la ecuación correspondiente al proceso b) Calcular la cantidad de sulfato de zinc obtenida si el rendimiento para el proceso es de un 75 % .3-CÁLCULOS VOLUMEN .333 L NH3 3 L H2 2.5 g de yoduro de plomo (II) ¿Cuál es el rendimiento del proceso? Pb (NO3)2 + a) Ecuación ajustada: 2 KI Pb I2 + 2 KNO3 b) Gramos de yoduro de plomo (II) que deberían obtenerse teóricamente: 15. 9 g S2 Cl2 5 . Una vez que éste se acaba la reacción se para.0 gde ZnSO4 teóricos 2.30 gde Zn 1mol de Zn 1mol de ZnSO4 65.82 mol Cl2 1mol S2 Cl2 3 mol de Cl2 135 g S2 Cl2 1mol S2 Cl2 = 126. El reactivo que al agotarse hace que la reacción se detenga se denomina reactivo limitante.31 x 3 = 3. reacciona todo) : Cl2 A la hora de efectuar los cálculos ha de tenerse presente que parte del CS2 quedará sin reaccionar.vemos si están en cantidades estequiométricas (justas): 100 g CS2 1mol CS2 = 1.0 g Cl2 Como (según se lee en la ecuación química) 1 mol de CS2 reacciona con 3 moles de Cl2.31 moles de CS2 se necesitarían: 1. Una mezcla de 100 g disulfuro de carbono y 200 g de cloro (gas) se pasa a través de un tubo de reacción caliente produciéndose la reacción: CS2 + 3 Cl2 CCl4 + S2Cl2 Calcular la cantidad de S2Cl2 que se obtendrá Como dan cantidades para ambos reactivos. Por tanto. como sólo existen 2.5 gde ZnSO4 1mol de ZnSO4 75. el reactivo limitante (reacciona totalmente) para realizar los cálculos: Usando el reactivo limitante: 2.4 gde Zn 1mol de Zn 161. Los cálculos se efectúan considerando las cantidades que reaccionan.82 moles de Cl2: Reactivo en exceso (no reacciona todo) : CS2 Reactivo limitante (se agota.93 moles de Cl2.82 moles Cl2 71.2 g CS2 200 g Cl2 1mol Cl2 = 2.1gde ZnSO4 reales 100.PROCESOS CON REACTIVO LIMITANTE A la hora de llevar a cabo una reacción química puede suceder que uno de los reactivos esté en exceso. para reaccionar con 1. entonces la reacción transcurrirá mientras exista algo del otro reactivo. quedando el exceso del primero sin reaccionar.5.0 gde ZnSO4 reales = 19.31mol CS2 76. Por tanto ha de usarse.H2SO4 + Zn ZnSO4 + H2 a) Cantidad de sulfato de zinc obtenida 10. 2 g Hg Factor que convierte los gramos de muestra en gramos de Hg O Determinación de la pureza de un reactivo Basándonos en la cantidad de productos obtenidos (o de reactivos que reaccionan) se puede establecer la pureza de un reactivo o su contenido en determinada sustancia (riqueza) Ejemplo: Una muestra impura de 50. 4 g Zn 1mol Zn = 48.6 g Hg 1mol Hg = 15. Calcular el % de zinc presente en la muestra (riqueza) Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2 La cantidad de zinc presente en la muestra se puede calcular a partir del ácido consumido suponiendo que las impurezas no reaccionan con el ácido: 53.2.7 g de ácido clorhídrico. 2 HgO 2 Hg + O2 Parte de la muestra no es HgO. Ejemplo: Al calentar el óxido de mercurio (II) se descompone en oxígeno (gas) y mercurio metálico.7 g HCl 1mol HCl 36.7.REACTIVOS EN DISOLUCIÓN (MOLARIDAD) 6 .6.5 g de óxido 80 g de HgO 100 g de óxido 1mol HgO 216.1 g Zn El cálculo de la pureza se reduce a calcular un tanto por ciento: Pureza (% ) = gramos sus tan cia pura 48.5 g de Zn ⋅ 100 = ⋅ 100 = 96.REACTIVOS IMPUROS Si los reactivos que se emplean en la reacción no son puros ha de tenerse en cuenta el dato de pureza y realizar los cálculos sólo con la parte de la muestra que reacciona. Calcular la cantidad de mercurio metálico que podremos obtener al descomponer 20.5 g de un óxido del 80 % de pureza.8 g HgO 2 mol Hg 2 mol HgO 216.0 g de zinc reacciona con 53.2% gramos muestra 50 g de muuestra 2. Por eso hablamos de “óxido” cuando nos referimos a la muestra impura 20.5 g HCl 1mol Zn 2 mol HCl 65. 5 g HCl 1 mol HCl Zn Cl2 + 100.0 g HCl H2 1 cm3 ácido 1.7 cm3 disolución 1.8-REACTIVOS EN DISOLUCIÓN (TANTO POR CIENTO EN MASA) Una forma muy corriente de expresar la concentración de una disolución es en tanto por ciento en peso (masa).37 g Zn 2 mol HCl 1 mol Zn + Zn 36.2 cm3 ácido (disolución) El dato de densidad permite convertir gramos (masa) en cm3 (volumen) de disolución Factor que convierte moles de HCl en gramos de HCl 3.5 mol HCl Este factor permite transformar moles de HCl (soluto) en volumen de disolución usando la definición de molaridad.5 M necesario para que se produzca la reacción completa.1 g CaCO3 CaCl2 + 2 mol HCl 1mol CaCO3 CO2 + H2O 1000 cm3 disolución = 86. Si se pretende operar con volumen de disolución es preciso.18 g ácido = 12.5 g Zn 1 mol Zn 65.Lo común es que los reactivos que se utilicen se encuentren en forma de disolución acuosa y que se trabaje directamente con cantidades de disolucíon y no de soluto: Ejemplo: Se hacen reaccionar 6. conocer la densidad de la disolución Ejemplo: Se hacen reaccionar 4. E REACCIÓN =E PRODUCTOS –E REACTIVOS 7 .5 g de zinc con ácido clorhídrico del 35% en peso y 1.5 g de CaCO3 1mol CaCO3 100. Calcular la cantidad de ácido 1.EUsando NERGÍAlaEN LAS REACCIONES QUÍMICAS definición de concentración en tanto por ciento en peso se puede En todas las reacciones químicas se en produce un intercambio energético con el medio (normalmente en convertir gramos de HCl (soluto) gramos de ácido (disolución) 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. además. CaCO3 + 2 HCl 6.0 g ácido 35. 2.18 g/cm3 de densidad.5 g carbonato cálcico con ácido clorhídrico 1. Calcular el volumen de ácido necesario para que se produzca la reacción completa.5 M. 2 H Cl 4. 6 kJ Reacción exotérmica: C (s) + O2 (g) → CO2 (g) +393. ∆ER = –393.Si en la reacción se desprende calor ésta se denomina “exotérmica” y si se consume calor se denomina “endotérmica”.5 kJ 4. 2º) que el choque posea la orientación adecuada para que puedan formarse los Energía enlaces nuevos.6 kJ → 2 Hg (l) + O2 (g) Se puede escribir: 2 HgO (s) → 2 Hg (l) + O2(g). ∆ER = 181.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).5 kJ Se puede escribir: C (s) + O2 (g) → CO2 (g). Energía de activación productos reactivos reactivos productos 8 Energía de reacción . se absorbe calor ⇒ endotérmica Si ∆EREACCIÓN < 0 EPRODUCTOS < EREACTIVOS. Si ∆EREACCIÓN > 0 EPRODUCTOS > EREACTIVOS. se desprende calor ⇒ exotérmica Ejemplos de reacciones termoquímicas Reacción endotérmica: 2 HgO (s) +181. 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 1.1. El carbono y el agua reaccionan entre sí formando monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso.5 M? 11. a) Escribe y ajusta la reacción química. ¿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? 9. El hierro es atacado por el ácido clorhídrico formándose cloruro de hierro (II) y desprendiéndose hidrógeno en forma de gas. a partir de 4 moles de NO2 sabiendo que el rendimiento de la misma es del 75 %? 6. Al quemar gas butano (C4H10) en aire se obtiene como productos dióxido de carbono y vapor de agua. e) a 12 atmósferas y 150 ºC. 3. medido a 1’5 atm y 80 ºC de temperatura. 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? 4. se desprenderá en. 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. 7. a) Determina el reactivo limitante si se mezclan 3 moles de FeS2 y 10 moles de oxígeno.2 M se necesitará para neutralizar 40 ml de hidróxido de potasio 0. ¿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. 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? 10. 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. 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? 5. Al quemar gas metano (CH4) con oxígeno (O2) se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. b) Calcula la masa de oxígeno que se necesita para la combustión de 20 g de butano. Ajusta la reacción: NO2 + H2O → HNO3 + NO b) ¿Qué volumen de NO (g).5 % de azufre? 9 . c) calcula el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá a 600 mm Hg y 300ºC. ¿Qué volumen de ácido clorhídrico 0. 2. 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. En la reacción de combustión de la pirita [FeS2] se produce óxido de hierro (III) y dióxido de azufre. 8.2 atmósferas . El hidrógeno se puede obtener de forma sencilla a partir de hidruro de calcio. Se añaden 2.8 M sobre una determinada cantidad de carbonato de calcio desprendiéndose dióxido de carbono. a) ¿Cuál es la presión parcial de cada gas? b)Escribe y ajusta la reacción química de síntesis del amoniaco c) ¿Cuál es el reactivo limitante? 20. 16. Determina la fórmula molecular de un insecticida formado por C. Para ello se diluyen 60 g del mismo y a la disolución obtenida se le añaden 50 g de CaCO3. Una muestra impura de 50 g de Zinc metal reaccionan con 129 cc de un ácido clorhídrico de densidad 1. Se tratan 200 g de carbonato de calcio del 80% de pureza con una disolución 4 Molar de HCl. ¿Qué cantidad de caliza se necesita para obtener 250 kg de cloruro de calcio? Si el ácido utilizado es del 70% de riqueza y densidad 1. ¿Qué volumen de dióxido de ccarbono se obtiene.2 atm y 50ºC obtendremos si se consume todo el ácido? 14. H y Cl si en la combustión de 3 g de dicha sustancia se han obtenido 2.19 g/cc y que contiene 35% en peso de ácido clorhídrico. Indica: a) ¿Cuál es el reactivo que no reacciona completamente? b) La cantidad de este reactivo que no reacciona c) El peso de S2Cl2 que se obtiene 17. Un recipiente contiene una mezcla de hidrógeno y nitrógeno con el 70% en volumen del primero de ellos y presión total de 1 atm. según la reacción: Hidruro de calcio + agua → Hidróxido de calcio + Hidrógeno a) Escribe y ajusta la reacción b) Si partimos de 50 g de hidruro de calcio y de 50 g de agua ¿Cuál de las dos sustancias quedará en exceso? ¿Cuántos gramos sobran? c) Si se quiere recoger el hidrógeno obtenido en una botella a la presión de 10 atm y 27ºC ¿qué volumen deberá tener la botella? 22.n 10 . Calcula la pureza en Zinc de la muestra. Para la reacción : 4 FeS 2 + 11 O2 → 8 SO2 + 2 Fe2 O3 : a) Calcula los gramos de óxido de hierro que se obtienen si se parte de de 1000 gramos de FeS2 de 80% de pureza b) Calcula el volumen de aire. Una mezcla de 100 kg de CS2 y 200 kg de Cl2 se pasa a través de un tubo de reacción.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. que se precisa medido en c. Calcula la pureza del ácido acético comercial en tanto por ciento en peso 19.42 g/cc ¿cuántos ml de este ácido serán necesarios? 18.72 g de CO2 y 0. Se desea determinar la pureza de un ácido acético comercial. y calentando se produce la reacción: CS 2 + 3 Cl 2 → CCl 4 + S 2 Cl 2 . 15. Se añaden 5 cm3 de ácido clorhídrico 0.12. ¿Qué volumen del mismo a 1. de 21% de riqueza en oxígeno. En la reacción del carbonato de calcio con ácido clorhídrico se utiliza una caliza del 92% de riqueza. medido a 15ºC y 750 mm de Hg de presión. ¿Cuál será la masa de dicho precipitado? 13. produciéndose la reacción: CH 3COOH + CaCO3 → Ca (CH 3COOH ) 2 + CO2 + H 2 O Cuando cesa el desprendimiento de CO2 se observa que quedan 2 g de carbonato de calcio sin reaccionar. cloruro de calcio y agua.5 cm3 de una disolución 1. sabiendo que en la reacción se obtienen también cloruro de calcio y agua? El rendimiento de la reacción es del 80% 21. Calcular el volumen de la disolución de este ácido que es necesario para reaccionar completamente con todo el carbonato de calcio.55 g de H2O y su masa molecular es de 290 g/mol. El sulfato de amonio (NH4)2SO4 . al descomponer 225 g de una muestra de NH4NO3 del 90% de riqueza en masa si el rendimiento de la transformación es del 80% 26.23. junto con el cloroformo y otros productos se forma en la reacción entre el metano con el cloro. al añadirle a 13.18 g de agua. H y O a 250 mmHg y 300ºC es de 0. medido en condiciones normales. El tetracloruro de carbono.0431 g de CO2 y 0. 25 ml de esta disolución se hicieron reaccionar con suficiente nitrato de plata. hidrógeno y oxígeno. La ecuación química del proceso es: CH4 (g) + Cl2 (g) → CCl4 (l) + HCl En una planta industrial se obtuvieron 164 toneladas de CCl4.2 gramos de sulfato de amonio 50 ml de disolución de hidróxido de sodio 1 M. Determina el rendimiento de la reacción 24. al hacer reaccionar 24 t de CH4 con cloro en exceso. ¿Cuál es la fórmula empírica del compuesto? 30.21 g de cloruro de plata. Se sabe que un determinado compuesto sólo contiene carbono. con una disolución de hidróxido de sodio en exceso. La forma más frecuente de obtener esta sustancia es la siguiente: Na OH (aq) + Cl2 (g) → NaCl (aq) + NaClO (aq) + H2O (l) Halla la masa de hipoclorito de sodio que se obtendrá al hacer reaccionar 5000 l de cloro. se produce en la descomposición del nitrato de amonio: NH4NO3 (s) → N2O (g) + 2 H2O (l) Determina el volumen de N2O que se podrá obtener.977 g de CO2 y 0. NaClO (aq). 25. 11 . H y O origina 0. reacciona con una disolución de hidróxido de sodio liberándose amoniaco. obteniéndose 2. La densidad de un compuesto gaseoso formado por C. 28. La ecuación química es la siguiente: (NH4)2SO4 + NaOH → Na2SO4 + NH3 +H2O Determina el volumen de amoniaco. Determina la fórmula molecular de esta sustancia sabiendo que su peso molecular es 90. En el análisis de una muestra impura de cloruro de sodio se tomó una masa de 4g y se disolvió en agua hasta un volumen de 100ml. medido a 765 mmHg y 17ºC. La combustión de un gramo de una sustancia orgánica constituída exclusivamente por C.0175 g de agua.0215 g del mismo origina 0.4 l de dióxido de carbono medidos a 25ºC y 738 mmHg y 8. si el rendimiento de la reacción es del 90%. Al quemar 10 g de compuesto se obtienen 11. El óxido de nitrógeno (I) .2 g de H2O. 29. Determina la riqueza en cloruro de sodio de la muestra inicial 27.617 g/l. medidos a 755 mmHg y 27ºC. Averigua la fórmula molecular del compuesto. La combustión completa de una muestra de 0. Uno de los productos blanqueadores clorados más populares es una disolución acuosa de hipoclorito de sodio.