Tema 6 Ejemplos de reacciones químicas

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FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 2016/17

Tema 6

Ejemplos de

reacciones químicas

IES Padre Manjón Prof: Eduardo Eisman

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Ejemplos de reacciones químicas: Índice

CONTENIDOS

1. Los ácidos y las bases x2. Las reacciones de combustión x3. Las reacciones de síntesis

CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE 6. Identificar ácidos y bases, conocer su comportamiento

químico y medir su fortaleza utilizando indicadores y el pH-metro digital.

6.1. Utiliza la teoría de Arrhenius para describir el comportamiento químico de ácidos y bases.

6.2. Establece el carácter ácido, básico o neutro de una disolución utilizando la escala de pH.

7. Realizar experiencias de laboratorio en las que tengan lugar reacciones de síntesis, combustión y

neutralización, interpretando los fenómenos observados.

7.1. Diseña y describe el procedimiento de realización una volumetría de neutralización entre un ácido fuerte y una base fuertes, interpretando los resultados.

7.2. Planifica una experiencia, y describe el

procedimiento a seguir en el laboratorio, que demuestre que en las reacciones de combustión se produce dióxido de carbono mediante la detección de este gas.

8. Valorar la importancia de las reacciones de síntesis, combustión y neutralización en procesos biológicos, aplicaciones cotidianas y en la industria, así como su repercusión medioambiental.

8.1. Describe las reacciones de síntesis industrial del amoníaco y del ácido sulfúrico, así como los usos de estas sustancias en la industria química.

8.2. Justifica la importancia de las reacciones de combustión en la generación de electricidad en centrales térmicas, en la automoción y en la respiración celular. 8.3. Interpreta casos concretos de reacciones de neutralización de importancia biológica e industrial.

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FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 2016/17 3

Propiedades de las sustancias

ácidas y básicas

Los

ácidos

son sustancias que:

Neutralización: ácido + base

ĺ

sal + agua

• Poseen sabor agrio

• Enrojecen la tintura de tornasol • Reaccionan con muchos metales:

HCl + Mg –> MgCl₂ + H₂

• Reaccionan con la caliza:

HCl + CaCO₃ –> CaCl₂ + CO₂+ H₂O

Las

bases

son sustancias que:

Ácido

es toda sustancia que al disolverse en agua se disocia liberando iones

H

+

H O₂

o

HCl

Cl

H

H O₂

o

2 4 4

H SO

SO

2 H

• Poseen sabor caústico y suaves al tacto • Azulean la tintura de tornasol

• Reaccionan con los ácidos neutralizándose:

Ca(OH)₂+ 2 HCl –> CaCl₂ + 2 H₂O

Base

es toda sustancia que al disolverse en agua disocia liberando iones hidróxido

OH

o

H O₂

NaOH

Na

OH

H O₂

o

2

Ca(OH)

Ca

2OH

1.1 Los ácidos y las bases

Algunos

ácidos

de interés

Nombre Fórmula Datos de interés

Ácido clorhídrico

• Está en el estómago e interviene en la digestión.

• El exceso ocasiona “acidez o ardor de estómago”

Ácido sulfúrico

y Tiene una gran importancia como producto industrial.

y Es el principal responsable de la lluvia ácida.

Ácido nítrico

y Se utiliza para fabricar explosivos.

y Es también responsable de la lluvia ácida. Ácido

acético

• Se encuentra en el vinagre. Ácido

cítrico

• Se encuentra en el limón y en otros muchos cítricos.

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Algunas

bases

de interés

1.3 Los ácidos y las bases

Nombre Fórmula Datos de interés

Amoniaco y Fabricación de productos de limpieza. y Fabricación de fertilizantes.

Sosa

y Fabricación de productos químicos y jabón.

y Productos de limpieza para desatascar cañerías.

Bicarbonato de sodio (hidrogenocarbonato

de sodio)

y Contrarresta la acidez de estómago. y Se usa en levadura de panadería. Hidróxido de

aluminio

y Contrarrestan la acidez de estómago. Hidróxido de

magnesio

1.4 Teoría de Arrhenius de ácidos y bases

Ácido Base

Es toda sustancia que, al disolverse en agua, desprende protones:

Ejemplos:

Es toda sustancia que, al disolverse en agua, desprende hidroxilos (OH–_):

Ejemplos:

Se llama reacción de neutralización a la que se produce al poner en contacto un ácido con una base. Se debe a la combinación de los iones H+_{con los iones OH}–

para dar agua. La desaparición de los iones H+_{y OH}–_{hace que la disolución deje}

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1.5 Teoría de Arrhenius de ácidos y bases

Ejemplos de reacciones de neutralización

ácido clorhídrico hidróxido de sodio cloruro de sodio agua ácido acético hidróxido de potasio acetato de potasio agua ácido clorhídrico hidróxido de amonio cloruro de amonio agua

En una reacción de neutralización las disoluciones acuosas de un ácido y una base dan siempre sal y agua:

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FYQ 4.º ESO: Tema 6. Ejemplos de reacciones químicas Curso 2016/17 Jugos gástricos Zumo de limón Lluvia ácida Zumo de naranja Zumo de tomate Agua de lluvia, café Agua de mar Disolución diluida de NaOH Sangre Agua pura: pH=7 Jabón en

polvo Amoniaco doméstico

Disolución concentrada de NaOH Disolución de sustancia ácida Disolución de sustancia básica Disolución concentrada de HCl 9

1.7 Medida de la acidez. Escala pH

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

aumenta carácter básico

aumenta carácter ácido neutro

• Para medir la acidez o basicidad de un medio se usa laescala de pH. • Es una escala de 0 a 14. El valor de pH 7corresponde a un medio neutro. • Cuánto más bajo sea el pH, más ácido es el medio.

• Cuánto más alto sea el pH, más básico es el medio.

• Cada unidad de la escala representa una variación de 10 veces. Así, un medio de pH = 4 es diez veces más ácido que uno de pH = 5.

• Para medir la acidez de un medio se introduce un pH-metro o una tira de papel indicador:

Neutralización: ácido + base

ĺ

sal + agua

1.8a Ejercicios de reacciones ácido-base

Se escribe la reacción química y se ajusta

H

₂

SO

₄

+ Ca(OH)

₂

CaSO

₄

+ 2 H

₂

O

1 mol 1 mol 1 mol 2 mol Relación de moles

• Escribe y ajusta la reacción de neutralización del ácido sulfúrico con el hidróxido de calcio, y calcula la cantidad de sulfato de calcio, CaSO4, que se formará si reaccionan 24,5 g de ácido sulfúrico con el suficiente hidróxido de calcio. ¿Cuánta agua se formará?

2 4 24,5 g deH SO 2 4 2 4 1mol H SO 98,0 gde H SO 0,25 mol de H SO2 4 • Calculamos el número de

moles de ácido sulfúrico: 0,25 mol

• Cantidad que se forma de

sulfato de calcio: 0,25 mol H SO2 4

4 1 mol CaSO . 2 4 1 mol H SO 4 4 136 g CaSO .

1 mol CaSO 34 g CaSO4 • Cantidad que se forma de

agua: 0,25 mol H SO2 4 2 2 mol H O . 2 4 1 mol H SO 2 2 18 g H O . 1 mol H O 9 g H O2

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1.8b Ejercicios de reacciones ácido-base

El ácido clorhídrico reacciona con el hidróxido de calcio para dar cloruro de calcio y agua. En un recipiente tenemos 50 mL de disolución de hidróxido de calcio 0,5 M. Calcular:

a) La cantidad de cloruro de calcio, en gramos, que se puede obtener.

b) El volumen de una disolución de ácido clorhídrico 0,25 M que se necesita para reaccionar con el hidróxido de calcio. Datos: M (Ca) = 40,1 u; M (Cl) = 35,5 u.

2

2 2

2

1 mol CaCl

0,025mol Ca(OH) .

0,025mol CaCl

mol Ca(OH)

2 mol 1 mol 1 mol 2 mol

2 HCl + Ca(OH)

₂

CaCl

₂

+ 2 H

₂

O

2

2 2

2

111,1 g CaCl

0,025mol CaCl . 2,78 g CaCl 1 mol CaCl

o

3 2

n

mol

M

n

M.V 0,5

.50.10 L 0,025mol Ca(OH)

V

L

a)

b)

₂ 2

2 mol HCl

0,025mol Ca(OH) .

0,05mol HCl

1 mol Ca(OH)

o

n

0,05 mol

M

V

0,2L

200 mL

V

M

0,25L

1.9 Realizar una valoración ácido-base

Se puede determinar la concentración molar de una disolución de base midiendo el volumen de una disolución de ácido de concentración conocida necesaria para neutralizarla (o viceversa).

1. Se mide con la probeta 20 mL de la base (NaOH) que queremos valorar y se vierten en un Erlenmeyer.

2. Añadimos 2 gotas de indicador y observamos el color. Si es fenolftaleína se pondrá de color fucsia.

3. Con la llave de la bureta cerrada, llénala con la disolución de ácido de concentración conocida (HCl, 0,5 M). 4. Dejamos caer el ácido lentamente a

la vez que remueves el Erlenmeyer. 5

.

Cuando se produzca el cambio de color, cierra la llave de la bureta y anotamos

el volumen de ácido que se ha gastado. La fenolftaleína vira de color fucsia a transparente.

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1.10 Realizar una valoración ácido-base

Cálculo de la concentración de la base

Supongamos que se han necesitado 17,4 mL de la disolución de ácido para provocar el viraje.

17,4 mL 20 mL

2. Para valorar una disolución de HCl con una disolución de NaOH 0,5 M y fenolftaleína, determina:

a) Dónde colocas el ácido y dónde colocas la base. b) De qué disolución mides 20 mL.

c) Que cambio de color se observa en el momento en que se produce la neutralización.

d) Qué ocurre con el indicador si te olvidas de cerrar la bureta en el punto de neutralización.

e) Que marca el pH-metro durante el viraje del indicador.

3. Determina la concentración molar de una disolución de Ca(OH)2 si para

neutralizar 15 mL de la misma han sido necesarios 28 mL de HCl 0,75 M.

1.11 Actividades: los ácidos y las bases

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Reacciones de neutralización de importancia biológica

1.12 Los ácidos y las bases

Antiácido

Picaduras

Limpieza

corporal

1.13 Ácidos y bases industriales

Nombre Fórmula Fabricado en Utilidad

Ácido sulfúrico Huelva y Obtención de metales y Fabricación de fertilizantes Hidróxido de sodio Cantabria y Productos de limpieza y Industria papelera Amoniaco Huelva Ciudad Real Huesca y Productos de limpieza y Fabricación de fertilizantes Ácido clorhídrico Cantabria Tarragona Huelva

y Limpieza de metales (desoxidante) y Reactivo, utilizado en las industrias

papelera, farmacéutica o agrícola Ácido nítrico Asturias Valencia Ciudad Real y Fabricación de explosivos y Fabricación de fertilizantes

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1.14 Ácidos y bases industriales

Problemas medioambientales

Si los residuos de ácidos y bases se vertiesen directamente al agua de los ríos, lagos o mar, podrían provocar cambios en el pH que impedirían el desarrollo de la vida

Para evitarlo, se vierten en balsas donde se somete a tratamientos que intentan

neutralizar los efectos contaminantes

Se someten a análisis periódicos y, solo cuando las condiciones son adecuadas al entorno, se realiza el vertido

2.1 Reacciones de combustión

• Las reacciones de combustión son aquellas en las que una sustancia, el combustible, reacciona con otra, el comburente, desprendiendo una gran cantidad de energía. Se dice, por ello, que las reacciones de combustión son exotérmicas.

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2.2 Reacciones de combustión

Detección del CO

₂

• El CO2es un gas.

• Se puede detectar al ponerlo en contacto con una disolución acuosa de una base como el Ca(OH)2o el Ba(OH)2.

• Se forman dos sales muy poco solubles en agua que detectaremos como un polvo blanco en el agua.

3 8 0,34 mol C H 2 3 8 5 mol O 1 mol C H 1,70 mol O2 3 8 0,34 mol C H 2 3 8 3 mol CO 1 mol C H 1,02 mol CO2

a) Moles de oxígeno necesarios para la combustión

b) Moles de CO₂obtenidos

2.3 Reacciones de combustión

• Se queman 0,34 moles de propano (C₃H₈).

a) Escribir y ajustar la ecuación correspondiente al proceso. b) Calcular los moles de oxígeno necesarios.

c) Determinar los moles de dióxido de carbono que se obtienen.

C

₃

H

₈

+ 5 O

₂

3 CO

₂

+ 4 H

₂

O + Q

1 mol 5 mol 3 mol 4 mol

4 mol .18 g/mol 72 g de H2O 3 mol .44 g/mol 132 g de CO2 5 mol . 32 g/mol 160 g de O2 1 mol .44 g/mol 44 g de CH4 A nivel macroscópico se establece la relación de moles / gramos Sustancia 1 mol C₃H₈ 3.12 + 8.1 = 44 g O2 2.16 = 32 g CO₂ 12 + 2.16 = 44 g H₂O 2.1 + 16 = 18 g Ley de Lavoisiere

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2.4 Reacciones de combustión

• Escribimos la reacción ajustada:

• Determinamos los

moles de butano:

a) Energía que se obtiene:

b) Moles de CO2que se liberan:

• En la combustión de butano (C4H10) se desprenden 2880 kJ/mol. Si se queman

10 kg de combustible, calcula:

a) La cantidad de energía que se obtiene. b) La masa de CO₂que se libera a la atmósfera. Datos: M (C) = 12,01 u; M (H) = 1,008 u; M (O) = 16,00 u

4. En la combustión de metano (CH4) se liberan 890 kJ/mol. Si se queman 10 kg de

metano, calcula:

a) La cantidad de energía que se produce. b) La masa de CO2que se libera a la atmósfera.

El gas natural está formado por metano en su mayor parte (|95 %). Compara estos resultados con los del ejemplo resuelto y razona:

c) Qué compuesto es más eficiente energéticamente, el butano o el gas natural. d) Quién provoca mayor contaminación atmosférica.

Datos: M (C) = 12,01 u; M (H) = 1,008 u; M (O) = 16,00

5. Aunque no es un combustible de uso común, el gas hidrógeno también reacciona con el oxígeno desprendiendo 285, kJ/mol.

a) Escribe la ecuación química ajustada de la reacción de combustión. b) Calcula la energía que se produce al quemar 10 kg de gas hidrógeno.

c) Compara el resultado con el ejercicio resuelto y discute si es un combustible más o menos eficiente que el butano.

d) Se dice que el hidrógeno es un combustible no contaminante. Explica por qué.

Datos: M (H) = 1,008 u; M (O) = 16,00 u

4. En la combustión de metano (CH4) se liberan 890 kJ/mol. Si se quema

metano, calcula:

a) La cantidad de energía que se produce. b) La masa de CO2que se libera a la atmósfera.

El gas natural está formado por metano en su mayor parte (|95 %).

C t lt d l d l j l lt

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3.1 Reacciones de síntesis

• Se llaman reacciones de síntesis aquellas en las que dos sustancias con moléculas de pequeño tamaño se unen para dar otra sustancia de molécula mayor.

• En compuestos orgánicos,

reacciones de condensación

:

Ejemplos:

metanol etanol

etil metiléter

metanol ácido acético etanoato de metilo

3.2 Reacciones de síntesis de interés industrial

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Síntesis de ácido sulfúrico

3.3 Reacciones de síntesis de interés industrial

4 Fe + 3 O

₂

ĺ)H

₂

O

₃

• M (Fe) = 55,8 g/mol

• M (Fe2O3) = 2 · 55,8 + 3 ·16 = 159,6 g/mol

4 Fe + 3 O

₂

ĺ)H

₂

O

₃

4.1 Reacciones de oxidación

• El hierro se oxida en contacto con el oxígeno para formar trióxido de dihierro. Si tenemos 5 gde limaduras de hierro y dejamos que se oxiden completamente. ¿Cuántos gramos de óxido de hierro (III) se han formado?

Relación de moles

4 mol 3 mol 2 mol

0,09 mol 1 mol Fe 5 g de Fe. 0,09 mol de Fe 55,8 g Fe 0,09 mol Fe.2 mol Fe O2 3 4 mol Fe 2 3 2 3 159,6 g Fe O . 1 mol Fe O 7,18 g Fe O2 3 • Calculamos el número de moles de hierro:

• Cantidad de óxido que se ha formado:

Sustancia 1 mol

Fe 55,8 g

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5.1 R

epercusión medioambiental de las emisiones gaseosas

• La emisión de CO₂produce un aumento de la temperatura media del planeta

• La lluvia ácida tiene un efecto destructor en el medio vegetal, rocas, metales y materiales de construcción

• En algunas ciudades los niveles de contaminación son tan elevados que muchas personas se ven obligadas a usar

mascarillas para cuidar su salud

6.1 Ejercicios

8. Se queman 290 g de gas butano ( C4H10). Calcula:

a) Cantidad y volumen de oxígeno, en c.n, que es necesario para la combustión. b) Moles de dióxido de carbono y agua que se obtienen.

c) Volumen de dióxido de carbono que se desprende medido en c.n. d) Energía que se desprende al quemar los 290 g de butano.

Tema 6 Ejemplos de reacciones químicas

Tema 6

Ejemplos de

reacciones químicas

Ejemplos de reacciones químicas: Índice

Propiedades de las sustancias

ácidas y básicas

ácidos

Neutralización: ácido + base

ĺ

sal + agua

bases

Ácido

H



o

HCl

Cl

H



o

H SO

SO

2 H

Base

OH

o

NaOH

Na

OH



o

Ca(OH)

Ca

2OH

1.1 Los ácidos y las bases

Algunos

ácidos

de interés

Algunas

bases

de interés

1.3 Los ácidos y las bases

1.4 Teoría de Arrhenius de ácidos y bases

1.5 Teoría de Arrhenius de ácidos y bases

Ejemplos de reacciones de neutralización

1.7 Medida de la acidez. Escala pH

Neutralización: ácido + base

ĺ

sal + agua

1.8a Ejercicios de reacciones ácido-base

H

SO

+ Ca(OH)

CaSO

+ 2 H

O

1.8b Ejercicios de reacciones ácido-base

1 mol CaCl

0,025mol Ca(OH) .

0,025mol CaCl

mol Ca(OH)

2 HCl + Ca(OH)

CaCl

+ 2 H

O

o

n

mol

M

n

M.V 0,5

.50.10 L 0,025mol Ca(OH)

V

L

b)

2 mol HCl

0,025mol Ca(OH) .

0,05mol HCl

1 mol Ca(OH)

o