Reacciones químicas (página 2)

Partes: 1, 2

Izquierda derecha

3 moléculas de hidrógeno (con 2 átomos) para formar:
¿Qué significa esta ecuación? N2 + 3 H2 ? 2 NH3
1 molécula de nitrógeno (con 2 átomos) reacciona con
2 moléculas de amoníaco ( Cada molécula contiene 1 átomo de N y 3 átomos de H)
1 mol de nitrógeno (N2) reacciona con
3 moles de hidrógeno (H2) para formar:
2 moles de amoníaco (NH3)

Siete elementos existen naturalmente como moléculas diatómicas: H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, y I2
Moléculas diatómicas

MÉTODO MATEMÁTICO PARA EL BALANCE DE ECUACIONES QUÍMICAS:
1. Asignar a cada coeficiente desconocido una letra.
3. Proponer el valor más simple (generalmente 1) a una de las letras y resolver el sistema de ecuaciones.
2. Hacer una lista con los elementos presentes en los reactantes y construir ecuaciones matemáticas con las letras propuestas en el paso 1, para cada elemento.

Ejemplo:
“El cobre reacciona con el ácido nítrico formando nitrato cúprico, dióxido de nitrógeno y agua”.

Paso 1: asignamos letras;
a Cu + b HNO3 ? c Cu(NO3)2 + d H2O + e NO2

Paso 2 : lista de los elementos de los reactantes;
Cu: ecuación 1 a = c
H : ecuación 2 b = 2d
N : ecuación 3 b = 2c + e
O : ecuación 4 3b = 6c + d + 2e
Paso 3 : resolver el sistema de ecuaciones
Cu + HNO3 ? Cu(NO3)2 + H2O + NO2

Sea a = 1, entonces de ecuación 1, la letra c = 1
Multiplicando la ecuación 3 por 3 y luego igualando la ecuación 4 con la nueva ecuación 3;
ecuación 4 = nueva ecuación 3
3b = 6c + d + 2e = 6c + 3e , se obtiene; d = e
Igualando la ecuación 2 con la ecuación 3 y reemplazando d = e;
b = 2d = 2c + e = 2e, se obtiene;
e = 2c, es decir: e = 2
Luego, d = 2 , y b = 4.

Finalmente la ecuación química balanceada será;
1 Cu + 4 HNO3 ? 1 Cu(NO3)2 + 2 H2O + 2 NO2

Cu + 4 HNO3 ? Cu(NO3)2 + 2 H2O + 2 NO2

Reacción de Combinación (Síntesis):
A + Z ? AZ
Reacción de Descomposición (Análisis):
AZ ? A + Z
Reacción de Simple Desplazamiento :
A + BZ ? AZ + B
Reacción de Doble Desplazamiento (Metátesis):
AX + BZ ? AZ + BX
Reacción de Neutralización:
HX + BOH ? BX + HOH

Tipos de reacciones químicas

Combinación
Descomposición
Simple Desplazamiento
Doble Desplazamiento

(Gp:) elemento + elemento compuesto

(Gp:) 2H2 + O2 2H2O

Combinación
Elementos o compuestos se combinan para formar un compuesto:

(Gp:) compuesto elemento + elemento

2H2O 2H2 + O2
Un compuesto se descompone en partes:

Descomposición

(Gp:) elemento + compuesto compuesto + elemento

Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2
Un elemento desplaza a otro elemento en un compuesto:

Simple Desplazamiento

(Gp:) compuesto + compuesto compuesto + compuesto

H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O
Hay un intercambio entre elementos de dos compuestos:

Doble Desplazamiento

Ejercicios:
Identifique el tipo de cada una de las siguientes reacciones:
1. Zn(s) + CuSO4(ac) ? ZnSO4(ac) + Cu(s)
2. 2 Sr(s) + O2(g) ? 2 SrO(s)
3. Cd(HCO3)2(s) ? CdCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)
4. H3PO4(ac) + 3 NaOH(ac) ? Na3PO4(ac) + 3 H2O(l)
5. AgNO3(ac) + KCl(ac) ? AgCl(s) + KNO3(ac)

Respuesta del ejercicio anterior:

Simple Desplazamiento
Combinación
Descomposición
Neutralización
Doble Desplazamiento

Cantidad de Sustancia (n):
Es el número de partículas que está contenida en una porción de materia. Estas partículas o Entidades Elementales (EE), pueden ser átomos, moléculas, iones, etc.
La unidad de medida de la Cantidad de sustancia es el mol.Un mol contiene 6,02×1023 EE (Número de Avogadro)
NA = 6,02×1023 EE/mol

NA = 6,02×1023 EE/mol
Un mol = 602.000.000.000.000.000.000.000,0 de EE
mil
millón
billón
trillón
Seiscientos dos mil trillones de partículas
¿cómo se lee esta cifra?

Corresponde a la masa en gramos de un mol de sustancia.
Para los elementos químicos, se han medido en referencia al isótopo más abundante del Carbono; el C-12. Un mol de átomos de C-12, equivale a 12,0000 g.
La masa molar de un mol de átomos de cualquier elemento, se conoce también como Peso atómico, PA.
Masa Molar (MM):

Masa Molar:
Suma de los pesos atómicos de todos los átomos presentes en la molécula.
Ejemplo: Cálculo del Masa Molar del sulfato férrico, Fe2(SO4)3.
2 x PA (Fe) = 2 x 55,8 = 111,6
3 x PA (S) = 3 x 32,1 = 96,3
12 x PA (O) = 12 x 16,0 = 192,0
Masa Molar = 399,9 g/mol

¿Cuál es la masa molar del 2,3-dimetilpentano?
FM: C7H16
MM: 7x 12 g/mol + 16×1 g/mol = 100 g/mol

Ca(OH)2
Mg(NO3)2
EjerciciosDetermine la Masa Molar de:

Cálculos de masa, moles y EE:
Para todo los procesos de cálculos, se aplican proporciones.

Ej.: Si la MM del NaOH es 40 g/mol,¿Cuántos moles se tendrá en 85 g del compuesto?

Solución:

Otro Ej.: Si la MM del Ca3(PO4)2 es 310 g/mol, calcular la masa en gramos de 0.72 moles de Ca3(PO4)2
Solución:

Solución:

Desde masa a Número de moléculas:
Si la MM del CO2 es 44 g/mol, calcular el número de moléculas que hay en 24.5 g de CO2
resolviendo paso a paso:

Cálculo completo:

Estequiometría
El término estequiometría se emplea para designar el cálculo de las cantidades de las sustancias que participan en las reacciones químicas.
Cuando se conoce la cantidad de una sustancia que toma parte en una reacción química, y se tiene la ecuación química balanceada, se puede establecer las cantidades de los otros reactivos y productos.

Estas cantidades pueden darse en moles, masa (gramos) o volúmenes (litros).
Este tipo de cálculos es muy importante y se utilizan de manera rutinaria en el análisis químico y durante la producción de las sustancias químicas en la industria.

Método de la relación molar
Se conocen varios métodos para resolver problemas estequiométricos, uno es el método molar o de la relación molar.
La relación molar es una relación entre la cantidad de moles de dos especies cualesquiera que intervengan en una reacción química.
Por ejemplo, en la reacción:
2H2 + O2 ? 2H2O

Sólo hay seis relaciones molares que se aplican. Estas son:

La relación molar es un factor de conversión cuyo fín es convertir, en una reacción química, la cantidad de moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia.
Ej.: Calcular la cantidad de moles de H2O que se pueden obtener a partir de 4.0 mol de O2

usaremos la relación molar

Cálculos Estequiométricos
A partir de la reacción anterior, en la que reacciona el hidrógeno más oxígeno para formar agua:

¿Cuántos moles y cuántos gramos de H2O se formarán a partir de 3 moles de H2?
Para responder a esta pregunta, se inicia el procedimiento poniendo la cantidad dada por el problema, es decir 3 moles de H2.
2 H2(g) + O2(g) ? 2 H2O(l)

Convirtiendo los moles de H2 en moles de H2O:
Convirtiendo los moles de H2O en masa de H2O:
También se puede convertir los moles de H2 directamente en masa de H2O:

Otro Ejemplo, considerando los datos:
Cu + 4 HNO3 ? Cu(NO3)2 + 2 H2O + 2 NO2

¿Qué masa en gramos de Cobre, deberá reaccionar con 100 g de ácido Nítrico, HNO3?

¿Qué masa en gramos de Cu(NO3)2 y de NO2 se obtendrá desde los 25,2 g de Cu?
Se deben emplear los siguientes datos:
Primero calculamos la masa de Cu(NO3)2:
Ahora calculamos la masa de NO2:

¿Qué masa en gramos de Cu(NO3)2 y de NO2 se obtendrá desde los 25,2 g de Cu?
Resolviéndolo mediante “regla de tres”:
Con el PA del Cobre, calculamos los moles:
63,5 g de Cu
1 mol de Cu
25,2 g de Cu
x de Cu
X = 0,397 mol de Cu
1 mol de Cu(NO3)2
X ˜ 0,4 mol de Cu
Con la ecuación balanceada, calculamos los moles de Cu(NO3)2:
X de Cu(NO3)2
0,4 mol de Cu
1 mol de Cu
X = 0,4 mol de Cu(NO3)2
Con la MM del Cu(NO3)2, calculamos la masa:
1 mol de Cu(NO3)2
0,4 mol de Cu(NO3)2
187,5 g de Cu(NO3)2
x de Cu(NO3)2
X = 75,0 g de Cu(NO3)2
margen de error por aproximación