*REACCIONES QUMICASUnidad 8

* Contenidos (1)1.-Concepto de reaccin qumica.2.-Escritura esquemtica y significado de las ecuaciones qumicas.3.-Teora de las colisiones.4.-Ajuste de las reacciones qumicas:4.1. Por tanteo.4.2. Por ecuaciones.

* Contenidos (2)5.-Tipos de reacciones:5.1. Reacciones de sntesis.5..2. Reacciones de descomposicin.5.3. Reacciones de sustitucin.5.4. Reacciones de doble sustitucin.5.5.Importancia del oxgeno en las reacciones de combustin.

* Contenidos (3)6.-Estequiometra de una reaccin qumica.6.1. Clculos con moles.6.2. Clculos con masas.6.3. Clculos con volmenes en condiciones normales.6.4. Clculos con volmenes en condiciones no normales.6.5. Clculos con reactivo limitante.6.6. Clculos con reactivos en disolucin.

* Contenidos (4)7.-Rendimiento de una reaccin qumica. Riqueza.8.- Algunas reacciones qumicas importantes en la sociedad. (trabajo bibliogrfico)9.- La energa en las reacciones qumicas.9.1. Calor de reaccin (rotura y formacin de enlaces).9.2.Reacciones exotrmicas y endotrmicas.

* Concepto de reaccin qumica.Es un proceso mediante el cual unas sustancias (reactivos) se transforman en otras (productos de la reaccin) por la reorganizacin de los tomos conformando molculas nuevas. Para ello es necesario que rompan enlaces en las molculas originales y se formen enlaces nuevos.

* Ejemplo de reaccin qumica. Reactivos Productos En la reaccin: H2 + I2 2 HI

se rompen 1 enlace HH y 1 enlace I Iy se forman 2 enlaces HI

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* Ajuste de una reaccin qumica.El nmero de tomos de cada elemento tiene que ser igual en los reactivos y en los productos.Se llama ajuste a la averiguacin del nmero de moles de reactivos y productos.CUIDADO! En el ajuste nunca pueden cambiarse los subndices de las frmulas de reactivos o productos.Mtodos de ajuste:Tanteo (en reacciones sencillas).Algebraicamente (en reacciones ms complejas) resolviendo un sistema de ecuaciones.

* Ejemplo: Ajustar la siguiente reaccin:HBr +Fe FeBr3 + H2Sean a, b, c y d los coeficientes (nmero de moles) de los respectivos reactivos y productos. a HBr + b Fe c FeBr3 + d H2H) a = 2dBr) a = 3cFe) b = cSea d = 1; entonces a = 2, c = 2/3 y b = 2/3Multiplicando todos los valores por 3 obtenemos los siguientes coeficientes:a = 6, b = 2, c = 2 y d = 3.Por tanto la ecuacin ajustada ser:6 HBr +2 Fe 2 FeBr3 + 3 H2

* Ejercicio: Ajusta las siguientes ecuaciones qumicas por el mtodo de tanteo:a) C3H8 + O2 CO2 + H2Ob) Na2CO3 + HCl Na Cl + CO2 + H2Oc) PBr3 + H2O HBr + H3PO3d) CaO + C CaC2 + CO e) H2SO4 + BaCl2 BaSO4 + HCl32

* Ejercicio: Ajusta las siguientes ecuaciones qumicas por el mtodo algebraico: a) a KClO3 b KCl + c O2 K) a = b;Cl) a = b; O) 3a = 2cSea a = 1. Entonces b = 1 y c = 3/2Multiplicando todos los coeficientes por 2: 2 KClO3 2 KCl + 3 O2 b) a HCl + b Al c AlCl3 + d H2H) a = 2d;Cl) a = 3c; Al) b = cSea c = 1. Entonces b = 1, a = 3 y d = 3/2Multiplicando todos los coeficientes por 2: 6 HCl + 2 Al 2 AlCl3 + 3 H2

* Ejercicio: Ajusta las siguiente ecuacin qumicas por el mtodo algebraico: a HNO3 + b Cu c Cu(NO3)2 + d NO + e H2OH) a = 2e;N) a = 2c + d; O) 3a = 6c +d + e; Cu) b = cSea 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 + eSistema de dos ecuaciones con dos incgnitas que resolviendo queda: e = 4/3; d= 2/3 con lo que a = 8/3Multiplicando todos los coeficientes por 3:8 HNO3 + 3 Cu 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2OComprobamos el n de tomos de cada tipo antes y despus de la reaccin: 8 tomos de H (4 2), 8 de N (23 +2), 24 de O (83= 323 +2 +4) y 3 de Cu

* Tipos de reacciones qumicas

Sntesis:A + B CDescomposicinSimple: A B + CMediante reactivo: AB + C AC + BCSustitucin (desplazamiento): AB + C AC + BDoble sustitucin (doble desplazamiento): AB + CD AC + BD2 H2 + O2 2 H2O

CaCO3 CaO + CO2

2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2

PbO + C CO + Pb

HCl + NaOH NaCl + H2O

* Estequiometra de una reaccin qumica.Es la proporcin en moles en la que se combinan los distintos reactivos y en la que se forman los distintos productos de la reaccin.Una vez determinado el nmero de moles de reactivos y productos (ajuste de la reaccin) se puede hacer el clculo en masa (gramos) o en volumen (litros) en el caso de gases o disoluciones.

* Tipos de clculos estequiomtricos.Con moles.Con masas.Con volmenes (gases)En condiciones normales.En condiciones no normales.Con reactivo limitante.Con reactivos en disolucin (volmenes).

* Ejemplo: En la reaccin ajustada anteriormente:6 HBr +2 Fe 2 FeBr3 + 3H2 qu cantidad de HBr reaccionar con 10 g de Fe y qu cantidades de FeBr3 e H2 se formarn?

6 HBr + 2 Fe 2 FeBr3 + 3H26 moles 2 moles 2 moles 3 moles485,4 g 111,6 g 591,0 g 6 g = = = x 10 g y zResolviendo las proporciones tendremos: 43,5 g 10 g 52,9 g 0,54 g

* Ejercicio:Se tratan 40 g de oxido de aluminio, con suficiente disolucin de cido sulfrico en agua para que reaccione todo el xido de aluminio y se forme sulfato de aluminio y agua. Calcula los moles del cido 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

M (Al2O3) = 2 27 u + 3 16 u = 102 u M [ Al2(SO4)3 ]= 2 27 u + 3 (32 u + 4 16 u) = 342 uPrimero, ajustamos la reaccin: Al2 O3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2 O 1mol 3moles 1mol 3moles 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 incgnitas del problema:

* Ejercicio:Se tratan 40 g de oxido de aluminio con suficiente disolucin de cido sulfrico en agua para que reaccione todo el xido de aluminio y se forme sulfato de aluminio Al2(SO4)3 y agua. Calcula los moles del cido 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 Al2 O3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2 O 102 g 3 moles 342 g 40 g n (mol) m (g)102 g 3 moles 40 g 3 mol = n (mol) = = 1,18 mol H2SO4 40 g n (mol) 102 g102 g 342 g40 g 342 g = m (g) = = 134,12 g Al2(SO4)3 40 g m (g) 102 g

* Ejemplo: Calcula el volumen de dixido de carbono que se desprender al quemar 1 kg de butano (C4H10) a) en condiciones normales b) a 5 atm y 50C.La reaccin de combustin del butano es:C4H10 + 13/2 O2 4 CO2 + 5 H2Oa) 1 mol 4 moles 58 g4 mol 22,4 l/mol 1000 gx x = 1544,8 litros

* Ejercicio: Calcula el volumen de CO2 que se desprender al quemar 1 kg de butano (C4H10) a) en condiciones normales b) a 5 atm y 50C.C4H10 + 13/2 O2 4 CO2 + 5 H2Ob) Cuando las condiciones no son las normales es mejor hacer el clculo en moles y despus utilizar la frmula de los gases: 58 g 4 moles 1000 g y y = 69 moles n R T 69 mol 0,082 atm L 323 K V = = = p mol K5 atm

= 365,5 litros

* Ejercicio: El oxgeno es un gas que se obtiene por descomposicin trmica del clorato de potasio en cloruro de potasio y oxgeno Qu volumen de oxgeno medido a 19C y 746 mm Hg se obtendr a partir de 7,82 g de clorato de potasio.Ecuacin ajustada: 2 KClO3 2 KCl + 3 O2 2 mol 3 mol 2 mol122,6 g/mol = 245,2 g 3 mol 7,82 g n(O2) Resolviendo se obtiene que n (O2) = 0,0957 moles n R T 0,0957 moles 0,082 atm L 292 K V= = = p mol K (746 / 760) atm

= 2,33 litros

* Reacciones con reactivo limitanteHay veces que nos dan ms de una cantidad de reactivos y/o productos.En estos casos, uno de los reactivos quedar en exceso y no reaccionar todo l.El otro reactivo se consume totalmente y se denomina reactivo limitante, ya que por mucho que haya del otro no va a reaccionar ms.

* 2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2 46 g 36 g 80 g 10 g m(H2O) m(NaOH) m(H2O) = 7,8 g lo que significa que el sodio es el reactivo limitante y que el agua est en exceso (no reaccionan 9 g 7,8 g = 1,2 g) m (NaOH) = 80 g 10 g / 46 g = 17,4 g

Ejemplo: Hacemos reaccionar 10 g de sodio metlico con 9 g de agua. Determina cul de ellos acta como reactivo limitante y qu masa de hidrxido de sodio se formar? En la reaccin se desprende tambin hidrgeno

* Ejercicio: 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.AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3169,8 g 143,3 g m 14 gDe donde se deduce que: m (AgNO3) que reacciona = 16,6 g m (AgNO3) sin reaccionar = 25 g 16,6 g = 8,4 g

* Ejemplo: Aadimos 150 ml de disolucin 2 M de hidrxido de sodio a otra disolucin de sulfato de magnesio. Averigua la masa de hidrxido de magnesio que se formar si el sulfato de magnesio est en exceso. 2 NaOH + MgSO4 Mg(OH)2 + Na2SO4 2 mol 58,3 g0,15 L 2 mol/L m De donde se deduce que: m (Mg(OH)2) = 0,3 mol 58,3 g / 2 mol = 8,7 g

* El rendimiento en las reacciones qumicas.En casi todas las reacciones qumicas suele obtenerse menor cantidad de producto dela esperada a partir de los clculos estequiomtricos.Esto se debe a:Perdida de material al manipularlo.Condiciones inadecuadas de la reaccin.Reacciones paralelas que formas otros productos.Se llama rendimiento a: mproducto (obtenida) Rendimiento = 100 mproducto (terica)

* Ejemplo: A 10 ml de disolucin de cloruro de sodio 1 M aadimos 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 reaccin es del 85 %.n(NaCl) = V Molaridad = 0,01 L 1 mol/LNaCl + AgNO3 AgCl + NaNO31 mol 143,4 g0,01 mol m (AgCl)De donde m(AgCl) = 1,43 g 1,434 g 85 mAgCl (obtenida) = = 1,22 g 100

* RiquezaLa mayor parte de las sustancias no suelen encontrarse en estado puro.Se llama riqueza al % de sustancia pura que tiene la muestra. m (sustancia pura) riqueza = 100 m (muestra)Ejemplo: Si decimos que tenemos 200 g de NaOH al 96 %, en realidad slo tenemos 96 200 g = 192 g de NaOH puro 100

* Ejemplo: Tratamos una muestra de cinc con cido clorhdrico del 70 % de riqueza. Si se precisan 150 g de cido para que reaccione todo el cinc, calcula el volumen de hidrgeno desprendido en C.N. 150 g 70 m (HCl) = = 105 g 100Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2 73 g 22,4 L 105 g V(H2)De dondeV = 105 g 22,4 L / 73 g = 32,2 litros

* Un gasleo de calefaccin contiene un 0,11 % en peso de azufre. a) Calcule los litros de dixido de azufre (medidos a 20C y 1 atm) que se producirn al quemar totalmente 100 kg de gasleo.b) Comente los efectos de las emisiones de dixido de azufre sobre las personas y el medio ambiente.DATOS: Masas atmicas: S=32; O=16a) 100 kg 0,11 m (S) = = 0,11 kg = 110 g 100 S + O2 SO2 32 g 1 mol = n(SO2) = 3,4 moles 110 g n(SO2) n R T 3,4 mol 0082 atm L 293 K V= = = 82,6 L p mol K1 atm

Cuestin de Selectividad (Marzo 98)

* Energa de las reacciones qumicas.En todas las reacciones qumicas se produce un intercambio energtico con el medio (normalmente en forma de calor) debido a que la energa almacenada en los enlaces de los reactivos es distinta a la almacenada en los enlaces de los productos de la reaccin.EREACCIN = EPRODUCTOS EREACTIVOS

* Energa de las reacciones qumicas (continuacin).Si en la reaccin se desprende calor sta se denomina exotrmica y si se consume calor se denomina endotrmica.Si EREACCIN > 0, EPRODUCTOS > EREACTIVOSpor tanto, se absorbe calor endotrmicaSi EREACCIN < 0, EPRODUCTOS < EREACTIVOSpor tanto, se desprende calor exotrmica

* Ejemplos de reacciones termoqumicasReaccin endotrmica: 2 HgO (s) +181,6 kJ 2 Hg (l) + O2 (g)Se puede escribir: 2 HgO (s) 2 Hg (l) + O2(g); ER = 181,6 kJ Reaccin exotrmica: C (s) + O2 (g) CO2 (g) +393,5 kJ Se puede escribir: C (s) + O2 (g) CO2 (g); ER = 393,5 kJ

* Ejercicio: La descomposicin de 2 moles de xido de mercurio (II) en mercurio y oxgeno precisa 181,6kJ a 25C y 1 atm de presin: a) calcula la energa necesaria para descomponer 649,8g de HgO; b) el volumen de O2 que se obtiene en esas condiciones cuando se descompone la cantidad suficiente de HgO mediante 500 kJ. 2 HgO 2 Hg + O2 ; E = 181,6 kJ 433,18 g 1 mol 181,6 kJa) 649,8 g E De donde E = 272,41 kJ b) n(O2) 500 kJ n(O2) = 500 kJ 1 mol/ 181,6 kJ = 2,75 mol V(O2) = n(O2) RT / p = 67,2 litros

* Teora de las colisionesPara que se produzca una reaccin qumica es necesario:1) que los tomos o molculas posean la energa cintica suficiente para que al chocar puedan romperse los enlaces de los reactivos (energa de activacin).2) que el choque posea la orientacin adecuada para que puedan formarse los enlaces nuevos.

* Perfil de una reaccinreactivosreactivosproductosproductosEnerga de activacinEnerga de reaccinEnerga

* CatalizadoresSon sustancias que, incluso en cantidades muy pequeas influyen la velocidad de una reaccin, pues aunque no intervengan en la reaccin global, si intervienen en su mecanismo con lo que consiguen variar la energa de activacin (normalmente disminuirla para que la reaccin se acelere).

* Perfil de una reaccin (sin y con catalizador)reactivosEnergaEnergas de activacincon catalizadorsin catalizadorproductosQ

* Procesos reversibles e irreversiblesUn proceso irreversible es el que tiene lugar en un slo sentido. Por ejemplo, una combustin; la energa 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 s y vuelven a generar los reactivos.

* Ejemplo de proceso reversibleLa reaccin de formacin del ioduro de hidrgeno es reversible:H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)El smbolo se utiliza en las reacciones reversibles para indicar que la reaccin se produce en ambos sentidos.

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