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UNIDAD 04 | LAS REACCIONES QUÍMICAS | FÍSICA Y QUÍMICA

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04 LAS REACCIONES QUÍMICAS

PROGRAMACIÓN DE AULA

La relación de competencias clave es la siguiente: comunicación lingüística (CL); competencia matemática y competencias en ciencia y tecnología (CMCT); competencia digital (CD); aprender a aprender (AA); competencias sociales y cívicas (CSC); sentido de iniciativa y espíritu emprendedor (SIEE); conciencia y expresiones culturales (CEC).

CONTENIDOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EVALUABLES

COMPETENCIAS CLAVE

•Cambios físicos y cambios químicos.

•La reacción química.

•Cálculos estequiométricos sencillos.

•Ley de conservación de la masa.

•La química en la sociedad y el medio ambiente.

•Utilización de las Tecnologías de la Información y la Comunicación.

1. Distinguir entre cambios físicos y químicos que pongan de manifiesto que se produce una transformación.

1.1. Distingue entre cambios físicos y químicos en función de que haya o no formación de nuevas sustancias.

CMCTAA

1.2. Describe el procedimiento, mediante la realización de experiencias de laboratorio, en el que se ponga de manifiesto la formación de nuevas sustancias y reconoce que se trata de un cambio químico.

CLCMCT

2. Describir a nivel molecular el proceso por el cual los reactivos se transforman en productos en términos de la teoría de colisiones.

2.1. Representa e interpreta una reacción química a partir de la teoría atómico-molecular y la teoría de colisiones.

CECCMCT

3. Deducir la ley de conservación de la masa y reconocer reactivos y productos a través de experiencias sencillas en el laboratorio y/o de simulaciones por ordenador.

3.1. Reconoce cuáles son los reactivos y los productos a partir de la representación de reacciones químicas sencillas, y comprueba experimentalmente que se cumple la ley de conservación de la masa.

CMCTAA

4. Comprobar mediante experiencias sencillas de laboratorio la influencia de determinados factores en la velocidad de las reacciones químicas.

4.1. Propone el desarrollo de un experimento sencillo que permita comprobar experimentalmente el efecto de la concentración de los reactivos en la velocidad de formación de los productos de una reacción química, justificando este efecto en términos de la teoría de colisiones.

CMCTSIEE

4.2. Interpreta situaciones cotidianas en las que la temperatura influye significativamente en la velocidad de la reacción.

CMCT

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La relación de competencias clave es la siguiente: comunicación lingüística (CL); competencia matemática y competencias en ciencia y tecnología (CMCT); competencia digital (CD); aprender a aprender (AA); competencias sociales y cívicas (CSC); sentido de iniciativa y espíritu emprendedor (SIEE); conciencia y expresiones culturales (CEC).

CONTENIDOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EVALUABLES

COMPETENCIAS CLAVE

5. Reconocer la importancia de la química en la obtención de nuevas sustancias y su importancia en la mejora de la calidad de vida de las personas.

5.1. Clasifica algunos productos de uso diario en función de su procedencia natural o sintética.

AACMCT

5.2. Identifica y asocia productos procedentes de la industria química con su contribución a la mejora de la calidad de vida de las personas.

CSCCMCT

6. Valorar la importancia de la industria química en la sociedad y su influencia en el medio ambiente.

6.1. Describe el impacto medioambiental del dióxido de carbono, los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno y los CFC y otros gases de efecto invernadero relacionándolo con los problemas medioambientales de ámbito global.

CSCSIEECMCT

6.2. Propone medidas y actitudes, a nivel individual y colectivo, para mitigar los problemas medioambientales de importancia global.

CSCCMCT

6.3. Defiende razonadamente la influencia que el desarrollo de la industria química ha tenido en el progreso de la sociedad, a partir de fuentes científicas de distinta procedencia.

CLCMCT

7. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

7.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

CD



12

• Enestaunidadsedistingueentrefenómenosfísicosyquímicosysedesarrollaelconceptodereacciónquí-micayalgunosdesustiposmásimportantes;tambiénsediferenciaentrereaccioneslentasyrápidasysees-tudian los factores que influyen en la velocidad dereacción.Comoenotrasunidades,sehacenecesariosondearelpuntodepartidadecadaalumnoconres-pectoaestosconceptosy,fundamentalmente,subsa-narlosposibleserrorespreconceptuales.

• Esimportantequelosalumnosdistinganentrecam-bios físicos y químicos, por lo que se deben ponerejemplosdeambostiposquesucedanasualrededor.Suelentenerlaideaequivocadadequeloscambiosdeestado son fenómenos químicos porque cambia laaparienciadelassustancias,porloquesedebeincidirenque,porejemplo,elhieloesaguasólidaynodejadeseraguacuandosefunde,oqueelvapordeaguaestambiénagua,ynoairecomoalgunoscreen.

• Convieneinsistirenladiferenciaentrereacciónquí-mica(procesoquetienelugarenlavasijadereacción)yecuaciónquímica(representaciónescritadeunareac-ción),yaquelosalumnosconfundenambostérminos.

• Esinteresantequelosalumnossepanquelasleyesdelas reaccionesquímicas se cumplen siempre.Así se

debeinsistirenquelaleydeLavoisiersecumpleaun-queseobtengangasesyaparentementeparezcaquesehaproducidounadisminuciónenlamasa.

• Para las reacciones de oxidación o concretamente,paralasdecombustión,tambiénsedebehacerrefe-renciaareaccionesconocidasporlosalumnoscomolaoxidacióndelhierro,lacombustióndelamaderaodelgas,etc.Convienequelosalumnosseanconscientesdequeenel interiorde los seresvivos seproducengrancantidaddereaccionesdeoxidación.

• Esimportantequelosalumnosentiendanquelavelo-cidaddelasreaccionesvaríamuchodeunasaotrasyque,inclusoparalamismareacción,sepuedevermo-dificada por factores externos, como temperatura,pulverizaciónoutilizacióndecatalizadores.

• Insistirenelcarácterexperimentaldelafísicaydelaquímica.

•Asimismo, esmuy interesanteque los alumnos en-tiendanbienlarepercusiónmedioambientalquepue-dengeneraralgunasreaccionesquímicas.Sepuedenplanteardebatesenlosquetomenposturasrespectoalosproblemasdecontaminaciónyproponganalgúntipodesolución.

Sugerencias metodológicas

8080

¿Qué relación encuentro entre esta unidad y mi entorno más cercano?

Haz memoria y recuerda todas las acciones que haces desde que te levantas hasta que te acuestas y comenta a tus compañeros en qué situaciones estás recurriendo a la ciencia como facilitadora de tu vida.

Las reacciones químicas04

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80-81 PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD

Metacognición

El alumno debe responder a la pregunta que para tal objeto está planteada en esta página, reconocible con el icono de dos circunferencias concéntricas. Al finalizar la unidad el alumno deberá dar respuesta a otra pregunta, que bajo el título DIARIO DE APRENDIZAJE pretende comprobar si se han conseguido las expectativas iniciales.

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INNOVACIÓN EDUCATIVA

Aprendizaje cooperativo

Emplear la estructura MEJOR ENTRE TODOS para visualizar y sacar conclusiones sobre lo que este inicio de unidad pretende. La pregunta superior derecha puede dar mucho juego antes de iniciar el estudio de esta unidad, la vez de motivar.

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82 8304 Las reacciones químicas

Reacciones químicasLa mezcla de dos gases: oxígeno e hidrógeno es estable, salvo que se aplique calor; en ese caso se inflama y aparecen unas gotitas de agua en el recipiente.

Se ha producido una transformación química o reacción química, ya que la sustancia final es completamente distinta a las sustancias iniciales.

02

Las sustancias iniciales se llaman reactivos, porque son las que reaccionan, y las sustancias finales se llaman productos, por ser las que se obtienen.

Una reacción química lleva asociada una reorganización de los átomos de los reactivos para formar los productos.

Cambios físicos y químicosSi observas a tu alrededor te darás cuenta de los efectos que algunos procesos o fenómenos ejercen sobre la naturaleza de las sustancias.

Verás que en algunos de estos procesos las sustancias no cambian su composi-ción; son los llamados cambios físicos. En otros casos, la naturaleza de las sustancias sí cambia, transformándose en otras distintas; son los denominados cambios químicos.

01

Un cambio físico afecta a las sustancias iniciales pero no las transforma en otras diferentes.

Una reacción química es un cambio químico en el que una o más sus-tancias se transforman en otra u otras diferentes.

A + B → C + D

reactivos productos

3 Haz una tabla en la que figuren las siguientes propieda-des: estado físico a temperatura ambiente, punto de fu-sión, punto de ebullición, densidad y color para el oxígeno, el hidrógeno y el agua.

4 El siguiente esquema simboliza la reacción de formación de agua. Cópialo en tu cuaderno y complétalo.

+ →

1 Cita dos cambios físicos y dos cambios químicos que ha-bitualmente se produzcan en tu casa.

2 Indica razonadamente cuáles de estos cambios son físi-cos y cuáles son químicos:

a. La formación de tu imagen en un espejo.

b. La preparación de una mayonesa.

c. La realización de un estofado.

d. La disolución de azúcar en leche.

e. La putrefacción de una manzana.

f. La utilización de una pila.

ACTIVIDADES

Cambios físicos Cambios químicos

TIPOS DE CAMBIOS

Un cambio químico es aquel en el que, cuando se produce,

cambia la composición de las sustancias iniciales.

Un cambio físico es aquel en el que, cuando se produce, no se

altera la composición de las sustancias que intervienen.

Cambios físicos

Al elevarse la temperatura, el hielo se funde y se transforma en agua líquida, pero el agua no

cambia su naturaleza aunque se encuentre en distinto estado.

Cuando se disuelve azúcar en agua se forma una disolución que contiene agua y azúcar. Si se

calienta la disolución, el agua se evapora y queda el azúcar.

Cuando la luz del Sol atraviesa las gotitas de agua y se separa en los siete colores del arco iris, la naturaleza de la luz no varía.

Cambios químicos

El proceso de fabricación del pan es un cambio químico, ya

que las sustancias iniciales (harina, aceite, levadura, agua y sal) se transforman en otra diferente.

Si un objeto de hierro se deja

cierto tiempo en presencia de oxígeno o agua, el hierro se oxida

y se forma un óxido de hierro (III) y

agua.

Cuando un trozo de papel se pone en contacto con una llama, arde, sale humo y el papel se transforma en cenizas, que tienen una composición distinta a la del papel.

En un cambio químico las sustancias iniciales se transforman en otras diferentes.

Hechos que indican que se produce una reacción química

Cuando aparecen burbujas.

Cuando se forma un precipitado (fase sólida que se forma en el seno de una disolución).

Cuando se desprende luz y calor.

Cuando se produce un cambio de color.

Cuando se produce una explosión con desprendimiento de calor, luz y sonido.


82 01 CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS

83 02 REACCIONES QUÍMICAS



Emplear la estructura LECTURA COMPARTIDA para abordar los tipos de cambios. Una vez finalizada el profesor dará un lista de los distintos tipos de cambios y mediante la estructura 1-2-4 se clasificaran.

>

1 Cambios físicos: la ebullición del agua al cocer un alimento, la caída de un objeto al suelo. Cambios químicos: la cocción de unas verduras, la transformación de la grasa en jabón al utilizar amoníaco.

2 Son cambios físicos: a), b) y d). Son cambios químicos: c), e) y f).

3

4

+ →

4 H2 + 2 O2 → 4 H2O

SOLUCIONES PÁG. 83

Propiedades Oxígeno Hidrógeno Agua

Estado físico a temperatura

ambienteGas Gas Líquido

Punto de fusión (ºC) –218,8 –259,2 0

Punto de ebullición (ºC) –183 –252,7 100

Densidad (g/L) 1,14 0,089 1 000

Color Incoloro Incoloro Incolora



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03.3 Ley de los volúmenes de combinación

En 1873, Henry Cavendish hizo saltar una chispa en una mezcla gaseosa de hidrógeno y oxígeno, y obtuvo vapor de agua. Al medir los volúmenes de las tres sustancias comprobó que un volumen de oxígeno necesitaba un volumen doble de hidrógeno para obtener el mismo volumen de agua que de hidrógeno:

1 L de oxígeno + 2 L de hidrógeno → 2 L de vapor de agua

Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850) realizó experimentos con otros gases y midió los volúmenes en iguales condiciones de presión y temperatura:

1 volumen + 1 volumen → 2 volúmenes de hidrógeno de cloro de cloruro de hidrógeno

Con estos resultados, Gay-Lussac enunció una nueva ley:

03.4 Ley de Avogadro

En 1811, Amedeo Avogadro (1776-1856) explicó esta ley partiendo de dos ideas:

•En volúmenes iguales de distintos gases, a la misma presión y temperatura, existe el mismo número de partículas.

•Las últimas partículas de los elementos gaseosos no son átomos sino agrega-dos de átomos iguales a los que llamó moléculas.

Leyes de las reacciones químicasEn el siglo xvii, el físico y químico irlandés Robert Boyle (1627-1691) calentó un metal durante horas hasta convertirlo en una sustancia blanca. Pesó el metal antes y después de calentarlo y observó que su masa había aumentado.

03.1 Ley de conservación de la masa

Antoine Laurent de Lavoisier calcinó estaño en un recipiente cerrado y observó la reacción de formación de un sólido blanco de óxido de estaño. Lavoisier comprobó que la masa total permanecía invariable. Esta experiencia y otras similares sirvieron a Lavoisier para enunciar su ley:

03

03.2 Ley de las proporciones definidasDespués de que Lavoisier enunciara su ley, el químico francés Joseph Louis Proust dedujo la ley que relaciona las masas de los elementos que forman un compuesto.

Al repetir la experiencia con una cantidad doble de plomo (40 g), se observa que reacciona con el doble de azufre, es decir, con 6,24 g de azufre. Es decir:

Si la experiencia se realiza con otras sustancias los resultados son análogos. A partir de estos resultados Proust enunció la siguiente ley:

La ley de la conservación de la masa establece que en toda reacción química la masa de las sustancias que reaccionan es igual a la masa de las sustancias que se forman.

Químico francés considerado el padre de la química moderna. Realizó numerosos estu-dios: la ley de conservación de la masa, des-cubrimiento del oxígeno, composición del aire, etc. Fue el primero en considerar que la respiración es una oxidación que produce energía para el organismo.

Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794)

Químico francés, fue uno de los fundadores del análisis químico. Se trasladó a España, donde fue nombrado profesor de química del Real Colegio de Artillería de Segovia; en cuyo laboratorio, realizó numerosas experiencias sobre composición de sustancias que le lle-varon a enunciar la ley de las proporciones definidas.

Entre las investigaciones de este físico y quí-mico inglés, destaca la demostración de que los gases pesan, que el aire es una mezcla de gases y que el agua no es un elemento. Tam-bién estudió la densidad terrestre y la gravita-ción, además del calor y la electricidad.

Joseph Louis Proust (1754-1826)

Henry Cavendish (1731-1810)

La ley de los volúmenes de combinación dice que cuando los gases se combinan para obtener compuestos también gaseosos, sus respectivos volúmenes guardan una proporción de números enteros sencillos, siempre que se midan en iguales condiciones de presión y temperatura.

1 volumen de cloro + 1 volumen de hidrógeno → 2 volúmenes de cloruro de hidrógeno

1 molécula de cloro + 1 molécula de hidrógeno → 2 moléculas de cloruro de hidrógeno

6 ¿Por qué cuando Boyle realizó la reacción en un reci-piente abierto obtuvo un aumento de masa y, sin em-bargo, Lavoisier al hacerla en un recipiente cerrado comprobó que la masa no cambiaba?

7 Cuando reaccionan 69 g de plomo con oxígeno se obtie-nen 74,3 g de óxido de plomo. ¿Qué cantidad de oxí-geno se ha combinado con el plomo?

5 Se mezclan 6 g de oxígeno con 3 g de hidrógeno para formar agua.

a. ¿Reacciona todo el oxígeno con todo el hidrógeno? ¿Cuál es el reactivo sobrante?

b. ¿Qué cantidad de agua se obtiene?

c. ¿Cuánto hidrógeno reaccionará con 4 g de oxígeno?

ACTIVIDADES

La ley de las proporciones definidas dice que cuando dos o más ele-mentos se combinan para formar un compuesto, la relación entre sus masas es constante:

masa Pbmasa S

= 20 g 3,12 g

=40 g

6,24 g= 6,4

masa elemento (1)masa elemento (2)

= constante

Las sustancias reaccionan en cantidades fijasEn una cápsula de porcelana se ponen 20 g de plomo y 5 g de azufre. Se mezclan y se calientan hasta que se obtiene un sólido negro y cristalino de sulfuro de plomo(II).

Se observa que todo el plomo ha reaccionado, sobra azufre, y se han formado 23,12 g de sulfuro de plomo(II). Por tanto, han reaccionado 3,12 g de azufre.


84-85 03 LEYES DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

RECURSOS

Refuerzo

R-04-01. Leyes de las reacciones químicas

En formato digital, descargable desde www.somoslink.com. Con soluciones.

5 a. Según la ley de las proporciones definidas para la formación del agua:

m (O)m (H)

=162

= 8

m (H) = m (O)

8= 6 g

8= 0,75 g de hidrógeno

6 g de oxígeno reaccionan con 0,75 g de hidrógeno, luego sobrará hidrógeno.

La cantidad de hidrógeno que sobra es: 3 g – 0,75 g = 2,25 g de H

b. De agua se obtendrá: 6 g + 0,75 g = 6,75 g de agua

c. m (H) = m (O)

8= 4 g

8= 0,5 g de hidrógeno

6 El compuesto obtenido era óxido de estaño, de masa mayor que el estaño porque se unía al oxígeno del aire. En recipiente abierto el metal toma oxígeno del aire que no se ha pesado. En recipiente cerrado se pesan juntos el metal y el aire que hay sobre él y que es con el que reacciona.

7 Como: masa de Pb + masa de O = masa de óxido de plomo

69 g + masa de O = 74,3 g

masa de O = 5,3 g de oxígeno

SOLUCIONES PÁG. 85



15


EJEMPLO

Ajusta la ecuación química correspondiente a la reacción del nitrógeno con el hidró-geno para dar amoniaco.

Ecuaciones químicasLas reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas. Una ecuación química consta de dos miembros separados por una flecha, que in-dica el sentido en que se produce la reacción y que se lee «para dar».

En el primer miembro se escriben las fórmulas químicas de las sustancias que reaccionan o reactivos y, en el segundo, las fórmulas de las sustancias que se obtienen o productos:

04

Las ecuaciones químicas deben estar igualadas o ajustadas, es decir, la masa debe conservarse según la ley de Lavoisier. Por tanto, el número de átomos de cada especie en los reactivos debe ser igual al de los productos (los mismos en ambos miembros de la reacción), ya que los átomos en la reacción no se crean ni se destruyen, sino que solo se organizan de otra forma.

04.1 Ajuste de ecuaciones químicasConsiste en conseguir que, en una ecuación química, el número de átomos de cada especie en los reactivos coincida con el de los productos; es decir, que el número de átomos de cada especie en los dos miembros de la ecuación química sean iguales.

El procedimiento para el ajuste por tanteo es el siguiente:

Reacción química es el cambio que tiene lu-gar en el recipiente de reacción, y ecuación es la forma de representarlo.

Ten en cuenta

Una ecuación química es la representación abreviada de una reacción química mediante las fórmulas de las sustancias que intervienen en el correspondiente cambio.

Reactivos → Productos

8 Ajusta las siguientes ecuacio-nes químicas:

a. H2 + Cl2 → HCl

b. HCl + Zn → ZnCl2 + H2

c. SO2 + O2 → SO3

d. C3H8 + O2 → CO2 + H2O

9 Ajusta estas ecuaciones quí-micas:

a. Mg + O2 → MgO

b. NaOH + HCl → NaCl + H2O

c. CH4 + O2 → CO2 + H2O

d. FeO + O2 → Fe2O3

ACTIVIDADES

El nitrógeno y el hidrógeno, por ser dos elementos gaseosos, tienen por fórmula química N2 y H2, respectivamente. La fórmula del amoniaco es NH3.

1

Las fórmulas de los elementos y los compuestos no se han alterado y se comprueba que el número de átomos de cada clase coincide en ambos miembros de la ecuación.

En ambos miembros de la ecuación hay dos átomos de nitrógeno y seis de hidrógeno. La ecuación está ajustada.

3

En el primer miembro hay 1 molécula de N2, (2 átomos de N), por lo que se obtendrán 2 moléculas de NH3.

N2 + H2 → 2 NH3

Al poner el coeficiente 2 delante de la molécula de amoniaco, hace que en el segundo miembro haya 6 átomos de hidrógeno (2 · 3 = 6); esto obliga a que en el primer miembro tenga que haber 3 moléculas de hidrógeno (3 · 2 = 6).

N2 + 3 H2 → 2 NH3

+ →

1 N2 + 3 H2 → 2 NH3

Para comenzar se elige un elemento, preferiblemente el que intervenga en una única especie, en este caso, el nitrógeno.

2

Todos los coeficientes son números enteros; por tanto, no es necesario multiplicar por ningún número.

N2 + H2 → NH3

Se escriben las fórmulas de todas las especies químicas que intervienen. Los reactivos y los productos se separan con la flecha de reacción.

Si la ecuación química es la del gas butano (C4H10) cuando reacciona con oxígeno (O2) se obtiene dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O):

C4H10 + O2 → CO2 + H2O

1 Se elige un elemento, generalmente el que interviene en el menor número de especies y se analiza el número de átomos que tiene este elemento en los dos miembros de la ecuación.Para conseguir que sean iguales se pone delante de cada compuesto el número que proceda.

En este caso, el carbono y/o el hidrógeno.

En el primer miembro hay una molécula de C4H10

(4 átomos de carbono y 10 de hidrógeno), por lo que se obtendrán 4 moléculas de CO2 y 5 de H2O:

C4H10 + O2 → 4 CO2 + 5 H2O

Ahora en el segundo miembro hay 13 átomos de oxígeno, por lo que se necesitan 13/2 moléculas de O2:

C4H10 +

132

O2 → 4 CO2 + 5 H2O

2 Si los coeficientes son fraccionarios, se multiplica la ecuación por el número adecuado para que se transformen en números enteros.

En este caso se multiplica por 2:

2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O

Se comprueba que no se ha modificado ninguna fórmula y que el número de átomos de cada clase coincide en los dos miembros de la ecuación. Por tanto, la ecuación está ajustada.

3Ajusta la ecuación química correspondiente a la reacción del oxígeno con el hidró-geno para dar agua.

EJEMPLO

El hidrógeno y el oxígeno, por ser dos elementos gaseosos, tienen por fórmula química H2 y O2, respectivamente. La fórmula del agua es H2O.

1H2 + O2 → H2O

En el primer miembro hay 2 átomos de oxígeno, por lo que se forman dos moléculas de agua:

2H2 + O2 → 2 H2O

En el segundo miembro hay 4 átomos de hidrógeno, por lo que se necesitan dos moléculas de este elemento:

32 H2 + O2 → 2 H2O


86-87 04 ECUACIONES QUÍMICAS

88-89 05 CÁLCULOS CON ECUACIONES QUÍMICAS88 8904 Las reacciones químicas

05.2 Cálculos volumen-volumen

Las leyes de Gay-Lussac y de Avogadro permiten establecer proporciones entre volúmenes.

Cálculos con ecuaciones químicasCuando se realiza una reacción, tanto en el laboratorio como en la industria, con objeto de preparar un compuesto químico, se deben resolver algunas cues-tiones previas como: ¿de qué cantidades de reactivo se debe partir para obtener una determinada cantidad de producto?, ¿qué cantidad de sustancia se puede obtener a partir de unas cantidades dadas de reactivos?

Para ello se realizan los cálculos estequiométricos, es decir, las operaciones necesarias para conocer con precisión la cantidad que se va a obtener de un determinado producto, sabiendo las cantidades de los reactivos.

05.1 Cálculos masa-masa

La ecuación química de una reacción puede utilizarse para calcular las canti-dades de las sustancias que intervienen, ya que indica la proporción entre reac-tivos y productos.

05

Masa molar

La masa molar de una molécula coincide con el valor de la masa molecular de dicha sus-tancia, expresada en gramos.

Ten en cuenta

EJEMPLO

El carbonato de calcio (CaCO3) se descompone por el calor en óxido de calcio (CaO) y dióxido de carbono (CO2).

a. ¿Qué masa de óxido de calcio se obtendrá al calcinar 61,3 g de carbonato de calcio?

b. ¿Cuántos gramos de dióxido de carbono se obtendrán?

1. Se identifican los reactivos y productos y se escribe la ecuación ajustada, indicando los estados de agregación de las sustancias:

Reactivos: CaCO3

Productos: CaO y CO2

Ecuación ajustada: CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)

2. Se indican las masas molares debajo de cada sustancia:

CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)

Masas molares: 100 56 44

a. Se escriben las proporciones entre las cantidades conocidas (CaCO3) y las desconoci-das (CaO) expresadas en gramos:

100 g CaCO 3

56 g CaO=

61,3 g CaCO 3

x ⇒ x = 34,33 g CaO

b. En este caso, la sustancia conocida es la misma que en el apartado anterior y la des-conocida es el dioxido de carbono (CO2):

100 g CaCO 3

44 g CO2 =

61,3 g CaCO 3

x ⇒ x = 26,97 g CO2

En la calcinación del mármol (carbonato de calcio, (CaCO3) se obtienen vapores

de dióxido de carbono (CO2).

11 Para la reacción anterior, calcula:

a. La cantidad de oxígeno que reaccionará con 8 g de hidrógeno.

b. La masa de agua que se obtendrá.

c. El volumen de hidrógeno que reaccionará con 10 L de oxígeno.

d. El volumen de agua que se obtendrá con 10 L de oxí-geno.

10 Para la reacción de formación de agua, cuya ecuación es:

2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l)

Cada reaccionan con para formar

2 moléculas de hidrógeno

A2 moléculas

de agua

4 g de hidrógeno 32 g de oxígeno B

2 volúmenes de hidrógeno C D

Halla A, B, C y D.

ACTIVIDADES

El nitrógeno y el oxígeno reaccionan para formar monóxido de nitrógeno. ¿Qué volu-men de cada reactivo es necesario para obtener 5 L de monóxido de nitrógeno?

1. Se identifican los reactivos y los productos y se escribe la ecuación ajustada, indi-cando los estados de agregación de las sustancias:

Reactivos: N2 y O2

Productos: NO

Ecuación: N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g)

2. Utilizando los coeficientes estequiométricos se establece la proporción en volúmenes:

N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g)

Proporción en volúmenes: 1 volumen + 1 volumen → 2 volúmenes

3. Se escriben las proporciones entre las cantidades que nos dan y las que nos solicitan:

+ →

1 volumen de nitrógeno + 1 volumen de oxígeno → 2 volúmenes de monóxido de nitrógeno

1 volumen de N2 2 volumen de NO

=x

5 L de NO ⇒ x = 2,5 L de N2

La cantidad de O2 es también 2,5 L, ya que la proporción en que reacciona es la misma que la del N2.

EJEMPLO


8 a. H2 + Cl2 → 2 HCl

b. 2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2

c. AgNO3 + NaCl → NaNO3 + AgCl

d. C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

9 a. 2 Mg + O2 → 2 MgO

b. NaOH + HCl → NaCl + H2O

c. CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

d. FeO + O2 → Fe2O3

SOLUCIONES PÁG. 87


Se resolverán las actividades 8 y 9 con la estructura TRABAJO POR PAREJAS.

10 A: una molécula de oxígeno. B: 36 g de agua. C: 1 volumen de oxígeno. D: 2 volúmenes de agua.

11 La reacción es: 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l)

A partir de la tabla anterior podemos establecer las siguientes proporciones:

a.

4 g deH2

32 g de O2

=8 g deH2

xx = 64 g de O2

b. 36 g de agua

c. 20 L de hidrógeno.

SOLUCIONES PÁG. 89



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90-91 06 ALGUNAS REACCIONES QUÍMICAS DE INTERÉS90 9104 Las reacciones químicas

Reacciones de combustiónLas reacciones de combustión son reacciones de oxidación en las que una sus-tancia arde uniéndose al oxígeno y produce otras sustancias diferentes.

La sustancia que arde se denomina combustible y la sustancia que mantiene la combustión se llama comburente.

Uno de los usos más frecuentes de las reacciones de combustión es la pro-ducción de energía. En la actualidad, los combustibles más utilizados son los hidrocarburos (compuestos derivados del petróleo formados por car-bono e hidrógeno) que en presencia de oxígeno producen dióxido de car-bono, agua y energía. Así, por ejemplo, la reacción de combustión del metano (CH4) es:

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

El CO2 desprendido crea problemas medioambientales y contribuye a au-mentar el efecto invernadero. Por este motivo, las investigaciones se enca-minan a la fabricación de vehículos no contaminantes como los coches eléctricos.

Reacciones de combustión en el reino animal. MetabolismoEl metabolismo es el conjunto de cambios físicos y químicos que se originan en los seres vivos y que sirven, por un lado, para mantener sus funciones vita-les (anabolismo) y, por otro, para generar la energía que necesitan (cotabo-lismo).

Así, los alimentos ingeridos, ricos en hidratos de carbono, se descomponen, entre otros compuestos, en glucosa (C6H12O6) que pasa desde el intestino a la sangre y de esta a las células donde se producen las reacciones de combustión:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energía

Tanto en la industria como en los laboratorios se producen un gran número de reacciones químicas. Por su importancia, destacan las reacciones con el oxígeno.

06.1 Reacciones con el oxígeno

El oxígeno es el elemento químico más abundante de la corteza terrestre. La mayoría de dichos elementos reaccionan con el oxígeno dando lugar a una reacción de oxidación. Un caso particular de la reacción de oxidación es la denominada reacción de combustión.

Reacciones de oxidaciónEn las reacciones de oxidación el oxígeno se une al elemento de forma lenta y sin gran desprendimiento de energía, y se forma un compuesto llamado óxido:

elemento + oxígeno (O2) → óxido

La reacción contraria, en la que el óxido se descompone, produce el metal y libera oxígeno, también existe y se llama reacción de reducción:

calor

óxido → metal + oxígeno

La formación de óxidos no siempre es ventajosa, ya que a veces la oxidación de algunos no metales, como el carbono y el azufre, pueden crear problemas medioambientales. El CO2 desprendido contribuye a aumentar el efecto inver-nadero, y el SO3 formado por la oxidación del azufre favorece la denominada lluvia ácida.

Asimismo, la oxidación de metales, como el hierro, produce grandes perjuicios económicos. El hierro es uno de los metales que más se utiliza en la industria y en la construcción, pero en presencia de oxígeno y humedad se oxida rápidamente y se corroe. Para evitarlo, se recubre de una capa de pintura y de una capa de otro metal que no se oxide, por ejemplo de cromo, lo que se denomina cromado.

Algunas reacciones químicas de interés06

Formación de un óxido

Lavoisier calculó la masa de un alambre de hierro, lo calentó al rojo y lo pesó de nuevo.

Observó que su masa había aumentado. Este aumento era consecuencia de la unión entre el metal y el oxígeno según la reacción:

4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3

A este proceso lo llamó oxidación.

La lluvia ácida tiene consecuencias nocivas para el entorno, sobre todo en los lagos, ríos, arroyos, pantanos y otros medios acuáticos.

La combustión es una reacción de oxidación rápida en la que se des-prende calor y frecuentemente luz.

Contaminación atmosférica del CO2.

Una sustancia arde con el oxígeno y produce sustancias diferentes, calor y, a veces, luz.

El oxígeno se une a un elemento para dar un óxido.

Reacción de oxidación

Reacción de combustión

REACCIONES CON EL OXÍGENO

Es el conjunto de reacciones a partir de las cuales se obtiene energía y se regula la temperatura corporal.

Es el conjunto de reacciones que producen la síntesis y la regeneración celular.

Anabolismo Catabolismo

METABOLISMO

12 Dónde se oxida antes el hierro en una ciudad de interior o en la costa. ¿Sabes por qué?

13 En las películas, habrás visto que para apagar el fuego arrojan una manta por encima. ¿Es eficaz este método? ¿Por qué crees que se hace?

14 En la elaboración de algunos postres se quema un poquito de licor. Si gran parte del licor es etanol (C2H6O), escribe las sustancias que intervienen en la reacción de combustión que se produce y ajusta la ecuación química corres-pondiente.

ACTIVIDADES


RECURSOS

Ampliación

A-04-01. Estequiometría


A-04-02. Cálculos con reacciones químicas


12 En una ciudad de la costa.

13 Sí es eficaz, porque se evita la presencia de oxígeno que es uno de los reactivos de la combustión.

14 C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

SOLUCIONES PÁG. 91


Emplear la estructura LECTURA COMPARTIDA para abordar los diferentes apartados de esta doble página. Una vez finalizada la lectura, emplear LA SUSTANCIA con el fin de determinar las ideas principales.



17


La superficie de contacto entre los reactivosLa velocidad es mayor cuanto mayor es la superficie de contacto entre los reacti-vos; esto se consigue con una mayor pulverización o utilizándolos en disolución.

La presencia de catalizadoresLos catalizadores son sustancias que cambian la velocidad de una reacción aumentándola o disminuyéndola; los primeros son catalizadores positivos y los segundos, negativos. Solo se necesita una cantidad muy pequeña de cata-lizador, y en la mayoría de las veces se recupera al final de la reacción.

La temperaturaLa velocidad de reacción suele aumentar con la temperatura. Se estima que un aumento de 10 ºC en una reacción hace que se duplique la velocidad.

Velocidad de una reacción químicaLa rapidez con la que se produce una reacción química nos la da la velocidad de reacción.

07

07.1 Factores que afectan a la velocidad de reacción

La naturaleza de los reactivosDos reacciones pueden ser similares, y, sin embargo, las velocidades ser com-pletamente distintas según los reactivos que se utilicen.

La concentración de los reactivosLa velocidad de una reacción aumenta al hacerlo la concentración de los reactivos.

La velocidad de reacción es la cantidad de sustancia que se forma o que desaparece en cada unidad de tiempo.

La rapidez y el grado de pulverización

En un vaso de precipitado se prepara una disolución de ácido clorhídrico (HCl) y se añade un poco de tiza (CaCO3) pulverizada.

Se repite el procedimiento pero con un trozo de tiza sin triturar.

La reacción de la tiza (CaCO3) y el ácido clorhídrico (HCl) es:

CaCO3 (s) + 2 HCl (aq) → CaCl2 (ac) + H2O + CO2 (g)

Se observa que la reacción es más rápida en el primer caso porque la superficie de contacto es mayor (se desprende más CO2).

1

2

La rapidez y los catalizadores

Se pone un poco de azúcar en una cápsula de porcelana y se intenta quemarla con un mechero. Se observa que el azúcar se quema sin producirse llama.

Se pone un poco de ceniza sobre el azúcar y se acerca a la mezcla la llama de un mechero. Ahora el azúcar arde con llama.

1

2

La rapidez y la temperatura

Se pone un poco de agua oxigenada (peróxido de hidrógeno, H2O2) en un erlenmeyer.

Solo si se calienta con un mechero se observa la formación de burbujas, que indica que se está descomponiendo en agua y oxígeno gaseoso:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

1

2

15 En el experimento de «La rapi-dez y los catalizadores», indica razonadamente cuál es el cata-lizador: ¿el azúcar o la ceniza?

16 ¿Por qué crees que se ponen los alimentos en el frigorífico?

17 Qué reacciones son más rápi-das: ¿las reacciones entre gases o entre sólidos? Explica por qué.

ACTIVIDADES

La rapidez y los reactivos

Se dispone de tres metales distintos.

Se pone un trozo muy pequeño de sodio (Na) en una cápsula de porcelana y se añade una gota de agua. La reacción de oxidación es muy explosiva y se desprenden burbujas y energía. El sodio debe manipularse con mucha precaución y con los elementos necesarios para protegerse.

En un vaso de precipitado se coloca un clavo o un trozo de hierro con agua. El óxido de hierro(III) (Fe2O3) tarda unos días en aparecer. En la imagen se puede ver el óxido formado después de dos semanas.

Se coloca un trocito de plomo (Pb) en agua. Al cabo de varios días no se observa ninguna reacción.

1

2

3

1 2

3

La rapidez y la concentración

En dos tubos de ensayo se introducen unas limaduras de cinc metálico (Zn) y se añade ácido clorhídrico (HCl) concentrado en uno de ellos y diluido en el otro.

Se produce la reacción:

Zn (s) + 2 HCl (ac) → ZnCl2 (ac) + H2 (g)

Se observa que en el primero se desprende mayor cantidad de burbujas de hidrógeno.

1

2

3

1 2

21

1 2


92-93 07 VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN QUÍMICA

15 La ceniza.

16 Porque las reacciones de descomposición se producen más lentamente a menor temperatura.

17 Son más rápidas las reacciones entre gases porque hay más superficie de contacto entre los reactivos.

SOLUCIONES PÁG. 93

RECURSOS


08.2 Efecto invernadero

La mayor parte de las radiaciones que llegan a la Tierra procedentes del Sol se reflejan y regresan al espacio, pero una pequeña parte queda retenida y sirve para mantener la temperatura media de la Tierra; de no existir la atmósfera, la temperatura de nuestro planeta sería de unos –18 ºC.

Sin embargo, en los últimos años, las actividades humanas están originando un aumento alarmante de los gases que producen este efecto, similar al que tiene lugar en el interior de un invernadero (por los plásticos o los cristales que lo cubren), ya que actúan como una pantalla sobre la superficie terrestre.

Los gases que producen este efecto son principalmente el dióxido de carbono (CO2), procedente de las reacciones de combustión; el metano (CH4), procedente de la agricultura y la ganadería; los óxidos de nitrógeno y los clorofluorocarbo-nos (CFC), que proceden de frigoríficos y aerosoles.

El aumento de la temperatura global de la Tierra puede fundir parte del hielo de los casquetes polares, elevando el nivel de mares y océanos.

08.3 La disminución de la capa de ozono

El ozono (O3) es una forma distinta en la que se puede presentar el oxígeno.

Se denomina capa de ozono a la zona de la estratosfera donde el ozono es más abundante de lo normal, y agujero de la capa de ozono a la zona donde la concentración de ozono es menor de lo normal.

El ciclo del ozono consta de su formación y posterior descomposición, en un equilibrio dinámico que mantiene constante su concentración. Para este pro-ceso utiliza la mayor parte de la radiación ultravioleta que llega del Sol, peli-grosa para los seres vivos, impidiendo que llegue a la Tierra:

FORMACIÓN DE OZONO DESCOMPOSICIÓN DE OZONO

La radiación ultravioleta divide la molécula de O2 en átomos de O que se combinan con moléculas de oxígeno para formar ozono:

O2 → O + O y O + O2 → O3

El ozono absorbe la radiación ultravioleta que llega del Sol y se descompone en oxígeno

molecular y oxígeno atómico:O3 → O2 + O

En la actualidad, el uso de los clorofluorocarbonos (CFC) y los óxidos de nitró-geno está prohibido, ya que destruyen el ozono atmosférico.

Reacciones contaminantesLa fabricación de muchas sustancias (jabones, cosméticos, plásticos…) y má-quinas (coches, aviones…) que mejoran nuestra calidad de vida, así como la utilización masiva de vehículos de motor, vierten al medioambiente sustancias que son perjudiciales para la vida y la Tierra. Para combatir los efectos conta-minantes de estas sustancias se ha desarrollado la denominada Química medioambiental.

08.1 Lluvia ácida

Antes de la Revolución Industrial el agua de lluvia presentaba un carácter lige-ramente ácido, pero después de ella, en algunas zonas fuertemente industria-lizadas, el agua de lluvia ha llegado a presentar una acidez considerable capaz de dañar la naturaleza y los materiales.

La lluvia ácida se debe principalmente a dos sustan-cias que, al reaccionar con el agua de lluvia, la vuelven ácida, porque originan ácido sulfúrico y ácido nítrico.

•Dióxido de azufre (SO2). Tanto el carbón como el petróleo que se queman en las centrales eléctricas contienen azufre como impureza, cuya oxidación produce este dióxido de azufre:

S + O2 → SO2

El dióxido de azufre se puede oxidar a trióxido de azufre, que posteriormente reacciona con el agua de lluvia para producir ácido sulfúrico:

2 SO2 + O2 → 2 SO3 ⇒ SO3 + H2O → H2SO4

•Óxidos de nitrógeno (NO y NO2). Se producen en las centrales térmicas y en los motores de los vehículos. Estos óxidos reaccionan con el agua de lluvia y producen ácido nítrico:

2 NO + O2 → 2 NO2 ⇒ 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO

Estos dos ácidos se incorporan a las nubes, desde donde caen en forma de lluvia ácida y producen daños en:

•La salud humana, a través del agua potable y de la ingestión de peces.

•Los suelos, ya que dañan los bosques, sobre todo los de coníferas.

•Las aguas de ríos y lagos, donde se produce la muerte de muchos peces.

•Los monumentos, sobre todo los realizados con piedra caliza, ya que trans-forman la caliza en yeso, que, posteriormente, es arrastrado por la lluvia.

En la actualidad existen algunas soluciones para reducir las emisiones de gases contaminantes, con lo que los efectos de la lluvia ácida están disminuyendo.

08

Efecto de la lluvia ácida en la piedra caliza.

Radiación solar Reflejadanuevamentepor la atmósfera

Reflejada porla superficie

Límitede la atmósfera Absorbida por

la Tierra

Esquema del efecto invernadero.

El agujero de la capa de ozono más grande en la Antártida fue registrado en septiembre de 2000.

Reducción del agujero de ozono detectada en septiembre de 2012.

2 NO + O2 → 2 NO2

SOXNOX

2 SO2 + O2 → 2 SO3

SO3 + H2O → H2SO4

S + O2 → SO2

3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO

18 La temperatura de Venus es superior a la de Mercurio, aunque está más lejos del Sol. ¿Qué explicación encuentras?

19 Escribe las fórmulas de las moléculas que corresponden al oxígeno atmosférico.

20 Busca información y haz una tabla en la que figuren los gases que produ-cen efecto invernadero y su procedencia.

ACTIVIDADES


94-95 08 REACCIONES CONTAMINENTES

Ampliación

A-04-03. Experiencia: velocidad de reacción y superficie de contacto


Página web

youtube.com/watch?v=ExH_YRfYToI

18 La explicación es que en Venus existe un fuerte efecto invernadero.

19 El oxígeno molecular es: oxígeno diatómico, O2; oxígeno triatómico u ozono, O3.

20 Respuesta libre.

SOLUCIONES PÁG. 95



18

9704 Las reacciones químicas04 Las reacciones químicas

FÍSICA Y QUÍMICA Y…

96

TÉCNICA DE TRABAJO

La botella azulPlanteamientoUna disolución cambia de color, según se agite o se deje en reposo.

Reactivos• 0,05gdeazuldemetileno

• 6gdehidróxidodesodio

• 10gdeglucosa

Materiales• Dosrecipientes:unvasode

precipitadode100mLyunmatrazesféricodefondoplanode0,5L.

• Untapóndeplásticoquecierreherméticamenteelrecipientede0,5L.

Experimento

Prepara una disolución de azul de metileno

•En el vaso de precipitado disuelve 0,05 g de azul de metileno en 0,05 L de agua destilada.

Añade glucosa a una disolución básica

•En el matraz de 0,5 L vierte 0,3 L de agua destilada.

•Añade 6 g de hidróxido de sodio. Coloca bien el tapón y agita hasta que se disuelva por completo.

•Destapa el matraz y añade 10 g de glucosa. Espera a que se disuelva.

Incorpora el azul de metileno

•Con un cuentagotas, añade al matraz de 0,5 L media docena de gotas de la disolución de azul de metileno. Deja el recipiente en reposo hasta que el líquido del interior se vuelva transparente.

•Tapa bien el matraz y agítalo un par de veces, con un movimiento circular de la mano, para que el líquido se mezcle con el aire del interior. Se volverá azul.

•Déjalo reposar hasta que recupere la transparencia.

•Repite los dos últimos pasos.

1

2

3

En este vídeo po-drás ver este ex-perimento donde se utiliza KOH en lugar de NaOH.

ExplicaciónLa molécula de azul de metileno puede adoptar dos formas distintas, una azul y otra incolora.

La glucosa (con hidróxido de sodio) transforma la molécula azul en incolora.

Al agitar el líquido, la molécula incolora capta el oxígeno del aire y adopta su forma azul.

SeguridadUtiliza guantes y gafas. El hidróxido de sodio al combinarse con el agua desprende bas-tante calor.

Al terminar, vierte el líquido del segundo recipiente en el fregadero con agua abundante.

CineSmoke es una película norteamericana de 1995, escrita por el novelista Paul Auster. Uno de sus protagonistas es precisamente otro escritor, Paul Benjamin, interpretado por el actor William Hurt. Al comienzo de la película, Ben-jamin relata una anécdota sobre el pirata, poeta y espía del siglo xvi Walter Raleigh. Estando en la corte de Ingla-terra, Raleigh presumió ante la reina de que era capaz de medir el peso del humo. Ella, convencida de que estaba fanfarroneando, le desafió a que lo hiciera.

Raleigh pidió que le trajeran una balanza y un cigarro. Pesó el cigarro y después lo prendió. A continuación, fue acumu-lando en uno de los platillos de la balanza la ceniza que se formaba. Cuando terminó, depositó la colilla junto a las ce-nizas y las pesó juntas. Por último, restó el valor de esta pesada del peso que había obtenido para el cigarro entero. Según Raleigh, la diferencia correspondía al peso del humo.

Arte e HistoriaUna amplia variedad de catalizadores regula la velocidad de las reacciones químicas que tienen lugar en los organismos. Si sufren alguna alteración, se pueden provocar procesos de envenenamiento más o menos acusados. Es lo que ocurre, por ejemplo, cuando el plomo pasa a la sangre, ya que reacciona con un catalizador que intervie-ne en la producción de la hemoglobina y lo neutraliza.

La primera civilización en hacer un uso extensivo del plomo fue la romana y hay quien achaca parte de su decadencia a un progresivo envenenamiento de la pobla-ción, causada por el metal.

Durante siglos, uno de los pigmentos básicos en la pintura al óleo fue el famoso «blanco de plomo» (PbCO3). Se ha atribuido la mala salud de numerosos pintores, como Goya o Van Gogh, a la intoxicación crónica con este elemento.

1. ¿Qué clase de reacción química tiene lugar al prender un cigarro?

2. Además de los átomos que forman el cigarro, y que pasan al humo, ¿interviene algún otro elemento en la reacción?

3. El sistema empleado por Raleigh, ¿le permitía medir realmente el peso del humo? ¿Por qué?

RAZONA

William Hurt en el papel de Paul Benjamin.

La lechera de Johannes Vermeer (1632-1675), un cuadro pintado con blanco de plomo.

04 Las reacciones químicas

1. ¿Cuántas reacciones tienen lugar como mínimo? ¿Cómo puedes saberlo? ¿Ocurren con la misma velocidad?

2. ¿Una menor o mayor agitación afecta a la velocidad de oxi- dación?

3. Si la disolución final llenase todo el recipiente, ¿se producirían los cambios de color?

PRACTICA TÚ


96 TÉCNICAS DE TRABAJO

97 FÍSICA Y QUÍMICA Y…

RECURSOS

Página web

youtube.com/watch?v=UvpvfRjWe_o


APRENDE A APRENDER

Ley de los volúmenes de combinación

Masa-masa Volumen-volumen

Ley de Avogadro

.....

.....

..........

.....

Cambios químicos

Leyes .......... Reacciones de combustión

Naturaleza de los reactivos

Presencia de catalizadores

La temperatura

Reacciones con el oxígeno

se rigen por se ajustan por por ejemploen que los

se transforman en como

con las que se realizan

pueden serse representan porson

REACCIONES QUÍMICAS

Cálculos

que dependen de la

Velocidad de reacción

se producen con una

Contaminantes

y provocan

pueden ser

.....

Lluvia ácidaReactivos

Ecuaciones químicas

Formad grupos con los compañeros de clase para resolver las siguientes acti-vidades:

1 Copiad y completad en vuestro cuaderno el esquema de la unidad.

2 Una vez resuelta la actividad anterior, elaborad un PowerPoint para hacer una presentación de la unidad al resto de la clase.

3 Preparad un mural en el que figuren los distintos tipos de reacciones vistos en la unidad, algún ejemplo y un dibujo o fotografía de cada una de ellas.

4 Buscad información sobre la lluvia ácida y el efecto invernadero, sus causas y sus efectos, y debatid en clase a qué estaríais dispuestos a renunciar para mejorar el medio ambiente de la Tierra.

5 Por último, elaborad un glosario con los conceptos más importantes de la unidad. En este glosario no puede faltar:

•Leyes que rigen las reacciones químicas

•Cálculos estequiométricos y sus tipos

•Reacción química

•Ecuación química

•Velocidad de reacción…

ACTIVIDADESACTIVIDADES

105480_FISyQUIM3_82_101_Ev.indd 98 12/03/15 13:55

98 APRENDE A APRENDER


PBL. Impacto medio ambiental


>



19

1

SOLUCIONES PÁG. 98

2 Respuesta abierta.




Ley de los volúmenes de combinación

Productos

Masa-masa Volumen-volumen

Ley de Avogadro

Ley de conservación de la masa

Ley de las proporciones

definidas

Cambios químicos

Leyes Por tanteoReacciones de

combustiónReacciones de

oxidación

Naturaleza de los reactivos

Superficie de contacto entre los reactivos

Efecto invernadero

Presencia de catalizadores

La temperatura

Reacciones con el oxígeno

se rigen por se ajustan por por ejemploen que los

se transforman en como

con las que se realizan

pueden serse representan porson

REACCIONES QUÍMICAS

Cálculos

que dependen de la

Velocidad de reacción

se producen con una

Contaminantes

y provocan

pueden ser

Lluvia ácidaReactivos

Ecuaciones químicas

Reacciones de oxidación

Concentración de los

reactivos



Para completar el esquema de los contenidos de la unidad se puede utilizar la estructura MAPA CONCEPTUAL A CUATRO BANDAS. Una vez completado el esquema se puede aplicar la estructura CADENA DE PREGUNTAS para repasar los contenidos.

>

RECURSOS

Refuerzo

R-04-02. Vocabulario científico




20

99

REPASO FINAL


8 El hidrógeno (H2) al reaccionar con el nitrógeno (N2) se obtiene amoniaco (NH3):

a. Calcula la relación entre la masa del nitrógeno y la del hidrógeno.

b. Copia en tu cuaderno este cuadro y complétalo.

Masa de nitrógeno (g)

28 14 42 56 60

Masa de hidrógeno (g)

6 ..... ..... 12 12

Masa sobrante de nitrógeno (g)

..... ..... ..... ..... .....

Masa sobrante de hidrógeno (g)

..... ..... ..... ..... .....

Masa de amoniaco (g)

34 17 51 ..... .....

9 El gas propano (C3H8) se quema con oxígeno según la ecuación:

C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)

¿Cuántos litros de CO2 se obtendrán cuando se queman completamente 10 L de propano?

10 Escribe en tu cuaderno qué es una reacción química. ¿Es lo mismo reacción química que ecuación química? Razona la respuesta.

11 Explica paso a paso cómo ajustarías la ecuación quí-mica:

C2H6 + O2 → CO2 + H2O

12 Cuando el carbonato de calcio (CaCO3) reacciona con ácido clorhídrico (HCl) se produce cloruro de calcio (CaCl2), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

a. ¿Cuáles son los reactivos y cuáles los productos de la reacción?

b. Escribe la ecuación ajustada.

13 Ajusta las siguientes ecuaciones químicas:

a. SO2 + O2 → SO3

b. H2 + I2 → HI

c. ZnS + O2 → ZnO + SO2

d. N2O4 → NO2

e. KClO3 → KCl + O2

1 Una vela encendida se consume poco a poco hasta des-aparecer. ¿Se ha cumplido la ley de Lavoisier?

2 La cocina de nuestra casa es un verdadero laboratorio donde se producen muchos fenómenos físicos y químicos; entre otros podemos citar:

a. Preparar una ensalada. d. Tostar pan.

b. Cocer un huevo. e. Calentar leche.

c. Hacer un cocido. f. Preparar café.

De todos estos procesos, ¿cuáles son físicos y cuáles son químicos? ¿Por qué?

3 Escribe en tu cuaderno algunos hechos que pongan de manifiesto que se ha producido una reacción química.

4 Al añadir limaduras de hierro sobre azufre y moverlo, se observa un conjunto con una distribución no uniforme de su aspecto. Al calentar el conjunto anterior aparece un sólido negro de propiedades distintas al azufre y al hierro. ¿Qué se ha producido en cada caso?

5 Cuando reaccionan 20 g de hidrógeno (H2) se forman 180 g de agua (H2O). ¿Qué cantidad de oxígeno (O2) ha-brá reaccionado?

6 Escribe en tu cuaderno la ley de las proporciones definidas.

7 El oxígeno (O2) y el hidrógeno (H2) reaccionan en propor-ción de 8:1, para formar agua (H2O).

a. ¿Qué cantidad de hidrógeno reaccionará con 32 g de oxígeno?

b. Si disponemos de 6 g de hidrógeno y 32 g de oxígeno, ¿qué masa de agua se obtendrá?

c. ¿Cuántos gramos de oxígeno reaccionarán 8 g de hi-drógeno?

d. ¿Qué masa de agua se obtendrá?

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100 101

REPASO FINAL EVALUACIÓN


Para la reacción de formación de amoniaco:

N2 + 3 H2 → 2 NH3

¿Cuáles de las siguientes opciones son correctas?

Cada reacciona con para formar

a. 1 molécula de N2 1 molécula de H2 2 moléculas de NH3

b. 2 moléculas de N2 3 moléculas de H2 2 moléculas de NH3

c. 28 g de N2 6 g de H2 56 g de NH3

d. 1 L de N2 3 L de H2 2 L de NH3

Se hacen reaccionar 80 g de oxígeno (O2) con hidrógeno (H2) en exceso. ¿Qué masa de agua (H2O) se obtendrá?

a. 80 g b. 160 g c. 90 g d. 100 g

El hierro reacciona con el azufre para formar sulfuro de hie-rro, según la ecuación:

Fe + S → FeS

¿Cuánto hierro ha de reaccionar para obtener 43,9 g de FeS?

a. 25,1 g b. 50,4 g c. 12,8 g d. 15,5 g

El ácido clorhídrico (HCl) reacciona con el cinc para obtener cloruro de cinc (ZnCl2) e hidrógeno (H2), según la reacción:

2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2

¿Qué cantidad de cloruro de cinc se obtendrá si reaccionan completamente 32,7 g de cinc?

a. 51,8 g b. 49,6 g c. 70,8 g d. 25,9 g

El gas butano se quema con oxígeno según la ecuación:

2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) → 8 CO2 (g) + 10 H2O (g)

¿Cuántos litros de CO2 se obtendrán cuando se queman com-pletamente 10 L de butano (C4H10)?

a. 10 L b. 20 L c. 40 L d. 15 L

¿Puedo confirmar y ampliar la relación de contenidos de esta unidad en mi entorno?

8

79

10

11

12

DIARIO DE APRENDIZAJE

Indica en cuáles de estos procesos se produce un cambio químico?

a. La cocción de un huevo.

b. Descafeinar el café.

c. La evaporación del agua.

d. La combustión de una vela.

Cuando reaccionan 48 g de carbono con oxígeno (O2) produ-cen 176 g de dióxido de carbono (CO2); ¿qué cantidad de oxígeno ha reaccionado?

a. 224 g b. 200 g c. 128 g d. 125 g

¿Cuál es la proporción entre las masas del carbono y del hi-drógeno (H2) en el metano, cuya fórmula es CH4?

a. 3 b. 12 c. 4/12 d. 4

127 g de cobre reaccionan completamente con 64 g de oxí-geno (O2) para formar dióxido de cobre (CuO2). ¿Cuál es la proporción entre la masa de cobre y la de oxígeno?

a. 0,5 b. 1,98 c. 0,99 d. 2

Con los datos de la actividad anterior, ¿cuáles de las siguien-tes afirmaciones son correctas?

a. La cantidad de cobre que reaccionará con 96 g oxígeno (O2) es 150,8 g.

b. La cantidad de dióxido de cobre (CuO2) que se obtendrá es 286,5 g.

El hidrógeno (H2) y el cloro (Cl2) reaccionan para formar clo-ruro de hidrógeno (HCl). ¿Cuáles de las siguientes opciones son correctas?

g de Cl2 g de H2 g de HClg de Cl2

sobranteg de H2

sobrante

a. 35,5 1,0 36,5 0 0

b. 71,0 3,0 73,0 0 0

c. 106,5 5,0 109,5 0 0

d. 150,0 4,0 146,0 8,0 0

¿Cuales de estas ecuaciones químicas están bien ajustadas?

a. 2 C + O2 → 2 CO

b. SO3 + H2O → H2SO4

c. C2H4 + 4 O2 → 2 CO2 + 2 H2O

d. HCl + Cd → CdCl2 + H2

1

2

3

4

5

6

7

21 El gas metano (CH4) se quema con oxígeno (O2) gene-rando dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

a. Escribe la ecuación química ajustada.

b. Calcula el volumen de oxígeno necesario para quemar 20 L de metano.

c. ¿Qué volumen de dióxido de carbono se ha formado?

22 El carbón utilizado como combustible suele contener im-purezas, sobre todo azufre, que también se quema. Es-cribe la ecuación de combustión del azufre.

23 Una fábrica desprende 64 mg al día de dióxido de azufre (SO2), capaz de producir ácido sulfúrico (H2SO4) que con-tribuiría al aumento de la lluvia ácida.

a. Escribe las reacciones de obtención del ácido sulfúrico a partir del dióxido de azufre.

b. ¿Qué cantidad de ácido sulfúrico se produciría?

c. ¿Qué volumen de oxígeno se utilizaría en el proceso?

24 Un compañero informa al resto de la clase de que existe un lago contaminado por la lluvia ácida y queréis solucio-nar el problema. Para ello formáis grupos con los compa-ñeros de clase y cada grupo propondrá una medida que se podría adoptar. ¿Cuál sería tu propuesta?

25 ¿Por qué dos personas que ingieren la misma cantidad de calorías no engordan lo mismo?

26 ¿Qué reaccionará antes con el clorhídrico, un trozo de mármol o la misma masa de mármol en polvo? Razona la respuesta.

27 Lee la composición de algunos alimentos envasados de la compra habitual, verás que llevan antioxidantes. ¿Cuál es su misión?

14 La combustión del gas butano responde a la siguiente ecuación:

2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O

¿Es correcto escribir:

C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O?

Justifica la respuesta.

15 El azufre se quema con oxígeno para producir dióxido de azufre:

a. ¿Qué cantidad de azufre se necesita para obtener 256 g de dióxido de azufre?

b. ¿Con qué cantidad de oxígeno reaccionará?

c. ¿Qué masa de azufre y de oxígeno reaccionará?

16 En la industria, el amoniaco (NH3) se obtiene cuando reacciona nitrógeno (N2) con hidrógeno (H2) en determi-nadas condiciones.

a. Escribe la ecuación ajustada.

b. Calcula qué volumen de amoniaco se obtendrá si reac-cionan 5 L de nitrógeno.

c. ¿Qué volumen de hidrógeno (H2) se necesitará para obtener 10 L de amoniaco (NH3)?

17 El carbonato de sodio (Na2CO3) se descompone me-diante calor en óxido de sodio (Na2O) y dióxido de car-bono (CO2).

a. Escribe la ecuación ajustada.

b. ¿Qué masa de óxido de sodio se obtendrá al calcinar 53 g de carbonato de sodio?

c. ¿Qué cantidad de carbonato de sodio habrá que calci-nar para obtener 220 g de CO2?

18 ¿Cómo se llaman las reacciones en las que un elemento adiciona oxígeno?

19 ¿Qué es una reacción de combustión? ¿Qué son el com-bustible y el comburente?

20 Copia en tu cuaderno las siguientes ecuaciones químicas y relaciona cada una de ellas con su respectivo tipo de reacción:

a. 2 Fe + O2 → 2 FeO 1. Descomposición.

b. CaCO3 → CaO + CO2 2. Combustión.

c. C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O 3. Oxidación.


99-101 REPASO FINAL Y EVALUACIÓN

1 La ley de Lavoisier se cumple siempre, lo que sucede es que en la combustión de la vela se originan gases que se escapan a la atmósfera; si se pudiera hacer la experiencia en un recipiente cerrado se comprobaría que la masa permanece constante.

2 Los procesos físicos son los que no llevan asociado un cambio en la naturaleza de la sustancia; son: a), e) y f). Los procesos químicos son los que producen un cambio en la naturaleza de la sustancia; son: b), c) y d).

3 Se produce una reacción química si:

• Se producen burbujas.

• Se forma un precipitado.

• Se desprende calor y luz o se produce un sonido.

• Se produce un cambio de color

4 En el primer caso se ha producido una mezcla heterogénea y en el segundo una reacción química.

5 Como se cumple la ley de conservación de la masa, reaccionarán 160 g de oxígeno.

6 La ley de las proporciones definidas dice que cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto, la relación entre sus masas es constante: masa elemento (1) / masa elemento (2) = constante

7 a. 4 g de hidrógeno

b. Con 32 g de oxígeno reaccionan 4 g de hidrógeno, luego 2 g de hidrógeno quedan sin reaccionar. La masa que se obtiene de agua es:

m (H2O) = 32 + 4 = 36 g de agua

c. masa de oxígeno = 8 · masa de hidrógeno = 8 · 8 = 64 g de oxígeno

d. m (H2O) = 64 + 8 = 72 g de agua

8 a. 4,667

b.

9 30 L de propano

10 Una reacción química es un proceso en el que una o más sustancias se transforman en otra u otras diferentes.

Una ecuación química es la representación abreviada de una reacción química mediante las fórmulas de las sustancias que intervienen en el correspondiente proceso.

11 Los reactivos son: etano (C2H6) y oxígeno (O2).

Los productos son: dióxido de carbono (CO2 ) y agua (H2O).

1.° Se escribe la ecuación química que se quiere ajustar:

C2H6 + O2 → CO2 + H2O

2.° Carbono: tenemos dos átomos a la izquierda y uno a la derecha. Ponemos un dos delante del dióxido de carbono:

C2H6 + O2 → 2 CO2 + H2O

Hidrógeno: tenemos seis átomos a la izquierda y dos a la derecha. Ponemos un tres delante del agua:

C2H6 + O2 → 2 CO2 + 3 H2O

SOLUCIONES PÁG. 99

Masa de notrógeno (g) 28 14 42 56 60

Masa de hidrógeno (g) 6 4 10 12 42

Masa sobrante de

nitrógeno (g)– – – – 51 4

Masa sobrante de hidrógeno

– 1 1

Masa de amociaco (g) 34 17 51 68 68



21

Oxígeno: tenemos dos átomos a la izquierda y siete a la derecha. Ponemos 7/2 delante del oxígeno molecular:

C2H6 + 7/2 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

3.° Se multiplica la ecuación por dos para eliminar los números fraccionarios:

2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O

12 a. Los reactivos son el CaCO3 y el HCl y los productos el CaCl2, el CO2 y el agua.

b. CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

13 a. 2 SO2 + O2 → 2 SO3

b. H2 + I2 → 2 HI

c. 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2

d. N2O4 → 2 NO2

e. 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2

14 Sí sería correcto; pueden emplearse números fraccionarios porque una ecuación química indica la proporción en que reaccionan los reactivos para formar los productos, y el número fraccionario no indicaría un número fraccionario de moléculas, sino de mol, que es un múltiplo de la molécula.

15 a. Escribimos la ecuación química y las masas molares de las distintas sustancias:

S + O2 → SO2

Masas molares: 32 32 64

Calculamos la cantidad de SO2 que se quiere obtener:

Según la ecuación, 32 g de azufre produce 64 g de SO2, luego para obtener 256 g de SO2 se necesitarán:

32 g S64 g de SO2

=256 g SO2

x

De donde x = 128 g S

b. Según la ecuación química, el oxígeno y el azufre reaccionan en la misma proporción; es decir, reaccionan 128 g de oxígeno.

c. Reaccionan 128 g de azufre y 128 g de oxígeno.

16 a. N2 + 3 H2 → 2 NH3

Proporción en volúmenes: 1 vol 3 vol 2 vol

b. 1 volúmen de N2 /2 volúmenes de NH3 = x / 5 L de NH3 ⇒ x = 10 L de NH3

c. 3 volúmenes de H2 / 2 volúmenes de NH3 = x / 10 L de NH3 ⇒ x = 15 L de H2

17 a. Na2CO3 → Na2O + CO2

b. 1 g de Na2O c. 530 g de Na2CO3

SOLUCIONES PÁG. 99

18 Reacciones de oxidación.

19 La combustión es una reacción de oxidación rápida en la que se desprende calor y frecuentemente luz. Combustible es la sustancia que se quema y comburente es la que mantiene la combustión.

20 a. con 3, b. con 1 y c. con 2.

21 a. C4H10 (g) + 2O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g)

b. 40 L de oxígeno

c. 20 L de dióxido de carbono

22 La combustión del azufre produce dióxido de azufre:

S + O2 → SO2

23 a. Las reacciones que tienen lugar son:

2 SO2 + O2 → 2 SO3

2 SO3 + 2 H2O → 2 H2SO4

b. 98 mg de ácido sulfúrico.

c. 22,4 mL de oxígeno

24 Actividad grupal.

25 Porque tienen distinto metabolismo.

EVALUACIÓN

1 a y c.

2 c.

3 a.

4 b.

5 b.

6 a y d.

7 a y b.

8 b y d.

9 c.

10 a.

11 a.

12 c.



22



Con el fin de preparar al alumno para la evaluación se puede aplicar la técnica LA SUSTANCIA, donde el profesor pedirá a cada grupo una frase que defina cada uno los apartados de la unidad. Para resolver la evaluación se puede emplear la estructura LÁPICES AL CENTRO y para realizar la corrección de la misma recurrir a la estructura EL NÚMERO.

Y para terminar, y con el objetivo de repasar los contenidos de la unidad, se puede aplicar la estructura EL SACO DE DUDAS.

> Metacognicion

Puede hacerse una puesta en común para que los alumnos comenten si tras el estudio de la unidad han encontrado otras relaciones con su entorno más próximo indicando cuales.

>

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