04 las reacciones químicas

Transcripción

UNIDAD 04 | LAS REACCIONES QUÍMICAS | FÍSICA Y QUÍMICA
04
LAS REACCIONES QUÍMICAS
PROGRAMACIÓN DE AULA
CONTENIDOS
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE
EVALUABLES
COMPETENCIAS CLAVE
•Cambios físicos y cambios
químicos.
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.
CMCT
AA
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.
CL
CMCT
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.
CEC
CMCT
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.
CMCT
AA
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.
CMCT
SIEE
4.2. Interpreta situaciones
cotidianas en las que la
temperatura influye
significativamente en la
velocidad de la reacción.
CMCT
•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.
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).
10
109518_PROMO_FisQui_ESO_Ev_10_23.indd 10
30/03/15 14:53
Consulta
la versión digital
de esta unidad
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.
AA
CMCT
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.
CSC
CMCT
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.
CSC
SIEE
CMCT
6.2. Propone medidas y actitudes,
a nivel individual y colectivo,
para mitigar los problemas
medioambientales de
importancia global.
CSC
CMCT
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.
CL
CMCT
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
6. Valorar la importancia de la
industria química en la
sociedad y su influencia en el
medio ambiente.
7. Interpretar la información sobre
temas científicos de carácter
divulgativo que aparece en
publicaciones y medios de
comunicación.
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).
11
30/03/15 14:53
80-81 PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD
80
80
04
Las reacciones químicas
03_PROMO_FISQUI_ESO_04_05.indd 80-81
¿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.
24/03/15 02:14
Sugerencias metodológicas
• En esta unidad se distingue entre fenómenos físicos y
químicos y se desarrolla el concepto de reacción química y algunos de sus tipos más importantes; también
se diferencia entre reacciones lentas y rápidas y se estudian los factores que influyen en la velocidad de
reacción. Como en otras unidades, se hace necesario
sondear el punto de partida de cada alumno con respecto a estos conceptos y, fundamentalmente, subsanar los posibles errores preconceptuales.
• Es importante que los alumnos distingan entre cambios físicos y químicos, por lo que se deben poner
ejemplos de ambos tipos que sucedan a su alrededor.
Suelen tener la idea equivocada de que los cambios de
estado son fenómenos químicos porque cambia la
apariencia de las sustancias, por lo que se debe incidir
en que, por ejemplo, el hielo es agua sólida y no deja de
ser agua cuando se funde, o que el vapor de agua es
también agua, y no aire como algunos creen.
• Conviene insistir en la diferencia entre reacción química (proceso que tiene lugar en la vasija de reacción) y
ecuación química (representación escrita de una reacción), ya que los alumnos confunden ambos términos.
• Es interesante que los alumnos sepan que las leyes de
las reacciones químicas se cumplen siempre. Así se
debe insistir en que la ley de Lavoisier se cumple aunque se obtengan gases y aparentemente parezca que se
ha producido una disminución en la masa.
• Para las reacciones de oxidación o concretamente,
para las de combustión, también se debe hacer referencia a reacciones conocidas por los alumnos como la
oxidación del hierro, la combustión de la madera o del
gas, etc. Conviene que los alumnos sean conscientes
de que en el interior de los seres vivos se producen
gran cantidad de reacciones de oxidación.
• Es importante que los alumnos entiendan que la velocidad de las reacciones varía mucho de unas a otras y
que, incluso para la misma reacción, se puede ver modificada por factores externos, como temperatura,
pulverización o utilización de catalizadores.
• Insistir en el carácter experimental de la física y de la
química.
• Asimismo, es muy interesante que los alumnos entiendan bien la repercusión medioambiental que pueden generar algunas reacciones químicas. Se pueden
plantear debates en los que tomen posturas respecto a
los problemas de contaminación y propongan algún
tipo de solución.
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.
> 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.
12
30/03/15 14:53
| ¡ÚLTIMA
04 | LAS REACCIONES
QUÍMICAS
| FÍSICA| Y QUÍMICA
LENGUA CASTELLANAUNIDAD
Y LITERATURA
HORA!
UNIDAD 04
82 01 CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS
83 02 REACCIONES QUÍMICAS
82
04 Las reacciones químicas
83
01 Cambios físicos y químicos
02 Reacciones químicas
Si observas a tu alrededor te darás cuenta de los efectos que algunos procesos
o fenómenos ejercen sobre la naturaleza de las sustancias.
La 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.
Verás que en algunos de estos procesos las sustancias no cambian su composición; son los llamados cambios físicos. En otros casos, la naturaleza de las
sustancias sí cambia, transformándose en otras distintas; son los denominados
cambios químicos.
Se ha producido una transformación química o reacción química, ya que la
sustancia final es completamente distinta a las sustancias iniciales.
Una reacción química es un cambio químico en el que una o más sustancias se transforman en otra u otras diferentes.
TIPOS DE CAMBIOS
Cambios físicos
Cambios químicos
Un cambio físico es aquel en el
que, cuando se produce, no se
altera la composición de las
sustancias que intervienen.
Un cambio químico es aquel en
el que, cuando se produce,
cambia la composición de las
sustancias iniciales.
Las sustancias iniciales se llaman reactivos, porque son las que reaccionan, y
las sustancias finales se llaman productos, por ser las que se obtienen.
A+B→C+D
reactivos
productos
Una reacción química lleva asociada una reorganización de los átomos de los
reactivos para formar los productos.
Hechos que indican que se produce una reacción química
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 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.
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.
Un cambio físico afecta a las sustancias iniciales pero no las transforma en
otras diferentes.
Cuando aparecen
burbujas.
Cuando se forma un
precipitado (fase sólida
que se forma en el seno
de una disolución).
Cuando se produce un
cambio de color.
1 Cita dos cambios físicos y dos cambios químicos que haSi 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 se produce
una explosión con
desprendimiento de
calor, luz y sonido.
ACTIVIDADES
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.
Cuando se desprende
luz y calor.
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.
bitualmente se produzcan en tu casa.
2 Indica razonadamente cuáles de estos cambios son físicos y cuáles son químicos:
a. La formación de tu imagen en un espejo.
b. La preparación de una mayonesa.
3 Haz una tabla en la que figuren las siguientes propiedades: estado físico a temperatura ambiente, punto de fusión, 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.
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.
En un cambio químico las sustancias iniciales se transforman en otras diferentes.
24/03/15 02:43
SOLUCIONES PÁG. 83
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
Propiedades
Oxígeno
Hidrógeno
4
→
+
Agua
Estado físico a
temperatura
ambiente
Gas
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
4 H2
+
2 O2
→
4 H2O
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.
13
30/03/15 14:53
84-85 03 LEYES DE LAS REACCIONES QUÍMICAS
84
85
03 Leyes de las reacciones químicas
En 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:
03.3 Ley de los volúmenes de combinación
Antoine Laurent
de Lavoisier (1743-1794)
Químico francés considerado el padre de la
química moderna. Realizó numerosos estudios: la ley de conservación de la masa, descubrimiento del oxígeno, composición del
aire, etc. Fue el primero en considerar que la
respiración es una oxidación que produce
energía para el organismo.
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 volumen
de hidrógeno
+
1 volumen
de cloro
2 volúmenes
de cloruro de hidrógeno
→
Con estos resultados, Gay-Lussac enunció una nueva 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.
Henry Cavendish
(1731-1810)
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:
Entre las investigaciones de este físico y químico 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. También estudió la densidad terrestre y la gravitación, además del calor y la electricidad.
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.
03.2 Ley de las proporciones definidas
03.4 Ley de Avogadro
Después 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.
Las sustancias reaccionan en cantidades fijas
En 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.
En 1811, Amedeo Avogadro (1776-1856) explicó esta ley partiendo de dos ideas:
Joseph Louis Proust
(1754-1826)
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 llevaron a enunciar la ley de las proporciones
definidas.
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:
masa Pb
20 g
40 g
=
=
= 6,4
masa S
3,12 g 6,24 g
•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 agregados de átomos iguales a los que llamó moléculas.
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
ACTIVIDADES
Si la experiencia se realiza con otras sustancias los resultados son análogos.
A partir de estos resultados Proust enunció la siguiente ley:
5 Se mezclan 6 g de oxígeno con 3 g de hidrógeno para
formar agua.
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:
6 ¿Por qué cuando Boyle realizó la reacción en un reci-
piente abierto obtuvo un aumento de masa y, sin embargo, Lavoisier al hacerla en un recipiente cerrado
comprobó que la masa no cambiaba?
a. ¿Reacciona todo el oxígeno con todo el hidrógeno?
¿Cuál es el reactivo sobrante?
b. ¿Qué cantidad de agua se obtiene?
masa elemento (1)
= constante
masa elemento (2)
7 Cuando reaccionan 69 g de plomo con oxígeno se obtie-
c. ¿Cuánto hidrógeno reaccionará con 4 g de oxígeno?
nen 74,3 g de óxido de plomo. ¿Qué cantidad de oxígeno se ha combinado con el plomo?
24/03/15 03:17
SOLUCIONES PÁG. 85
5 a.Según la ley de las proporciones definidas para la formación del agua: 6 El compuesto obtenido era óxido de estaño, de masa mayor que el
m (O) 16
= =8
m (H) 2
m (H) =
m (O) 6 g
=
= 0,75 g de hidrógeno
8
8
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
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
b.De agua se obtendrá: 6 g + 0,75 g = 6,75 g de agua
c. m (H) =
m (O) 4 g
=
= 0,5 g de hidrógeno
8
8
RECURSOS
Refuerzo
R-04-01. Leyes de las reacciones químicas
En formato digital, descargable desde www.somoslink.com.
Con soluciones.
14
30/03/15 14:53
| ¡ÚLTIMA
04 | LAS REACCIONES
QUÍMICAS
Y LITERATURA
HORA!
UNIDAD 04
86-87 04 ECUACIONES QUÍMICAS
86
87
04 Ecuaciones químicas
EJEMPLO
Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas. Una
ecuación química consta de dos miembros separados por una flecha, que indica 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:
Ten en cuenta
Reacción química es el cambio que tiene lugar en el recipiente de reacción, y ecuación es
la forma de representarlo.
Ajusta la ecuación química correspondiente a la reacción del nitrógeno con el hidrógeno para dar amoniaco.
1 El nitrógeno y el hidrógeno, por ser dos elementos
gaseosos, tienen por fórmula química N2 y H2,
respectivamente. La fórmula del amoniaco es NH3.
Una ecuación química es la representación abreviada de una reacción
química mediante las fórmulas de las sustancias que intervienen en el
correspondiente cambio.
N2 + H2 → NH3
2 Para comenzar se elige un elemento, preferiblemente
En el primer miembro hay 1 molécula de N2, (2 átomos de
N), por lo que se obtendrán 2 moléculas de NH3.
Todos los coeficientes son números enteros; por tanto, no
es necesario multiplicar por ningún número.
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).
el que intervenga en una única especie, en este caso,
el nitrógeno.
N2 + H2 → 2 NH3
Reactivos → Productos
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.
N2 + 3 H2 → 2 NH3
3 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.
04.1 Ajuste de ecuaciones químicas
En ambos miembros de la ecuación hay dos átomos
de nitrógeno y seis de hidrógeno. La ecuación está
ajustada.
Consiste 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:
1
2
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):
3
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:
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:
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
Ahora en el segundo miembro hay 13 átomos de
oxígeno, por lo que se necesitan 13/2 moléculas
de O2:
C4H10 + 13 O2 → 4 CO2 + 5 H2O
2
+
3 H2
→
2 NH3
ACTIVIDADES
Ajusta la ecuación química correspondiente a la reacción del oxígeno con el hidrógeno para dar agua.
8 Ajusta las siguientes ecuaciones químicas:
a. H2 + Cl2 → HCl
1 El hidrógeno y el oxígeno, por ser dos elementos
En este caso, el carbono y/o el hidrógeno.
C4H10 + O2 → 4 CO2 + 5 H2O
C4H10 + O2 → CO2 + H2O
1 N2
EJEMPLO
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.
→
+
gaseosos, tienen por fórmula química H2 y O2,
respectivamente. La fórmula del agua es 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.
H2 + O2 → H2O
b. HCl + Zn → ZnCl2 + H2
c. SO2 + O2 → SO3
d. C3H8 + O2 → CO2 + H2O
2 En el primer miembro hay 2 átomos de oxígeno,
por lo que se forman dos moléculas de agua:
H2 + O2 → 2 H2O
9 Ajusta estas ecuaciones químicas:
a. Mg + O2 → MgO
3 En el segundo miembro hay 4 átomos de
hidrógeno, por lo que se necesitan dos moléculas
de este elemento:
2 H2 + O2 → 2 H2O
b. NaOH + HCl → NaCl + H2O
c. CH4 + O2 → CO2 + H2O
d. FeO + O2 → Fe2O3
24/03/15 03:53
SOLUCIONES PÁG. 87
8 a.H
2
9 a.2 Mg + O
+ Cl2 → 2 HCl
2
→ 2 MgO
b.2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2
b.NaOH + HCl → NaCl + H2O
c.AgNO3 + NaCl → NaNO3 + AgCl
c.CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
d.C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
d.FeO + O2 → Fe2O3
Se resolverán las actividades 8 y 9 con la estructura TRABAJO POR
PAREJAS.
88-89 05 CÁLCULOS CON ECUACIONES QUÍMICAS
88
89
05 Cálculos con ecuaciones químicas
Cuando se realiza una reacción, tanto en el laboratorio como en la industria,
con objeto de preparar un compuesto químico, se deben resolver algunas cuestiones 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?
05.2 Cálculos volumen-volumen
Ten en cuenta
Las leyes de Gay-Lussac y de Avogadro permiten establecer proporciones entre
volúmenes.
Masa molar
La masa molar de una molécula coincide con
el valor de la masa molecular de dicha sustancia, expresada en gramos.
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.
EJEMPLO
El nitrógeno y el oxígeno reaccionan para formar monóxido de nitrógeno. ¿Qué volumen 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, indicando los estados de agregación de las sustancias:
05.1 Cálculos masa-masa
Reactivos: N2 y O2
La ecuación química de una reacción puede utilizarse para calcular las cantidades de las sustancias que intervienen, ya que indica la proporción entre reactivos y productos.
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)
EJEMPLO
Proporción en volúmenes: 1 volumen + 1 volumen → 2 volúmenes
El carbonato de calcio (CaCO3) se descompone por el calor en óxido de calcio (CaO)
y dióxido de carbono (CO2).
3. Se escriben las proporciones entre las cantidades que nos dan y las que nos solicitan:
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 volumen de nitrógeno + 1 volumen de oxígeno → 2 volúmenes de monóxido de nitrógeno
1. Se identifican los reactivos y productos y se escribe la ecuación ajustada, indicando
los estados de agregación de las sustancias:
x
1 volumen de N2
=
2 volumen de NO 5 L de NO ⇒ x = 2,5 L de N2
Reactivos: CaCO3
La cantidad de O2 es también 2,5 L, ya que la proporción en que reacciona es la
misma que la del N2.
Productos: CaO y CO2
Ecuación ajustada: CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)
2. Se indican las masas molares debajo de cada sustancia:
ACTIVIDADES
CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)
Masas molares:
100
56
44
10 Para la reacción de formación de agua, cuya ecuación es:
a. Se escriben las proporciones entre las cantidades conocidas (CaCO3) y las desconocidas (CaO) expresadas en gramos:
2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l)
100 g CaCO 3 61,3 g CaCO 3
=
⇒ x = 34,33 g CaO
x
56 g CaO
b. En este caso, la sustancia conocida es la misma que en el apartado anterior y la desconocida es el dioxido de carbono (CO2):
100 g CaCO 3 61,3 g CaCO 3
=
⇒ x = 26,97 g CO2
x
44 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
Cada
reaccionan con
para formar
2 moléculas
de hidrógeno
A
2 moléculas
de agua
4 g de hidrógeno
32 g de oxígeno
B
2 volúmenes de hidrógeno
C
D
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.
Halla A, B, C y D.
24/03/15 04:06
SOLUCIONES PÁG. 89
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 H
2
(g) + O2 (g) → 2 H2O (l)
A partir de la tabla anterior podemos establecer las siguientes
proporciones:
a.
4 g de H2 8 g de H2
=
x
32 g de O2
x = 64 g de O2
b.36 g de agua
c.20 L de hidrógeno.
15
30/03/15 14:53
RECURSOS
Ampliación
A-04-01. Estequiometría
Con soluciones.
A-04-02. Cálculos con reacciones químicas
Con soluciones.
90-91 06 ALGUNAS REACCIONES QUÍMICAS DE INTERÉS
90
91
06 Algunas reacciones químicas de interés
Reacciones de combustión
Las reacciones de combustión son reacciones de oxidación en las que una sustancia arde uniéndose al oxígeno y produce otras sustancias diferentes.
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.
La combustión es una reacción de oxidación rápida en la que se desprende calor y frecuentemente luz.
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 oxidación
En 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
REACCIONES CON EL OXÍGENO
Reacción
de oxidación
El oxígeno se
une a un
elemento para
dar un óxido.
Formación de un óxido
Reacción
de combustión
Una sustancia
arde con el
oxígeno y
produce
sustancias
diferentes, calor
y, a veces, luz.
Lavoisier calculó la masa de un alambre de
hierro, lo calentó al rojo y lo pesó de nuevo.
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 producción de energía. En la actualidad, los combustibles más utilizados son
los hidrocarburos (compuestos derivados del petróleo formados por carbono e hidrógeno) que en presencia de oxígeno producen dióxido de carbono, agua y energía. Así, por ejemplo, la reacción de combustión del
metano (CH4) es:
CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2H 2O (g) + energía
El CO2 desprendido crea problemas medioambientales y contribuye a aumentar el efecto invernadero. Por este motivo, las investigaciones se encaminan a la fabricación de vehículos no contaminantes como los coches
eléctricos.
El 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 vitales (anabolismo) y, por otro, para generar la energía que necesitan (cotabolismo).
4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3
A este proceso lo llamó oxidación.
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:
La reacción contraria, en la que el óxido se descompone, produce el metal y
libera oxígeno, también existe y se llama reacción de reducción:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H 2O + energía
calor
ACTIVIDADES
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 invernadero, y el SO3 formado por la oxidación del azufre favorece la denominada
lluvia ácida.
Contaminación atmosférica del CO2.
Reacciones de combustión en el reino animal. Metabolismo
Observó que su masa había aumentado. Este
aumento era consecuencia de la unión entre
el metal y el oxígeno según la reacción:
La lluvia ácida tiene consecuencias nocivas
para el entorno, sobre todo en los lagos, ríos,
arroyos, pantanos y otros medios acuáticos.
METABOLISMO
Anabolismo
Catabolismo
Es el conjunto de
reacciones que
producen la
síntesis y la
regeneración
celular.
Es el conjunto de
reacciones a
partir de las
cuales se obtiene
energía y se
regula la
temperatura
corporal.
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?
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.
se quema un poquito de licor. Si gran
14 En la elaboración de algunosH O),postres
escribe las sustancias que intervienen en la
parte del licor es etanol (C2 6
reacción de combustión que se produce y ajusta la ecuación química correspondiente.
24/03/15 04:22
SOLUCIONES PÁG. 91
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.
14C H O + 3 O
2 6
2
→ 2 CO2 + 3 H2O
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.
16
30/03/15 16:18
| ¡ÚLTIMA
04 | LAS REACCIONES
QUÍMICAS
Y LITERATURA
HORA!
UNIDAD 04
92-93 07 VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN QUÍMICA
92
93
07 Velocidad de una reacción química
La superficie de contacto entre los reactivos
La velocidad es mayor cuanto mayor es la superficie de contacto entre los reactivos; esto se consigue con una mayor pulverización o utilizándolos en disolución.
La rapidez con la que se produce una reacción química nos la da la velocidad
de reacción.
La rapidez y el grado de pulverización
La velocidad de reacción es la cantidad de sustancia que se forma o que
desaparece en cada unidad de tiempo.
1 En un vaso de precipitado se prepara una disolución de ácido
1
2
clorhídrico (HCl) y se añade un poco de tiza (CaCO3) pulverizada.
2 Se repite el procedimiento pero con un trozo de tiza sin triturar.
07.1 Factores que afectan a la velocidad de reacción
La reacción de la tiza (CaCO3) y el ácido clorhídrico (HCl) es:
CaCO3 (s) + 2 HCl (aq) → CaCl2 (ac) + H2O + CO2 (g)
La naturaleza de los reactivos
Se observa que la reacción es más rápida en el primer caso porque la
superficie de contacto es mayor (se desprende más CO2).
Dos reacciones pueden ser similares, y, sin embargo, las velocidades ser completamente distintas según los reactivos que se utilicen.
La presencia de catalizadores
La rapidez y los reactivos
Se dispone de tres metales distintos.
1
Los 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 catalizador, y en la mayoría de las veces se recupera al final de la reacción.
2
1 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.
La rapidez y los catalizadores
2 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.
3
1 Se pone un poco de azúcar en una cápsula de porcelana y se intenta
1
2
quemarla con un mechero. Se observa que el azúcar se quema sin
producirse llama.
3 Se coloca un trocito de plomo (Pb) en agua. Al cabo de varios días no se
observa ninguna reacción.
2 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.
La concentración de los reactivos
La temperatura
La velocidad de una reacción aumenta al hacerlo la concentración de los reactivos.
La 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.
La rapidez y la concentración
1 En dos tubos de ensayo se introducen unas limaduras de cinc
ACTIVIDADES
15 En el experimento de «La rapi1
2
La rapidez y la temperatura
metálico (Zn) y se añade ácido clorhídrico (HCl) concentrado en uno
de ellos y diluido en el otro.
1 Se pone un poco de agua oxigenada (peróxido de hidrógeno, H2O2) en un
erlenmeyer.
2 Se produce la reacción:
2 Solo si se calienta con un mechero se observa la formación de burbujas, que
Zn (s) + 2 HCl (ac) → ZnCl2 (ac) + H2 (g)
indica que se está descomponiendo en agua y oxígeno gaseoso:
3 Se observa que en el primero se desprende mayor cantidad de
los alimentos en el frigorífico?
17 Qué reacciones son más rápi-
2 H2O2 → 2 H2O + O2
burbujas de hidrógeno.
dez y los catalizadores», indica
razonadamente cuál es el catalizador: ¿el azúcar o la ceniza?
16 ¿Por qué crees que se ponen
das: ¿las reacciones entre gases
o entre sólidos? Explica por qué.
24/03/15 04:29
SOLUCIONES PÁG. 93
15 La ceniza.
17 Son más rápidas las reacciones entre gases porque hay más superficie
de contacto entre los reactivos.
16 Porque las reacciones de descomposición se producen más
lentamente a menor temperatura.
RECURSOS
Ampliación
Página web
A-04-03. Experiencia: velocidad de reacción y superficie
de contacto
youtube.com/watch?v=ExH_YRfYToI
Con soluciones.
94-95 08 REACCIONES CONTAMINENTES
94
95
08 Reacciones contaminantes
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.
La fabricación de muchas sustancias (jabones, cosméticos, plásticos…) y máquinas (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 contaminantes de estas sustancias se ha desarrollado la denominada Química
medioambiental.
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.
08.1 Lluvia ácida
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 clorofluorocarbonos (CFC), que proceden de frigoríficos y aerosoles.
Antes de la Revolución Industrial el agua de lluvia presentaba un carácter ligeramente ácido, pero después de ella, en algunas zonas fuertemente industrializadas, 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 sustancias que, al reaccionar con el agua de lluvia, la vuelven
ácida, porque originan ácido sulfúrico y ácido nítrico.
Reflejada
nuevamente
por la atmósfera
Reflejada por
la superficie
Límite
de la atmósfera
Absorbida por
la Tierra
Esquema del efecto invernadero.
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.
S + O2 → SO2
2 SO2 + O2 → 2 SO3
2 NO + O2 → 2 NO2
•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:
Radiación solar
SO3 + H2O → H2SO 4
3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO
SOX
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.
NOX
S + O2 → SO2
El ciclo del ozono consta de su formación y posterior descomposición, en un
equilibrio dinámico que mantiene constante su concentración. Para este proceso utiliza la mayor parte de la radiación ultravioleta que llega del Sol, peligrosa para los seres vivos, impidiendo que llegue a la Tierra:
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 + H 2O → H 2SO4
•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 + H 2O → 2 HNO3 + NO
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 nitrógeno está prohibido, ya que destruyen el ozono atmosférico.
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.
ACTIVIDADES
Reducción del agujero de ozono
detectada en septiembre de 2012.
•Los suelos, ya que dañan los bosques, sobre todo los de coníferas.
18 La temperatura de Venus es superior a la de Mercurio, aunque está más lejos del
•Las aguas de ríos y lagos, donde se produce la muerte de muchos peces.
Sol. ¿Qué explicación encuentras?
•Los monumentos, sobre todo los realizados con piedra caliza, ya que transforman 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.
El agujero de la capa de ozono más grande en la
Antártida fue registrado en septiembre de 2000.
Efecto de la lluvia ácida en la piedra caliza.
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 producen efecto invernadero y su procedencia.
24/03/15 04:36
SOLUCIONES PÁG. 95
18 La explicación es que en Venus existe un fuerte efecto invernadero.
20 Respuesta libre.
19 El oxígeno molecular es: oxígeno diatómico, O ; oxígeno triatómico u
ozono, O3.
2
17
30/03/15 14:53
> PBL. Impacto medio ambiental
Con soluciones.
96 TÉCNICAS DE TRABAJO
97 FÍSICA Y QUÍMICA Y…
96
TÉCNICA DE TRABAJO
97
FÍSICA Y QUÍMICA Y…
La botella azul
Cine
Reactivos
Materiales
Planteamiento
• 0,05gdeazuldemetileno
Una disolución cambia de color, según se agite o
se deje en reposo.
• 10gdeglucosa
• Dosrecipientes:unvasode
precipitadode100mLyunmatraz
esféricodefondoplanode0,5L.
• 6gdehidróxidodesodio
Smoke 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, Benjamin relata una anécdota sobre el pirata, poeta y espía
del siglo xvi Walter Raleigh. Estando en la corte de Inglaterra, 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.
• Untapóndeplásticoquecierre
herméticamenteelrecipientede0,5L.
Experimento
Raleigh pidió que le trajeran una balanza y un cigarro. Pesó
el cigarro y después lo prendió. A continuación, fue acumulando en uno de los platillos de la balanza la ceniza que se
formaba. Cuando terminó, depositó la colilla junto a las cenizas 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.
1 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.
2 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.
William Hurt en el papel de Paul Benjamin.
•Destapa el matraz y añade 10 g de glucosa. Espera a que se disuelva.
3 Incorpora el azul de metileno
RAZONA
•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.
1. ¿Qué clase de reacción química tiene lugar al prender un cigarro?
•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.
En este vídeo podrás ver este experimento donde
se utiliza KOH en
lugar de NaOH.
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?
PRACTICA TÚ
Explicación
La molécula de azul de metileno puede adoptar dos formas distintas, una azul y otra
incolora.
Arte e Historia
Una 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 interviene en la producción de la hemoglobina y lo neutraliza.
1. ¿Cuántas reacciones tienen lugar
como mínimo? ¿Cómo puedes
saberlo? ¿Ocurren con la misma
velocidad?
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.
Seguridad
Utiliza guantes y gafas. El hidróxido de sodio al combinarse con el agua desprende bastante calor.
Al terminar, vierte el líquido del segundo recipiente en el fregadero con agua abundante.
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 población, causada por el metal.
2. ¿Una menor o mayor agitación
afecta a la velocidad de oxidación?
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.
3. Si la disolución final llenase todo
el recipiente, ¿se producirían los
cambios de color?
La lechera de Johannes Vermeer (1632-1675),
un cuadro pintado con blanco de plomo.
24/03/15 04:48
RECURSOS
Página web
youtube.com/watch?v=UvpvfRjWe_o
98 APRENDE A APRENDER
98
APRENDE A APRENDER
REACCIONES QUÍMICAS
son
se representan por
pueden ser
se producen con una
pueden ser
Cambios
químicos
Ecuaciones
químicas
Reacciones
con el oxígeno
Velocidad
de reacción
Contaminantes
por ejemplo
que dependen de la
en que los
se rigen por
se ajustan por
Reactivos
Leyes
.....
se transforman en
como
.....
Reacciones de
combustión
.....
Naturaleza
de los reactivos
.....
.....
Ley de los
volúmenes de
combinación
.....
Ley de Avogadro
.....
Presencia
de catalizadores
.....
con las que se realizan
Cálculos
Masa-masa
y provocan
Lluvia ácida
La temperatura
Volumen-volumen
ACTIVIDADES
Formad grupos con los compañeros de clase para resolver las siguientes actividades:
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…
105480_FISyQUIM3_82_101_Ev.indd 98
12/03/15 13:55
18
30/03/15 16:17
| ¡ÚLTIMA
04 | LAS REACCIONES
QUÍMICAS
Y LITERATURA
HORA!
UNIDAD 04
SOLUCIONES PÁG. 98
1
REACCIONES QUÍMICAS
son
se representan por
pueden ser
se producen con una
pueden ser
Cambios
químicos
Ecuaciones
químicas
Reacciones
con el oxígeno
Velocidad
de reacción
Contaminantes
por ejemplo
que dependen de la
y provocan
en que los
se rigen por se ajustan por
Reactivos
Leyes
se transforman en como Productos
Reacciones
de oxidación
Ley de
conservación
de la masa
Ley de las
proporciones
definidas
Por tanteo
Ley de los
volúmenes de
combinación
Reacciones de
oxidación
Reacciones de
combustión
Superficie de
contacto entre
los reactivos
Lluvia ácida
Concentración
de los
reactivos
Presencia de
catalizadores
Ley de Avogadro
Efecto
invernadero
con las que se realizan La temperatura
Cálculos
Masa-masa
Naturaleza
de los reactivos
Volumen-volumen
2 Respuesta abierta.
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
Con soluciones.
19
30/03/15 14:53
99-101 REPASO FINAL Y EVALUACIÓN
99
100
REPASO FINAL
101
REPASO FINAL
1 Una vela encendida se consume poco a poco hasta des-
con el nitrógeno (N ) se
8 El hidrógeno (H ) al reaccionar
):
2 La cocina de nuestra casa es un verdadero laboratorio
a. Calcula la relación entre la masa del nitrógeno y la del
aparecer. ¿Se ha cumplido la ley de Lavoisier?
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?
2
14 La combustión del gas butano responde a la siguiente
2
obtiene amoniaco (NH3
ecuación:
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
hidrógeno.
¿Es correcto escribir:
b. Copia en tu cuaderno este cuadro y complétalo.
C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O?
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)
.....
.....
.....
.....
.....
34
17
51
.....
.....
Masa de
amoniaco (g)
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 (NH ) se obtiene cuando
3
reacciona nitrógeno (N2) con hidrógeno (H2) en determinadas condiciones.
9 El gas propano (C H ) se quema con oxígeno según la
ecuación:
3 8
a. Escribe la ecuación ajustada.
C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
b. Calcula qué volumen de amoniaco se obtendrá si reac-
¿Cuántos litros de CO2 se obtendrán cuando se queman
completamente 10 L de propano?
c. ¿Qué volumen de hidrógeno (H2) se necesitará para
2
2
ción de 8:1, para formar agua (H2
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?
1
b. Descafeinar el café.
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. Escribe la ecuación de combustión del azufre.
desprende 64 mg al día de dióxido de azufre
23 Una),fábrica
capaz de producir ácido sulfúrico (H SO ) que con(SO2
tribuiría al aumento de la lluvia ácida.
2
4
2
4
c. ¿Qué volumen de oxígeno se utilizaría en el proceso?
5
Con los datos de la actividad anterior, ¿cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas?
adiciona oxígeno?
reacción?
b. Escribe la ecuación ajustada.
a. SO2 + O2 → SO3
6
El hidrógeno (H2) y el cloro (Cl2) reaccionan para formar cloruro de hidrógeno (HCl). ¿Cuáles de las siguientes opciones
son correctas?
calorías no engordan lo mismo?
a. 2 Fe + O2 → 2 FeO
1. Descomposición.
d. N2O4 → NO2
b. CaCO3 → CaO + CO2
2. Combustión.
e. KClO3 → KCl + O2
c. C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O
3. Oxidación.
24/03/15 05:49
g de Cl2
un lago contaminado por la lluvia ácida y queréis solucionar el problema. Para ello formáis grupos con los compañeros 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
c. ZnS + O2 → ZnO + SO2
04_PROMO_FISQUI_ESO_06_25.indd 99
24 Un compañero informa al resto de la clase de que existe
26 ¿Qué reaccionará antes con el clorhídrico, un trozo de
b. H2 + I2 → HI
2 L de NH3
El hierro reacciona con el azufre para formar sulfuro de hierro, según la ecuación:
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
(O2) es 150,8 g.
19 ¿Qué es una reacción de combustión? ¿Qué son el comy relaciona cada una de ellas con su respectivo tipo de
reacción:
56 g de NH3
Se hacen reaccionar 80 g de oxígeno (O2) con hidrógeno (H2)
en exceso. ¿Qué masa de agua (H2O) se obtendrá?
Fe + S → FeS
¿Qué cantidad de cloruro de cinc se obtendrá si reaccionan
completamente 32,7 g de cinc?
b. La cantidad de dióxido de cobre (CuO2) que se obtendrá es
20 Copia en tu cuaderno las siguientes ecuaciones químicas
bustible y el comburente?
13 Ajusta las siguientes ecuaciones químicas:
2 moléculas de NH3
3 L de H2
¿Cuánto hierro ha de reaccionar para obtener 43,9 g de FeS?
11
286,5 g.
18 ¿Cómo se llaman las reacciones en las que un elemento
para formar
2 moléculas de NH3
6 g de H2
b. 2 moléculas de N2
a. 25,1 g b. 50,4 g c. 12,8 g d. 15,5 g
a. La cantidad de cobre que reaccionará con 96 g oxígeno
nar para obtener 220 g de CO2?
reacciona con
1 molécula de H2
3 moléculas de H2
c. 28 g de N2
d. 1 L de N2
a. 1 molécula de N2
a. 80 g b. 160 g c. 90 g d. 100 g
10
127 g de cobre reaccionan completamente con 64 g de oxígeno (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
53 g de carbonato de sodio?
a. ¿Cuáles son los reactivos y cuáles los productos de la
79
¿Cuál es la proporción entre las masas del carbono y del hidrógeno (H2) en el metano, cuya fórmula es CH4?
a. 3 b. 12 c. 4/12 d. 4
a partir del dióxido de azufre.
b. ¿Qué cantidad de ácido sulfúrico se produciría?
Cuando reaccionan 48 g de carbono con oxígeno (O2) producen 176 g de dióxido de carbono (CO2); ¿qué cantidad de
oxígeno ha reaccionado?
3
c. ¿Qué cantidad de carbonato de sodio habrá que calci-
3
ácido clorhídrico (HCl) se produce cloruro de calcio
(CaCl2), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).
N2 + 3 H2 → 2 NH3
Cada
a. 224 g b. 200 g c. 128 g d. 125 g
3
Para la reacción de formación de amoniaco:
¿Cuáles de las siguientes opciones son correctas?
d. La combustión de una vela.
a. Escribe las reacciones de obtención del ácido sulfúrico
b. ¿Qué masa de óxido de sodio se obtendrá al calcinar
12 Cuando el carbonato de calcio (CaCO ) reacciona con
8
c. La evaporación del agua.
obtener 10 L de amoniaco (NH3)?
2
Indica en cuáles de estos procesos se produce un cambio
químico?
a. La cocción de un huevo.
b. Calcula el volumen de oxígeno necesario para quemar
a. Escribe la ecuación ajustada.
C2H6 + O2 → CO2 + H2O
6 Escribe en tu cuaderno la ley de las proporciones definidas.
7 El oxígeno (O ) y el hidrógeno (H )O).reaccionan en propor-
2
2
a. Escribe la ecuación química ajustada.
diante calor en óxido de sodio (Na2
bono (CO2).
mica:
2
4
rando dióxido de carbono (CO2
me17 El carbonato de sodio (Na CO ) seO)descompone
y dióxido de car-
lo mismo reacción química que ecuación química? Razona
la respuesta.
11 Explica paso a paso cómo ajustarías la ecuación quí180 g de agua (H2O). ¿Qué cantidad de oxígeno (O2) habrá reaccionado?
(O ) gene21 El gas metano (CH ) se quema) yconaguaoxígeno
(H O).
cionan 5 L de nitrógeno.
10 Escribe en tu cuaderno qué es una reacción química. ¿Es
5 Cuando reaccionan 20 g de hidrógeno (H ) se forman
EVALUACIÓN
mármol o la misma masa de mármol en polvo? Razona la
respuesta.
7
27 Lee la composición de algunos alimentos envasados de la
compra habitual, verás que llevan antioxidantes. ¿Cuál es
su misión?
g de H2 g de HCl
g de Cl2
sobrante
g 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
a. 51,8 g b. 49,6 g c. 70,8 g d. 25,9 g
12
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 completamente 10 L de butano (C4H10)?
a. 10 L b. 20 L c. 40 L d. 15 L
DIARIO DE APRENDIZAJE
¿Puedo confirmar y ampliar la relación de contenidos de esta
unidad en mi entorno?
¿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
24/03/15 05:50
SOLUCIONES PÁG. 99
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.
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
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 (C H ) y oxígeno (O ).
2 6
2
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
20
30/03/15 14:53
| ¡ÚLTIMA
04 | LAS REACCIONES
QUÍMICAS
Y LITERATURA
HORA!
UNIDAD 04
SOLUCIONES PÁG. 99
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 CaCO
3
y el agua.
y el HCl y los productos el CaCl2, el CO2
b.CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
13 a.2 SO
2
+ O2 → 2 SO3
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.C H
4 10
(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:
b.H2 + I2 → 2 HI
S + O2 → SO2
c.2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
23 a.Las reacciones que tienen lugar son:
d.N2O4 → 2 NO2
e.2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2
2 SO2 + O2 → 2 SO3
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.
2 SO3 + 2 H2O → 2 H2SO4
b.98 mg de ácido sulfúrico.
c.22,4 mL de oxígeno
24 Actividad grupal.
15 a.Escribimos la ecuación química y las masas molares de las distintas 25 Porque tienen distinto metabolismo.
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:
x
32 g S
=
64 g de SO2 256 g SO2
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.N
2
+ 3 H2 → 2 NH3
Proporción en volúmenes: 1 vol 3 vol 2 vol
EVALUACIÓN
1 a y c.
2c.
3a.
4b.
5b.
6 a y d.
7 a y b.
8 b y d.
b.1 volúmen de N2 /2 volúmenes de NH3 = x / 5 L de NH3 ⇒
x = 10 L de NH3
9c.
c.3 volúmenes de H2 / 2 volúmenes de NH3 = x / 10 L de NH3 ⇒
x = 15 L de H2
10a.
17 a.Na CO
2
3
→ Na2O + CO2
b.1 g de Na2O c.
530 g de Na2CO3
11a.
12c.
21
30/03/15 14:53
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.
> 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.
Y para terminar, y con el objetivo de repasar los contenidos de la
unidad, se puede aplicar la estructura EL SACO DE DUDAS.
RECURSOS
Evaluación
E-04-01. Evaluación
Con soluciones
22
30/03/15 14:53

04 las reacciones químicas

Transcripción

Documentos relacionados

3.- ley de la conservación de la masa

Draeger Safety