Reacciones químicas Flashcards
Todas las reacciones químicas obedecen a dos leyes fundamentales:
Ley de la conservación de la masa
Ley de conservación de la energía
Reacción química:
Proceso en el cual una o más sustancias [Reactivo(s)] cambian su identidad (proceso químico) para formar una o más sustancias nuevas [Producto(s)].
Expresar y cuantificar la cantidad de sustancias que se consumen y se producen en la reacción se hace a través de…
… Formulas químicas y ecuaciones químicas.
Formulas químicas:
Representación de los compuestos químicos mediante los símbolos presentes en la tabla periódica, en donde el número de átomos de cada elemento se indica mediante un subíndice.
Ecuaciones químicas
Son el modo de representar las reacciones químicas.
Generalmente se indica el estado físico en que se encuentran los reactivos y productos:
- Gaseoso (g)
- Líquido (l)
- Solido (s)
- Disolución acuosa (ac)
2Mg + O2 → 2MgO
Los coeficientes en una ecuación balanceada indican…
… la relación de moles de reactivos y productos
Balanceo de ecuaciones químicas
1. Escribir las fórmulas correctas de todos los reactivos y productos al lado izquierdo y derecho respectivamente.
C2H6 + O2 → CO2 + H2O
2. Iniciar balanceo, probando coeficientes para igualar el # de átomos en ambos lados de la ecuación. No cambiar subíndices
2C2H6 ≠ C4H12…
El gas propano, C3H8 , se licúa, almacena y transporta fácilmente y es utilizado como combustible. Escriba una ecuación química ajustada que represente su combustión completa.
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + Calor
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según el intercambio de calor:
Reacción exotérmica
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + Δ
Reacción endotérmica:
CaCO3(s) E+→ CaO(s) + CO2(g)
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según la reversibilidad:
Reacciones reversibles
Reacciones irreversibles
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según mecanismo de reacción
* Reacciones de composición y síntesis (combinación):
dos reactivos o más se combinan para formar un solo producto.
2Mg(s) + O2(g) → 2MgO (s)
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según mecanismo de reacción
* Reacción de descomposición:
Un solo reactivo se separa para formar dos o más sustancias.
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según mecanismo de reacción
* Reacciones de combustión
Son aquellas que se llevan en presencia de O2
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4 H2O
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según mecanismo de reacción
* Reacciones de sustitución:
Son aquellas en la que un elemento desplaza a otro elemento en una molécula.
Zn(s) + 2HCl (ac) → ZnCl 2(ac) + H 2(g)
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según mecanismo de reacción
Reacciones de doble sustitución:
En la que los compuestos reaccionan intercambiando átomos o grupos de átomos.
2NaCl + CaSO4 → Na2SO4 + CaCl2
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según mecanismo de reacción
Reacciones ácido-base:
se llevan entre ácidos y bases.
Acido + Base → Sal + agua
HCl + NaOH → NaCl + H2O
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según mecanismo de reacción
Reacciones de precipitación:
Dan como producto un precipitado (sólido insoluble formado por una reacción en solución).
2Pb(NO3)2(ac) + 4KI(ac) → 2PbI2(s) + 4KNO3(ac)
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Según mecanismo de reacción
Reacciones oxidación-reducción (redox):
hay transferencia de e- entre reactivos y productos. Hay una sustancia que se oxida y otra que se reduce.
2KMnO4 + 6HCl + 5H2S → 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5S°
Estequiometría
“Relación ponderal entre elementos y/o compuestos en una fórmula o en una reacción química”
*significado práctico: implica todas las relaciones cuantitativas en las que intervienen las masas fórmula y atómicas, las fórmulas químicas y la ecuación química.
Coeficientes estequiométricos:
Coeficientes necesarios para ajustar una ecuación química.
Factor estequiométrico:
Relaciona las cantidades de dos sustancias cualquiera que intervengan en una reacción química expresándolas en moles
Método Mol: La combustión de 209 g Metanol en aire qué cantidad de masa de agua produce:
2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O
Los coeficientes estequiométricos de una reacción química se pueden interpretar como el # de moles de cada sustancia. Independiente si están en gramos, litros u otras unidades.
g CH3OH → moles CH3OH → moles H2O → g H2O
209 g CH3OH x (1 mol CH3OH /32.0 g CH3OH) x (4 mol H2O /2 mol CH3OH) x (18.0 g H2O/
1 mol H2O) = 235 g H2O
Manejo cantidad de reactivos, reactivo limitante y reactivo en exceso:
Reactivo limitante: se consume primero= limita cantidad producto
Reactivo en exceso: está en mayor cantidad a la necesaria para reaccionar
124 g de Al reaccionan con 601 g de Fe2O3
2Al + Fe 2O3 → Al2O3 + 2Fe
Calcule la masa de Al 2 O 3 formada.
Calculamos que por 124 g de Al se requieren 367 g Fe2O3, como hay más de este último, entonces Al sería el reactivo limitante y Fe2O3 el reactivo en exceso. Entonces respecto a los 124 g calculamos que se producen 234 g de Al2O3.
Rendimiento de una reacción
1) R. real ≈ R. teórico → R. Porcentual ≈ 100%
2) R. real < R. teórico → R. porcentual < 100%
3) R. real > R. teórico, → R. porcentual > 100%
El Titanio Se obtiene por la reacción de cloruro de titanio (IV) con magnesio fundido entre 950 y 1150 °C
TiCl 4 (g) + 2Mg(l) → Ti(s) + 2MgCl 2 (l)
En cierta operación industrial se hacen reaccionar 3,54 x 10^7 g de TiCl 4 con 1,13 x 10^7 g de Mg:
a) Identifique reactivo limitante y reactivo en exceso
b) calcule el rendimiento teórico
c) Calcule el porcentaje del rendimiento si en realidad se obtienen 7,91 x 10^6 g de Ti.
a) RL= TiCl 4 : masa Ti formada: = 8,95 x 10^6 g Ti
c) Rendimiento real = 7,91 x 10 6 g Ti
b) Rendimiento teórico = 8,95 x 10 6 g Ti = 100%
% Rendimiento = 88,4%
Termoquímica:
Estudio de los cambios de energía asociado a las reacciones químicas.
Energía:
Capacidad para efectuar un trabajo o para transferir calor.
Trabajo:
La energía utilizada para desplazar un cuerpo u objeto.
w = F x d
Calor:
La energía utilizada para aumentar la temperatura de un cuerpo u objeto.
Transferencia de energía térmica entre dos cuerpos qué están a diferentes temperaturas.
Tipos de energía.
Radiante (de sol y la principal), térmica (asociada al movimiento aleatorio de los átomos y las moléculas), química (se almacena en las unidades estructurales de las sustancias), nuclear (almacenada dentro de neutrones y protones en el átomo), potencial (disponible en función de la posición de un objeto o composición química), cinética (la que un objeto posee en virtud de su movimiento)
Unidades de Energía
1 J = kg m^2 / s^2
1 cal = 4.184 J
Flujo de calor:
caliente→ frío
Termodinámica
Estudio científico de las propiedades materiales de los sistemas macroscópicos, de la interconversión de las distintas formas de energía y cómo esta energía puede convertirse en trabajo (movimiento).
Estado de un sistema:
Definido por los valores de todas sus propiedades macroscópicas importantes: composición, E, P, V y T.
Función de estado:
Propiedades determinadas por el estado del sistema, sin importar cómo se haya alcanzado esa condición: E, P, V y T.
Leyes de la termodinámica
1ª ley: la energía puede convertirse de una forma en otra, pero no se puede crear ni destruir
2ª ley: explica por qué los procesos químicos se ven favorecidos en una dirección
3ª ley: la entropía* del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio
Determinar experimentalmente los Δ de energía
Δ E = E f - E i Δ E = E (prod) – E (reactivos) C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + calor E qca → E térmica Reacción exotérmica; E productos <E reactivos
ΔE = q + w
ΔE: cambio en la energía interna del sistema
q: intercambio de calor entre el sistema y su entorno.
W: trabajo realizado sobre (o por) el sistema
Notas sobre trabajo (w) e intercambio de calor entre el sistema y el entorno (q):
- No son propiedades de estado
- Son cantidades que dependen de la trayectoria
- Un sistema no contiene energía en forma de w o q.
- La energía contenida en un sistema es la energía interna
- Son los medios que utiliza un sistema para intercambiar energía con sus alrededores
- Existen solamente durante una transformación termodinámica
Una muestra de nitrógeno gaseoso se expande de un volumen de 1,6 L a 5,4 L a temperatura constante. Cuál es el trabajo realizado en joules, si el gas se expande (a) contra el vacío y (b) contra una presión constante de 3.7 atm?
w = -P ΔV
1Lxatm = 101.3 J
(a) ΔV = 5.4 L – 1.6 L = 3.8 L P = 0 atm W = -0 atm x 3.8 L = 0 Lxatm = 0 joules (b) ΔV = 5.4 L – 1.6 L = 3.8 L P = 3.7 atm w = -3.7 atm x 3.8 L = -14.1 L•atm w = -14.1 Lxatm x (101.3 J / 1Lxatm) = -1430 J
Como se expresa ΔE = q + w en un proceso a presión constante:
ΔE = qsubp – PΔV qsubp = ΔE + PΔV qsubp = ΔH (entalpía) ΔE = ΔH – PΔV ΔH = ΔE + PΔV
Entalpía (H)
Cuantifica el flujo de calor hacia o desde un sistema en un proceso que ocurre a presión constante.
ΔH = H (products) – H (reactants)
Ecuaciones termodinámicas
• El coeficiente estequiométrico siempre se refiere al # de moles de una sustancia.
H2O(s) → H2O(l) ΔH = 6.01 kJ
• Si se invierte la reacción, el signo de ΔH cambia
H2O(l)→ H2O(s) ΔH = -6.01 kJ
• Si se multiplican ambos lados de la ecuación por un factor n, entonces ΔH debe cambiar por el mismo factor n.
2H2O(s) → 2H2O(l) ΔH = 2x6.01 = 12.0 kJ
• El estado físico de todos los reactivos y productos deben ser especificados
Calorimetría
Medición de los cambios de calor de los procesos.
De la ecuación termoquímica:
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) ΔH = -198,2 kJ/mol
Calcule el calor emitido cuando 87,9 g de SO2 se convierten en SO3.
87,9 g SO2 x (1 mol SO2/64,07 g SO2) x (-198,2 kJ/2 mol SO2) = -136 kJ
