Física y Química: guía interactiva para la resolución de ejercicios

LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA Y LA REACCIÓN QUÍMICA

Reacciones químicas

I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

Índice★ Ejercicio 1★ Ejercicio 2★ Ejercicio 3 Ejercicio 4 Ejercicio 5 Ejercicio 6 Ejercicio 7 Ejercicio 8 Ejercicio 9 Ejercicio 10

★ Leyes de las reacciones químicas

Representación de las reacciones químicas

Tipos de reacciones químicas

Ayuda• Una reacción química es un proceso por el que unas sustancias (reactivos) se

transforman en otras (productos), habitualmente de modo irreversible. • Según la teoría atómico-molecular, durante el proceso se rompen los enlaces entre los

átomos o iones de los reactivos, dando uniones diferentes para formar los productos de la reacción.

• En una reacción han de cumplirse: la ley de conservación de la masa (la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos) y la ley de la composición constante (las masas de los reactivos están en una relación constante). Además, siempre hay un intercambio de energía .

• Una reacción química se representa mediante una ecuación química, donde las fórmulas que representan a reactivos y productos deberán ir acompañadas de los coeficientes necesarios para que haya el mismo número de átomos de cada tipo antes y después de la reacción (Igualación de la ecuación química).

• Las reacciones suelen clasificarse operativamente en: reacciones de descomposición, reacciones de formación o síntesis, reacciones de oxidación (entre ellas las de combustión), reacciones de desplazamiento, reacciones de precipitación y reacciones ácido-base.

EJERCICIO 1

Se hacen reaccionar determinadas masas de cobre (s) y azufre (s) calentando ambos en un mismo recipiente, sin que en ningún caso sobre cobre o azufre sin reaccionar, y obteniéndose sulfuro de cobre (II). Los resultados se recogen en la tabla que se muestra más adelante.(a) Completa la tabla con los datos que faltan.(b) Si en la misma experiencia calentamos fuertemente 5 g de cobre y 5 g de azufre, explica razonadamente qué ocurrirá.

masa de cobre (g)

masa de azufre (g)

masa de sulfuro de cobre(II) (g)

cociente entre la masa de cobre y la

masa de azufre

1,0 0,5 1,5 2,0

2,0 3,0

1,5 4,5

2,0

2,0

1,0

3,0

(a)

(b)Para contestar a este apartado, piensa que debe cumplirse la ley de las proporciones constantes.Como se ve en la tabla, la masa de cobre que reacciona con el azufre ha de ser el doble de la masa de éste; por tanto reaccionarán: 5 g de cobre con 2,5 g de azufre para mantener la proporción constante.Sobrarán: 5 g de azufre iniciales - 2,5 g de azufre que reaccionan = 2,5 g de azufre sobrantesLa masa de producto será: 2,5 g de azufre que reacciona + 5 g de cobre que reacciona = 7,5 g de sulfuro de cobre(II)

EJERCICIO 2

Interpreta razonadamente los siguientes hechos aplicando la ley de conservación de la masa.

A. Al quemar un papel, la ceniza que obtenemos tiene una masa menor que el papel original.

C. Si mezclamos en un tubo de ensayo 6,5 g de cristales blancos de nitrato de plomo (II) con 2,3 g de cristales de yoduro de potasio, también blancos, y agitamos el tubo, aparece un sólido de color amarillo intenso cuya masa resulta ser 8,8 g.

E. Si añadimos una aspirina efervescente a un vaso de agua, la masa de la disolución resultante (una vez cesado el burbujeo) es inferior a la suma de las masas del agua y la aspirina antes de realizar la experiencia.

G. Al calentar fuertemente en un recipiente apropiado un trozo de cinta de magnesio, se obtiene un sólido blanco, cuya masa es mayor que la del magnesio original.

A. En la combustión de la celulosa del papel interviene como reactivo el oxígeno y se obtiene como productos dos gases: el dióxido de carbono y el vapor de agua; estos gases se difunden en la atmósfera y no son pesados en la balanza.

C. Ha ocurrido un cambio químico, con la formación del yoduro de plomo (II), de color amarillo. Como los reactivos y el producto son sólidos, la balanza ha medido la masa de todos.

E. Al disolverse la aspirina, reaccionan el ácido acetilsalicílico con el hidrogenocarbonato de sodio, produciendo dióxido de carbono gaseoso, que escapa y no es pesado en la balanza.

G. Al estar el magnesio en contacto con el aire, reacciona con el oxígeno, formándose óxido de magnesio, cuya masa es la suma de las masas de magnesio y oxígeno que han reaccionado.

EJERCICIO 3

Al calentar fuertemente cobre en un recipiente abierto se obtiene óxido de cobre (II). Se hicieron diversas experiencias con diferentes masas de cobre, obteniéndose los resultados que se muestran en la tabla.(a) Completa la tabla haciendo uso de las leyes de las reacciones químicas.(b) Escribe con palabras la reacción que ocurre en esta experiencia. (c) Escribe la ecuación química con fórmulas e igualada.

Masa de cobre (g) Masa de oxígeno (g) Masa de óxido

de cobre (II) (g)

6,350

(no sobra cobre)

7,950

3,175

(no sobra cobre)

3,975

4,000 3,975

8,000 7,950

0,800

1,600

0,800

1,600

sobra 0,825 g de cobre

(a) (b) Escribe los reactivos y los productos separados por una flecha.

Cobre(s) +Oxígeno(g) óxido de cobre(II) (s)

(c) Escribe las fórmulas de los reactivos y los productos separados por una flecha.

Cu(s) +O2(g) CuO (s)

Pon delante de las fórmulas los coeficientes apropiados paraque haya el mismo número de átomos antes y después de lareacción.

2

sobra 1,650 g de cobre

2

EJERCICIO 4

Cuando se hace pasar la corriente eléctrica por el agua, se producen dos gases: hidrógeno y oxigeno. (a) Escribe la ecuación química ajustada utilizando las fórmulas de las sustancias.(b) Representa mediante un diagrama multimolecular las sustancias antes y después de la reacción.

(b) Dibuja cómo te imaginas las moléculas de reactivos y productos.Recuerda que el agua es un líquido y el hidrógeno y oxígeno, gases.

Ajusta la ecuación poniendo los coeficientes adecuados.

2(a) Escribe las fórmulas de los reactivos y los productos separados por una flecha.

oxígeno

hidrógeno

H2O(l) H2(g)+O2(g)2

+

EJERCICIO 5

El carbono sólido reacciona con el oxígeno para dar dióxido de carbono.(a) Escribe e iguala la ecuación química correspondiente.(b) Representa la reacción mediante un diagrama multiatómico-molecular.

(a) Escribe las fórmulas de los reactivos y los productos separados por una flecha.

C(s) +O2(g) CO2(g)

Ajusta la ecuación poniendo los coeficientes adecuados. La ecuación está ajustada: los coeficientes de reactivos y productos son 1, aunque no se escriben explícitamente.

(b) Dibuja cómo te imaginas las estructura del C(grafito) y las moléculas de O2 y CO2, destaca la proporción de átomos que participan.

+

oxígeno

carbono

EJERCICIO 6

Cuando el nitrógeno y el hidrógeno reaccionan en las condiciones adecuadas, se obtiene amoniaco.(a) Escribe la ecuación química que representa la reacción y ajústala.(b) Representa la ecuación mediante un diagrama multiatómico-molecular. (c) Si reaccionan 1030 moléculas de nitrógeno, ¿cuántas moléculas de amoniaco se obtendrán y cuántas de hidrógeno habrán reaccionado?

(a) Escribe las fórmulas de los reactivos y los productos separados por una flecha.

Ajusta la ecuación poniendo los coeficientes adecuados.

N2(g) + H2(g) NH3(g)3 2

(b) Dibuja cómo te imaginas las moléculas, destaca la proporción de ellas que participan,

+

nitrógeno

hidrógeno

(c) Contesta recordando el significado de los coeficientes de ajuste de la ecuación química.

Siempre ha de mantenerse la proporción de moléculas que indican los coeficientes de ajuste de la ecuación. Por tanto, como de amoniaco hay el doble de moléculas que de nitrógeno, se obtendrán 2.1030 moléculas de éste,y para ello habrán reaccionado 3.1030 moléculas de hidrógeno, puesto que su relación con el nitrógeno es el triple.

EJERCICIO 7

(a) Cuando se realiza la electrólisis de la sal común (cloruro de sodio) ¿qué sustancias se obtienen? Contesta escribiendo y ajustando la ecuación química correspondiente.(b) Dibuja los correspondientes diagramas multipartículas.(c) ¿Por qué las propiedades del cloruro de sodio son tan distintas de las de los productos de la reacción?

(a) Escribe y ajusta la ecuación química. 2 NaCl(l) 2 Na(s) + Cl2(g)

(b) Dibuja la estructura de las sustancias antes y después de la reacción.

(c) Contesta a este apartado observando los diagramas.

Los átomos que intervienen son los mismos, pues se conserva la masa durante la reacción, pero el modo como están unidos entre sí es muy diferente, y eso determina las propiedades de las sustancias.Así, el cloro y el sodio están unidos entre sí mediante un fuerte enlace que determina una estructura gigante iónica. En el sodio, el enlace entre sus átomos da lugar una estructura gigante metálica. El cloro es un gas constituido por moléculas diatómicas.

+

Sodio

Cloro

EJERCICIO 8

(a) Escribe la ecuación química ajustada de las reacciones que irán apareciendo en pantalla.(b) Clasifícalas como endotérmicas o exotérmicas.(c) Di qué tipo de reacciones son.

Lavoisier obtuvo el óxido de mercurio (II) por calentamiento suave y prolongado de mercurio en un recipiente abierto introducido en un baño de arena.

Cuando calentamos azufre en presencia de aire podemos observar una llama azul. El azufre desaparece y se percibe un olor sofocante. Se sabe que el azufre utiliza en en esta reacción su número de oxidación (+4).

Cuando calentamos azufre y hierro juntos se obtiene un sólido negro que ya no tiene propiedades magnéticas. Se sabe que en esta reacción el hierro utiliza su número de oxidación más bajo.

(a) 2 Hg (l)+O2 (g) 2 HgO(s)(b) Es una reacción endotérmica.(c) Es una reacción de formación o síntesis, también puede considerarse de oxidación

(a) S(s)+O2(g) SO2(g)(b) Es una reacción exotérmica.(c) Es una reacción de formación o síntesis; también puede considerarse de oxidación y de combustión.

(a) S(s)+Fe(s) FeS(s)(b) Es una reacción endotérmica.(c) Es una reacción de formación o síntesis.

EJERCICIO 9

Los hidrocarburos son compuestos de estructura molecular que están contenidos en el petróleo. Su nombre se debe a que los elementos que los constituyen son carbono e hidrógeno. Muchos de ellos son utilizados como combustibles y los productos de su combustión son siempre dióxido de carbono y agua. A partir de esta información: (a) escribe e iguala la ecuación química de combustión del metano; (b) represéntala en un diagrama multimolecular; (c) escribe e iguala la ecuaciones químicas de combustión del propano (C3H8) y del butano (C4H10)y (d) clasifica todas las reacciones desde el punto de vista de la energía que intercambian con el medio.

# Contesta al apartado (a).

# Contesta al apartado (b) dibujando la estructura de las sustancias antes y después de la reacción.

CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2 H2O(g)

+ +

C

H

O

# Contesta al apartado (c). C3H8(g)+5O2(g) 3CO2(g)+4 H2O(g) 2C4H10(g)+13 O2(g) 8CO2(g)+10 H2O(g)

# Contesta al apartado (d).

Todas las reacciones son exotérmicas, ya que los hidrocarburos se utilizan para producir energía.

EJERCICIO 10

Para cada ecuación química que aparezca en la pantalla: ajústala con los coeficientes apropiados, nombra los reactivos y productos que aparecen y di de qué tipo es.

KCl(aq)+AgNO3(aq) AgCl(s)+KNO3(aq)

La reacción está ajustada

CuCO3(s) CuO(s)+CO2(g)

La reacción está ajustada

Es una reacción de descomposición

Zn(s)+ HCl(aq) H2(g)+ ZnCl2(aq) Es una reacción de desplazamiento

Es una reacción de doble desplazamiento (precipitación)

Es una reacción de desplazamiento (reducción)

Fe2O3(s)+ C(s) CO2(g)+ Fe(s)

Carbonato de cobre(II) Óxido de cobre(II)+Dióxido de carbono

Cinc +Ácido clorhídrico Hidrógeno+Cloruro de cinc

Cloruro de potasio+Nitrato de plata Cloruro de plata+nitrato de potasio

2

2 3 3 4Óxido de hierro(III)+Carbono Dióxido de carbono+Hierro